[发明专利]纤维薄板‑钢板组合加固RC结构及其方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于土木建筑及交通运输工程领域，具体涉及纤维薄板-钢板组合加固RC结构及其方法与应用。

背景技术

粘贴钢板加固法和粘贴纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer，简称FRP)加固法是目前土木建筑及交通运输工程中混凝土结构最常用的两种被动加固方法，能有效提高原有结构的承载力，具有工期短、对结构外观影响小等优点，但均还存在一些问题。

粘贴钢板加固法优点是能够有效提高结构的刚度和承载力，但不足之处为：1)钢板的弹性模量(E_s＝206GPa)和混凝土弹性模量(E_c＝22～38GPa)相差较大，导致钢板与混凝土的界面的应力梯度很大，变形不协调，容易出现应力集中；2)钢板本身容易锈蚀，不但维修和养护困难，还会影响结构的耐久性；3)钢板与混凝土的连接主要依赖于螺栓等连接件，连接件的力学性能及耐久性不但会左右其加固效果，而且还会对被加固的混凝土结构造成新的损伤和应力集中；4)钢板比较重，增加原结构的自重；5)钢板较厚(6～10mm)也重，会给施工带来一定的困难。

粘贴FRP加固法的最大优势是轻质高强，碳纤维增强复合材料(CFRP)的耐腐蚀性好，但由于材料本身的单向性、脆性等缺点导致该方法存在如下问题：1)加固后对结构件的刚度提高效果不明显；2)如果不采取适当的措施，FRP材料的锚固效果较差，加固结构常常会发生FRP与混凝土界面的剥离破坏，无法充分发挥FRP材料的高强度优势；3)FRP不管发生FRP拉断或FRP-混凝土界面剥离破坏，均是脆性破坏，不利于工程结构的安全预警。

为解决粘贴FRP加固法中的有效锚固问题，近年来有学者提出了FRP-螺栓锚固技术。该方法是按一定的间距采用矩形小钢片和锚栓对FRP进行锚固。该方法可以有效防止FRP-混凝土界面过早剥离破坏，但其本质仍然是单一的粘贴FRP加固法，钢板不参与受力，没有解决FRP加固法所存在的刚度无明显提高及无法充分发挥FRP材料的高强度优势等问题。另外，该方法还存在锚固点局部有压弯、损伤纤维的可能性。

为了解决粘贴FRP加固法无法显著提高加固结构的刚度和锚固困难的问题，有学者提出了混凝土结构的钢板-FRP复合加固方法(CN101994398B)。该方法是将碳纤维布放在内层，钢板压在碳纤维布上，利用小钢片压住钢板进行加固。该方法能有效提高结构的刚度，并靠固定钢板压片的锚栓提供给加固钢板的压力来锚固钢板和碳纤维布，但钢板和碳纤维布与被加固构件之间仍然是靠界面来传递荷载。由于采用的碳纤维布的弹性模量E_c≥230GPa，与混凝土弹性模量相差很大，导致碳纤维布与混凝土之间的界面的应力梯度很大，变形不协调，会出现应力集中现象。

发明内容

为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种纤维薄板-钢板的组合板。

本发明的另一目的在于提供上述纤维薄板-钢板组合加固RC结构的方法。

一种纤维薄板-钢板组合板，所述组合板具有三层结构，每层板的弹性模量不同。与混凝土接触的一层是低弹性模量的第一纤维薄板，中间层是钢板，外层是中、高弹性模量的第二纤维薄板，如图1所示。

所述的纤维薄板是本申请人的新型FRP材料(ZL200410026742.8)，其中,第一纤维薄板是比钢板的弹性模量低的高强玻璃纤维薄板或者芳纶纤维薄板或者玄武岩纤维薄板；第二纤维薄板为比钢板的弹性模量高的碳纤维薄板。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种纤维薄板-钢板组合加固RC结构，采用纤维薄板和钢板制备成组合板并对RC结构进行加固。

进一步地，所述组合板为三层结构，依次为第一纤维薄板、钢板和第二纤维薄板。

进一步地，第一纤维薄板为高强玻璃纤维薄板、芳纶纤维薄板或玄武岩纤维薄板；所述钢板为普通碳素结构钢板；所述第二纤维薄板为碳纤维薄板。

进一步地，第一纤维薄板的弹性模量为比钢板的低，第二纤维薄板的弹性模量为比钢板的高。

进一步地，所述第一纤维薄板和第二纤维薄板的长度与钢板相同；第一纤维薄板和第二纤维薄板的宽度为50mm～300mm，且与钢板的宽度相同；所述第一纤维薄板的计算厚度为0.1mm～0.3mm，所述钢板的厚度为3mm～5mm，所述第二纤维薄板的计算厚度为0.1mm～0.3mm。