新型内嵌筋材加固混凝土部件工具的研发.pdf

2 0 1 1年 第 8 期 (总 第 2 6 2 期) Numb e r 8 i n 2 0l 1 ( To t a 1 No 2 6 2) 混 凝 土 Co n c r e t e 工艺与设备 T E C HNI C S A ND E QU I P ME NT d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 8 0 5 3 新型内嵌筋材加固混凝土部件工具的研发 褚海全 ，鲁笑举 ( 河南理工大学 土木 二 程学院 ，河南 焦作 4 5 4 0 0 0 ) 摘要： 该新型内嵌加固T具可用于内嵌预应力筋材加同建筑或构筑物。其特 是： 通过杠杆 自 平衡体系将预应力施加到筋材上， 杠杆 端部的缺口 锚同设计可以使筋材有效锚同， 使筋材被嵌入后能使杠杆和钢梁分离， 从而降低移除加固。 r 具的难度。该T具在 I 程实际应 用中， 可通过调节穿人转轴的杠杆数 目 及杠杆位置， 构成一个或多个自平衡体系， 从而实现一根梁上多根筋材的嵌人。 关键词 ： 内嵌 加同工具 ；自平衡体 系 ；研发 中图分类号 ： T U5 2 8 0 6 3 文献标志码 ： A 文章 编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 8 0 1 5 8 0 3 I nv en t i on o f ne w embe dde d s t ee l t ool f o r s t r eng t he ni ng c ompone nt of r e i n f or ce d c onc r e t e C HUHa i q u a n ， L UXi a o u ( Ci v i l E n g i n e e r i n g C o l l e g e o f H e n a n P o l y t e c h n i c Un i v e r s i ty， J i a o z u o 4 5 4 0 0 0 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Th e n e w e mbe d d e d s t e e l t o o l c a n u s e i n e mb e d d e d p r e s t r e s s e d s t e e l ma t e r i a l s f o r s t r e n h e n i n g b u i l d i n g s o r s t r u c t ur e s ， wh o s e f e a t u r e i s ： v i a l e v e r a g e s inc e b a l a n c e s y s t e m t o pr e s t r e s s s t e e l m a t e r i a l s ， t h e a n c h o r d e s i g n o f g a p s in l e v e r a g e e n ds c a n ma k e t h e s t e e l ma t e r i a l e ffe c t i v e a n c h o r a g e， a fte r t o b e e m b e d d e d r e inf o r c e d m a t e r i a l s C an m a k e l e v e r a n d s t e e l s e p a r a t i o n， S o a s t o r e d u c e t h e d i f f i c u l t y o f r e mo v i n g r e i n f or c i n g t o o 1 T h e n e w t o o l c a n r e a l i z e ma t e r i a l s e mb e d d e d i n e n g i n e e r i n g v i a a d j u s t i n g t h e n u mb e r a n d p o s i t i o n o f P i e r c e p i v o t a l l e v e r t o for m o n e o r mo r e s i n c e b a l a nc e s y s t e m Key w o r ds： e mb e d d e d s t e e l t o o l ； s i n c e b a l a n c e s y s t e m； i n v e n t i o n 0 引言 当前 ， 我 国建筑业 已进 入新 建与维修改造 并重 ， 并必将 建 设 重点转向既有建筑物改造 、 维修 、 加固方面的新时期 ， 过去建 造的低标准建筑在经过一段时间的使用后已不能满足 目前经 济发展和使用变化带来的新的需求 ， 需要对其进行维修 、 加固 及现代化改造。 另外， 由于近年来汶川、 玉树两次大地震造成的 教训 ， 国家已对抗震规范进行提高， 这样就有大量抗震设防不 满足要求 的建筑 需要进行加 固改造 ， 因此 ， 既有建筑结 构的改 造加固在将 来的建筑行业将 占主导地位 。 1 研 究背景 既有建筑结构改造加固， 包括因建筑整体或局部使用功能 变化引起结构承载力不足， 未进行抗震设防的既有建筑物及虽 进行抗震设计但未能够达到现行抗震设防标准的既有建筑物 的加周 。 根据工程实际的不同 ， 可供选择的加 固方法也多种多样。 影 响方案选择的因素有技术方面、 环境方面和经济方面等， 所以从 严格意义上说， 建筑结构加固并没有一个放之四海而皆准的方 案。 建筑结构经检测 、 鉴定之后如需加固， 可选用的加固方法有 如下 3 种： 直接加固法 、 间接加固法和综合加固法。 我们从结构 状态函数人手分析 ： Z = R- S ( 1 ) 收稿 日期 ：2 0 1 1 - 0 2 2 6 基金项 目：河南 省重点科技攻 关项 目( 0 9 2 1 0 2 2 4 0 0 0 9 ) 1 58 式中 ： 卜功能函数 ； 尺 结构抗 力 ； S 结构荷载效应l l _ 。 由式( 1 ) 可知 ， 若使功能函数满足 Z 0 ， 有 以下 3种途径 ： ( 1 ) 荷载效应 S不变 ， 增加结构抗力 ， 称为直接加固法。 ( 2 ) 抗力 R值不变， 减小荷载效应 s值， 称为间接加固法。 ( 3 ) 同时增大 R值与减小 S值， 辅以其他措施， 称为综合加 同法 针对建筑 中混凝土部件 的加 同方法研究多种多样 ， 主要 有 黏钢法 、 外贴法 、 体外 预应力法 、 内嵌法 等。 各有其优 缺点 ， 如 ： 黏钢加同法施工简便， 施丁周期短， 湿作业少受力町靠。 缺点足 使用环境 的温度有限制、 粘贴曲线表面的构件不易吻合 、 交叉 搭接麻烦 、 不耐腐蚀等； 碳纤维布轻质高强 、 施工方便但易发生 剥离破坏 ； 体外预应力法影响结构美观等。 较之以上几种方法 ， 内嵌式加固法足比较有代表性的一种新型加固方法。 内嵌式加 固法除同样具有高强 、 高效 、 耐腐蚀等优点 ， 还有如下几点优 势 ： 表面加T T作强度低 、 抗 冲击 、 耐久性及 防火性能 好 、 锚 同 力强。 流程如下： 首先在混凝土保护层上开槽， 然后将环氧树脂 等黏结剂注入槽中， 再将 F R P材料( 筋或板条) 嵌入槽中， 从而 使筋材同原结构结为一体， 共同作用以抵抗结构荷载， 从而达 到良好的加固效果。 该工法从理论层面上已证明其具有优良的 性能， 可达到理想的加固效果。 国外对内嵌式加固技术试验研究比较早。 1 9 9 6 年， L u l e a 理T 欠 进行了F R P 矩形截面嵌入式加固试验， 随后D e L o r e n z i s ) 、 H a s s a n和 R i z k a l l a ( 2 0 0 1 年 ) 进行了 C F R P筋嵌入式 试验 ， 之后进行 了一系列类似试 验。 嵌加 固法在 桥梁 1 - 程 加 固上 已有 较为 成熟 的工 艺 ， 且 果 良好 。 例 如 ， 1 9 9 8年 ， Al k h r d a j i 等人 对 美 国 的 J - 8 5 7 行加固， 对其中3块混凝土实心板利用嵌入式方法加固， 加固是利用直径约 1 1 ml n的 C F R P筋嵌入混凝土上尺 mx 1 4 mn 3 x 1 9 mm( 深 ) 的槽中进行加固， 施丁结束后 ， 量检测， 结构的极限承载力提高了 2 7 。 1 9 9 9年 Ha k a n 利用断面为 3 5 ra m 5 1T l n l 的 C F R P板条嵌入式加固了 一 座桥梁 的桥 板 ， 加 固完毕后 ， 通过检测加 固效果令 人 比西方国家， 我国对于内嵌式加固法的研究相对较晚 ， ，国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心的岳清瑞 将国外嵌入式纤维增强塑料加固混凝土构件的成果首 内进行了介绍， 系统地介绍了嵌人式加固方法在国外的 用和科学研究情况， 包括嵌入式加固方法的使用材料 、 E 工工艺 等 ； 与此 同时 ， 香港 理工大学 的李荣 、 腾锦光 等 嵌入式加固法也进行了详细的综述 ， 对国外的试验包括 试验、 抗弯加固试验 、 破坏模式等进行了述评。 随即这 I 口 固方法在国内引起了广泛关注。 发 过程 内嵌筋材加固法具有上述种种优点， 但 目前在民用建 立 用 中仅处于理论研究层 面， 无法投入到实际工程应用 。 因是建筑加固梁与桥梁相比体积小， 无相应施 _ 方法 【具 。 相关施 - T = 技术 的研发在世界范 围内还处于空 白。 基础研究中， 科研人员将筋材内嵌的方法很简单 ： 首先 t 同规格的梁， 再将梁倒置于两特制台座中间。 在其底部 平行开槽 ， 然后在钢质台座两端固定筋材 ， 筋材内嵌于 ，最后在梁两端用胶质封槽口， 注胶凝结。 对于预应力的 去则是靠施加外力收紧台座上的筋材达到目的( 图 1即 研究中施工流程) 。 然而在工程实际中， 我们加固的对象 奉身而不是单根梁 ， 我们不可能将其从建筑整体中剥离 以不论是筋材的锚固( 尤其是施加预应力) 还是注胶都 易实现。 f b ) 张 拉 ( c ) 注胶 ( d ) 抹平、 养护 图 1 基础研 究中施工流程 基于从上论述 ， 我们研发了一种实用型内嵌筋材加固系统， 使得内嵌加固方法可以简捷地应用于工程实际中。 该系统构造图如图 2 6所示 。 图 2钢梁构件图 图 3 杠 杆构件 图 图 4 整体装配 图 图 5筋材装配细部图 图 6装配效 果图 该 系统 主要 由梁架 、 杠杆 、 可拆卸转轴和加力系统组成 。 加 力 系统 采用穿心千斤顶为宜 ， 在 系统构造图中不再 画出 。 梁架 、 杠杆和筋材( 上部为内嵌加固筋材 ， 下部为钢绞线等柔性材料 ) 在竖直平面组成自平衡体系， 将内嵌加固筋材两端设置的端头 卡在杠杆上端缺口处( 杠杆端部的缺口挂锚设计可以使筋材有 效锚固， 使筋材被嵌入后能使杠杆和钢梁分离， 从而移除加固 工具。 ) ， 通过加力系统收紧杠杆下端钢绞线施加预应力。 加固时 将梁架托起， 使其上表面与待加固粱下表面紧贴， 且筋材处于 槽中适当深度。 在槽 口两侧加压注胶， 使胶体均匀密实充满槽中。 胶体产生有效强度后拆去加固工具即可。 该加固工具在实际应 用中， 可通过调节穿入转轴的杠杆数目及杠杆位置， 构成一个 或多个 自 平衡体系， 从而实现同一构件多根筋材的嵌人。 1 5 9 簟一 对于制造该加 固工具的材料 ， 要求选用轻质高强 ， 考虑经 济条件 ， 一般使用市场上常见的型钢加工系统主梁， 推荐使用 1 4 # a 槽钢对焊， 杠杆转轴采用普通圆钢。 条件允许的话整个系统 可以考虑使用铝、 钛及其合金材料。 系统设计时要注意验算各部 件抗弯抗剪性能。 3加 固施 工 流 程 使用该T具加固建筑梁构件时， 首先用切割机在梁底切槽， 槽 口方 形 为宜 ， 并 在其两端适 当加 大槽 口截 面 ， 然后将两 端锚 固的筋材( 对于内嵌螺旋肋钢丝 ， 推荐使用螺丝锚固) 挂在杠杆 上部 ， 将杠杆下部用加力系统( 穿心千斤顶等 ) 施加一定预应 力， 这时梁式加固工具形成一个预应力自平衡体系。 用升降架 将加固系统垫高， 使其紧贴待加固梁底。 此时筋材正好嵌入待加 固粱槽内， 在槽口两端用砂浆( 或其他凝结剂 ) 封口并预留注胶 口。 钢梁上表面黏上塑料薄膜 ， 使筋材置于薄膜之上， 在槽 口两 端加压注胶。 待胶体固化凝结后 ， 撤去杠杆下部加力系统， 拆掉 杠杆转轴， 降低升降架， 将钢梁撤出， 小心除去槽口封口处砂 浆， 拆下杠杆。 在使用化学胶凝剂做槽 口封口处理的情况下 ， 可 用热源在杠杆上加热的方法拆去杠杆。 然后在梁加固槽两端补 胶， 至此构件加固完毕。 该新型内嵌筋材加固混凝土部件工具的研发成功， 可以说 是填补了国内外加固领域的空白， 其造价低廉， 工法简捷， 对内 嵌式加固法在建筑加固行业中的深入应用推广影响深远。 参考文献 ： 1 】 G B 5 0 3 6 7 -2 0 0 6 ， 混凝土结构加固技术规范【 s 北京： 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 6 【 2 】 G B 5 0 1 5 2 9 2 ， 混凝土结构试验方法标准 S 】 - E 京 ： 中国建筑工业出 版社 ， 1 9 9 2 作者简介： 褚海全09 8 5 一 ) ， 男， 硕士研究生， 专业方向为结构加固。 联系地址 ： 河南焦作 河南理 工大学 1 1 1 6信箱 ( 4 5 4 0 0 0 ) 联系电话 ： 1 3 6 1 3 9 1 1 6 9 6 p 墓盟 翟 盈 高 铁新项目 暂 停审 批 混凝土 需求 受影 响 8月 1 0日召开的国务院常务会议要求， 对已经批准但尚未开工的铁路建设项目， 重新组织系统的安全评估。此外 ， 暂停审批新 的铁路建设项目， 并对已受理的项目进行深入论证， 合理确定项 目的技术标准、 建设方案。 同日， 铁道部部长盛光祖证实， 中国高铁将从 9月左右全面降速， 除了京沪 、 津京和沪杭三条高铁线以外 ， 其他高铁或客运专线 将全部降回设计时速。 这是从 1 9 9 7年开始， 中国铁路进入了跨越式大发展阶段 ， 火车运行时速经过了6次上调后 ， 多次冲击高铁最高时速后的首次 降速运行 ， 7 年 “ 跃进式 ” 高铁发展模式宣告终结。 1 0日， 国务院常务会议决定， 开展高速铁路及其在建项 目安全大检查 ， 适当降低新建高速铁路运营初期的速度， 对拟建铁路项 目重新组织安全评估。 高铁专家 、 中国丁程院院士王梦恕表示， “ 长时间跑 3 5 0 k m时速对机车寿命有影响” 。 他曾多次建议将高铁运行时速下调至 3 0 0 k m以内。 他称， 铁道部最终发现， 动车组出现故障， 既与零部件质量有关， 也与过高速度行驶有一定关系。 2 0 1 1 年 6月 3 0日开通的京沪高铁， 被称为世界上最安全的高铁， 其设计时速亦是最快的， 实际最高运营速度接近每小时 3 5 0 k r n ， 为世界上跑得最快的高铁之一。京沪高铁在运营的首月， 仅媒体公开披露的因设备故障而导致列车晚点事件就不下 7次。而日本、 德国等世界上高铁技术强国， 其高铁运营最高时速不超过 3 0 0 k m。 到 2 0 1 0年， 全国铁路基本建设投资总额突破 7 0 0 0 亿元， 超过“ 十五” 期间铁路基本建设投资总额。 2 0 0 8年 1 1 月 ， 国务院同意了铁道部对 中长期铁路网规划 所做的调整： 规划建设新线由 1 6万 k m调整为 4 1 万 k m， 铁路网 覆盖了全国2 0 万人口以上城镇 ， 其中客运专线及城际铁路建设 目标由 1 2万 k m调整为 1 6 万 k m以上。 到 2 0 1 1 年上半年， 铁道部负债已进入 2万亿元时代， 达到 2 0 9 0 7 亿元。之前， 北京交通大学经济学教授赵坚曾预计 ， “ 十二五” 末期 ， 四纵四横高铁在建项 目完成后， 铁路的负债总额将超过 4 万亿元 ， 以4 的利息计算， 仅到期利息一项 ， 届时铁道部每年需要 偿还 1 0 0 0亿元， 与现在铁道部一个季度的收入大致相当。 8月 1 0日， 国务院常务会议要求： 对已经批准但尚未开工的铁路建设项 目， 重新组织系统的安全评估。暂停审批新的铁路建设 项 目， 并对已受理的项目进行深入论证 ， 合理确定项目的技术标准、 建设方案。 广西开展质量检查2 1家预拌混凝土企业被曝光 为加强对预拌混凝土质量的监管， 今年 5月至 7 月上旬 ， 广西住房和城乡建设厅开展了广西预拌混凝土企业质量检查。检查结 果已于 8 月 1 1日公布， 全区共检查 l 1 6家企业( 含 6 家分公司) ， 其中 1 家企业被通报批评并责令停业整改， 8家企业被通报批评并 责令整改 ， 6家企业分站被通报批评并责令整改 ， 另有 6家企业被通报批评。目前 ， 存在问题的企业正在进行整改中。 据了解， 本次检查的内容包括， 对预拌混凝土企业质量的监管情况， 以及检查预拌混凝土企业的质量管理体系、 生产和运输设 备、 试验室管理、 原材料质量控制 、 生产过程质量控制及质量记录等。检查中， 执法人员发现个别市对预拌混凝土企业放松监管， 未 能严格按照有关法律法规对企业进行监管； 部分预拌混凝土企业资质达不到要求； 有的企业技术和管理人员配备不足， 有的企业技 术负责人职称达不到要求 ， 或者中级及以上职称的技术人员达不到要求 ， 有的试验室检测培训上岗人员达不到要求； 管理制度不健 全； 部分预拌混凝土企业设立分站 ， 未按独立企业管理模式运行， 未申请资质证书； 生产过程质量控制不严谨 ， 质量记录不规范； 有 的企业试配记录不全或无试配记录， 无配合比调整通知单， 外加剂、 粉煤灰所用掺量与实际不符； 有的企业未进行强度统计分析， 未 评定生产质量水平等问题。 因此 ， 根据 建设工程质量管理条例 ( 国务院令第 2 7 9 号) 和 建设工程质量检测管理办法 ( 建设部令第 1 4 1 号) 的有关规定 ， 对于存在严重问题且未进行整改的企业予以全区通报批评并责令停业整改。在整改合格前， 企业不得生产和销售预拌混凝土。 1 60