CN102787730B - 直接剪切型加固组件 - Google Patents
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Abstract
本发明的直接剪切型加固组件，包括紧贴于需加固构件的加固板件和将加固板件固定连接于需加固构件的锚栓副，锚栓副包括锚栓、膨胀套和锚固螺母，膨胀套为由至少两半柱体形成的分体式结构且与锚栓通过锥面副配合外套于锚栓，膨胀套通过旋在锚栓上的锚固螺母压入加固板件的连接孔且在锥面副的作用下膨胀套的外圆与连接孔胀紧配合；本发明以需加固构件本身作为对锚栓的支点，为增强加固板件提供有效约束，锚栓直接承受剪切作用，加固板件直接介入构件受力，能够充分发挥加固板件的作用，加固质量可靠性高，所有的锚栓在构件加固后的超载受力过程中，能立即与加固板件一同介入受力，使被加固构件的刚度和承载力能可靠地大幅度提高。
Description
技术领域
本发明属于土木结构工程领域，特别涉及一种直接剪切型加固组件。
背景技术
混凝土构件由于各种原因需要进行加固。虽然存在各种加固方法，但每种方法都存在各自的局限。混凝土增大截面加固法会影响构件外观，降低结构净高，增加结构自重，且施工麻烦，对在用结构使用功能干扰大；粘贴纤维复合材料加固对构件承载力提高幅度有限，普通粘贴碳纤维板由于二次受力、裂缝、挠度以及剥离破坏的影响，正常使用状态下碳纤维板的应力通常不足标准强度的5%，使得碳纤维复合材不能充分发挥其应有的作用，刚度提高很小，材料的高强度难以有效发挥；粘贴钢板加固法虽能有效提高构件承载力，但易于发生剥离破坏；普通锚栓连接钢板由于钢板孔与锚栓之间存在间隙，导致钢板受力滞后，刚度提高有限。同时，粘贴纤维复合材与粘贴钢板加固具有共同的致命缺点，就是过分依赖混凝土基层面的处理质量和粘贴质量，并且粘结剂均不能防火，甚至在60℃以上的温度环境使用都受到限制。
因此，需要一种用于构件加固的装置，能够克服混凝土增大截面加固法、纤维复合材加固法、粘贴钢板加固法的所有缺点，能够充分发挥加固板件的作用，并大大提高加固质量的可靠性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种直接剪切型加固组件，能够克服混凝土增大截面加固法、纤维复合材加固法、粘贴钢板加固法和普通锚栓连接钢板的所有缺点，能够充分发挥加固板件的作用，加固质量可靠性高，锚栓在构件加固后的超载受力过程中，能立即与加固板件一同介入受力，使被加固构件的刚度和承载力能可靠地大幅度提高。
本发明的直接剪切型加固组件，包括紧贴于需加固构件的加固板件和将加固板件固定连接于需加固构件的锚栓副，所述锚栓副包括锚栓、膨胀套和锚固螺母，所述膨胀套为由至少两半柱体形成的分体式结构且与锚栓通过锥面副配合外套于锚栓，所述膨胀套通过旋在锚栓上的锚固螺母压入加固板件的连接孔且在锥面副的作用下膨胀套的外圆与连接孔胀紧配合。
进一步，所述锥面副包括锚栓外圆设有内大外小的外锥面和设置于膨胀套的内圆与外锥面锥度相同且与外锥面配合的内锥面；
进一步，所述需加固构件为混凝土构件，所述加固板件紧贴于混凝土构件表面；
进一步，膨胀套外侧端部向外折弯形成限位环形凸台；
进一步，所述加固板件为钢板，所述钢板通过锚栓副固定连接并紧贴于需加固构件表面；或者，钢板与需加固构件表面之间通过粘接剂粘接并通过锚栓副固定连接；
进一步，所述膨胀套为由至少两半柱体形成的分体式结构，两半柱体的沿钢板受力方向并列组合形成膨胀套。
本发明的有益效果是：本发明的直接剪切型加固组件，采用膨胀套结构并通过锥面副使膨胀套胀紧于加固板件的连接孔，消除径向间隙，并且由于膨胀套的设置，锚栓及其螺母与加固板件并不直接发生作用，使得加固板件在加固时并不影响其与需加固构件之间的贴紧状态，施工后，当加固板件在构件内力作用下相对于需加固构件表面产生滑移时，由于加固板件的连接孔、膨胀套和锚栓之间无安装间隙，以需加固构件本身作为对锚栓的支点，锚栓直接承受剪切作用，形成直接剪切型锚栓副，为增强加固板件提供有效约束，加固板件不存在过渡而直接介入构件受力，实现有效加固的目的；本发明能够克服混凝土增大截面加固法、纤维复合材加固法、粘贴钢板加固法和普通锚栓连接钢板加固法的所有缺点，能够充分发挥加固板件的作用，加固质量可靠性较高，所有的锚栓在构件加固后的超载受力过程中，能立即与加固板件一同介入受力，使被加固构件的刚度和承载力能可靠地大幅度提高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明膨胀套结构示意图；
图3为图2沿A向视图；
图4为本发明安装过程示意图；
图5为本发明使用结构图；
图6为本发明试验原理图；
图7为试验结果对比图。
具体实施方式
图1为本发明结构示意图，图2为本发明膨胀套结构示意图，图3为图2沿A向视图，图4为本发明安装过程示意图，图5为本发明使用结构图，如图所示：本实施例的直接剪切型加固组件，包括紧贴于需加固构件的加固板件1和将加固板件1固定连接于需加固构件的锚栓副，所述锚栓副包括锚栓2、膨胀套3和锚固螺母4，所述膨胀套3为由至少两半柱体形成的分体式结构且与锚栓2通过锥面副配合外套于锚栓2，所述膨胀套3通过旋在锚栓2上的锚固螺母4压入加固板件1的连接孔1a且在锥面副的作用下膨胀套3的外圆与连接孔1a胀紧配合，压入过程包括锚栓外移导致的膨胀套相对进入过程和直接压入过程；锥面副可由锚栓2外圆为内大外小的外锥面和膨胀套3内圆之间构成，也可以是膨胀套3内圆为内大外小的内锥面和锚栓2外圆之间构成，还可以是锚栓2外圆为内大外小的锥面和膨胀套3内圆为与外锥面相配合的内大外小的内锥面之间构成，均能实现轴向压入而径向胀紧的效果。
本实施例中，所述锥面副包括锚栓2外圆设有内大外小的外锥面2a和设置于膨胀套3的内圆与外锥面2a锥度相同且与外锥面2a配合的内锥面3a；内大外小的内指的是锚入方向，外指的是锚栓外露于需加固构件的方向；由内锥面3a和外锥面2a共同形成锥面副，使得膨胀套3压入过程中产生的径向膨胀均匀，消除间隙较为彻底，在形成直接剪切力过程中受力面积较大，具有较好的加固效果和稳定性。
本实施例中，所述需加固构件为混凝土构件6，所述加固板件1紧贴于混凝土构件6的表面；混凝土构件6承受弯矩、剪力、轴力甚至扭矩时，只要设计上认为在构件表面附着钢板并协同受力就能提高构件的承载力，通过本发明提供的锚栓副就能使加固板件1立即介入受力，显示出较现有技术加固方法更优良的特性。
本实施例中，膨胀套3外侧端部向外折弯形成限位环形凸台3b；该限位环形凸台3b能够准确控制膨胀套3在组件轴线上的位置，相应地控制了锚栓2锥面在组件中轴线上的位置，使组件处于最佳受力状态。
本实施例中，所述加固板件1为钢板，所述钢板通过锚栓副固定连接并紧贴于需加固构件1表面；或者，钢板与需加固构件表面之间通过粘接剂粘接并通过锚栓副固定连接；也就是钢板除通过直接剪切型锚栓副连接于加固构件外，还可以在钢板与加固构件之间辅助粘接剂连接，使钢板和混凝土梁形成整体共同受力。
本实施例中，所述膨胀套3为由两半柱体形成的分体式结构，两半柱体的沿受力方向并列组合形成膨胀套3；采用本实施例的哈夫式结构并按照受力方向并列设置，能够保证传力的可靠性。
本发明的锚栓2与钢板按如下方法进行安装连接：
锚栓2穿过钢板上的连接孔植入被加固混凝土梁6内，安装膨胀套3，使限位环形凸台3b与钢板表面之间预留少许间距，或者抵紧钢板表面利用旋转锚固螺母使锚栓少许外移，使得锚栓和膨胀套之间的锥面副驱动膨胀套横向扩张位移，并与钢板的连接孔内壁抵紧，实现连接孔、膨胀套和锚栓三者之间紧密接触。当钢板受力后相对于混凝土表面产生滑移时，由于钢板和锚栓之间无安装间隙，锚栓直接承受剪切作用，形成直接剪切型锚栓，并为增强钢板提供有效约束，使钢板介入构件受力，实现加固目标。
当需要使用多根锚栓2实现钢板与混凝土梁6之间连接时（图5所示），按如下步骤操作。
1.钢板采用任何一种可靠的临时措施，保持与混凝土梁表面紧靠，并要求不发生相对移位。
2.透过钢板上的连接孔，采用电锤或水钻等钻孔设备，在混凝土梁基层中钻锚栓孔，锚栓孔直径与钢板上的钻孔直径大致相同。
3.逐根植入直接剪切型锚栓，并按前述单根锚栓与钢板之间安装连接方法，完成锚栓2与钢板之间的紧密连接。
图6为本发明试验原理图，图7为试验结果对比图，如图所示，验证采用直接剪切型加固组件的加固效果，进行了被加固混凝土梁6和现有混凝土梁的对比试验，如图所示，被加固混凝土梁6和现有混凝土梁被设置为简支梁；
试验梁共3根，载荷7跨中施加载荷，被加固混凝土梁6和现有混凝土梁截面尺寸和纵筋配量完全相同，并采用同一罐车预拌混凝土浇筑。加固梁的箍筋配量有所提高，以避免正截面加固后梁的受剪承载力不足，加载简图如图6；加固梁使用的钢板为Q235，截面尺寸-200X9，直接剪切型锚栓规格M20，材质45号钢；加固构件共2个，其中一个完全使用直接剪切型锚栓连接，另一个加固构件在使用直接剪切型锚栓连接后，再在加固钢板与加固梁底面之间压力灌注环氧树脂浆液。如图7所示，a曲线为对比梁（现有技术）的载荷—跨中位移曲线，b曲线为20mm锚栓的本发明加固梁的载荷跨中位移曲线，c曲线为20mm锚栓的本发明加固梁的载荷—跨中位移曲线（辅助粘接剂—环氧树脂浆液）；试验结果表明，两个加固构件承载力提高120%，灌注环氧树脂浆液的构件表现出了更好的性能。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种直接剪切型加固组件，其特征在于：包括紧贴于需加固构件的加固板件和将加固板件固定连接于需加固构件的锚栓副，所述锚栓副包括锚栓、膨胀套和锚固螺母，所述膨胀套为由至少两半柱体形成的分体式结构且与锚栓通过锥面副配合外套于锚栓，所述膨胀套通过旋在锚栓上的锚固螺母压入加固板件的连接孔且在锥面副的作用下膨胀套的外圆与连接孔胀紧配合；所述锥面副包括锚栓外圆设有内大外小的外锥面和设置于膨胀套的内圆与外锥面锥度相同且与外锥面配合的内锥面；内大外小的内指的是锚入方向。
2.根据权利要求1所述的直接剪切型加固组件，其特征在于：所述需加固构件为混凝土构件，所述加固板件紧贴于混凝土构件表面。
3.根据权利要求1所述的直接剪切型加固组件，其特征在于：膨胀套外侧端部向外折弯形成限位环形凸台。
4.根据权利要求1所述的直接剪切型加固组件，其特征在于：所述加固板件为钢板，所述钢板通过锚栓副固定连接并紧贴于需加固构件表面；或者，钢板与需加固构件表面之间通过粘接剂粘接并通过锚栓副固定连接。
5.根据权利要求1所述的直接剪切型加固组件，其特征在于：所述膨胀套为由至少两半柱体形成的分体式结构，柱体沿钢板受力方向并列组合形成膨胀套。
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