本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)加固技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固鋼筋混凝土方柱施工方法。該方法通過使用自鎖式錨具對(duì)碳纖維布施加預(yù)應(yīng)力，使得鋼筋混凝土方柱（即RC方柱）的核心部分處于三向受壓狀態(tài)，從而提高其承載能力，起到加固補(bǔ)強(qiáng)效果。本方法適用于一般橋梁、房屋建筑，尤其適用大型公共建筑（如學(xué)校、商場）以受軸心壓力為主的鋼筋混凝土方柱的加固補(bǔ)強(qiáng)與改造工程。

背景技術(shù)：

近年來，需加固補(bǔ)強(qiáng)的橋梁以及房屋建筑日漸增多，對(duì)于鋼筋混凝土柱，傳統(tǒng)的加固方式有加大截面法、粘鋼加固法以及粘碳纖維布加固等方法，其中粘碳纖維布加固法又以其施工方便、不增加建筑物自重等優(yōu)勢近年來得到廣泛應(yīng)用，但使用后問題隨之而來。首先，經(jīng)大量文獻(xiàn)試驗(yàn)研究表明，該加固方法能提高構(gòu)件的受壓承載力有限（一般在10%左右），且未能充分發(fā)揮碳纖維高強(qiáng)度的特點(diǎn)，利用效率較低；其次，粘結(jié)碳纖維布所用的膠體耐久性能較低，接硬后，長期暴露在空氣中易老化，造成碳纖維布整體的剝離、脫落，從而喪失加固效果。為了解決這些問題，可對(duì)碳纖維布施加環(huán)向預(yù)應(yīng)力，從而對(duì)核心混凝土提供主動(dòng)約束，有效提高碳纖維布的使用效率；同時(shí)，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)該加固方法可提高構(gòu)件的承載力比普通粘貼的方法高（能提高30%左右），且該加固方法依靠自鎖式錨具進(jìn)行預(yù)應(yīng)力，無需使用膠體進(jìn)行粘結(jié)。但該加固方法在實(shí)施過程中也會(huì)遇到一些問題，1、鋼筋混凝土方柱在加固前需要人工將被加固柱的四個(gè)角部進(jìn)行打磨倒角。此過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且在打磨過程中產(chǎn)生噪聲及大量粉塵，對(duì)環(huán)境造成污染。2、打磨倒角對(duì)被加固RC方柱造成損傷、鋼筋保護(hù)層厚度不足及鋼筋外漏，造成結(jié)構(gòu)耐久性降低。3、預(yù)應(yīng)力碳纖維自鎖式錨具暴露在被加固構(gòu)件外表面，不美觀，且易引起人們注意該結(jié)構(gòu)加固過，從而在心理上對(duì)結(jié)構(gòu)的安全產(chǎn)生懷疑。4、混凝土表面打磨后不是非常光滑，其與碳纖維布的摩擦阻力會(huì)影響預(yù)應(yīng)力的傳遞，從而影響其加固效果。5、碳纖維布為單向絲狀編織物，當(dāng)通過自鎖式錨具施加預(yù)應(yīng)力時(shí)，由于受力不均勻，使得碳纖維布表面?zhèn)€別絲束斷裂，發(fā)生表面“起毛”現(xiàn)象，從而降低了碳纖維布的整體受力性能，影響被加固構(gòu)件承載力的提高。其次本發(fā)明針對(duì)于以上問題，通過：1、事先預(yù)制好模數(shù)化的活性粉末混凝土（RPC）墊塊，通過環(huán)氧干掛結(jié)構(gòu)膠粘貼在被加固構(gòu)件表面從而形成弧角。2、自鎖式錨具嵌在RPC墊塊中，避免錨具外露。3、預(yù)先在RPC墊塊外表面均勻涂刷環(huán)氧膠層形成光滑表面，其能有效降低與CFRP布之間的摩擦力，減少CFRP布的預(yù)應(yīng)力摩擦損失。4、對(duì)施加了預(yù)應(yīng)力的碳纖維布表面均勻涂刷一層環(huán)氧膠，加強(qiáng)碳纖維布的整體受力，使其破壞時(shí)能充分發(fā)揮碳纖維布的強(qiáng)度，改善加固效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固鋼筋混凝土方柱施工方法。該方法針對(duì)在使用自鎖式錨具對(duì)鋼筋混凝土方柱進(jìn)行環(huán)向預(yù)應(yīng)力碳纖維布包裹時(shí)，用人工打磨方柱的四個(gè)角部以形成弧角，這一過程費(fèi)時(shí)費(fèi)力且噪聲粉塵很大，污染環(huán)境；且打磨對(duì)被加固RC方柱造成損傷、鋼筋保護(hù)層厚度不足及鋼筋外漏。自鎖式錨具暴露在外，不美觀且易引起人們對(duì)結(jié)構(gòu)的安全產(chǎn)生懷疑；預(yù)應(yīng)力碳纖維布摩擦損失較大；以及碳纖維布在張拉受力后截面應(yīng)力不均勻，布邊以及個(gè)別絲束易脫絲起毛等現(xiàn)象而進(jìn)行的施工處理方法。通過在RC方柱表面粘貼預(yù)制活性粉末混凝土（RPC）墊塊以形成弧角；將自鎖式錨具嵌在RPC墊塊中，避免錨具外露；在預(yù)制RPC墊塊外表面均勻涂刷環(huán)氧膠層形成光滑表面，減少CFRP布的預(yù)應(yīng)力摩擦損失；在碳纖維布表面均勻涂刷一層環(huán)氧膠，加強(qiáng)碳纖維布的整體受力，使其破壞時(shí)能充分發(fā)揮碳纖維布的強(qiáng)度，從而改善加固效果。

具體步驟為：

步驟1、預(yù)制模數(shù)化的RPC墊塊，RPC墊塊包括角部弧度塊、普通矩形塊和錨具側(cè)矩形塊，其中角部弧度塊的弧度半徑為30mm，對(duì)應(yīng)的圓心角為90度，與弧角相切的墊塊長50mm；普通矩形塊及錨具側(cè)矩形塊沿柱截面方向長度統(tǒng)一取100mm；錨具側(cè)矩形塊在錨具旁一側(cè)的角部倒半徑為10mm的弧角；RPC墊塊的厚度為30mm，與錨具的厚度一致；RPC墊塊的高度為包裹預(yù)應(yīng)力碳纖維布的寬度再加10mm。

步驟2、在預(yù)制好的RPC墊塊表面均勻涂刷一層環(huán)氧膠層，環(huán)氧膠層厚度為0.5~1mm，環(huán)氧膠層固化后形成光滑表面，預(yù)應(yīng)力碳纖維布與該環(huán)氧膠層固化后形成的光滑表面的摩擦系數(shù)為0.01~0.2。

步驟3、確定被加固RC方柱表面的加固位置，并用墨線在其表面彈出需進(jìn)行預(yù)應(yīng)力碳纖維布包裹的位置范圍。

步驟4、將RPC墊塊粘貼在被加固RC方柱表面的加固位置，通過環(huán)氧干掛結(jié)構(gòu)膠將角部弧度塊粘貼到RC方柱表面加固位置的四個(gè)角部；在加固位置3個(gè)平面上粘貼滿普通矩形塊，第四個(gè)平面上用于放置自鎖式錨具，該平面中央100mm寬度不粘貼普通矩形塊，在其兩側(cè)粘貼錨具側(cè)矩形塊，錨具側(cè)矩形塊有弧度的角部在錨具位置側(cè)，第四個(gè)平面其他位置粘貼滿普通矩形塊。

步驟5、待所有RPC墊塊都粘貼到位后，立刻將兩個(gè)L形角鋼套箍條套在RPC墊塊四周并擰緊L形角鋼套箍條上的螺絲，使PRC墊塊被箍緊，從而在環(huán)氧干掛結(jié)構(gòu)膠未固化前起到固定RPC墊塊的作用，待3分鐘后環(huán)氧干掛結(jié)構(gòu)膠固化，擰松L形角鋼套箍條上的螺絲，卸下角鋼套箍條，并用填縫劑對(duì)RPC墊塊之間的縫隙進(jìn)行填縫。

步驟6、將碳纖維布與配套自鎖式錨具按照以下步驟連接：

步驟6.1、確定碳纖維布的下料長度：碳纖維布的下料長度=包裹位置處柱的周長＋（碳纖維布在錨具錨頭裹緊3圈的長度+碳纖維布在錨頭內(nèi)夾緊的長度）×2－兩錨頭中心線間距。

步驟6.2、碳纖維布表面處理：在碳纖維布兩個(gè)端部單側(cè)粘貼一條膠帶，在碳纖維布條上下邊緣間隔或連續(xù)粘貼膠帶。

步驟6.3、將表面處理過的碳纖維布放入錨具夾片中，錨具螺栓和螺栓墊片放入錨具安裝孔中，將其擰緊使兩錨具夾片上緊。

步驟6.4、將表面處理過的碳纖維布沿著錨具夾片環(huán)向纏繞1~5圈，并保證纏繞過程中碳纖維布與錨具夾片之間裹緊。

步驟7、將與自鎖式錨具連接好的碳纖維布包裹在RPC墊塊表面，錨具放置在RPC墊塊與被加固柱表面形成的100mm的凹槽中，施加預(yù)應(yīng)力，具體步驟如下：

步驟7.1、將與自鎖式錨具連接好的碳纖維布包裹在被加固方柱外包的表面涂膠處理過的RPC墊塊上，將螺桿和螺桿墊片穿入錨具中的螺桿安裝孔，將螺母套在螺桿上。

步驟7.2、為了防止自鎖式錨具下墜影響碳纖維布預(yù)應(yīng)力施加的準(zhǔn)確度，在自鎖式錨具下緣用支撐水平地?fù)纹疱^具。

步驟7.3、對(duì)碳纖維布施加初始拉力。

步驟7.4、對(duì)碳纖維布施加預(yù)應(yīng)力。

步驟8、對(duì)施加了預(yù)應(yīng)力的碳纖維布表面均勻涂刷一層環(huán)氧膠。

步驟9、拆除自鎖式錨具下緣的支撐，切割多余的錨螺桿。

步驟10、RPC封錨：用RPC填充錨具與RPC墊塊之間的空隙。

所述RPC墊塊以模數(shù)化尺寸預(yù)制，將其外包到被加固RC方柱上時(shí)，根據(jù)被加固RC方柱尺寸對(duì)其進(jìn)行切割，保證除預(yù)留的錨具放置位置100mm外，被加固RC方柱的被加固位置全部包裹RPC墊塊。

本發(fā)明的技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果：

1、通過在RC方柱上外包活性粉末混凝土（RPC）墊塊形成弧角，可避免預(yù)應(yīng)力FRP加固RC方柱前人工打磨4個(gè)角部以形成弧角這一費(fèi)時(shí)費(fèi)力的過程，避免打磨弧角過程中產(chǎn)生的噪聲和大量粉塵污染環(huán)境，避免打磨對(duì)被加固RC方柱造成損傷、鋼筋保護(hù)層厚度不足及鋼筋外漏?？蓪?shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力FRP快速加固RC方柱。特別適合震后地區(qū)快速加固RC方柱。

2、活性粉末混凝土（RPC）墊塊強(qiáng)度高、耐久性好。

3、預(yù)應(yīng)力FRP布的自鎖式錨具嵌在RPC墊塊中并進(jìn)行封錨可避免錨具外露，提高耐久性和結(jié)構(gòu)美觀。

4、可有效降低碳纖維布與混凝土表面的摩阻力，使其均勻傳遞預(yù)應(yīng)力，從而減小預(yù)應(yīng)力損失，提高了碳纖維布的有效預(yù)應(yīng)力；

5、可有效避免了碳纖維布在張拉過程中表面?zhèn)€別絲束斷裂而引起的碳纖維布整體受力不均勻，使得構(gòu)件破壞時(shí)能充分發(fā)揮碳纖維布的強(qiáng)度，從而改善加固效果；

6、可有效防止碳纖維布布邊的絲束在整個(gè)施工過程中出現(xiàn)脫絲現(xiàn)象，保證預(yù)應(yīng)力碳纖維布的截面寬度，從而保證加固效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中封錨前的總體安裝圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中封錨后的總體安裝圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中方柱加固前彈線及需外包RPC墊塊位置示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中RPC墊塊示意圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中L形角鋼套箍條示意圖。

圖6 為本發(fā)明實(shí)施例中L形角鋼套箍條固定RPC墊塊示意圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例中加固前碳纖維布表面貼透明膠帶處理展開示意圖。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例中自鎖式錨具構(gòu)造詳圖。

圖9為本發(fā)明實(shí)施例中方柱加固后封錨前正立面圖。

圖10為本發(fā)明實(shí)施例中方柱加固后封錨前剖面圖。

圖11為本發(fā)明實(shí)施例中方柱加固封錨后正立面圖。

圖12為本發(fā)明實(shí)施例中方柱加固后封錨后剖面圖。

圖中標(biāo)記：1-墨線；2-碳纖維布包裹的位置范圍；3-錨具側(cè)矩形塊；4-角部弧度塊；5-普通矩形塊；6-按計(jì)算尺寸裁剪好的碳纖維布；7-錨具夾片；8-錨具螺栓；9-螺栓墊片；10-錨具安裝孔；11-螺桿；12-螺桿墊片；13-螺桿安裝孔；14-螺母；15-螺桿端部；16-碳纖維布側(cè)邊的透明膠帶；17-碳纖維布端的透明膠帶；18-L形角鋼套箍條；19-L形角鋼套箍條上的螺絲；20-RPC封錨。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

實(shí)施例：

如圖1~12所示，本實(shí)施例以300mm邊長RC方柱為加固對(duì)象，采用預(yù)應(yīng)力CFRP對(duì)RC方柱進(jìn)行加固，施工方法包括以下步驟：

步驟1、預(yù)制模數(shù)化的活性粉末混凝土（RPC）墊塊，RPC墊塊包括角部弧度塊4、普通矩形塊5和錨具側(cè)矩形塊3。角部弧度塊4弧度的半徑為30mm，對(duì)應(yīng)的圓心角為90度，與弧角相切的墊塊長50mm；普通矩形塊5及錨具側(cè)矩形塊3沿柱截面方向長度統(tǒng)一取100mm。錨具側(cè)矩形塊在錨具旁一側(cè)的角部倒半徑為10mm的弧角。所有墊塊的厚度為30mm與錨具的厚度一致。墊塊的高度為包裹預(yù)應(yīng)力CFRP布6的寬度再加10mm。本實(shí)施例中預(yù)應(yīng)力碳纖維布寬150mm，故RPC墊塊的高度為160mm。

如上所述的步驟1包括以下步驟：

步驟1.1、RPC的配比，見表1。其中鋼纖維為體積比，鋼纖維直徑0.20mm，長度8~10mm。采用新型高性能減水劑，白色粉末狀，減水率為30%。水泥為42.5的普通硅酸鹽水泥。

表1 RPC配比表

步驟1.2、RPC的制備。攪拌設(shè)備應(yīng)為強(qiáng)制式攪拌機(jī)，攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速不宜低于45轉(zhuǎn)/min。投料、攪拌順序：1、精確稱量所需材料；2、先加石英砂和鋼纖維，鋼纖維可用空隙較大的篩子篩濾，攪拌3min；3、加入水泥和硅灰，攪拌2min；4、加入粉末狀的減水劑，攪拌2min；5、加水，攪拌4min。

步驟1.3、RPC墊塊的制備。攪拌好的RPC材料應(yīng)一次性裝入墊塊試模并高出試模上口，在振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)成型。振動(dòng)時(shí)應(yīng)防止試模在振動(dòng)臺(tái)上跳動(dòng)，并用抹刀沿試模內(nèi)壁多加插搗，持續(xù)到RPC表面出漿為止。振搗過程中注意抹平壓光，并防止氣泡產(chǎn)生。振搗結(jié)束刮去多余的拌合物，用抹刀抹平試件表面，將模具放入養(yǎng)護(hù)室。

步驟1.4、RPC墊塊的養(yǎng)護(hù)。成型完畢的構(gòu)件先要放入溫度20±2℃、相對(duì)濕度95%以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)24h~36h，之后拆模。對(duì)試件進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)，自然養(yǎng)護(hù)時(shí)的環(huán)境平均氣溫宜高于10℃，構(gòu)件表面應(yīng)保持濕潤不少于7天。

步驟2、在預(yù)制養(yǎng)護(hù)好的RPC墊塊表面均勻涂刷一層環(huán)氧膠層，環(huán)氧膠的配制過程為：將環(huán)氧膠主劑A與固化劑B分別攪拌均勻，然后按A:B=2:1的質(zhì)量配比倒入容器，充分?jǐn)嚢杈鶆蛑翛]有色差。攪拌時(shí)不得有水及油污混入。環(huán)氧膠每次配膠量不宜太多，以單人操作30分鐘用膠量為宜。環(huán)氧膠層固化后形成光滑表面，碳纖維布與該表面的摩擦系數(shù)為0.01~0.2，該環(huán)氧膠層厚度為0.5~1mm。

步驟3、確定被加固RC方柱表面的加固位置。用墨線1在其表面彈出需進(jìn)行預(yù)應(yīng)力碳纖維布包裹的位置范圍2。

步驟4、將RPC墊塊粘貼在被加固RC方柱表面的加固位置。通過環(huán)氧干掛結(jié)構(gòu)膠將角部弧度塊4粘貼到RC方柱加固位置的四個(gè)角部；在加固位置3個(gè)平面上每面粘貼兩塊普通矩形塊5；第四個(gè)平面上用于放置自鎖式錨具，該平面中央100mm寬度不粘貼普通矩形塊。將100mm寬錨具側(cè)矩形塊3切割為50mm寬。將其粘貼在錨具放置面緊靠角部弧度塊4，注意錨具側(cè)矩形塊3有弧度的角部在錨具位置側(cè)。

步驟5、臨時(shí)固定RPC墊塊。待所有RPC墊塊都粘貼到位后，立刻將兩個(gè)L形角鋼套箍條18套在RPC墊塊四周并擰緊L形角鋼套箍條上的螺絲19，使PRC墊塊被箍緊，從而在環(huán)氧干掛結(jié)構(gòu)膠未固化前起到固定RPC墊塊的作用。待3分鐘后環(huán)氧干掛結(jié)構(gòu)膠固化后，擰松L形角鋼套箍條上的螺絲19，卸下角鋼套箍條18。RPC墊塊之間的縫隙用填縫劑填縫。

步驟6、將碳纖維布與配套自鎖式錨具按照以下步驟連接：

步驟6.1、確定碳纖維布的下料長度。碳纖維布的下料長度=包裹位置處柱的周長＋（碳纖維布在錨具錨頭裹緊3圈的長度+碳纖維布在錨頭內(nèi)夾緊的長度）×2－兩錨頭中心線間距。

步驟6.2、碳纖維布表面處理。根據(jù)下料長度裁剪好碳纖維布6，在碳纖維布6兩個(gè)端部單側(cè)各自粘貼寬度為2cm的透明膠帶17。在碳纖維布條6上下邊緣1.5cm范圍內(nèi)每間隔15cm粘貼寬度為3cm的透明膠帶16。

步驟6.3、將表面處理過的碳纖維布6放入錨具夾片7中，錨具螺栓8和螺栓墊片9放入錨具安裝孔10中，將其擰緊使兩錨具夾片7上緊。

步驟6.4、將表面處理過的碳纖維布6沿著錨具夾片7環(huán)向纏繞3圈，并保證纏繞過程中碳纖維布6與錨具夾片7之間裹緊。

步驟7、將與自鎖式錨具連接好的碳纖維布包裹在RPC墊塊表面，錨具放置在RPC墊塊與被加固柱表面形成的100mm的凹槽中，施加預(yù)應(yīng)力，具體步驟如下：

步驟7.1、將與自鎖式錨具連接好的碳纖維布包裹在被加固方柱外包的表面涂膠處理過的RPC墊塊上，將螺桿11和螺桿墊片12穿入錨具中的螺桿安裝孔13，將螺母14套在螺桿11上。

步驟7.2、為防止自鎖式錨具下墜影響碳纖維布6預(yù)應(yīng)力施加的準(zhǔn)確度，在自鎖式錨具下緣用支撐水平地?fù)纹疱^具。

步驟7.3、對(duì)碳纖維布6施加初始拉力。同步交替擰緊上下兩根螺桿11上的螺母14，直至碳纖維布6裹緊在被加固柱外包RPC墊塊表面不能自由移動(dòng)為止。撕除貼在碳纖維布6上下邊緣的透明膠帶16。

步驟7.4、對(duì)碳纖維布6施加預(yù)應(yīng)力。用兩個(gè)扳手固定住上下兩個(gè)螺桿端部15，另外兩個(gè)扳手同步交替擰緊上下兩根螺桿11上的螺母14。在擰緊的同時(shí)用刻度尺測量自鎖式錨具兩端頭的距離，保證其兩端頭水平距離相同，從而確保碳纖維布6同步受力。根據(jù)扳手?jǐn)Q緊螺母14的圈數(shù)與碳纖維布6預(yù)應(yīng)力大小的線性關(guān)系確定碳纖維布上施加的預(yù)應(yīng)力度。

步驟8、對(duì)施加了預(yù)應(yīng)力的碳纖維布6表面均勻涂刷一層環(huán)氧膠。

步驟9、拆除自鎖式錨具下緣的支撐。切割多余的錨螺桿11。

步驟10、RPC封錨20。用RPC填充錨具與RPC墊塊之間的空隙。

所述RPC墊塊以模數(shù)化尺寸預(yù)制，將其外包到被加固RC方柱上時(shí)，可根據(jù)被加固RC方柱尺寸對(duì)其進(jìn)行切割，保證除預(yù)留的錨具放置位置100mm外，被加固RC方柱被加固位置全部包裹RPC墊塊。

本文中所描述的具體實(shí)施例僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可對(duì)所描述的具體實(shí)施例做某些修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。