CN101021100B - 纤维加固锚具及纤维加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种土木建筑结构纤维加固用的张拉锚具及纤维加固的方法。公开了一种用预应力芳纶纤维进行建筑结构加固的锚具设计及相应的张拉工艺。该锚具由固定件、张拉件、固定支座和张拉杆组成。其张拉方式为反向张拉，张拉杆为活动可抽式，固定支座和防翘装置合为一体。该发明经过了反复的理论探索和实践应用，可操作性强，其主要特点为反拉抽杆式，尤其适用于两侧和两端空间受限的梁体加固。

Description

纤维加固锚具及纤维加固方法

技术领域

本发明属于土木建筑结构加固的技术领域，涉及一种建筑结构纤维加固用的张拉锚具及纤维加固的方法。

背景技术

芳纶纤维(Aramid)是一种全芳香族聚酰氨纤维，具有高强度、高弹性以及良好的耐热性、耐腐蚀性，可用于各种建筑结构加固领域。

芳纶纤维布具有以下优点：

(1)应用范围广，桥梁的墩台身、墩柱、实心板、空心板(梁)、栏杆及其他混凝土结构的加固均可使用；

(2)施工简便、快捷，纤维片直接在建筑物表面粘贴、包裹，工序简单，三两个人即可施工，无需模板及大型吊装设备；

(3)强度高，重量轻，施工质量容易保证；

(4)功能强，可多层粘贴，适用于各种形状的结构，不降低和影响通航、通车；

(5)纤维表面易于涂装，适应环境要求，最大限度减少修补痕迹，不影响美观；(6)化学性能稳定，无须特别防腐处理，后期维护管理简单。

用于建筑结构加固的纤维织物除芳纶纤维外，主要还有碳纤维和玻璃纤维，但是碳纤维有易燃、导电、脆性不能弯折的缺点，玻璃纤维的弹性模量和强度值都较低，而芳纶纤维的强度和弹性模量介于两者之间，且其柔性好，可以弯折，破坏时为非脆性破坏。将芳纶纤维布粘贴于混凝土构件表面，借助芳纶纤维良好的抗拉强度以增强构件承载能力及刚度，从而使结构及构件得到加固补强。该技术通常以混凝土桥面板、墩、梁、柱、烟囱以及隧道内衬为对象进行构件的抗弯补强、抗剪补强以及防止混凝土开裂、剥落等。

目前，这些纤维加固一般采用直接粘贴的方法。而直接粘贴纤维加固存在一个缺陷，即纤维材料的强度只有在结构变形或裂缝进一步发展的时候才发挥作用，纤维强度的利用率很低。对纤维施加预应力，让其提前受力是提高纤维强度利用率的有效方法。采用纤维加固锚具达到对纤维施加预应力的目的。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的缺陷，采用纤维加固锚具达到对纤维施加预应力的目的，让其提前受力是提高纤维强度利用率的有效方法。

为了达到本发明的目的，本发明提供一种纤维加固锚具，包括施力装置穿心式千斤顶19，其特征在于该锚固装置包括：固定件1是由一面设置凹凸纹路3的长方形状体，在长方形状体两侧中间位置以直角伸出两个翼，在翼上设置铆钉孔2；

张拉件4是由长方形状的底板5，在底板5一侧设置竖板8，在竖板8一侧设置千斤顶结合孔9，中间位置设置张拉杆孔，在竖板8一侧设置俯视为“U”形状的加强肋板6，在加强肋板6对应竖板8的中间位置设置的张拉杆孔处设置同一直径的张拉杆孔7组成；

固定支座10是由一长方形状体底板11，在底板11两侧各设置一个铆钉孔12，在底板11中间位置的边沿处设置竖板13，在竖板13中间位置设置一个与加强肋板6的张拉杆孔7同一直径的张拉杆孔14，在竖板13背后设置两个倾斜的加强肋15，在底板11下面设置两个底板腿16，两个底板腿16中间设置凹凸纹路组成；

张拉杆17是两端设置螺纹，两端拧螺母的钢棒构成纤维加固锚具。

所述的纤维加固锚具，其特征在于张拉杆孔7直径大于张拉杆17直径，张拉杆17为活动可抽式构成。

所述的纤维加固锚具，其张拉方式为反向张拉。

所述的纤维加固锚具，其特征在于加强肋15也可设置俯视为“U”形状的加强肋构成。

本发明进一步公开了纤维加固方法，其特征在于对混凝土桥面板、墩、梁、柱、烟囱以及隧道内衬为对象进行构件的抗弯补强、抗剪补强以及防止混凝土开裂、剥落等加固时使用本发明的纤维加固锚具对纤维施预应力，使用方法是：

A、对结构进行表面处理，放线、钻孔、埋植铆钉；

B、预先将芳纶纤维布粘结固定在固定件1和张拉件4上，首先将固定件1与埋植的铆钉结合固定在墙体22上；

C、对墙体22的墙裂缝24所处位置刷涂底胶，底胶使用的是环氧树脂；

D、将固定支座10固定在墙体22上后，用张拉杆17穿过固定支座10、张拉件4、穿心式千斤顶19，再用螺母拧紧；在固定支座10和张拉件4之间预留出足够张拉伸长空间，固定支座10安装位置最好能压住张拉件4端部为宜；预留张拉空间长度按下式计算：

$l=\frac{N\·L}{E\·A}+\mathrm{\Δl}$

l-预留张拉空间长度

N-设计拉力值

L-有效张拉的芳纶纤维布长度

E-芳纶纤维弹性模量

A-芳纶纤维布截面积

Δl-芳纶纤维松弛量及预留施工误差

E、将张拉件就位后操作穿心式千斤顶19的操作杆，穿心式千斤顶19顶升的过程中将张拉件4反向推向固定支座10并将芳纶纤维拉伸到设计的应力值，固定支座10提供反力的同时，其槽口压住张拉件4的尾端，做为防翘和限位装置，最后用螺栓将张拉件4固定到固定支座10上；

F、将施加预应力的芳纶纤维布张拉件就位固定后，在芳纶纤维布面上刷涂浸渍胶，浸渍胶使用的是环氧树脂主剂和环氧树脂固化剂；

G、拆卸张拉杆和千斤顶，固定件1、张拉件4、固定支座10留在墙体22上。

本发明的积极效果在于：解决了现有技术的缺陷，采用一种预应力芳纶纤维进行建筑结构加固的锚具设计。该方法是反向张拉、抽杆式、反力支座和防翘装置合为一体，设计轻巧简便，使千斤顶的操作空间不受限制，最大限度的增加了加固处理的结构面积，克服了以往加固方法的不足。

附图说明

图1是本发明纤维加固锚具的固定件结构示意图。

图2是本发明纤维加固锚具的张拉件结构示意图。

图3是本发明纤维加固锚具的固定支座结构示意图。

图4是本发明纤维加固锚具的张拉杆结构示意图。

图5是本发明纤维加固锚具的穿心式千斤顶结构示意图。

图6是本发明纤维加固锚具用于的纤维加固方法示意图。

1：固定件            2：铆钉孔

3：凹凸纹路          4：张拉件

5：底板              6：加强肋板

7：张拉杆孔          8：竖板

9：千斤顶结合孔      10：固定支座

11：底板             12：铆钉孔

13：竖板             14：张拉杆孔

15：加强肋           16：底板腿

17：张拉杆           18：螺母

19：穿心式千斤顶     20：千斤顶通孔

21：千斤顶液压泵接口 22：墙体

23：芳纶纤维         24：墙裂缝

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的纤维加固锚具结构，如图1至图5所示，由固定件1、张拉件4、固定支座10和张拉杆17组成。

固定件1是用4～8mm钢板加工制作，固定件1是由一面设置凹凸纹路(槽距2mm，槽宽敞1mm槽深1mm)，用于增加接触的磨擦力的长方形状体(本实施实例160×120mm)，在长方形状体两侧中间位置以直角伸出两个类似“梯形“的翼(本实施实例60×40mm)，在翼上设置铆钉孔2组成。

张拉件4是用4～8mm钢板加工制作，各部件之间焊接而成，张拉件4是由长方形状的底板5(本实施实例200×120mm)，在底板5一侧设置竖板8，在竖板8一侧设置千斤顶结合孔9，中间位置设置张拉杆孔(未图示)，在竖板8一侧设置俯视为“U”形状的加强肋板6，在加强肋板6对应竖板8的中间位置设置的张拉杆孔处设置同一直径的张拉杆孔7组成。

固定支座10是用4～8mm钢板加工制作，各部件之间焊接而成，固定支座10是由一长方形状体底板11(本实施实例220×60mm)，在底板11两侧各设置一个铆钉孔12，在底板11中间位置的边沿处设置竖板13(本实施实例120×60mm)，在竖板13中间位置设置一个与加强肋板6的张拉杆孔7(本实施实例孔直径24mm)同一直径的张拉杆孔14，在竖板13背后设置两个倾斜的加强肋15，加强肋15也可设置俯视为“U”形状的加强肋，在底板11下面设置两个底板腿16，两个底板腿16中间设置凹凸纹路(槽距2mm，槽宽敞1mm槽深1mm)增加接触的磨擦力，用于压住张拉件4余下的纤维布头组成。

张拉杆17是用钢管(本实施实例长660mm，直径18mm)两端设置螺纹，两端拧螺母组成。

本发明纤维加固锚具施工时用纤维加固方法：本实施实例用芳纶纤维和本发明的锚具对混凝土桥面板、墩、梁、柱、烟囱以及隧道内衬为对象进行构件的抗弯补强、抗剪补强以及防止混凝土开裂、剥落等加固的使用方法如图6所示，使用方法是：

A、对结构进行表面处理，放线、钻孔、埋植铆钉；

B、预先将芳纶纤维布粘结固定在固定件1和张拉件4上，首先将固定件1与埋植的铆钉结合固定在墙体22上；

C、对墙体22的墙裂缝24所处位置刷涂底胶(本实施实例底胶使用的是环氧树脂)；

D、将固定支座10固定在墙体22上后，用张拉杆17穿过固定支座10、张拉件4、穿心式千斤顶19，再用螺母拧紧；在固定支座10和张拉件4之间预留出足够张拉伸长空间(固定支座10安装位置最好能压住张拉件4端部为宜。)预留张拉空间长度按下式计算：

$l=\frac{N\·L}{E\·A}+\mathrm{\Δl}$

l-预留张拉空间长度

N-设计拉力值

L-有效张拉的芳纶纤维布长度

E-芳纶纤维弹性模量

A-芳纶纤维布截面积

Δl-芳纶纤维松弛量及预留施工误差

本实施实例长660mm，直径18mm)可根据加固长、宽也即是芳纶纤维布的长6150mm、宽100mm预留张拉空间长度50mm施加张拉力3t左右。

D、将张拉件就位后操作穿心式千斤顶19的操作杆，穿心式千斤顶19顶升的过程中将张拉件4反向推向固定支座10并将芳纶纤维拉伸到设计的应力值，固定支座10提供反力的同时，其槽口压住张拉件4的尾端，做为防翘和限位装置，最后用螺栓将张拉件4固定到固定支座10上，该方法是反向张拉、抽杆式、反力支座和防翘装置合为一体，设计轻巧简便，使千斤顶的操作空间不受限制，最大限度的增加了加固处理的结构面积，克服了以往加固方法的不足。

E、将施加预应力的芳纶纤维布张拉件就位固定后，在芳纶纤维布面上刷涂浸渍胶(本实施实例浸渍胶使用的是环氧树脂主剂和环氧树脂固化剂)；

F、拆卸张拉杆和千斤顶，固定件1、张拉件4、固定支座10留在墙体22上。

施工时采用本发明纤维加固锚具就能达到对纤维施加预应力的目的，达到了建筑结构加固的目的。

对纤维施加预应力，让其提前受力是提高纤维强度利用率的有效方法。采用纤维加固锚具达到对纤维施加预应力的目的。克服了现有技术直接粘贴纤维加固存在的纤维材料的强度只有在结构变形或裂缝进一步发展的时候才发挥作用，纤维强度的利用率很低的缺陷。

Claims (2)

1.一种纤维加固锚具，包括施力装置穿心式千斤顶(19)，其特征在于固定件(1)是由一面设置凹凸纹路(3)的长方形状体，在长方形状体两侧中间位置以直角伸出两个翼，在翼上设置铆钉孔(2)组成；

张拉件(4)是由长方形状的底板(5)，在底板(5)一侧设置竖板(8)，在竖板(8)一侧设置千斤顶结合孔(9)，在竖板(8)的中间位置设置张拉杆孔，在竖板(8)一侧面设置俯视为“U”形状的加强肋板(6)，在加强肋板(6)对应竖板(8)的中间位置设置的张拉杆孔处设置同一直径的张拉杆孔(7)组成；

固定支座(10)是由一长方形状体底板(11)，在底板(11)两侧各设置一个铆钉孔(12)，在底板(11)中间位置的边沿处设置竖板(13)，在竖板(13)中间位置设置一个与加强肋板(6)的张拉杆孔(7)同一直径的张拉杆孔(14)，在竖板(13)背后设置两个倾斜的加强肋(15)，在底板(11)下面设置两个底板腿(16)，两个底板腿(16)中间设置凹凸纹路组成；

其中的张拉杆(17)是由两端设置螺纹，两端拧螺母的钢棒构成；

其中的张拉杆孔(7)直径大于张拉杆(17)直径；其张拉方式为反向张拉；

其中的加强肋(15)由俯视为“U”形状的加强肋构成。

2.一种纤维加固方法，其特征在于对混凝土桥面板、墩、梁、柱、烟囱以及隧道内衬为对象进行构件的抗弯补强、抗剪补强以及防止混凝土开裂、剥落加固时使用权利要求1所述的纤维加固锚具的方法是：

A、对结构进行表面处理，放线、钻孔、埋植铆钉；

B、预先将芳纶纤维布粘结固定在固定件(1)和张拉件(4)上，首先将固定件(1)与埋植的铆钉结合固定在墙体(22)上；

C、对墙体(22)的墙裂缝(24)所处位置刷涂底胶，底胶使用的是环氧树脂；

D、将固定支座(10)固定在墙体(22)上后，用张拉杆(17)穿过固定支座(10)、张拉件(4)、穿心式千斤顶(19)，再用螺母拧紧；在固定支座(10)和张拉件(4)之间预留出足够张拉伸长空间，固定支座(10)安装位置能压住张拉件(4)端部；预留张拉空间长度按下式计算：

$l=\frac{N\·L}{E\·A}+\mathrm{\Δl}$

l-预留张拉空间长度

N-设计拉力值

L-有效张拉的芳纶纤维布长度

E-芳纶纤维弹性模量

A-芳纶纤维布截面积

Δl-芳纶纤维松弛量及预留施工误差；

E、将张拉件就位后操作穿心式千斤顶(19)的操作杆，穿心式千斤顶(19)顶升的过程中将张拉件(4)反向推向固定支座(10)并将芳纶纤维拉伸到设计的应力值，固定支座(10)提供反力的同时，其槽口压住张拉件(4)的尾端，做为防翘和限位装置，最后用螺栓将张拉件(4)固定到固定支座(10)上；

F、将施加预应力的芳纶纤维布张拉件就位固定后，在芳纶纤维布面上刷涂浸渍胶，浸渍胶使用的是环氧树脂主剂和环氧树脂固化剂；

G、拆卸张拉杆和千斤顶，固定件(1)、张拉件(4)、固定支座(10)留在墙体(22)上。

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