CN110630030A - 用于钢筋混凝土结构的p-uhpc加固装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑工程结构加固领域，公开了一种用于钢筋混凝土结构的P‑UHPC加固装置及其施工方法。用于钢筋混凝土结构的P‑UHPC加固装置包括固定在所述钢筋混凝土结构底部的UHPC加固层和连接钢筋，所述连接钢筋的一端固定在所述钢筋混凝土结构内、另一端固定在所述UHPC加固层内，其中，所述UHPC加固层的内部沿其长度方向穿设固定有加固层钢筋和波纹管，所述波纹管内穿设固定有钢绞线，所述钢绞线伸出所述波纹管的两端分别锚固在所述UHPC加固层上。本发明的加固构造能够有效提升原有结构的刚度及抗弯、抗裂强度，耐久性好，且施工周期短、加固效率高，能够满足各类工程抗弯加固的要求。

Description

用于钢筋混凝土结构的P-UHPC加固装置及其施工方法

技术领域

本发明涉及建筑工程结构加固领域，具体涉及一种用于钢筋混凝土结构的P-UHPC加固装置及其施工方法。

背景技术

目前，土木工程建筑中老化的钢筋混凝土结构普遍存在开裂损伤、抗弯承载力不足等问题，部分新建结构受施工质量较差、使用环境恶劣或自然灾害等因素的影响，结构整体性能也会下降。因此，为消除结构使用年限内存在的安全隐患，对存在问题的钢筋混凝土结构进行加固，已成为土木行业的一个重要分支。

钢筋混凝土结构传统的加固方法主要有增大截面法、粘贴加固法、体外预应力加固法、高强软钢丝绳加聚合物加固法等。其中，增大截面法通过凿除原混凝土结构保护层增设纵向钢筋、增大主梁截面尺寸；粘贴加固法采用环氧树脂等化学粘结剂或通过锚固螺栓将补强材料粘贴在原混凝土结构表面，与原有结构形成受力整体，提高原有结构的承载力与刚度；体外预应力加固法采用具有防腐性能的预应力筋于结构体外或箱梁内对原混凝土结构施加预应力；高强软钢丝绳加聚合物加固法使用聚合物砂浆将预应力钢丝束网与混凝土结构连为一体，高强预应力钢丝束网和渗透性聚合物砂浆在加固体系中起着不同的作用，钢丝束网提高结构的承载能力，砂浆层起保护和粘结作用。

上述传统加固方法受材料性能、结构形式及施工工艺的影响，均具有一定的局限性，例如增大截面法的施工工作量大、周期长，施工质量难以保证，加固效果不理想；粘贴加固法对施工人员的技术要求较高，加固层表面处理不当易造成结构胶黏结失效，使加固效果不理想，且有机物粘结胶存在高温时效性问题；体外预应力加固法的施工工艺较复杂，体外预应力束易腐蚀，引发耐久性问题，预应力筋锚固区存在应力集中、结构延性不足的问题；预应力高强软钢丝加聚合物加固法受材料性能的限制，所能施加的预应力水平较低，加固效果有限，且砂浆层易疲劳开裂，极大地降低了结构的耐久性能。

由于上述传统加固方法存在种种不足，新型加固技术的研究与应用受到了业界的热切关注与重视。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种用于钢筋混凝土结构的P-UHPC加固装置及其施工方法，该加固构造能够有效提升原有结构的刚度及抗弯、抗裂强度，耐久性好，且施工周期短、加固效率高，能够满足各类工程抗弯加固的要求。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种用于钢筋混凝土结构的P-UHPC加固装置，包括固定在所述钢筋混凝土结构底部的UHPC加固层和连接钢筋，所述连接钢筋的一端固定在所述钢筋混凝土结构内、另一端固定在所述UHPC加固层内，其中，所述UHPC加固层的内部沿其长度方向穿设固定有加固层钢筋和波纹管，所述波纹管内穿设固定有钢绞线，所述钢绞线伸出所述波纹管的两端分别锚固在所述UHPC加固层上。

优选地，所述UHPC加固层与所述钢筋混凝土结构之间通过超高性能混凝土浇筑固定。

优选地，所述钢筋混凝土结构与所述UHPC加固层接触的端面为凿毛表面，所述凿毛表面上设有凹槽和植筋孔，所述UHPC加固层还包括多个凸起块，所述凸起块浇筑固定在所述凹槽内，所述植筋孔的孔口朝向所述UHPC加固层，所述连接钢筋的一端植插在所述植筋孔内。

优选地，沿所述UHPC加固层的长度方向，中部厚度薄于端部厚度，其中，所述中部厚度为50-60mm，所述端部厚度为100-120mm。

优选地，所述UHPC加固层采用增韧超高性能混凝土浇筑成型，所述连接钢筋为高强钢筋。

优选地，所述UHPC加固层长度方向的两端设有钢垫板，所述钢绞线的两端分别与对应的所述钢垫板通过锚具锚固在所述UHPC加固层上。

本发明第二方面提供一种用于钢筋混凝土结构的P-UHPC加固装置的施工方法，包括以下步骤：

S1、在钢筋混凝土结构待加固区域的底部搭设UHPC加固层的模板，沿所述模板的长度方向布设加固层钢筋和波纹管，将连接钢筋的一端固定在钢筋混凝土结构待加固区域的底部、另一端位于所述模板的内腔；

S2、湿润钢筋混凝土结构待加固区域的底部表面，在所述模板内浇筑超高性能混凝土，养护至形成UHPC加固层，拆除所述模板；

S3、在波纹管内穿设钢绞线，张拉钢绞线至控制应力后，将钢绞线的两端锚固在UHPC加固层上；

S4、在波纹管内压注水泥浆，将外露的钢绞线喷涂防锈油漆。

优选地，步骤S1还包括：将钢筋混凝土结构待加固区域的底部表面进行凿毛处理形成凿毛表面，在凿毛表面上开刻凹槽并钻设植筋孔后，搭设UHPC加固层的模板。

优选地，步骤S1中将连接钢筋的一端固定在钢筋混凝土结构待加固区域的底部的过程包括：在植筋孔内注入植筋胶并植插连接钢筋。

优选地，步骤S3还包括：在UHPC加固层长度方向的两端安装钢垫板，并使用锚具将钢绞线的两端分别和对应的钢垫板锚固在所述UHPC加固层上。

通过上述技术方案，本发明的有益效果为：

1、本发明中用于钢筋混凝土结构的P-UHPC加固装置采用超高性能混凝土与加固层钢筋、低松弛预应力钢绞线的搭配使用，使得UHPC加固层内部存在预压应力，即形成P-UHPC结构，力学性能及耐久性能都优于聚合物砂浆与高强软钢丝的组合，原受损的钢筋混凝土结构的预应力水平能得到大幅提升，抗弯加固效果明显；

2、本发明的用于钢筋混凝土结构的P-UHPC加固装置中，UHPC加固层内部存在预压应力，并与原受损的钢筋混凝土结构固定形成整体共同工作，通过超高性能混凝土-普通混凝土界面使原受损的钢筋混凝土结构获得预应力，使得超高性能混凝土超高强度的性能得到了充分发挥，有效提升原受损的钢筋混凝土结构的抗裂强度；

3、钢筋混凝土结构的凿毛表面设有凹槽和植筋构造，可提高UHPC加固层与钢筋混凝土结构之间的抗剪强度及延性，防止超高性能混凝土-普通混凝土界面过早脱粘失效，UHPC加固层的端部局部厚度增加，降低加固层锚固端局部受压开裂的风险；

4、本发明中用于钢筋混凝土结构的P-UHPC加固装置施工周期短，加固效率高，超高性能混凝土具有自重轻、耐久性好的优势，且UHPC加固层中部厚度为为40-60mm，体积小，不会对原钢筋混凝土结构造成超荷负担，适用于各种施工及使用环境。

附图说明

图1是本发明中用于钢筋混凝土结构的P-UHPC加固装置的一个实施例的结构示意图；

图2是本发明中钢筋混凝土结构的凿毛表面的一个实施例的结构示意图；

图3是本发明中UHPC加固层的一个实施例的横截面配筋图；

图4是本发明中UHPC加固层的一个实施例的端部示意图。

附图标记说明

1钢筋混凝土结构 2凿毛表面

3 UHPC加固层 4植筋孔

5连接钢筋 6凹槽

7钢绞线 8加固层钢筋

9波纹管 10钢垫板

11锚具

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，本发明的保护范围并不局限于下述的具体实施方式。

首先需要说明的是，在本发明下述技术方案的描述中，采用的方位词“底部”、“内腔”等等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“固定”、“锚固”应做广义理解，例如，可以是浇筑固定连接、浇埋固定连接，也可以是可拆卸连接，或者是一体连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。需要解释的是，本发明中UHPC为超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete，简称UHPC)，指的是性能指标明确、具有新本构关系和结构寿命的水泥基结构工程材料；P-UHPC为预应力超高性能混凝土(Prestressed Ultra-HighPerformance Concrete，简称P-UHPC)，指的是内部存在预应力的超高性能混凝土结构。

本发明第一方面提供的用于钢筋混凝土结构的P-UHPC加固装置，如图1-图4所示，包括固定在钢筋混凝土结构1底部的UHPC加固层3和连接钢筋5，连接钢筋5的一端固定在钢筋混凝土结构1内、另一端固定在UHPC加固层3内，其中，UHPC加固层3的内部沿其长度方向穿设固定有加固层钢筋8和波纹管9，波纹管9内穿设固定有钢绞线7，钢绞线7伸出波纹管9的两端分别锚固在UHPC加固层3上。

需要说明的是，加固层钢筋8和波纹管9通过超高性能混凝土(UHPC)浇筑固定在UHPC加固层3内部，钢绞线7通过水泥浆或其他浆液浇筑固定在波纹管9的内部。

通过本发明上述基本技术方案的用于钢筋混凝土结构的P-UHPC加固装置，UHPC加固层3的内部设有加固层钢筋8和钢绞线7，使得该加固层的内部存在预压应力，即形成P-UHPC结构，UHPC加固层3与钢筋混凝土结构1固定后形成整体共同工作，通过超高性能混凝土-普通混凝土界面使原受损的钢筋混凝土结构1获得预应力，使得超高性能混凝土具有的超高强度的性能得到了充分发挥，有效提升原受损的钢筋混凝土结构1的抗裂强度，抗弯加固效果明显；通过设置连接钢筋5对UHPC加固层3与钢筋混凝土结构1的连接进行局部结构增强处理，提高UHPC加固层3端部与钢筋混凝土结构1界面之间的抗剪强度及延性，防止该抗弯加固构造在工作过程中UHPC加固层3端部界面因剪应力过大而破坏。

作为本发明的一个优选实施例，UHPC加固层3与钢筋混凝土结构1之间通过超高性能混凝土(UHPC)浇筑固定，形成超高性能混凝土-普通混凝土界面，具备良好的粘结性能。

优选地，如图2所示，钢筋混凝土结构1与UHPC加固层3接触的端面为凿毛表面2，凿毛表面2上设有凹槽6和植筋孔4，UHPC加固层3还包括多个凸起块，凸起块浇筑固定在凹槽6内，植筋孔4的孔口朝向UHPC加固层3，连接钢筋5的一端植插在植筋孔4内。凿毛表面2使钢筋混凝土结构1的表层受拉纵筋部分外露，可增加超高性能混凝土-普通混凝土界面的粘结强度，提高界面剪应力的传递效率，避免加固后在荷载作用下UHPC加固层3过早脱粘失效。凹槽6和植筋孔4的设置可提高UHPC加固层3与钢筋混凝土结构1之间的抗剪强度及延性，防止结构工作过程中UHPC加固层3的端部界面因剪应力过大而破坏。需要说明的是，凹槽6的大小具体可以为宽30mm、深20mm，各凹槽6的间距为80mm，植筋孔4的大小具体可以为直径15mm、深150mm，植筋孔4的间距同为80mm，凹槽6及植筋孔4的数目视具体工程而定。

进一步优选地，如图1所示，沿UHPC加固层3的长度方向，中部厚度薄于端部厚度，其中，中部厚度为50-60mm，端部厚度为100-120mm，可有效防止UHPC加固层3的锚固端应力局部集中受压而开裂，还可以减轻UHPC加固层3的体积和重量，不会对钢筋混凝土结构1造成超荷负担。此时，钢绞线7具体可以为12.7mm的1860MPa级低松弛预应力钢绞线，波纹管9为定制的扁平波纹管，具体尺寸可以为20mm*30mm，与UHPC加固层3配合使用，保证UHPC加固层3的混凝土保护层不会太薄而影响结构性能。

具体地，UHPC加固层3采用增韧超高性能混凝土浇筑成型，连接钢筋5为高强钢筋。增韧超高性能混凝土中含有体积分数为2-3％的钢纤维，例如增韧超高性能混凝土中钢纤维含量为2％端勾型(13mm)搭配1％短直型(8mm)，可增强UHPC加固层3的韧性。

作为本发明的一个优选实施例，如图3所示，UHPC加固层3长度方向的两端设有钢垫板10，钢绞线7的两端分别与对应的钢垫板10通过锚具11锚固在UHPC加固层3上，使得UHPC加固层3获得预压应力。钢绞线7为直径为12.7mm的1860MPa级低松弛预应力钢绞线时，锚具11的外径为40mm与钢绞线7相配套。

通过本发明上述具体实施方式的描述可以看出，本发明的用于钢筋混凝土结构的P-UHPC加固装置采用超高性能混凝土与加固层钢筋8、低松弛的钢绞线7的搭配使用，使得UHPC加固层内部存在预压应力，即形成P-UHPC结构，力学性能及耐久性能都优于聚合物砂浆与高强软钢丝的组合，原受损的钢筋混凝土结构1的预应力水平能得到大幅提升，抗弯加固效果明显；UHPC加固层3内部存在预压应力，并与原受损的钢筋混凝土结构1固定形成整体共同工作，通过超高性能混凝土-普通混凝土界面使原受损的钢筋混凝土结构1获得预应力，使得超高性能混凝土超高强度的性能得到了充分发挥，有效提升原受损的钢筋混凝土结构1的抗裂强度。

此外，在本发明的优选实施方式中，钢筋混凝土结构1的凿毛表面2设有凹槽6和植筋构造，可提高UHPC加固层3与钢筋混凝土结构1之间的抗剪强度及延性，防止超高性能混凝土-普通混凝土界面过早脱粘失效，UHPC加固层3的端部局部厚度增加，可降低加固层锚固端局部受压开裂的风险。

本发明第二方面提供了一种用于钢筋混凝土结构的P-UHPC加固装置的施工方法，包括以下步骤：

S1、在钢筋混凝土结构1待加固区域的底部搭设UHPC加固层3的模板，沿模板的长度方向布设加固层钢筋8和波纹管9，将连接钢筋5的一端固定在钢筋混凝土结构1待加固区域的底部、另一端位于模板的内腔；

S2、湿润钢筋混凝土结构1待加固区域的底部表面，在模板内浇筑超高性能混凝土，养护至形成UHPC加固层3，拆除模板；

S3、在波纹管9内穿设钢绞线7，张拉钢绞线7至控制应力后，将钢绞线7两端锚固在UHPC加固层3上，使UHPC加固层3获得预压应力，并通过超高性能混凝土-普通混凝土界面的粘结作用使钢筋混凝土结构1获得预应力；

S4、在波纹管9内压注水泥浆，将外露的钢绞线7喷涂防锈油漆，保护钢绞线7不致锈蚀，并使钢绞线7与UHPC加固层3粘结成为整体，施工完成。

本发明的步骤S2中，将钢筋混凝土结构1待加固区域的底部表面充分湿润，在模板内浇筑超高性能混凝土后，常温养护至预期强度以形成UHPC加固层3。

优选地，步骤S1还包括：将钢筋混凝土结构1待加固区域的底部表面进行凿毛处理形成凿毛表面2，在凿毛表面2上开刻凹槽6并钻设植筋孔4后，搭设UHPC加固层3的模板。凿毛处理通过凿除钢筋混凝土结构1待加固区域表面的混凝土保护层，使纵向钢筋部分露出，形成凿毛表面2。

进一步优选地，步骤S1中通过在植筋孔4内注入植筋胶并植插连接钢筋5，将连接钢筋5的一端固定在钢筋混凝土结构1待加固区域的底部，本发明中的植筋胶优选为速凝植筋胶。

具体地，步骤S3还包括：在UHPC加固层3长度方向的两端安装钢垫板10，并使用锚具11将钢绞线7的两端分别和对应的钢垫板10锚固在所述UHPC加固层3上，同时外露的锚具11也喷涂防锈油漆，防止锚具11锈蚀。

本发明中用于钢筋混凝土结构的P-UHPC加固装置施工周期短，加固效率高，超高性能混凝土具有自重轻、耐久性好的优势。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于钢筋混凝土结构的P-UHPC加固装置，其特征在于，包括固定在所述钢筋混凝土结构(1)底部的UHPC加固层(3)和连接钢筋(5)，所述连接钢筋(5)的一端固定在所述钢筋混凝土结构(1)内、另一端固定在所述UHPC加固层(3)内，其中，所述UHPC加固层(3)的内部沿其长度方向穿设固定有加固层钢筋(8)和波纹管(9)，所述波纹管(9)内穿设固定有钢绞线(7)，所述钢绞线(7)伸出所述波纹管(9)的两端分别锚固在所述UHPC加固层(3)上。

2.根据权利要求1所述的用于钢筋混凝土结构的P-UHPC加固装置，其特征在于，所述UHPC加固层(3)与所述钢筋混凝土结构(1)之间通过超高性能混凝土浇筑固定。

3.根据权利要求1所述的用于钢筋混凝土结构的P-UHPC加固装置，其特征在于，所述钢筋混凝土结构(1)与所述UHPC加固层(3)接触的端面为凿毛表面(2)，所述凿毛表面(2)上设有凹槽(6)和植筋孔(4)，所述UHPC加固层(3)还包括多个凸起块，所述凸起块浇筑固定在所述凹槽(6)内，所述植筋孔(4)的孔口朝向所述UHPC加固层(3)，所述连接钢筋(5)的一端植插在所述植筋孔(4)内。

4.根据权利要求1所述的用于钢筋混凝土结构的P-UHPC加固装置，其特征在于，沿所述UHPC加固层(3)的长度方向，中部厚度薄于端部厚度，其中，所述中部厚度为50-60mm，所述端部厚度为100-120mm。

5.根据权利要求1所述的用于钢筋混凝土结构的P-UHPC加固装置，其特征在于，所述UHPC加固层(3)采用增韧超高性能混凝土浇筑成型，所述连接钢筋(5)为高强钢筋。

6.根据权利要求1所述的用于钢筋混凝土结构的P-UHPC加固装置，其特征在于，所述UHPC加固层(3)长度方向的两端设有钢垫板(10)，所述钢绞线(7)的两端分别与对应的所述钢垫板(10)通过锚具(11)锚固在所述UHPC加固层(3)上。

7.一种用于钢筋混凝土结构的P-UHPC加固装置的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在钢筋混凝土结构(1)待加固区域的底部搭设UHPC加固层(3)的模板，沿所述模板的长度方向布设加固层钢筋(8)和波纹管(9)，将连接钢筋(5)的一端固定在钢筋混凝土结构(1)待加固区域的底部、另一端位于所述模板的内腔；

S2、湿润钢筋混凝土结构(1)待加固区域的底部表面，在所述模板内浇筑超高性能混凝土，养护至形成UHPC加固层(3)，拆除所述模板；

S3、在波纹管(9)内穿设钢绞线(7)，张拉钢绞线(7)至控制应力后，将钢绞线(7)的两端锚固在UHPC加固层(3)上；

S4、在波纹管(9)内压注水泥浆，将外露的钢绞线(7)喷涂防锈油漆。

8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，步骤S1还包括：将钢筋混凝土结构(1)待加固区域的底部表面进行凿毛处理形成凿毛表面(2)，在凿毛表面(2)上开刻凹槽(6)并钻设植筋孔(4)后，搭设UHPC加固层(3)的模板。

9.根据权利要求8所述的施工方法，其特征在于，步骤S1中将连接钢筋(5)的一端固定在钢筋混凝土结构(1)待加固区域的底部的过程包括：在植筋孔(4)内注入植筋胶并植插连接钢筋(5)。

10.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，步骤S3还包括：在UHPC加固层(3)长度方向的两端安装钢垫板(10)，并使用锚具(11)将钢绞线(7)的两端分别和对应的钢垫板(10)锚固在所述UHPC加固层(3)上。