本發明涉及混凝土結構剪切裂縫的加固方法，特別涉及一種用于加固與修復混凝土結構剪切裂縫的fe-sma貼片加固方法。

背景技術：

1、在土木工程建設中，混凝土結構中剪切裂縫的形成不僅影響了結構的整體安全性和穩定性，還會導致嚴重的后果，尤其是在承受高強度荷載或者長期疲勞作用的結構中，特別需要注意對剪切裂縫的加固和修復。混凝土剪切裂縫通常是由于混凝土在承受超過其抗剪強度的外部剪切應力時而發生局部破壞所導致。剪切裂縫的形成過程受多種因素的共同作用，尤其是在復雜受力條件、變化環境及長期使用歷史的工程結構中，剪切裂縫尤為常見。

2、在橋梁工程中，尤其是在支座和梁體的連接部位，混凝土剪切裂縫經常由于外部交通荷載、支座處的不均勻沉降產生。隨著橋梁服役年限的增長，交通荷載的反復作用、溫度變化以及材料的老化，都會加劇支座區域的應力集中，進一步導致裂縫的擴展。支座連接處的剪切裂縫不僅影響支座本身的承載力，還可能危及整座橋梁的穩定性。

3、在建筑結構中，如混凝土梁、樓板、道路板等，由于混凝土的抗剪強度并不高，剪切裂縫的產生往往是由于局部剪力作用過大、施工過程中材料不均勻、鋼筋配置不合理等因素引起的。特別是在混凝土梁和支座接觸部位，剪切應力可能集中到小區域，導致局部剪應力過大，從而產生裂縫。此外，溫度變化引起的膨脹或收縮也可能引發裂縫的形成，尤其是在沒有充分設計伸縮縫的情況下。在高層建筑中，由于不同樓層之間的應力差異，混凝土剪切裂縫往往發生在樓板、柱、墻體連接的部位。風荷載、地震荷載及施工不當等因素也可能導致建筑物不同部位的受力情況不一樣，進一步加劇結構中的剪應力集中的問題。特別是在多層結構中，混凝土剪切裂縫往往伴隨有局部變形的發生，影響結構的整體穩定性和安全性。

4、隨著城市化進程的加速以及基礎設施使用年限的增長，許多既有混凝土結構面臨著由于服役年限增長以及外部環境作用下產生剪切裂縫。剪切裂縫一旦發展至一定程度，不但會使得結構強度降低，還可能引發其他類型的破壞(如彎曲、斷裂等)，導致嚴重的安全隱患。因此，及時對剪切裂縫進行加固和修復，是預防進一步損害、避免結構崩塌或事故發生的最有效手段。此外，從經濟角度來看，忽視結構剪切裂縫的修復可能導致更大范圍的結構破壞，最終需要進行大規模的重建或拆除，造成巨大的經濟損失。相比之下，通過合理的加固和修復技術，可以在不大規模改動原結構的情況下，顯著延長結構的使用壽命，減少長期維護成本。因此，及時修復剪切裂縫是一項高效、低成本且具有長期經濟效益的措施。

5、目前針對混凝土結構剪切裂縫修復方法，常見的加固方法包括在裂縫部位增設支撐結構，使用鋼筋混凝土或復合材料進行加固。例如，鋼筋混凝土加固可以有效提高結構的抗剪承載能力，適用于承受局部較大剪切力的結構。此外，采用碳纖維增強復合材料(cfrp)和預應力筋加固也被應用，針對出現的裂縫，使用灌漿修復也是一種有效的方法。以上方法雖然對裂縫損傷部位進行了修復或強化，但是現場需要進行灌漿、澆筑養護、現場拉伸等操作，施工過程較為復雜，且會對原有結構產生較大影響，增大結構自重，錨固張拉cfrp板、錨固、現場張拉預應力筋也會帶來一系列工程難題。除此之外，很多時候由于施工空間的有限也大大限制了以上幾種修復方法的實際實施。因此，為了解決現有的常見混凝土結構剪切裂縫修復難題，亟待找到一種更加經濟、簡便、快捷，并具有足夠強度和可靠性保證的修復技術方案。

6、利用形狀記憶合金(sma)作為補強板施加預應力能夠避免機械方法的不足同時增強局部結構剛度。fe-sma材料擁有獨特的熱機械響應，在常溫下，當其形狀被改變之后能夠保留較大的殘余應變，一旦被加熱到一定的躍變溫度，又可以恢復到變形前的形狀。通過抑制這種形變的恢復，可用于對結構構件施加預應力。因此，通過利用將預變形的片狀鐵基記憶合金作為補強板，即可通過加熱的方法引入預應力實現主動加固，操作過程簡單，無損傷，產生的預應力均勻且適用于小范圍或各類特殊部位的加固。

技術實現思路

1、發明目的：本發明的目的在于提供一種施工簡便、造價低廉、不對既有結構正常服役產生影響的一種用于加固與修復混凝土結構剪切裂縫的fe-sma貼片加固方法。

2、技術方案：本發明所述的用于加固與修復混凝土結構剪切裂縫的fe-sma貼片加固方法，使用預制fe-sma貼片錨固在混凝土結構產生剪切裂縫的區域，后加熱激活中間區域的fe-sma在需修復裂縫處引入預應力。

3、進一步地，所述fe-sma采用鐵基形狀記憶合金。

4、進一步地，所述貼片在粘貼前進行預拉伸。

5、進一步地，進行4％-6％應變的預拉伸。

6、進一步地，所述貼片兩端使用錨栓錨固于混凝土剪切裂縫兩側。

7、進一步地，fe-sma貼片粘貼方向與剪切裂縫主應力方向保持一致。

8、進一步地，所述貼片整體通過結構膠粘貼于混凝土結構裂縫兩側，構成粘貼錨固區；貼片覆蓋裂縫的中部區域構成加熱區域。

9、進一步地，使fe-sma板中間激活區域激活溫度達到250-300℃。

10、進一步地，fe-sma貼片與垂直剪切裂縫的橫向覆蓋。

11、上述技術方案中：

12、所述預制fe-sma貼片通過結構膠粘貼和錨栓錨固在混凝土產生剪切裂縫的區域，通過加熱激活中間區域的fe-sma可以引入預應力。所述feψsma貼片由一段預先拉伸達到預應變為4-6％之間的fe-sma板制成，兩端為錨栓錨固區域，中間空出一部分為加熱激活區域；所述結構膠為工程使用粘貼加固結構膠，用于將fe-sma貼片粘貼于加固區域，在預應力激活過程中限制fe-sma的變形，從而在混凝土加固區表面引入預壓應力；所述錨栓為常用錨栓，用于fe-sma貼片的兩端錨固，降低在高溫激活中因結構膠滑移而產生的預應力損失，并提供工程冗余安全度。具體包含以下步驟：定位出混凝土剪力裂縫的發展方向進一步確定裂縫主應力方向，在混凝土構件以及fe-sma貼片對應所需修復區域預先打孔，將fe-sma貼片沿主應力方向粘貼錨固在混凝土表面并在預先打孔處使用錨栓錨固，中間留出一部分作為加熱區域。貼片與剪切裂縫主應力方向保持一致，再加熱中段恢復區域，利用貼片形成自應力起到主動加固結構并達到遏制裂縫擴展乃至修復既有裂縫的目的。

13、待修復構件包含至少一塊在運行中產生剪切裂縫或存在受剪力作用具有開裂風險混凝土結構。使用fe-sma(鐵基記憶合金)作為補強板進行主動加固。

14、上述的剪切開裂風險區域是指承受局部較大剪應力區域。一般而言發生剪切破壞時，裂縫沿著與主應力垂直方向延伸。

15、根據實際裂縫開裂狀況和強度要求，所述fe-sma板通過結構膠粘貼和錨栓錨固于結構的單側或雙側面。進一步的，存在剪切開裂風險或已有剪切裂縫的區域位于fe-sma補強板中部，所述鐵基記憶合金補強板應覆蓋裂縫區域，并使其處于fe-sma板中間部位。這種設計考慮到兩個方面，第一個優勢在于裂縫受力時記憶合金補強板能更好地發揮功效；第二個好處在于加熱記憶合金板引入預應力時減少對兩側的擾動。

16、其中，

17、所述形狀記憶合金貼片對混凝土結構剪切裂縫的加固結構包括但不限于本應用實例中的fe-sma貼片與垂直剪切裂縫的橫向覆蓋模式；

18、所述預制貼片的膠栓混合連接構造包括但不限于本應用實例中所述的fe-sma-結構膠+錨栓構造；

19、所述fe-sma預應力貼片加固結構與實施方法，包括但不限于本應用實例中所述的結構膠+錨栓混合錨固，也可包括結構膠粘貼錨固、機械錨固等錨固形式。

20、與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：

21、1、本發明采用錨栓與結構膠結合使用的連接方式，在緩解錨栓節點應力集中的影響的同時降低了結構膠滑移造成的預應力損失，并提高了安全工程冗余度。

22、2、本發明利用fe-sma補強板引入預應力，利用結構膠進行錨固粘貼，避免了復雜的錨具及重型張拉設備，降低了施工難度和施工過程對既有結構正常服役引起的負面影響。

23、3、本發明中貼片的尺寸、性能參數易于修改，可根據實際需要定制，且可用于彎曲、不平整等區域，適用范圍廣。

24、4、本發明采用的形狀記憶合金貼片外型小巧，便于運輸，且修復完成后不會對原結構外觀造成過大改變。

25、5、本發明通過粘貼形狀記憶合金片主動作用的修復方式，無需新澆筑混凝土以及專業的預應力錨具，顯著降低混凝土剪切裂縫主應力大小，并降低既有混凝土裂縫表面寬度，且具有加固方式簡單、相對造價較低、施工難度低、安裝方便快捷等優點。

26、6、通過利用fe-sma引入預應力并采用預制貼片的形式，避免了重型張拉設備與復雜的施工流程，便于現場施工且不會對原結構造成二次損傷。