CN102121316A

CN102121316A - 预张拉高强度纤维布加固圆形结构的施工方法

Info

Publication number: CN102121316A
Application number: CN 201110005647
Authority: CN
Inventors: 周长东; 厉春龙; 李季; 白晓彬; 田腾
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2011-01-12
Filing date: 2011-01-12
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2031-01-12
Also published as: CN102121316B

Abstract

本发明公开了一种预张拉高强度纤维布加固圆形结构的施工方法，该方法可以用来加固筒仓、水塔、冷却塔、烟囱、储气罐以及储油罐等圆形结构，或受压圆形桥墩、圆柱等圆形混凝土构件时的施工方法。该方法包括如下步骤：裁剪高强纤维布；连接裁剪好的高强纤维布与配套锚头；将连接好锚头的高强纤维布围套在待加固结构的预定位置，将螺杆穿过高强纤维布两端的锚头并旋紧螺杆上的螺母，对高强纤维布施加预拉应力，达到预定的设计应力后锁紧螺母。本发明既可用于圆形结构的应急快速加固，也可用于永久加固。本发明实用性强，预应力的施加过程可控、易行，保证材料强度较高利用率的同时，具有足够的安全储备。

Description

预张拉高强度纤维布加固圆形结构的施工方法

技术领域

本发明涉及高强度复合材料增强或者加固圆形结构(构件)的方法，特别涉及一种通过预张拉高强纤维布来加固筒仓、水塔、冷却塔、烟囱、储气罐以及储油罐等圆形结构，或受压圆形桥墩、圆柱等圆形混凝土构件时的施工方法。

背景技术

圆形结构(构件)的范畴包括诸如筒仓、水塔、冷却塔、烟囱、储气罐、储油罐以及受压圆形桥墩、圆柱等。具有薄壁圆环状截面如筒仓等在内压力作用下，在包含圆环轴线的任何径向截面上，外壁均受到较大拉力；圆形桥墩等实心圆截面构件在轴向压力作用下，截面有均匀涨大的趋势。因此圆形结构(构件)外壁可能出现混凝土的疏松、坍落、钢筋外露，甚至使某些具有储备功能的圆形结构(构件)出现渗漏现象，这对圆形结构(构件)造成了重大的安全隐患。对于筒仓等圆形结构(构件)常用的加固方法有扩大截面加固法、外包钢加固法、内挂钢筋网片喷射混凝土法等。但相比纤维复合材料加固法的高强高效、施工便捷、极佳的耐腐蚀与耐久性能等优点，传统加固方法往往有施工工期长、造价较高、适用面受限等多种不足。

FRP(纤维增强复合塑料)具有耐腐蚀性能好、抗疲劳、可设计性好等特点，特别是具有质量轻而抗拉强度非常高的优良特性，使其成为加固补强各种结构形式的理想材料。在实际应用中为了充分而合理地利用高强纤维布受拉时轻质高强的特点，取得理想的加固效果，对高强纤维布主动施加预拉应力是一个有效的途径。

但是，在应用高强纤维布为工程结构的加固补强时，锚具内受到较高应力，层间剪切强度是靠较弱的树脂来承担，所以加固效果受到锚固装置的制约。而目前市场上可靠成熟的锚具装置还很少，夹持效果往往不理想，不便于在工程结构中普遍推广。而且在工程中，以往施工方法存在操作步骤多、对施工人员要求高、施加预应力方法复杂且不够成熟等问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有高强纤维布预应力张拉和锚固施工方法的上述不足，提供了一种预张拉高强纤维布加固圆形结构(构件)的施工方法，本发明既可用于圆形结构(构件)的应急快速加固，如震后结构或构件的快速加固，也可用于永久加固，如维修改造工程。通过使用本发明配套自锁式锚具可以快速、便捷地施加定量预应力，以提高被加固圆形构件的极限强度和刚度。

本发明中的预张拉高强度纤维布加固圆形结构的施工方法包括如下步骤：

a、裁剪高强纤维布；所述高强纤维布的强度为不小于1000Mpa(兆帕)；

b、连接裁剪好的高强纤维布布条与配套锚头；所述配套锚头为两个，分别布置在高强纤维布布条的两端；

c、将连接好锚头的高强纤维布围套在待加固结构(构件)的预定位置，用两个螺杆依次穿入两端锚头，并用螺母固定，以便连接并锁住两个锚头；

d、旋紧螺杆上的螺母，对高强纤维布施加预拉应力，达到预定的设计应力后锁紧螺母。

所述锚头的两个端部截面为方形，中间部分截面为圆形，两个端部均设置有用于螺杆穿过的螺纹孔。

步骤b)中所述的高强纤维布与锚头的连接形式为：当采用单层高强纤维布布条围套圆形结构(构件)时，高强纤维布的两个端部浸胶后由锚头的两半夹紧，通过螺钉将锚头的两半固定并预夹紧锚头，将高强纤维布的端部在锚头的中部缠绕，缠绕的过程中确保高强纤维布与锚头之间涂胶并裹紧，待胶体固化后锚头与高强纤维布连接完毕。

步骤b)中所述的高强纤维布与锚头的连接形式为：当采用双层高强纤维布围套圆形结构(构件)时，高强纤维布的端部搭接后用胶粘合在一起组成一个封闭布圈，将两个锚头放入布圈内即可。

步骤b)中所述的高强纤维布与锚头的连接形式为：当采用端部双层中间一层高强纤维布围套圆形结构(构件)时，在纤维布的两端分别用胶粘合成一个直径大于锚头直径的布圈，两个锚头分别放置在两个布圈内。

步骤d)中所述的施加预应力的方法为：施加预应力时，一手持扳手抵住高强螺栓杆的头部，另一手持扳手旋紧螺母施加预应力，旋紧螺母的过程应在两根螺杆之间交替进行，加力的同时观察扭矩扳手上的读数，扭矩扳手达到预定设计读数时停止施加预应力并固定和锁紧螺母。

应急快速加固时，待加固结构(构件)的表面可不进行处理。永久加固时，建议加固前预先对待加固结构(构件)表面进行简单处理，磨去混凝土表面的水泥浮浆，置换疏松和脱落的混凝土，之后重复上述步骤a、b、c和d。预应力施加完成之后对高强纤维布表面涂刷浸渍胶，促使自锁高强纤维布加固体系与原结构(构件)更好地协同工作。如果需要更多的防护，可将绿豆沙均匀涂覆于自锁高强纤维布加固体系外表面上。

本发明所采用的施工方法，已制作好的实物配套自锁式锚具与圆形构件经过实验得到良好的加固效果。既可适用于圆形结构(构件)的快速加固，也可适用于圆形结构(构件)的永久加固；对预应力的施加过程可控、易行；按照最大30％极限强度对高强纤维布进行预应力张拉，保证材料强度较高利用率的同时，具有足够的安全储备。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1)本发明采用我们自己发明研究的自锁式锚具成果(一种高强度纤维材料自锁式锚固装置，主要由锚头、螺杆、螺栓、高强纤维布等组成。可采用一层或者两层高强纤维布受力方式，分别对应不同制作方法。两层布受力时，将布在两端搭接长度范围内用胶粘合，待胶体固化后，锚头放入布圈内即可。一层布受力时，布的端部可采用浸胶后由锚头的两半夹紧，后缠绕布于锚头中部一或两圈，涂胶并裹紧；端部也可采用类似双层布的套筒方式，中部一层布)，本锚具构造简单合理、操作方便、夹持效果理想且成本低廉，能快速便捷地对已有结构进行加固补强。

2)本发明提供了一种针对圆形结构(构件)的可以有效夹紧高强纤维布并可对高强纤维布便捷定量施加预应力的加固施工方法。采用本发明的施工方法加固补强圆形构件，不但能充分利用高强度纤维增强复合材料的优良特性，还能提高被加固圆形结构(构件)的极限强度和刚度，并能延长其使用寿命等。

3)本发明既可用于圆形结构(构件)的应急快速加固，如震后快速加固；也可用于永久加固，如维修改造工程。在实际工程中可操作性强，预应力的施加过程可控、易行，不需要大型施工设备，保证材料强度较高利用率的同时，具有足够的安全储备，有很高的实用价值。

附图说明

图1为本发明的施工方法指导自锁高强纤维布加固体系加固圆形结构(构件)的示意图；

图2为本发明施工步骤中螺杆安装过程1；

图3为本发明施工步骤中螺杆安装过程2；

图4为本发明施工步骤中螺杆安装过程3；

图5为本发明施工步骤中螺杆安装过程4；

图6为本发明使用单层高强纤维布时的自锁高强纤维布加固体系的俯视图；

图7为图6的A处的局部放大图；

图8为本发明使用双层高强纤维布时的自锁高强纤维布加固体系的俯视图；

图9为图8的B处的局部放大图

图中：1-锚头，2-预应力螺栓孔，3-待加固构件，4-高强纤维布，5-螺杆，6-螺母。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明既可用于圆形结构(构件)的应急快速加固，如桥墩的震后快速加固；也可用于永久加固，如维修改造工程。加固时，在高强纤维布的两端分别固定一个锚头1，然后将高强纤维布4围绕在待加固构件3的外表面，再通过螺杆5、螺母6的配合安装将两个锚头1固定，通过拧紧螺母6来施加预应力，如图1所示。锚头1的结构如图2所示，每只锚头端部截面呈现方形，中部截面呈现圆形，在锚头1的方形端部设置有用于螺栓穿过的螺栓孔2。

使用上述构件进行加固时，具体步骤如下：

a、计算高强纤维布的长度。

①当采用单层高强纤维布缠绕圆形结构(构件)时，如图6、图7所示：

假定待加固混凝土圆柱的直径为D，自锁式锚具中部圆辊的直径为d，施加预应力前两锚具之间的净距为L，施加预应力后，螺帽的旋进深度为s，施加预应力后，锚头之间富余的距离为a，故有L＝s+a。经实验测定，在施加30％预应力度的情况下，30mm≤s≤40mm，偏于安全考虑，s取40mm，令a取20mm，故取L＝s+a＝40+20＝60mm。正截面上栓杆对应的弧长为l′＝2R*arcsin(a/2R)，所需的高强纤维布长度约为：L＝(πD-l′)+(2π+2)d。

②当采用双层高强纤维布缠绕圆形结构(构件)时，如图8、图9所示：

假定同上，并补充假定经过计算，高强纤维布的搭接粘贴长度不小于b(一般情况下b不小于20cm)，所需高强纤维布的长度约为：L＝2(πD-l′)+(2π+2)d+2b

③当锚头与高强纤维布的连接采用端部类似双层高强纤维布套筒，中部只有一层的方式时，如图8所示：

高强纤维布的搭接粘贴长度不小于b(一般情况下b不小于20cm)，所需高强纤维布的长度约为：L＝(πD-l′)+(2π+2)d+2b

b、将裁剪好的高强纤维布与配套锚头连接。

锚头与高强纤维布的连接形式有三种，可以采用单层高强纤维布缠绕圆形结构(构件)、双层高强纤维布缠绕圆形结构(构件)或者高强纤维布端部类似双层高强纤维布套筒，但中部只有一层的连接形式。采用双层和端部双层中间一层两种连接形式的特点是锚头与高强纤维布端部的连接改为套筒连接形式，下面结合附图分别对其进行详细描述。

①当采用单层高强纤维布缠绕圆形结构(构件)时，连接方式如图6所示。

该连接方法中锚头的结构为：每只锚头1由对称的两半组成，两半通过螺钉合为一体，合成后端部截面呈现方形，中部截面呈现圆形，在锚头1的方形端部设置有用于螺栓穿过的螺栓孔2。

首先，将锚头夹缝内均匀涂胶，将已经计算裁剪好的高强纤维布的端部浸渍胶体后由锚头夹住，并在夹缝内再次灌胶，当确保高强纤维布与锚头粘贴良好后，用螺栓固定并预夹紧锚头。

其次，缠绕高强纤维布于已经预夹紧的锚头的中部圆辊处一圈或两圈，缠绕的过程中确保高强纤维布与锚头中部圆辊外表面之间涂胶均匀并裹紧，使高强纤维布时刻保持张紧状态。胶体固化，检查高强纤维布与锚头表面粘贴是否密贴牢靠，未浸胶部位补胶，待胶体固化后锚头与高强纤维布连接完毕。

粘结牢固后高强纤维布一端的自锁式锚具即制作完成。

最后，重复上述步骤制作高强纤维布另外一端的自锁式锚具。

②当采用双层高强纤维布缠绕圆形结构(构件)时，连接方式如图8所示：

与单层高强纤维布方式的区别在于高强纤维布与锚头的连接方式。只需将已裁剪好的高强纤维布在两端搭接长度范围内用胶粘合，形成一个封闭布圈，待胶体固化后，将两个锚头同时直接放入布圈内即可。

③当锚头与高强纤维布的连接采用端部类似双层高强纤维布套筒，中部只有一层的方式时，连接方式如图8所示。

在已裁剪好的高强纤维布两端部各用胶粘合出直径比锚头直径稍大的布圈，将两个锚头分别放入两个布圈中即可，搭接粘接长度一般可取20cm。高强纤维布端部与采用双层高强纤维布时的套筒连接方式类似，但中部只有一层。

c、将连接好锚头的高强纤维布围套在待加固结构(构件)的预定位置，用两个螺杆依次穿入两端的锚头，并用螺母固定，以便连接并锁住两个锚头。

图2～图4表示螺杆的安装示意过程。图2表示将自锁式锚具放置在圆形结构(构件)表面，并正在穿过第一个螺栓的过程；图3表示第一个螺栓已经就位；图4表示通过用螺母固定第一个螺栓；图5表示第二个螺栓已经就位并由螺母固定。

d、旋紧螺杆上的螺母，对自锁高强纤维布加固体系施加预拉应力，达到预定的设计应力后锁紧螺母。

具体过程如下：分别设置两个高强螺栓于自锁式锚具两端部预应力螺栓孔2处。施加预应力时，一手持普通扳手抵住高强螺栓杆5的头部，另一手持扭矩扳手对螺母6施加预应力；旋紧螺母6的过程应在两根螺杆5之间交替同步进行，以保证两根螺杆在张拉的过程中受力均衡；加力的同时观察扭矩扳手上的读数，通过简单计算可由扭矩得知高强纤维布4所对应的拉力，扭矩扳手达到预定设计读数时停止施加预应力并固定和锁紧螺母6。其中，尤其注意应交替对两高强螺杆5加力，通过使两高强螺栓内应力交替均匀上升，尽量避免锚具两端螺栓内应力出现过大的差值，以保证高强纤维布4沿横向受力均匀。

应急快速加固时，待加固结构(构件)的表面可不进行处理；永久加固时，建议预先对待加固结构(构件)表面进行简单处理，磨去混凝土表面的水泥浮浆，置换疏松和脱落的混凝土；之后重复上述步骤a、b、c和d；预应力施加完成之后对高强纤维布表面涂刷浸渍胶，促使自锁高强纤维布加固体系与原结构(构件)更好地协同工作。如果需要更多的防护，可将绿豆沙均匀涂覆于自锁高强纤维布加固体系外表面上。

以上对本发明所提供的一种预张拉高强度纤维布加固圆形结构的施工方法进行详细介绍，本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种预张拉高强度纤维布加固圆形结构的施工方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

a、裁剪高强纤维布布条；所述高强纤维布的强度为不小于1000MPA；

c、将连接好锚头的高强纤维布布条围套在待加固圆形结构的预定位置，用两个螺杆依次穿入两端锚头，并用螺母固定，连接并锁住两个锚头；

d、旋紧螺杆上的螺母，对高强纤维布布条施加预拉应力，达到预定的设计应力后锁紧螺母。

2.根据权利要求1所述的一种预张拉高强度纤维布加固圆形结构的施工方法，其特征在于，所述锚头由对称的两半通过螺钉固定连接为一体而成，锚头的两个端部截面为方形，中间部分截面为圆形，两个端部均设置有用于螺杆穿过的螺纹孔。

3.根据权利要求1所述的一种预张拉高强度纤维布加固圆形结构的施工方法，其特征在于，步骤b)中所述的高强纤维布与锚头的连接形式为：当采用单层高强纤维布布条加固圆形结构或构件时，高强纤维布的两个端部浸胶后由锚头的两半夹紧，通过螺钉将锚头的两半固定并预夹紧锚头，将高强纤维布的端部在锚头的中部缠绕，缠绕的过程中确保高强纤维布与锚头之间涂胶并裹紧，待胶体固化后锚头与高强纤维布连接完毕。

4.根据权利要求1所述的一种预张拉高强度纤维布加固圆形结构的施工方法，其特征在于，步骤b)中所述的高强纤维布与锚头的连接形式为：当采用双层高强纤维布布条加固圆形结构或构件时，将高强纤维布的端部搭接后用胶粘合在一起组成封闭布圈，两个锚头放置在布圈内。

5.根据权利要求1所述的一种预张拉高强度纤维布加固圆形结构的施工方法，其特征在于，步骤b)中所述的高强纤维布与锚头的连接形式为：当采用端部双层中间一层高强纤维布布条加固圆形结构或构件时，在纤维布的两端分别用胶粘合成一个直径大于锚头直径的布圈，两个锚头分别放置在两个布圈内。

6.根据权利要求1所述的一种预张拉高强度纤维布加固圆形结构的施工方法，其特征在于，步骤d)中所述的施加预拉应力的方法为：施加预应力时，一手持扳手抵住高强螺栓杆的头部，另一手持扳手旋紧螺母施加预应力，旋紧螺母的过程应在两根螺杆之间交替进行，加力的同时观察扭矩扳手上的读数，扭矩扳手达到预定设计读数时停止施加预应力并固定和锁紧螺母。

7.根据权利要求1所述的一种预张拉高强度纤维布加固圆形结构的施工方法，其特征在于，永久加固时，施加预应力后，将绿豆沙均匀涂覆于高强纤维布的外表面。

8.根据权利要求1所述的一种预张拉高强度纤维布加固圆形结构的施工方法，其特征在于，永久加固时，加固前，预先对待加固结构或构件表面进行处理，磨去混凝土表面的水泥浮浆，置换疏松和脱落的混凝土。

9.根据权利要求1所述的一种预张拉高强度纤维布加固圆形结构的施工方法，其特征在于，永久加固时，预应力施加完成之后对高强纤维布表面涂刷浸渍胶。