CN102505858A - 预应力碳纤维布张拉系统及张拉加固方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种预应力碳纤维布张拉系统及张拉加固方法，系统包括预应力张拉组件、转向轴和张拉机架；张拉机架铰接于被加固件形成杠杆结构，转向轴以可绕自身轴线转动的方式设置于张拉机架的阻力臂；张拉机架的动力臂设有用于驱动张拉机架的阻力臂向被加固件表面转动的驱动件；预应力张拉组件用于连接绕过转向轴上部的需张拉碳纤维布并对其施加张拉力；本发明完全适应工程应用环境，在一定的跨度内张拉系统不需任何调整；张拉简单快捷；不需在被加固构件上开凿任何沟槽作为夹具运动的通道，张拉操作对原混凝土结构基本不造成损伤；张拉过程中碳纤维布与构件底面留有间隙，避免碳纤维布与构件接触产生磨损，同时方便涂胶。
Description
技术领域
本发明属于建筑结构工程领域，特别涉及一种预应力碳纤维布张拉系统及张拉加固方法。
背景技术
混凝土梁由于承载能力不足或温度变化、疲劳或冲击等外界作用而产生受拉横向裂缝时，可在梁的开裂面沿纵向粘贴纤维布进行加固，以约束横向裂缝的产生和发展，提高其承载能力和使用寿命。
纤维布(特别是碳纤维)由于具有优异的物理学性能和良好的粘接性、耐久性以及耐蚀性，并且具有强度较高、体积小、重量轻等优点，在加固砼梁的抗拉表面方面得到广泛应用，比其他结构加固混凝土结构具有较多的优势。
现有技术中，通常采用将纤维布直接粘贴在混凝土构件表面，其工艺简单，但碳纤维布为被动受力，仅当结构受载而在纤维方向伸长时碳纤维布才起作用，在正常工作状况下纤维布远不能发挥其高强度的优势，对裂缝开展的抑制效果不显著，普通粘贴碳纤维材料由于二次受力影响，裂缝、挠度以及剥离破坏的影响，正常使用状态下碳纤维材料的应力通常不足标准强度的5％，有效承载力条件下碳纤维材料的应力通常不足标准强度的20％。
为解决以上问题，将碳纤维布施加预应力后再粘贴在砼梁的承受拉应力表面，可以有效提高纤维布的利用率，抑制砼梁受拉区横向裂缝的产生和发展，提高其承载能力和使用寿命。现有的碳纤维布预应力张拉设备结构较为复杂，体积较大，不具有灵活性，并且张拉效率较低。
因此，需要一种预应力纤维布加固混凝土梁的系统，对碳纤维布进行预张拉后粘贴于构件上，可以提高碳纤维布在正常使用条件下的应力强度，提高碳纤维布的利用率，改善构件的工作性能，从而提高加固构件的承载力。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种预应力碳纤维布张拉系统及张拉加固方法，对碳纤维布进行预张拉后粘贴于构件上，可以提高碳纤维布在正常使用条件下的应力强度，提高碳纤维布的利用率，改善构件的工作性能，从而提高加固构件的承载力；同时，张拉系统结构简单，施工成本低，工作效率高，缩短工期，具有具有较好的的技术经济综合效益。
本发明的预应力碳纤维布张拉系统，包括预应力张拉组件、转向轴和张拉机架；
所述张拉机架铰接于被加固件形成杠杆结构，所述转向轴以可绕自身轴线转动的方式设置于张拉机架的阻力臂；张拉机架的动力臂设有用于驱动张拉机架的阻力臂向被加固件表面转动的驱动件；
预应力张拉组件用于连接绕过转向轴上部的需张拉碳纤维布并对其施加张拉力；
预应力碳纤维布张拉系统可包括一组预应力张拉组件以及与其对应的转向轴和张拉机架对需张拉碳纤维布进行一端张拉；或者包括两组预应力张拉组件以及与其对应的转向轴和张拉机架，分布于需张拉碳纤维布两端进行两端张拉。
进一步，所述张拉机架为槽状结构，槽状结构的张拉机架横跨于需张拉碳纤维布且两侧分别铰接于固定设置在需加固件上的连接板形成杠杆结构，所述转向轴以可绕自身轴线转动的方式横向担在槽状结构的张拉机架上；
所述驱动件包括转向转向驱动横梁和顶杆，所述转向驱动横梁横向设置于槽状结构的张拉机架动力臂，顶杆螺纹配合穿过转向驱动横梁用于驱动张拉机架绕支点转动；
预应力张拉组件包括张拉装置和碳纤维布夹具，所述碳纤维布夹具用于夹持绕过转向轴上部的需张拉碳纤维布并由张拉装置对其施加拉力；
进一步，所述碳纤维布夹具为实心柱状结构，与需张拉碳纤维布相对的表面设有至少轴向一端开口的轴向燕尾槽，所述碳纤维布端部固定设有能够被容纳于燕尾槽并与其相配合的楔形块；
进一步，所述张拉装置包括穿心千斤顶、张拉杆和横向固定设置在张拉机架的阻力臂的张拉横梁，所述穿心千斤顶顶住张拉横梁，所述张拉杆后端依次穿过张拉横梁和穿心千斤顶，前端固定连接于碳纤维布夹具与轴向燕尾槽径向相对相对的一侧；
进一步，转向驱动横梁以可绕自身轴线转动的方式设置于张拉机架的动力臂，所述顶杆前端为球形头，并顶在连接板设置的用于容纳顶杆前端球形头的球面凹槽；
进一步，所述张拉机架的阻力臂在转动方向上为L形结构，所述张拉横梁固定连接于L形结构端面；
进一步，所述穿心千斤顶通过辅助张拉支架顶住张拉横梁，所述张拉杆为螺杆结构，位于张拉横梁外侧设有与张拉杆螺纹配合的锁紧螺母，所述辅助张拉支架设有供锁紧螺母移动的空间。
本发明还一种利用预应力碳纤维布张拉系统的张拉加固方法，包括以下步骤：
a.在被加固体表面与承受拉应力的区域对应设置纤维布，所述纤维布纵向端部从转向轴上部表面绕过并连接于预应力张拉组件，通过预应力张拉组件张拉纤维布，并达到设定预应力；张拉可以是一端张拉或者两端张拉；
b.在被加固件表面涂胶，通过驱动件驱动张拉机架的动力臂使张拉机架的阻力臂向被加固件表面转动，转向轴带动碳纤维布与被加固件涂胶表面接触，完成粘贴施工；
c.通过锚具锚固纤维布两端，拆除预应力张拉组件。
进一步，预应力张拉组件包括穿心千斤顶、张拉杆和横向固定设置在张拉机架的阻力臂的张拉横梁；步骤a中，所述穿心千斤顶通过辅助张拉支架顶住张拉横梁，所述张拉杆为螺杆结构，位于张拉横梁外侧设有与张拉杆螺纹配合的锁紧螺母，所述辅助张拉支架设有供锁紧螺母移动的空间，所述张拉杆后端依次穿过张拉横梁、辅助张拉支架和穿心千斤顶，前端固定连接于碳纤维布，通过穿心千斤顶对碳纤维布进行张拉至设定预应力；张拉过程中，边张拉边边向张拉相反方向旋锁紧螺母；步骤b中，通过锁紧螺母锁紧张拉杆，拆除穿心千斤顶后或同时进行在被加固件表面涂胶工作；步骤c中，拆除张拉螺杆，截断锚具外的碳纤维布，拆除张拉机架，后对碳纤维布及锚具进行防护处理。
本发明的有益效果是：本发明的预应力碳纤维布张拉系统及张拉加固方法，对碳纤维布进行预张拉后粘贴于构件上，可以提高碳纤维布在正常使用条件下的应力强度，提高碳纤维布的利用率，改善构件的工作性能，从而提高加固构件的承载力；本发明的张拉系统，完全适应工程应用环境，在一定的跨度内张拉系统不需任何调整；张拉简单快捷；不需在被加固构件上开凿任何沟槽作为夹具运动的通道，张拉操作对原混凝土结构基本不造成损伤；张拉过程中碳纤维布与构件底面留有间隙，避免碳纤维布与构件接触产生磨损，同时方便涂胶；张拉机架转向机构容易实现碳纤维布与粘贴面接触，碳纤维布锚固方便；张拉的转向过程中，改直线张拉同时，张拉系统结构简单，施工成本低，工作效率高，缩短工期，具有具有较好的的技术经济综合效益。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明张拉前结构示意图；
图2为本发明张拉完成结构示意图；
图3为拆除张拉设备后的结构示意图；
图4为施工完成后示意图；
图5为图1沿A向的张拉机架结构示意图；
图6为本发明锚具结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明张拉前结构示意图，图2为本发明张拉完成结构示意图，图3为拆除张拉设备后的结构示意图，图4为施工完成后示意图，图5为图1沿A向的张拉机架结构示意图，图6为本发明锚具结构示意图，如图所示：本实施例的预应力碳纤维布张拉系统，包括预应力张拉组件、转向轴4和张拉机架；
所述张拉机架铰接于被加固件1形成杠杆结构，所述转向轴4以可绕自身轴线转动的方式设置于张拉机架的阻力臂5；张拉机架的动力臂18设有用于驱动张拉机架的阻力臂5向被加固件1表面转动的驱动件；
预应力张拉组件用于连接绕过转向轴4上部的需张拉碳纤维布2并对其施加张拉力；
预应力碳纤维布张拉系统可包括一组预应力张拉组件以及与其对应的转向轴和张拉机架对需张拉碳纤维布进行一端张拉；或者包括两组预应力张拉组件以及与其对应的转向轴和张拉机架，分布于需张拉碳纤维布两端进行两端张拉。
本实施例中，所述张拉机架为槽状结构，槽状结构的张拉机架横跨于需张拉碳纤维布且两侧分别铰接于固定设置在需加固件1上的连接板19形成杠杆结构，拆装方便，并且采用槽状结构并横跨于需张拉碳纤维布2的张拉机架，具有较好的弯矩承受能力，利于保持张拉过程中的整体稳定性；所述转向轴4以可绕自身轴线转动的方式横向担在槽状结构的张拉机架上，结构简单，制造容易；如图所示，转向轴4通过同轴设置的中心轴3担在槽状结构的张拉机架的两侧；
所述驱动件包括转向转向驱动横梁16和顶杆15，所述转向驱动横梁横16向设置于槽状结构的张拉机架动力臂5，顶杆15螺纹配合穿过转向驱动横梁16用于驱动张拉机架绕其支点转动；采用顶杆结构驱动转动，具有简单的结构并具有较大的力输出，适合于慢速大力驱动，因而，具有较好的经济性和可靠性；
预应力张拉组件包括张拉装置和碳纤维布夹具7，所述碳纤维布夹具7用于夹持绕过转向轴4上部的需张拉碳纤维布2并由张拉装置对其施加拉力；转向轴4上部是指转向轴4与被加固件1之间的空间。
本实施例中，所述碳纤维布夹具7为实心柱状结构，与需张拉碳纤维布2相对的表面设有至少轴向一端开口的轴向燕尾槽6，本实施例采用两端均开口的结构，简化制作程序，并利于调整张拉平衡的效果；所述碳纤维布2端部固定设有能够被容纳于燕尾槽6并与其相配合的楔形块14；楔形块14可采用环氧树脂的凝固后具有较好强度并且与碳纤维布具有较好粘接性的材料制成；改变现有技术中夹持难度大、结构复杂的问题，结构简单的同时使连接更可靠，并且不会使整个拉伸过程出现附加变形。
本实施例中，所述张拉装置包括穿心千斤顶10、张拉杆9和横向固定设置在张拉机架的阻力臂5的张拉横梁8，所述穿心千斤顶10顶住张拉横梁8，所述张拉杆9后端依次穿过张拉横梁8和穿心千斤顶10，前端固定连接于碳纤维布夹具7与轴向燕尾槽径向相对相对的一侧，如图所示，张拉杆9前端与碳纤维布夹具7固定连接，连接方式可以是螺纹连接、焊接、铰接、卡接等现有技术中的连接方式，本事实例采用螺纹连接，结构简单，制作成本低；采用穿心千斤顶结构，施工简单方便，工作效率高，附加设备少，成本较低。
本实施例中，转向驱动横梁16以可绕自身轴线转动的方式设置于张拉机架的动力臂18，如图所示，通过与其设置为一体的横梁轴161转动配合设置于张拉机架槽状结构的两侧，结构简单实用；所述顶杆15前端为球形头，并顶在连接板19设置的用于容纳顶杆19前端球形头的球面凹槽17；球头形具有较好的适应性能和承载性能。
本实施例中，所述张拉机架的阻力臂5在转动方向上为L形结构，所述张拉横梁8固定连接于L形结构端面；如图所示，L形结构一端与动力臂18制成一体，另一端的端面与张拉横梁8固定连接，并用于承载张拉装置的张拉力，结构简单，减小张拉系统的整体体积，具有较好的适应性。
本实施例中，所述穿心千斤顶10通过辅助张拉支架11顶住张拉横梁8，所述张拉杆9为螺杆结构，位于张拉横梁8外侧设有与张拉杆9螺纹配合的锁紧螺母12，所述辅助张拉支架11设有供锁紧螺母12移动的空间；利用辅助张拉支架11并设有锁紧螺母12，可以在张拉完毕并且锁紧锁紧螺母后拆除张拉设备，进行下一张拉施工，使张拉设备得到较高的利用率，并且提高施工效率。
本发明还一种利用预应力碳纤维布张拉系统的张拉加固方法，包括以下步骤：
a.在被加固体1表面与承受拉应力的区域对应设置纤维布2，所述纤维布2纵向端部从转向轴上部表面绕过并连接于预应力张拉组件，通过预应力张拉组件张拉纤维布，并达到设定预应力；张拉可以是一端张拉或者两端张拉；
b.在被加固件1表面涂胶，通过驱动件驱动张拉机架的动力臂使张拉机架的阻力臂向被加固件表面转动，转向轴带动碳纤维布与被加固件涂胶表面接触，完成粘贴施工；
c.通过锚具锚固纤维布两端，拆除预应力张拉组件；如图所示，锚具包括锚具底板20和锚具盖板21，张拉并转向完成后，将锚具底板20和锚具盖板21涂胶后通过锚固螺栓固定连接，当然，锚具采用现有技术中任何结构的锚具，均能实现发明目的。
本实施例中，预应力张拉组件包括穿心千斤顶10、张拉杆9和横向固定设置在张拉机架的阻力臂5的张拉横梁8；步骤a中，所述穿心千斤顶10通过辅助张拉支架11顶住张拉横梁8，所述张拉杆9为螺杆结构，位于张拉横梁8外侧设有与张拉杆9螺纹配合的锁紧螺母12，所述辅助张拉支架11设有供锁紧螺母12移动的空间，所述张拉杆9后端依次穿过张拉横梁8、辅助张拉支架11和穿心千斤顶10，前端固定连接于碳纤维布2，通过穿心千斤顶10对碳纤维布2进行张拉至设定预应力；张拉过程中，边张拉边边向张拉相反方向旋锁紧螺母12；步骤b中，通过锁紧螺母12锁紧张拉杆9，拆除穿心千斤顶10后或同时进行在被加固件表面涂胶工作；施工过程中拆除张拉千斤顶，转入下一条碳纤维布的张拉与安装，锚具内胶体加温固化，可提前拆除机架，提高施工效率；步骤c中，拆除张拉螺杆9，截断锚具外的碳纤维布，拆除张拉机架，后对碳纤维布及锚具进行防护处理。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种预应力碳纤维布张拉系统，其特征在于：包括预应力张拉组件、转向轴和张拉机架；
所述张拉机架铰接于被加固件形成杠杆结构，所述转向轴以可绕自身轴线转动的方式设置于张拉机架的阻力臂；张拉机架的动力臂设有用于驱动张拉机架的阻力臂向被加固件表面转动的驱动件；
预应力张拉组件用于连接绕过转向轴上部的需张拉碳纤维布并对其施加张拉力；
预应力碳纤维布张拉系统可包括一组预应力张拉组件以及与其对应的转向轴和张拉机架对需张拉碳纤维布进行一端张拉；或者包括两组预应力张拉组件以及与其对应的转向轴和张拉机架，分布于需张拉碳纤维布两端进行两端张拉。
2.根据权利要求1所述的预应力碳纤维布张拉系统，其特征在于：所述张拉机架为槽状结构，槽状结构的张拉机架横跨于需张拉碳纤维布且两侧分别铰接于固定设置在需加固件上的连接板形成杠杆结构，所述转向轴以可绕自身轴线转动的方式横向担在槽状结构的张拉机架上；
所述驱动件包括转向转向驱动横梁和顶杆，所述转向驱动横梁横向设置于槽状结构的张拉机架动力臂，顶杆螺纹配合穿过转向驱动横梁用于驱动张拉机架绕支点转动；
预应力张拉组件包括张拉装置和碳纤维布夹具，所述碳纤维布夹具用于夹持绕过转向轴上部的需张拉碳纤维布并由张拉装置对其施加拉力。
3.根据权利要求2所述的预应力碳纤维布张拉系统，其特征在于：所述碳纤维布夹具为实心柱状结构，与需张拉碳纤维布相对的表面设有至少轴向一端开口的轴向燕尾槽，所述碳纤维布端部固定设有能够被容纳于燕尾槽并与其相配合的楔形块。
4.根据权利要求3所述的预应力碳纤维布张拉系统，其特征在于：所述张拉装置包括穿心千斤顶、张拉杆和横向固定设置在张拉机架的阻力臂的张拉横梁，所述穿心千斤顶顶住张拉横梁，所述张拉杆后端依次穿过张拉横梁和穿心千斤顶，前端固定连接于碳纤维布夹具与轴向燕尾槽径向相对相对的一侧。
5.根据权利要求4所述的预应力碳纤维布张拉系统，其特征在于：转向驱动横梁以可绕自身轴线转动的方式设置于张拉机架的动力臂，所述顶杆前端为球形头，并顶在连接板设置的用于容纳顶杆前端球形头的球面凹槽。
6.根据权利要求5所述的预应力碳纤维布张拉系统，其特征在于：所述张拉机架的阻力臂在转动方向上为L形结构，所述张拉横梁固定连接于L形结构端面。
7.根据权利要求6所述的预应力碳纤维布张拉系统，其特征在于：所述穿心千斤顶通过辅助张拉支架顶住张拉横梁，所述张拉杆为螺杆结构，位于张拉横梁外侧设有与张拉杆螺纹配合的锁紧螺母，所述辅助张拉支架设有供锁紧螺母移动的空间。
8.一种利用权利要求1所述的预应力碳纤维布张拉系统的张拉加固方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.在被加固体表面与承受拉应力的区域对应设置纤维布，所述纤维布纵向端部从转向轴上部表面绕过并连接于预应力张拉组件，通过预应力张拉组件张拉纤维布，并达到设定预应力；张拉可以是一端张拉或者两端张拉；
b.在被加固件表面涂胶，通过驱动件驱动张拉机架的动力臂使张拉机架的阻力臂向被加固件表面转动，转向轴带动碳纤维布与被加固件涂胶表面接触，完成粘贴施工；
c.通过锚具锚固纤维布两端，拆除预应力张拉组件。
9.根据权利要求8所述的利用预应力碳纤维布张拉系统的张拉加固方法，其特征在于：预应力张拉组件包括穿心千斤顶、张拉杆和横向固定设置在张拉机架的阻力臂的张拉横梁；步骤a中，所述穿心千斤顶通过辅助张拉支架顶住张拉横梁，所述张拉杆为螺杆结构，位于张拉横梁外侧设有与张拉杆螺纹配合的锁紧螺母，所述辅助张拉支架设有供锁紧螺母移动的空间，所述张拉杆后端依次穿过张拉横梁、辅助张拉支架和穿心千斤顶，前端固定连接于碳纤维布，通过穿心千斤顶对碳纤维布进行张拉至设定预应力；步骤b中，通过锁紧螺母锁紧张拉杆，拆除穿心千斤顶后或同时进行在被加固件表面涂胶工作；步骤c中，拆除张拉螺杆，截断锚具外的碳纤维布，拆除张拉机架，后对碳纤维布及锚具进行防护处理。
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