一种用于建筑结构的冲孔钢板与HPA涂料结合的加固方法

本发明涉及土木工程建筑加固与改造，具体涉及一种用于建筑结构的冲孔钢板与hpa涂料结合的加固方法。

背景技术：

1、目前，针对建筑结构的传统加固方法主要包括以下几种，但它们在实际应用中均存在明显的痛点，增大截面法原构件外浇筑新的混凝土层。如项炳泉,李瑞林,徐丹,等. 既有建筑结构抗震加固技术研究综述[j]. 安徽建筑,2024,31(10):43-47,54. doi:10.16330/j.cnki.1007-7359.2024.10.15：该方法虽然可靠，但湿作业工作量大，养护周期长，且会显著减少建筑的使用面积，对于寸土寸金的商业建筑或空间受限的住宅往往难以接受；

2、粘贴纤维复合材料（frp）法，该方法施工便捷、不占空间，但存在两大缺陷：一是耐火性能极差，遇火瞬间失效，需昂贵的防火处理；二是只能提供抗拉强度，无法提供抗压刚度，且对基层的平整度要求极高，容易发生剥离破坏；

3、传统外包钢法工艺要求对缀板、箍板进行大量的现场焊接。耐久性与界面失效是传统湿式外包钢主要问题，其主要依赖结构胶的化学粘结。结构胶属于有机材料，随着时间推移会发生老化、蠕变，导致钢板与混凝土分离（空鼓)。一旦发生火灾，胶水软化，加固层立即失效。加固后的角钢、缀板突出墙面，影响建筑的外观。

4、针对上述问题，亟须一种完全无焊接、物理锚固可靠、耐久性好且兼顾建筑装饰一体化的新型加固技术。

技术实现思路

1、为了克服以上现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于建筑结构的冲孔钢板与hpa涂料结合的加固方法，该结构通过独特的机械销栓锚固机制与高性能涂层防护体系，旨在为商场、医院、学校、住宅等既有建筑的剪力墙、框架柱、框架梁提供一种不动火、无焊接、抗震性能优越且装饰一体化的综合解决方案，从而显著提升建筑结构的承载力、刚度、延性及全生命周期耐久性。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种用于建筑结构的冲孔钢板与hpa涂料结合的加固方法，包括以下步骤；

4、该方法适用于钢筋混凝土剪力墙、框架柱及框架梁的抗震加固与耐久性修复，包括以下步骤：

5、步骤1：基面协同处理：对原结构表面进行清理与修补；

6、步骤2：异型冲孔钢板1预制：根据构件的几何截面，将厚度≤8mm的冲孔钢板1预制成平面型、l型或u型包覆件，并在冲孔钢板1表面加工出呈梅花状排列的通孔，随后进行喷砂除锈及钝化处理；

7、步骤3：无焊接机械锚固：利用钢筋探测雷达定位原结构钢筋，规划避让路径后在构件表面钻孔，通过化学锚栓3将冲孔钢板1机械固定于构件表面；

8、步骤4：销栓成型与应力预张：通过依序拧紧化学锚栓3的螺母对冲孔钢板1施加预应力，迫使结构粘钢胶从冲孔钢板1通孔中受压溢出，并用工具抹平覆盖孔周，固化后形成贯穿冲孔钢板1与原结构的抗剪胶钉销栓，形成粘钢胶层2；

9、步骤5：hpa防护层一体化施工：待粘钢胶层2固化后，在冲孔钢板1及周边混凝土表面连续喷涂hpa高性能涂料，形成兼具防腐、防碳化及抗冲击功能的连续防护层。

10、原结构表面与冲孔钢板1之间存在间隙，通过结构粘钢胶填充，并且随着冲孔钢板1的挤压形成抗剪销栓；外包冲孔钢板1层，由l型、u型或者平面冲孔钢板1组成，通过化学螺栓3与原结构相连，最外层由hpa防护涂层5进行包裹。

11、所述步骤1中，鉴于既有结构表面可能存在碳化层或者裂缝，为防止后续粘贴粘结失效，首先对原结构表面进行凿毛处理，直至露出新鲜骨料面，以保证后续的粘结强度；

12、对原结构构件进行表面凿毛，去除碳化层直至露出骨料新面，并对裂缝进行压力注胶修补，对构件阳角进行圆弧化打磨。

13、所述步骤2中，对于原结构为矩形框架柱和梁，必须对其阳角进行圆弧化打磨，控制圆弧半径r≥20mm；此举是为了防止冲孔钢板1在受力紧绷时，尖锐的混凝土角部产生应力集中切断钢板或造成局部压碎，并若基面存在宽度大于0.1mm的结构性裂缝，需预先采用低粘度改性环氧树脂进行低压灌注修复，恢复原构件的整体性，为后续加固提供稳固基材；

14、对所述冲孔钢板1进行参数化定制，选用屈服强度不低于235mpa的碳素结构钢（q235b或q355b），冲孔钢板1厚度t控制在3mm-8mm之间；过薄则约束力不足，过厚则难以随形贴合。

15、针对不同的建筑结构采用不同的冲孔钢板1适配设计针对框架柱：

16、冲孔钢板1预制成l型折弯单元，两块l型板对扣形成封闭环箍，利用角钢效应约束核心混凝土；

17、针对框架梁：借鉴u型箍加固原理，将冲孔钢板1预制成u型槽，包裹梁底（受拉区）及梁腹板（受剪区），实现抗弯与抗剪的双重提升；

18、阵列冲孔设计：在冲孔钢板1表面预制呈梅花状错列排布的通孔；通孔孔径d设定为20mm-50mm，孔间距s设定为100mm-300mm。孔径的设计原则是必须大于冲孔钢板1厚度的4倍，以确保胶液能顺畅溢出并形成具有足够抗剪截面的"胶钉”。

19、对冲孔钢板1表面进行钝化处理，冲孔钢板1需要进行喷砂或者打磨除锈，并涂刷底漆或者保留金属光泽待用。

20、所述步骤3中，施工前必须使用钢筋探测雷达扫描原结构，在钢板上精确放样，确保后续钻孔避开原结构主筋和箍筋，避免对原结构造成二次损伤；在规划好的孔位处钻孔，植入高强化学锚栓3（螺杆直径m12-m2o）；化学锚栓的植入深度应根据混凝土强度等级计算确定，不小于10d，d为螺栓直径，以保证发生破坏时为锥体破坏而非拔出破坏；

21、对冲孔钢板1与原结构之间进行压力注胶，与冲孔钢板1相结合形式销栓效应，并有效解决传统钢板加固的空鼓问题；

22、涂胶采用中间厚、边缘薄的涂抹方式，在冲孔钢板1内侧及原混凝土结合面同时涂抹结构粘钢胶；将冲孔钢板1套入化学锚栓3，通过电动扳手依序、对称地拧紧螺母；螺栓的拉力转化为对冲孔钢板1的法向压力，迫使冲孔钢板1紧贴混凝土。

23、在巨大压力下，具有触变性的结构胶液被迫从冲孔钢板1的梅花状孔洞中“爆浆”溢出；施工人员需用抹刀将溢出的胶液抹平并覆盖孔洞周边（形成类似铆钉帽的结构）；

24、待胶体固化后，这些填充在孔洞及冲孔钢板1背后的胶体，形成了多个贯穿冲孔钢板1与混凝土的抗剪胶钉销栓。即使未来胶体与混凝土界面的化学粘接力失效，这些物理销栓也能与化学锚栓3共同作用，锁住钢板，防止其剥落。

25、在加固结构最外层进行hpa材料喷涂，为了保证涂膜的均一性与材料的防护功能，喷涂时优先选用高压无气喷涂机，喷涂压力控制在10.3mpa左右，并选择相应的喷嘴，并采用过滤网防止喷嘴堵塞，加固结构最外层引入防护，增强结构表面强度以及耐久性。

26、所述步骤5中，选用hpa高性能涂料；融合了聚丁二烯、聚氨酯、聚碳酸酯等多种高分子树脂材料的优点。该材料需具备高触变性（立面喷涂不流挂)、快固化（常温下<1小时实干)、高韧性（断裂伸长率>300%）及优异的耐老化性能。使用专用高压无气喷涂设备，在冲孔钢板1、锚栓头及周边混凝土表面进行连续喷涂。涂层厚度控制在3mm-8mm。

27、hpa涂层不仅是防腐层，更是结构的一部分。其渗入混凝土表层微裂缝，形成“根植"效应；同时包裹钢板，在结构受到冲击或地震变形时，利用其高韧性防止混凝土碎块飞溅，并为钢板提供侧向约束。

28、一种用于建筑结构的复合加固结构，是应用所述方法形成的结构，该结构由内至外依次包括原混凝土基面层、粘钢胶层2、机械锚固的冲孔钢板1以及hpa防护涂层5；所述结构不存在现场焊接连接件；所述冲孔钢板1通过化学螺栓的拉力与孔洞内胶钉销栓的剪力，与原混凝土结构形成协同受力体系；

29、所述hpa防护涂层5表面平整，直接作为建筑的最终内装饰面或外立面，无需额外设置砂浆抹灰层。

30、所述复合加固结构应用于剪力墙时，所述冲孔钢板1通过密集的化学锚栓3限制平面外屈曲；当应用于框架梁时，所述hpa防护涂层5采用阻燃级配方，耐火极限不低于2.0小时。

31、本发明的有益效果：

32、本发明充分利用冲孔钢板材料特性，冲孔钢板上的梅花孔是天然的排气孔，保证胶层密实无气泡。同时固化后的胶体在孔洞内形成的胶钉，在冲孔钢板受到剪切力时提供了强大的抗剪切刚度。实验表明，这种机械咬合力使得加固结构在胶体老化或高温（火灾初期）软化的情况下，仍能保持钢板不脱落，具备极高的安全冗余度。

33、无需使用大量现场焊接工作，进而保障了结构的整体性，利用化学螺栓、冲孔胶钉的双重机械锚固替代传统焊接，无火灾等安全隐患，在人员密集场景中不停工施工，且可以避免烟尘、强光以及施工噪音对建筑结构的干扰。

34、加固后显著提高结构的抗震性能与延性，在冲孔钢板与化学锚栓的拉结下，对核心混凝土形成有力的被动约束，提高了混凝土的极限压应变， hpa涂料喷涂在建筑结构表面后整体结构具备良好的韧性，可以有效抵御建筑服役期间的冲击或者地震。

35、冲孔钢板与构件的试件的适应性较强，对于剪力墙结构，所述化学螺栓在密集的锚点布置有效避免了传统宽大钢板的局部屈曲；对于梁柱结构，所述冲孔钢板具备良好的柔韧性，在现场可以通过冷弯更好的贴合节点区域复杂的几何形状。

36、综上所述，本发明利用冲孔钢板、化学螺栓以及hpa高性能涂料相结合的加固结构与施工方式将获得良好的应用价值以及社会效益。