CN102808517A

CN102808517A - 钢筋混凝土板体外frp筋的预应力施加装置

Info

Publication number: CN102808517A
Application number: CN2012103071851A
Authority: CN
Inventors: 高丹盈; 祝玉斌; 汤寄予; 房栋; 朱海堂
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou University
Priority date: 2012-08-27
Filing date: 2012-08-27
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2032-08-27
Also published as: CN102808517B

Abstract

本发明公开了一种钢筋混凝土板体外FRP筋的预应力施加装置，包括锚固系统，与锚固系统连接的加载装置，以及连接锚固系统与加载装置的数据采集处理系统；双侧角钢对孔布置，可将FRP筋按预定位置准确安装，保证了FRP筋的布置方向同钢筋混凝土板保持平行；FRP筋的底端锚具采用连接螺栓同张拉钢板相连。首先可以确保张拉力沿FRP筋的中心线施加，避免了FRP筋因偏心受拉产生的剪力影响到抗拉强度的发挥；其次，通过拧紧或者松开连接螺栓，可以方便地随时对FRP筋全部、选择性或逐根实施预应力的施加；采用锚固螺栓在张拉后的张拉端对FRP筋进行紧固，操作简便，且预应力损失较小。

Description

钢筋混凝土板体外FRP筋的预应力施加装置

技术领域

本发明涉及土木工程中钢筋混凝土板的体外预应力技术领域，具体涉及一种钢筋混凝土板体外FRP筋的预应力施加装置。

背景技术

纤维增强塑料（Fiber Reinforced Polymer,简称FRP）复合材料以其轻质、高强、不锈蚀和抗疲劳性能好等优点，已应用于实际工程中。以纤维增强塑料筋（即FRP筋）作为预应力筋用于钢筋混凝土板的体外预应力加固，既能克服传统钢绞线、高强钢丝或粗钢筋的易腐蚀问题，又能充分发挥体外预应力加固的效果。

FRP筋由纤维和聚合物基体两部分组成，纤维的抗拉强度和弹性模量都较聚合物基体高，是纤维塑料筋中的承载成份。聚合物基体是粘结成份，用来把纤维单丝粘结约束在一起，也起保护纤维、维持纤维塑料筋尺寸稳定的作用。因此，FRP筋截面性质和受力性能与传统钢绞线、高强钢丝或粗钢筋有很大的差异，对压力、剪力及筋表面的变形(如压痕、凸肋、螺纹等)更加敏感，难以采用适用于钢绞线、高强钢丝或粗钢筋的传统方法对其施加预应力。现有的FRP筋预应力施加装置无法实现在预应力施加过程中对FRP筋自身应力–应变状态的监控，例如中国发明专利，专利号为CN101922240A公开了一种FRP筋张拉锚固装置，其特征在于张拉锚固装置包括用于锚固FRP筋的锚固装置和用于张拉FRP筋的张拉装置。锚固装置包括锚固架、套筒和限位构件，锚固架固定连接在待加固构件端部的锚固区，套筒穿置在锚固架上用于锚固FRP筋，限位构件连接在套筒上用于张拉FRP筋后对套筒限位。张拉装置包括施力设备和软索，施力设备通过软索与套筒相连，用于施加张拉力。该项发明为FRP筋提供了一种施加预应力的方法，但该发明未涉及在预应力施加过程中如何对FRP筋进行预应力的精确控制和施加，有可能导致FRP筋的超张拉现象。因此，开发一种适合FRP筋性能特点，又可以精确控制预拉应力的体外FRP筋预应力施加装置，对促进FRP筋在体外预应力技术领域的应用具有重要的意义。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种能够精确、方便地对钢筋混凝土板体外的多根FRP筋同时或逐一施加预拉应力，并且使预拉应力在每根FRP筋中均匀分布，在施加过程中还可以通过数据采集仪对施加过程进行实时监控的钢筋混凝土板体外FRP筋的预应力施加装置。

本发明的目的是这样实现的：

钢筋混凝土板体外FRP筋的预应力施加装置，包括锚固系统，与锚固系统连接的加载装置，以及连接锚固系统与加载装置的数据采集和处理系统；

所述的锚固系统包括角钢1，角钢1通过角钢锚具10固定在钢筋混凝土板9上，钢筋混凝土板9的两端部位置用冲击钻钻有孔，角钢1上设置有FRP筋穿孔，FRP筋11穿过FRP筋穿孔，通过底端锚具12锚固在角钢1上；在张拉端，底端锚具2靠近角钢1的一端上拧有锚固螺帽3，底端锚具2的另一端通过连接螺栓4与张拉钢板8相连；

所述的底端锚具2采用粘结型套筒式锚具，粘结材料采用环氧系粘结树脂；

所述的锚固系统中组成部件的中心线位于同一平面内；

所述的加载装置包括位于角钢1与张拉钢板8之间的千斤顶6，以及与连接螺栓4连接的张拉螺帽5；

所述的数据采集系统，包括位于张拉钢板8与千斤顶6之间的力传感器7、粘贴在FRP筋11上的应变片12，连接力传感器7与应变片12的数据采集仪13，数据采集仪13同时连接有计算机14；

所述的锚固系统及加载装置中的设备的中心线位于同一平面内，且沿FRP筋轴线安装。

积极有益效果：（1）双侧角钢对孔布置，可将FRP筋按预定位置准确安装，保证了FRP筋的布置方向同钢筋混凝土板保持平行。

（2）FRP筋的底端锚具采用连接螺栓同张拉钢板相连。首先可以确保张拉力沿FRP筋的中心线施加，避免了FRP筋因偏心受拉产生的剪力影响到抗拉强度的发挥；其次，通过拧紧或者松开连接螺栓，可以方便地随时对FRP筋全部、选择性或逐根实施预应力的施加。

（3）千斤顶两侧对称布置，顶在同一块张拉钢板上，通过监控力传感器测得的数据，实现两侧千斤顶的同步加载。千斤顶将外张荷载施加在同一块张拉钢板上，张拉钢板通过张拉螺帽将张拉荷载传递锚固系统，再由锚固系统将张拉力传递给每一根FRP筋，实现了张拉力在所有预应力FRP筋中均匀传递。

（4）采用锚固螺栓在张拉后的张拉端对FRP筋进行紧固，操作简便，且预应力损失较小。

（5）通过监测到的每根FRP筋的应力和应变信息，适时通过调节锚固螺帽确保每根FRP筋中应力均匀。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是图1中的角钢细部示意图；

图3为实施例的实验板尺寸和配筋；

图4为荷载-位移曲线；

图中为：角钢1、底端锚具2、锚固螺帽3、连接螺栓4、张拉螺帽5、千斤顶6、力传感器7、张拉钢板8、混凝土板9、角钢锚具10、FRP筋11、应变片12、数据采集仪13、计算机14、水泥砂浆找平层15。

具体实施方式

下面根据附图及实施例对本发明做进一步详细说明：

锚固系统原理：先在钢筋混凝土板两端部设定位置上用冲击钻分别钻取预留孔，通过预留孔用螺栓把已制作好带有FRP筋张拉穿孔的角钢紧紧地固定在钢筋混凝土板上，再把FRP筋锚固在角钢上。FRP筋的锚具采用粘结型套筒式锚具，粘结材料采用环氧系粘结树脂。角钢1立面的预留孔，对于非张拉端其孔径大小使得FRP筋穿过，而套管不能穿过；对于张拉端的钢板孔径大小和锚固套筒外径相同。张拉端的锚固套筒两端均有螺纹，靠近角钢一端带锚固螺帽，用于张拉后的锚固；套管的另一端螺纹通过螺栓与张拉钢板紧紧固定在一起。所有锚固张拉装置的中心线应位于同一平面内。

加载系统：千斤顶放置在角钢和张拉钢板之间，关于钢筋混凝土板的中心线平行对称布置。张拉过程中，张拉端的角钢作为千斤顶的反力装置。千斤顶将外张荷载施加在张拉钢板上，张拉钢板通过张拉螺帽将张拉荷载传递锚固系统，再由锚固系统将张拉力维持在控制预应力水平。

力传感器置于张拉钢板和千斤顶之间，保持与千斤顶在同一中心线上，两端与千斤顶和张拉钢板紧贴。在FRP筋的适当位置上粘贴应变片，应变片与力传感器同数据采集仪相连。数据采集仪连接计算机，通过计算机中的控制分析软件控制并记录张拉力的大小，并对加载过程实时监控每根FRP筋的应力和应变量。

实施例1

如图1、图2所示，图中本实例钢筋混凝土板体外FRP筋的预应力施加装置由角钢1、底端锚具2、锚固螺帽3、连接螺栓4、张拉螺帽5、千斤顶6、力传感器7、张拉钢板8、混凝土板9、角钢锚具10、FRP筋11、应变片12、数据采集仪13、计算机14、水泥砂浆找平层15联接构成，由于FRP筋抗剪能力较差，张拉设备应严格沿FRP筋轴线安装，且所有锚固张拉设备的中心线应位于同一平面。

本实施例的锚固系统由角钢1、底端锚具2、锚固螺帽3、连接螺栓4、混凝土板9、角钢锚具10、FRP筋11联接而成。先在钢筋混凝土板9两端部设定位置上用冲击钻分别钻孔，在预留孔口处把预留好FRP筋穿孔的角钢1用角钢锚具10紧紧地固定在钢筋混凝土板9上。将FRP筋11穿过FRP筋穿孔，通过底端锚具2锚固在角钢1上。在张拉端，底端锚具2靠近角钢1的一端拧上锚固螺帽3；底端锚具2的另一端通过连接螺栓4与张拉钢板8相连。所有锚固装置的中心线应位于同一平面内。

本实施例的加载系统由张拉螺帽5、千斤顶6、张拉钢板8组成，两台千斤顶6放置在角钢1和张拉钢板8之间，关于混凝土板9的中心线平行对称布置。张拉过程中，张拉端的角钢1作为千斤顶6的反力装置。千斤顶6将外张荷载施加在张拉钢板8上，张拉钢板8通过张拉螺帽5将张拉荷载传递给锚固系统，再由锚固系统将张拉力施加给每一根FRP筋。当FRP筋中的预拉应力稳定达到张拉控制应力，拧紧锚固螺帽3，以填补锚固螺帽3与角钢1的距离，放张、卸载；如此重复，直到放张后FRP筋达到张拉控制应力。

本实施例的数据采集系统由力传感器7、应变片12、数据采集仪13和计算机14连接而成。力传感器7将所接收到千斤顶6与张拉钢板8之间的荷载信号转换成电信号通过数据电缆传递给数据采集仪，应变片12将所接收到FRP筋11的应变信号转换成电信号通过数据电缆传递给数据采集仪，数据采集仪13将输入的电信号转换成数字信号输入到计算机14，计算机14能通过控制及分析软件将张拉过程中的荷载和应变信号进行实时显示、记录和保存，并将结果进行分析处理。

其它实施例。改变角钢1与混凝土板9的联接方式及具体规格和结构，改变底端锚具2的形式，改变底端锚具2与张拉钢板8的连接方式，改变千斤顶6的数量，以及改变应变片11的布置方式等均能组成多个实施例，均为本发明的常见变化。

试验验证

郑州大学新型建材与结构研究中心应用本发明的钢筋混凝土板体外FRP筋的预应力施加装置进行了体外预应力FRP筋加固水闸桥板受弯性能研究，得到了较好的试验结果。本实例中采用的是GFRP筋，试验共设计4块板式构件，分别配置0、2、3、4根GFRP筋，混凝土强度为C30，尺寸为2000mm×500mm× 100mm，板底部配有4根Φ8（HPB235级）纵向受力筋，8根同等级别的横向分布钢筋Φ8250，保护层厚度15mm，GFRP加固距离定为板跨中1200mm范围内，试验板如图3，具体方案见表1。试验得到的荷载位移曲线和承载力表格如图4和表2，从试验结果可以看出，利用本发明的钢筋混凝土板体外FRP筋的预应力施加装置施加预应力，预应力施加的大小和均匀程度符合要求，对混凝土板的加固的效果显著。

表1 加固方案

表2 试验板开裂荷载、屈服荷载和极限荷载

Figure 2012103071851100002DEST_PATH_IMAGE003

以上实施例仅用于说明本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代和改进等，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围之内。

Claims

1.钢筋混凝土板体外FRP筋的预应力施加装置，其特征在于：包括锚固系统，与锚固系统连接的加载装置，以及连接锚固系统与加载装置的数据采集处理系统。

2.根据权利要求1所述的钢筋混凝土板体外FRP筋的预应力施加装置，其特征在于：所述的锚固系统包括角钢（1），角钢（1）通过角钢锚具（10）固定在钢筋混凝土板（9）上，钢筋混凝土板（9）的两端部位置用冲击钻钻有孔，角钢（1）上设置有FRP筋穿孔，FRP筋（11）穿过FRP筋穿孔，通过底端锚具（12）锚固在角钢（1）上；在张拉端，底端锚具（2）靠近角钢（1）的一端上拧有锚固螺帽（3），底端锚具（2）的另一端通过连接螺栓（4）与张拉钢板（8）相连。

3.根据权利要求2所述的钢筋混凝土板体外FRP筋的预应力施加装置，其特征在于：所述的底端锚具（2）采用粘结型套筒式锚具，粘结材料采用环氧系粘结树脂。

4.根据权利要求1所述的钢筋混凝土板体外FRP筋的预应力施加装置，其特征在于：所述的锚固系统中组成部件的中心线位于同一平面内。

5.根据权利要求1所述的钢筋混凝土板体外FRP筋的预应力施加装置，其特征在于：所述的加载装置包括位于角钢（1）与张拉钢板（8）之间的千斤顶（6），以及与连接螺栓（4）连接的张拉螺帽（5）。

6.根据权利要求1所述的钢筋混凝土板体外FRP筋的预应力施加装置，其特征在于：所述的数据采集系统，包括位于张拉钢板（8）与千斤顶（6）之间的力传感器（7）、粘贴在FRP筋（11）上的应变片（12），连接力传感器（7）与应变片（12）的数据采集仪（13），数据采集仪（13）同时连接有计算机（14）。

7.根据权利要求1所述的钢筋混凝土板体外FRP筋的预应力施加装置，其特征在于：所述的锚固系统及加载装置中的设备的中心线位于同一平面内，且沿FRP筋（11）轴线安装。

8.根据权利要求1所述的钢筋混凝土板体外FRP筋的预应力施加装置，其特征在于：所述的数据采集与处理系统能在加载过程实时监控每根FRP筋的应力和应变量，并能对数据进行分析和处理。