[发明专利]一种预应力复合加固钢筋混凝土柱系统及其实施方法

权利要求书

1.一种预应力复合加固钢筋混凝土柱系统，其特征在于：包括梯形钢板叠合嵌压装置、FRP布及环形FRP套箍；所述梯形钢板叠合嵌压装置包括嵌合的凸梯形钢板嵌压条与凹梯形钢板垫层；多个所述梯形钢板叠合嵌压装置的凹梯形钢板垫层与开设于待加固钢筋混凝土柱表面上的多个凹梯形混凝土槽依次对应固定连接；所述待加固钢筋混凝土柱表面环设有所述FRP布，所述FRP布位于所述凹梯形钢板垫层与凸梯形钢板嵌压条之间，所述FRP布通过其中一个所述梯形钢板叠合嵌压装置锚固连接，其余所述梯形钢板叠合嵌压装置能够对所述FRP布施加预应力，所述梯形钢板叠合嵌压装置外侧套设有多个所述环形FRP套箍。

2.根据权利要求1所述的预应力复合加固钢筋混凝土柱系统，其特征在于：所述梯形钢板叠合嵌压装置还包括锚固螺栓；所述凹梯形钢板垫层的尺寸大小与所述凹梯形混凝土槽的尺寸大小相嵌合，所述凹梯形钢板垫层底侧与所述凹梯形混凝土槽之间通过黏结剂贴合，并利用所述凹梯形钢板垫层上沿纵向隔段布设的两排内嵌式混凝土锚钉固定；所述凸梯形钢板嵌压条与所述凹梯形钢板垫层契合连接，且所述凸梯形钢板嵌压条与所述凹梯形钢板垫层之间留有用于夹持所述FRP布的间隙；所述凸梯形钢板嵌压条与所述凹梯形钢板垫层之间通过沿纵向均匀布置的多个锚固螺栓固定，所述锚固螺栓穿设于所述FRP布上。

3.根据权利要求2所述的预应力复合加固钢筋混凝土柱系统，其特征在于：所述凸梯形钢板嵌压条包括多块钢压板；多块所述钢压板之间通过能够转动的钢铰链活动连接，所述锚固螺栓一端穿设于所述钢压板上。

4.根据权利要求2所述的预应力复合加固钢筋混凝土柱系统，其特征在于：所述凹梯形钢板垫层和凸梯形钢板嵌压条与所述FRP布接触的一侧均设有波形纹接触面，所述凹梯形钢板垫层的波形纹接触面与所述凸梯形钢板嵌压条的波形纹接触面能够相互嵌合。

5.根据权利要求2所述的预应力复合加固钢筋混凝土柱系统，其特征在于：所述凹梯形钢板垫层和凸梯形钢板嵌压条两侧与所述FRP布的接触端均为圆弧角结构。

6.根据权利要求1所述的预应力复合加固钢筋混凝土柱系统，其特征在于：所述凹梯形混凝土槽为开设在所述待加固钢筋混凝土柱表面上沿柱高方向的横截面呈倒梯形状的凹槽，凹槽数量根据所述FRP布加固所需的张拉预应力大小确定，假定凹梯形混凝土槽数量为n_c，则

式中，n_t为梯形钢板叠合嵌压装置的数量；f_p为预应力FRP加固所需的张拉预应力大小；L为FRP布的总长；ΔL为单个梯形钢板叠合嵌压装置压合后FRP布的伸长量；E_p为FRP布的弹性模量。

7.根据权利要求6所述的预应力复合加固钢筋混凝土柱系统，其特征在于：f_p、按如下式进行计算：

式中，f_p、为梯形钢板叠合嵌压装置加固后完成施加的预应力值；f_p为预应力FRP加固所需的张拉预应力大小；n_t为梯形钢板叠合嵌压装置的总数量，n_t-1表示梯形钢板叠合嵌压预应力施加装置的数量；L为FRP布的总长；ΔL为单个预应力施加装置压合后FRP布的伸长量；E_p为预应力FRP布的弹性模量。

8.根据权利要求7所述的预应力复合加固钢筋混凝土柱系统，其特征在于：ΔL采用如下公式进行计算：

ΔL＝a+2c-b

式中，a为凹梯形钢板垫层凹梯形的上边长度；b为凹梯形钢板垫层凹梯形槽的下边长度；c为凹梯形钢板垫层凹梯形的斜边长度。

9.一种预应力复合加固钢筋混凝土柱系统的实施方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、凹梯形混凝土槽的开挖：根据FRP布加固所需的张拉预应力大小，确定凹梯形混凝土槽的开挖数量为n_c；

步骤2、固定凹梯形钢板垫层：通过黏结剂将凹梯形钢板垫层贴合在凹梯形混凝土槽中，并利用凹梯形钢板垫层上布设的两排内嵌式锚钉进行固定；

步骤3、沿待加固钢筋混凝土柱身环向包裹FRP布：把FRP布的一端贴放在任一个凹梯形钢板垫层的波形纹接触面上，以此为起始端对柱身进行包裹一圈或多圈，FRP布的另一端搭接在起始端上并有搭接重合；

步骤4、将FRP布两端搭接部分锚固：将FRP布两端搭接部分处的梯形钢板叠合嵌压装置作为锚固装置，凸梯形钢板嵌压条通过波形纹接触面嵌合凹梯形钢板垫层，并依次通过拧锚固螺栓将钢板嵌压条、FRP布和钢板垫层三部分卡紧，使FRP布两端锚固在装置内，完成锚固端的锚固；

步骤5、FRP布预应力施加：对剩余的某个凹梯形混凝土槽及对应的凹梯形钢板垫层进行以下操作：将凸梯形钢板嵌压条组合件中轴线对准凹梯形钢板垫层的中轴线，将凹梯形钢板垫层和凸梯形钢板嵌压条上用于穿插锚固螺栓杆的孔相应对齐，并使嵌压条装置整个贴靠在FRP布外侧面上，将锚固螺栓穿过嵌压条组合件中某个凸梯形钢板嵌压条及与之对应的凹梯形钢板垫层上的孔，将锚固螺栓往里拧，直至凸梯形钢板嵌压条与凹梯形钢板垫层完全卡合、凸梯形钢板嵌压条上的波形纹接触面与凹梯形钢板垫层上的波形纹接触面相互嵌合，然后再依次对凸梯形钢板嵌压条组合件余下的嵌压条进行相同的操作，完成一个梯形钢板叠合嵌压预应力装置中的预应力施加；

步骤6：重复步骤5，完成待加固钢筋混凝土圆柱或方柱剩余所有的凹梯形混凝土槽内梯形钢板叠合嵌压预应力施加装置中嵌压条和钢板垫层的嵌合及FRP布的预应力施加工作；

步骤7、安装环形FRP套箍：在完成预应力施加的复合加固钢筋混凝土柱身表面沿柱高方向均匀设置多圈环形FRP套箍；

步骤8、涂抹防锈剂：在完成整个加固施工后，在复合加固系统的外表面涂抹一层环氧树脂防锈层。