CN100363586C - 顶推式预应力碳纤维布加固混凝土结构的方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及纤维复合材料加固混凝土结构的技术领域，具体地说是一种顶推式预应力碳纤维布加固混凝土结构的方法及应用，在进行结构加固时，先使碳纤维布一端锚固在混凝土上作为固定端，另一端贴在异形锚板上并与推进板固定，形成张拉端；张拉时，先在混凝土表面刷一层碳纤维布专用胶水，用限位板控制张拉端与被加固构件的间隙，使其可以自由推进，安装推进器，旋转推进器的推进螺杆，顶住张拉端向前移动并拉紧碳纤维布；达到控制应力以后，再调整限位板，使张拉端贴紧被加固构件表面等待固化；固化完成后，拆下推进器、限位板和推进板。该技术所使用的设备简单，操作简便，由于避免了二次受力造成的应力滞后，碳纤维布的抗拉强度可以得到充分利用。

Description

顶推式预应力碳纤维布加固混凝土结构的方法及应用

[技术领域]

本发明涉及一种纤维复合材料加固混凝土结构的技术领域，具体地说是一种碳纤维布加固混凝土结构的方法及应用。

[背景技术]

碳纤维布加固混凝土结构在国内也仅是近几年才逐步发展起来的一项技术，国产碳纤维原材料生产技术尚不过关，工程加固用的碳纤维原丝几乎全部依赖进口，由于受进口国的限制，进口原丝价格大幅度上升。纤维复合材料具有高强、质轻、耐候性强、施工方便、几乎不增加构件截面等优点，复合纤维布成为一种理想的加固材料，因此每年进口原丝也成倍攀升。目前，粘贴碳纤维布的施工方法为：先对混凝土的表面进行修补，并打磨平整，然后涂上碳纤维专用胶水，将碳纤维布直接贴在混凝土上。

大量的试验资料表明，不预先张拉，而是直接在构件表面粘贴碳纤维布的加固方法，主要存在以下缺点：

a、碳纤维布应力滞后，也就是说只有当被加固构件发生二次受力，结构进一步发生变形时，碳纤维布才可参与工作，因此这种加固方式对结构构件承载力、变形的改善效果非常有限。

b、材料的性能得不到充分发挥，由于碳纤维布的强度极高，约为普通钢筋的十倍，而其弹性模量则与钢材基本相等，这就使得被加固构件内的钢筋达到屈服时，碳纤维布仅发挥了强度的一小部分，因此这种加固方法存在很大的资源浪费。

此外，也有一些采用预应力碳纤维布进行加固的方法，如棍筒式张拉法(参见2006年第6期《建筑技术》杂志)，其张拉方式是先将碳纤维布两端锚固在混凝土构件上，中间有两排钢棍筒，通过拧紧拉紧螺杆挤压两排棍筒使碳纤维布拉伸，从而获得预应力。这种张拉方式张拉棍筒和拉紧螺杆永久留在结构上并暴露在外，不但增加了构件的外形尺寸，张拉应力控制不直观，成本高，而且张拉棍筒对结构产生次应力，一旦棍筒松动或受损，使得整个预应力系统突然失效，这对结构非常不利。

其它采用预应力碳纤维布加固的方法，也因夹具和锚固不合理和张拉空间受限等问题，仅限于实验室研究，很难在工程中得到推广应用。

[发明内容]

本发明的目的是为了克服常规碳纤维布粘贴方法只有在二次受力时才能参与工作、承载力提高不明显、材料性能发挥少的缺点，同时也为了克服目前几种预应力碳纤维布张拉方法带来的明显改变外形尺寸、容易整体失效及推广应用困难等缺陷，提供一种顶推式预应力碳纤维布加固混凝土结构的技术，张拉应力可达到碳纤维布强度的60％左右，施工方法简单，张拉应力控制直观，不仅可以提高构件的承载能力，而且可以显著降低材料成本。

本发明解决这些技术问题所采用的技术方案是：

a、先对需要加固的混凝土构件表面进行修复，并打磨平整。

b、按计算裁下碳纤维布，用碳纤维专用胶水、平锚板及锚栓，将碳纤维布的一端固定在构件预定位置，作为固定端，另一端则粘贴在异形锚板上，胶水固化后，将异形锚板与推进板进行连接固定，作为张拉端。

c、混凝土表面涂上碳纤维专用胶水，张拉端就位后，用限位板卡住推进板，安装推进器，通过旋转推进螺栓，带动张拉端前移，从而使碳纤维布获得拉应力。

d、张拉中不断滚压碳纤维布，使胶水充分浸渍碳纤维布，张拉完成后，调整加压螺栓的螺帽使限位板压紧异形锚板，张拉端粘贴在被加固构件上。

e、待胶水硬化以后，拆下推进器、限位板及推进板，碳纤维布获取预应力，直接参与构件的受力。

推进器固定在被加固构件上，推进器的推进动力是通过转动推进器上的推进螺杆，使碳纤维布拉紧，张拉中推进器与碳纤维布保留一定的间隙，避免压住碳纤维布造成应力损失。

张拉过程中限位板能控制并使张拉端与加固构件之间保持一定的间隙，以防止张拉应力损失，而张拉结束后，限位板可压紧张拉端，使张拉端贴紧加固构件的表面，直至胶水固化。

本发明具有以下优点：可以充分利用碳纤维材料抗拉强度高的特性，最大程度发挥材料性能，因此节省材料，降低成本，同时可减少国家的进口支出，社会经济效益显著；碳纤维获得预应力并粘贴在构件上，可避免二次受力时加固材料应力滞后现象，延迟裂缝开展和减少结构变形；能够重新调整原结构内力状态和应力水平，实现对原结构受拉钢筋的卸载，因此结构设计概念明确，从预应力施加的情况即可方便评估加固的效果；加固后外形尺寸基本不变，张拉工具拆下仍可重复使用，张拉端以外勿需张拉空间即可进行顶推张拉，适用性广；张拉中几乎没有应力损失，两端的锚固措施可靠，避免受荷时碳纤维布锚固区出现剥离现象；本发明工艺简单，操作方便，张拉值控制直观，加固质量容易保证。

[附图说明]

图1为本发明固定端和张拉端的安装工艺示图。

图2为本发明限位板安装原理工艺示图。

图3为本发明推进器的安装和张拉原理工艺示图。

指定图3为摘要附图。

图中：1.锚栓，2.平锚板，3.被加固构件，4.碳纤维布，5.异形锚板，6.加压螺栓，7.推进板，8.限位板，9.推进器，10.推进螺杆，11.滚筒。

[具体实施方式]

下面结合附图对本发明进一步说明，这种施工方法对从事结构加固专业的人来说是非常清楚的。

a、先对被加固构件3表面进行修复磨平：

将被加固构件3除去劣质层，进行修复，并打磨平整，不留凹槽。

b、固定端和张拉端粘贴如图1：

先安装固定端锚栓1，在锚固区刷碳纤维布专用胶水，将裁好的碳纤维布4的一端粘贴在构件3上，然后压上平锚板2，拧紧锚栓1的螺帽，使其粘贴牢固成为锚固端；异形锚板5的一面为平面，另一面可以和推进板7连接固定，在其平面的一侧刷上胶水，将碳纤维布4的另一端粘贴其上，待固化完成，将推进板7与异形锚板5进行固定，形成张拉端。

c、限位板就位如图2：

首先安装加压螺栓6，然后在修复过的被加固构件3及异形锚板5上满涂碳纤维专用胶水，张拉端就位，安装限位板8，调整加压螺栓6的螺帽，使异形锚板5与被加固构件3保持2-3mm间隙，以便张拉端可以自由推进。

d、安装推进器进行顶推张拉如图3：

将推进器9固定就位，旋转推进器的推进螺杆10，使推进板7带动张拉端缓缓向前推进，碳纤维布4被拉紧；根据应力应变关系计算张拉伸长值，达到设计推进距离后即达到张拉控制应力；用滚筒11朝张拉端方向滚压碳纤维布，使浸渍胶充分浸透碳纤维布，之后，拧紧加压螺栓6的螺帽，使异形锚板5粘贴在构件表面。

e、待粘结胶水固化，拆下推进器9、限位板8及推进板7。

由于张拉时有滚筒11朝张拉端滚压，张拉中推进器9、异形锚板5与混凝土表面之间留有足够的间隙，从涂刷浸渍胶至张拉完成只需3-5分钟，远小于碳纤维专用胶水的初凝时间，因此张拉中几乎不存在应力损失。

本发明主要用于碳纤维布对混凝土结构的加固，同样也适用于其它高强复合纤维材料对混凝土结构的加固。

Claims (4)

1.一种顶推式预应力碳纤维布加固混凝土结构的方法，其特征在于工艺步骤如下：

a.先对需要加固的混凝土构件表面进行修复，并打磨平整；

b.按计算裁下碳纤维布，用碳纤维专用胶水、平锚板及锚栓，将碳纤维布一端固定在构件预定位置，作为固定端，另一端则粘贴在异形锚板上，胶水固化后，将异形锚板与推进板进行连接固定，作为张拉端；

c.混凝土表面涂上碳纤维专用胶水，张拉端就位后，用限位板卡住推进板，安装推进器，通过旋转推进螺栓，带动张拉端前移，从而使碳纤维布获得拉应力；

d.张拉中不断滚压碳纤维布，使胶水充分浸渍碳纤维布，张拉完成后，调整加压螺栓的螺帽使限位板压紧异形锚板，张拉端粘贴在被加固构件上；

e.待胶水硬化以后，拆下推进器、限位板及推进板，碳纤维布获取预应力，直接参与构件的受力。

2.根据权利要求1所述的顶推式预应力碳纤维布加固混凝土的方法，其特征在于推进器固定在被加固构件上，推进器的推进动力是通过转动推进器上的推进螺杆，使碳纤维布拉紧，张拉中推进器与碳纤维布保留一定的间隙，避免压住碳纤维布造成应力损失。

3.根据权利要求1所述的顶推式预应力碳纤维布加固混凝土的方法，其特征在于张拉过程中限位板能控制并使张拉端与加固构件之间保持一定的间隙，以防止张拉应力损失，而张拉结束后，限位板可压紧张拉端，使张拉端贴紧加固构件的表面，直至胶水固化。

4.根据权利要求1所述的顶推式预应力碳纤维布加固混凝土的方法，其特征在于还可适用于其它高强复合纤维材料对混凝土结构的加固。

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