CN104631851A - 一种预应力碳纤维板张拉装置及其用于预应力碳纤维板张拉的方法 - Google Patents

Abstract

一种预应力碳纤维板张拉装置，包括碳纤维板锚具、张拉千斤顶和由压板、固定端支座、张拉挡板、张拉杆和张拉端支座构成的预应力碳纤维板辅助张拉装置，固定端支座、张拉端支座均为长方体，其上分别有四个用于安装化学锚栓的圆形通孔；张拉端支座两侧各有一个用于安装张拉杆的圆形长通孔；压板、张拉挡板为长方体形，其上各有两个用于安装螺钉的圆形通孔；张拉挡板上还有一个直达张拉挡板一个侧面的长条形矩形通孔；固定端支座及张拉端支座采用高强合金钢精铸成型；大幅度降低了生产成本，缩短了生产周期。该预应力碳纤维板张拉装置通过对结构的优化，改善了支座的受力情况，其用于预应力碳纤维板张拉的方法更合理，充分保证了碳纤维板的性能。

Description

一种预应力碳纤维板张拉装置及其用于预应力碳纤维板张拉的方法

技术领域

本发明涉及一种张拉装置及其张拉方法，特别是一种预应力碳纤维板张拉装置及其用于预应力碳纤维板张拉的方法。

背景技术

现有技术中，混凝土结构加固用碳纤维板张拉装置均采用机加工成型，支座体积大，生产周期长，成本高，既增加了混凝土结构的加固成本，也影响加固后结构的美观。

公开号为CN 103741954 A的专利申请技术公开了一种碳纤维板张拉支架，该技术有以下不足：1、支架无锚栓孔，需将支架焊接在待加强的钢结构表面，故该技术只能加固钢结构，无法用于混凝土结构，应用范围小，实用性差；2、该支架采用焊接固定，碳纤维板的张拉力靠焊缝传递到被加固结构，焊缝受剪力，考虑到张拉施工的安全性及加固后碳纤维板承受的疲劳载荷，对焊接质量要求极高，但因其质量受焊接及无损检测人员的技术熟练程度影响，存在安全隐患。

公告号为“CN1702270A的发明专利申请技术公开了 “一种纤维板材预应力张拉装置”，该张拉装置采用底板和1～5块面板夹持碳纤维板，由于面板不是整体，数块面板靠锚栓夹紧，一致性得不到保证，且该装置靠底板与面板的纹路增大与碳纤维板摩擦力，压紧力大则纹路会咬伤碳纤维板，压紧力小则碳纤维板受到的正压力不足，该锚固形式锚具效率系数低，碳纤维板的性能得不到充分发挥。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于混凝土结构的“预应力碳纤维板张拉装置及其用于预应力碳纤维板张拉的方法”，该预应力碳纤维板张拉装置的碳纤维板锚具采用夹片式锚具，锚板采用无缝管模锻成型，固定端支座及张拉端支座由高强度合金钢精铸而成，解决了现有技术中，采用机加工切削成型遇到的张拉端支座两侧细长通孔及四个圆形通孔加工困难的问题，保证了孔位的形位精度，同时也大幅度降低了生产成本，缩短生产周期，并通过对结构的优化，改善了支座的受力情况，其用于预应力碳纤维板张拉的方法更合理，充分利用了碳纤维板的性能。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种预应力碳纤维板张拉装置，包括碳纤维板锚具、张拉千斤顶和预应力碳纤维板张拉辅助装置，其特征在于：该预应力碳纤维板张拉辅助装置包括压板、固定端支座、张拉挡板、张拉杆和张拉端支座；

所述固定端支座为长方体，其上有四个用于安装化学锚栓的圆形通孔Ⅱ，中间有一带圆角的矩形通孔Ⅰ；

所述张拉端支座为长方体形，其上有四个用于安装化学锚栓的圆形通孔Ⅳ，两侧各有一个用于安装张拉杆的圆形长通孔，中间有一带圆角的矩形通孔Ⅲ；

所述压板为长方体形，其上有两个用于安装螺钉的圆形通孔Ⅰ；

所述张拉挡板为长方体形，带有两个用于安装张拉杆的圆形通孔Ⅲ及一个长条形矩形通孔Ⅱ，矩形通孔Ⅱ与其中一个用于安装张拉杆的圆形通孔Ⅲ连通并直达张拉挡板一个侧面；

所述张拉杆为圆柱体，两端带外螺纹，固定端支座及张拉端支座四边带圆角；

所述工具挡板为长方体，其上有两个用于安装张拉杆的圆形通孔Ⅴ；

使用状态下，张拉端支座和固定端支座通过植入的化学锚栓装配到待加固结构表面，2根张拉杆分别穿过张拉端支座两侧的圆形长通孔，张拉杆靠固定端一侧安装张拉挡板，另一侧安装工具挡板，两端有锁紧螺母。

所述的一种预应力碳纤维板张拉装置的进一步技术方案是：所述预应力碳纤维板张拉辅助装置的张拉端支座两个圆形长通孔中间，靠端面位置有一矩形凸台。

所述预应力碳纤维板张拉辅助装置的固定端支座及张拉端支座采用高强合金钢精铸成型。

所述碳纤维板锚具采用夹片式锚具，所述的碳纤维板锚具由锚板及夹片组成，锚板为一整体，内有一楔形通孔，夹片为两片式楔形块、其楔入锚板夹紧碳纤维板后与锚板内的楔形通孔紧配合；在夹片与碳纤维板相接触的夹持面有一层使夹片与碳纤维板的接触更充分的碳纤维板接触增强材料。

相关的另一技术方案是：一种预应力碳纤维板张拉的方法，它是将本发明上述预应力碳纤维板张拉装置用于预应力碳纤维板张拉的方法，包括以下步骤：

A、安装锚具：

在待张拉的碳板两端安装锚板及夹片，安装前，先在夹片与碳纤维板接触面均匀涂抹碳纤维板粘结胶，将夹片用挤压机挤进锚板内腔，完成锚具安装；

B、装配预应力碳纤维板张拉辅助装置：

①在待加固结构上钻好用于安装固定端支座和张拉端支座的8个化学锚栓孔，植入化学锚栓；

②将张拉端支座和固定端支座通过植入的化学锚栓装配到待加固结构表面；

③将两端分别安装有碳纤维板锚具Ⅰ、碳纤维板锚具Ⅱ之碳纤维板的一端放置于固定端支座外侧，碳纤维板另一端嵌入张拉挡板中间的矩形通孔Ⅱ，将碳纤维板锚具Ⅱ及张拉挡板放置于张拉端支座内侧，拉直碳纤维板；

④将2根张拉杆分别穿过张拉端支座两侧的圆形长通孔，张拉杆靠固定端一侧安装张拉挡板，另一侧安装工具挡板，上紧螺母；

C、安装千斤顶、实施张拉：

将千斤顶放置于张拉端支座与工具挡板的中间，使用千斤顶顶推工具挡板，将通过张拉杆与工具挡板连接的张拉挡板向外侧牵引，张拉挡板带动碳纤维锚具做同步位移，对碳纤维板施加预应力，完成对碳纤维板的预应力张拉。

由于采取以上技术方案，与现有技术相比，本发明之一种预应力碳纤维板张拉装置及其用于预应力碳纤维板张拉的方法具有以下特点和有益效果：

1、碳纤维板锚具采用夹片式锚具，使用挤压机进行锚板、夹片的组装，并以碳纤维板粘结胶辅助锚固，使得本发明的锚具效率系数高，可达到0.95以上，而现有技术锚具效率系数均不超过0.4。

2、该预应力碳纤维板张拉辅助装置的固定端支座及张拉端支座由高强度合金钢精铸而成，解决了现有技术中，张拉端支座两侧长通孔加工困难的问题。

3、大幅降低了生产成本，缩短生产周期。

4、通过对结构的优化，改善了支座的受力情况，避免了采用焊接方法易产生的安全隐患问题，工程质量高：

本发明预应力碳纤维板张拉装置的预应力碳纤维板张拉辅助装置之固定端支座4为长方体，其上有四个圆形通孔401；所述张拉端支座8为长方体，其上有四个圆形通孔801，四孔间距排布合理，使得预应力能通过锚栓传递到混凝土，且不会导致混凝土因局部应力集中，而导致在张拉过程中被破坏。通过支座和化学锚栓的方式锚固预应力碳纤维板，而不是焊接方式，改善了支座的受力情况，避免了采用焊接方法易产生的安全隐患问题，工程质量高。

5、其用于预应力碳纤维板张拉的方法具有以下特点和有益效果是：

①静载锚固性能:锚具效率系数η≥0.95，总应变ε≥ 1.5%；

②疲劳性能：已通过以碳纤维板抗拉强度标准值的65%为应力上限，应力幅为100Mpa，循环荷载次数200万次的疲劳试验。

③以机械锚固为主，可靠、安全、耐久。

④材料利用率高，张拉应力最高可取0.65σb。

下面，结合附图和实施例对本发明之一种预应力碳纤维板张拉装置及其用于预应力碳纤维板张拉的方法的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1-1～图1-2是本发明之一种预应力碳纤维板张拉装置整体结构示意图；

图1-1：主视图，图1-2：图1-1的俯视图；

图2-1～图2-4是固定端支座结构示意图:

图2-1：主视图，图2-2：图2-1的左视图，

图2-3：图2-1的A-A剖视图，图2-4：图2-1的B-B剖视图；

图3-1～图3-3是压板结构示意图:

图3-1：主视图，图3-2：图3-1的C-C剖视图，图3-3：图3-1的俯视图；

图4-1～图4-2是张拉挡板结构示意图:

图4-1：主视图，图4-2：图4-1的D-D剖视图；

图5-1～图5-2是张拉杆结构示意图:

图5-1：主视图，图5-2：图5-1的E-E剖视图；

图6-1～图6-2是工具档板结构示意图:

图6-1：主视图，图6-2：图6-1的F-F剖视图；

图7-1～图7-5是张拉端支座结构示意图:

图7-1：主视图，图7-2：图7-1的左视图，

图7-3：图7-1的G-G剖视图，图7-4：图7-1的俯视图；

图7-5：图7-1的H-H剖视图；

图8-1～图8-4是本发明碳纤维板锚具结构示意图:

图8-1：锚板主视剖视图，图8-2：安装了碳纤维板的碳纤维板锚具结构示意图；

图8-3～图8-4是夹片结构示意图:

图8-3：主视图，图8-4：图8-3的俯视图。

图中：

1-碳纤维板锚具，1a-碳纤维板锚具Ⅰ，1b-碳纤维板锚具Ⅱ，11-锚板，111-锚板上的楔形通孔，12-夹片；

2-压板，201-圆形通孔Ⅰ；

3-化学锚栓，4-固定端支座，401-圆形通孔Ⅱ，402-矩形通孔Ⅰ；5-碳纤维板；

6-张拉挡板、601-圆形通孔Ⅲ、602-矩形通孔Ⅱ；

7-张拉杆，701-、702-外螺纹；

8张拉端支座、801-圆形通孔Ⅳ、802-圆形长通孔、803-矩形通孔Ⅲ、804-张拉端支座上的凸台；

9-千斤顶，10-工具挡板，101-圆形通孔Ⅴ。

具体实施方式

一种预应力碳纤维板张拉装置，如图1所示，该预应力碳纤维板张拉装置包括碳纤维板锚具1、张拉千斤顶9和预应力碳纤维板张拉辅助装置，该预应力碳纤维板张拉辅助装置包括压板2、固定端支座4、张拉挡板6、张拉杆7和张拉端支座8；

所述的碳纤维板锚具由锚板11及夹片12组成，锚板为一整体，内有一楔形通孔111，夹片为两片式楔形块、其楔入锚板夹紧碳纤维板后与锚板内的楔形通孔紧配合（参见图8-1～图8-4），在夹片与碳纤维板相接触的夹持面有一层使夹片与碳纤维板的接触更充分的碳纤维板接触增强材料；该增强材料可以是是涂抹在夹片夹持面的一层碳纤维板粘结胶或其它胶黏剂；锚板是采用无缝管模锻成型，作为本发明实施例的一种变换，锚板也可采用圆钢锻打后再经过机加工成型，但成本较高，优先采用模锻成型，夹片采用钢板机加工成型。

如图2-1～图2-4所示，所述固定端支座4为长方体，其上有四个用于安装化学锚栓3的圆形通孔Ⅱ401，中间有一带圆角的矩形通孔Ⅰ402；

所述张拉端支座8为长方体，其上也有四个用于安装化学锚栓3的圆形通孔Ⅳ801，两侧各有一个用于安装张拉杆7的圆形长通孔802，中间也有一带圆角的矩形通孔Ⅲ803，固定端支座4及张拉端支座8四边带圆角（参见图7-1～图7-5）；

所述压板2为长方体，其上有两个用于安装螺钉的圆形通孔Ⅰ201（参见图3-1～图3-3）；

所述张拉挡板6为长方体，带有两个用于安装张拉杆7的圆形通孔Ⅲ601及一个长条形矩形通孔Ⅱ602，矩形通孔Ⅱ602与其中一个用于安装张拉杆7的圆形通孔Ⅲ601连通并直达张拉挡板6一个侧面，以便于碳纤维板安装（参见图4-1～图4-2）；

所述张拉杆7为圆柱体，两端带外螺纹701、702（参见图5-1～图5-2）；

所述工具挡板10也为长方体，其上有两个用于安装张拉杆7的圆形通孔Ⅴ101（参见图6-1～图6-2）；

张拉端支座两个圆形长通孔中间，靠端面位置有一矩形凸台804（参见图7-2～图7-3）；该凸台可增大千斤顶活塞与张拉端支座的接触面，在尽可能减小支座体积的前提下，不影响千斤顶与支座的力传递，固定端支座4及张拉端支座8四边带圆角。

使用状态下，张拉端支座8和固定端支座4通过植入的化学锚栓装配到待加固结构表面，2根张拉杆7分别穿过张拉端支座8两侧的圆形长通孔802，张拉杆7靠固定端一侧安装张拉挡板6，另一侧安装工具挡板10，两端用螺母锁紧。

本发明一种预应力碳纤维板张拉装置的固定端支座及张拉端支座采用高强合金钢精铸成型；较好地解决了现有技术中，张拉端支座两侧长通孔加工困难的问题。

将本发明一种预应力碳纤维板张拉装置用于预应力碳纤维板张拉的方法如下：

A、安装锚具：

在待张拉的碳纤维板两端安装碳纤维板锚板11和碳纤维板夹片12，安装前，先在碳纤维板夹片与碳纤维板接触面均匀涂抹碳纤维板粘结胶，按图8-2所示安装，将夹片用挤压机挤进锚板内腔，完成锚具安装；

B、装配预应力碳纤维板张拉装置：

①在待加固结构上钻好用于安装固定端支座4和固定端支座8的8个化学锚栓孔，植入化学锚栓；

②将张拉端支座8和固定端支座4通过植入的化学锚栓装配到待加固结构表面；

③将两端分别安装有碳纤维板锚具Ⅰ1a、碳纤维板锚具Ⅱ1b之碳纤维板的一端放置于固定端支座4外侧，碳纤维板另一端嵌入张拉挡板6中间的矩形通孔Ⅱ602，将碳纤维板锚具Ⅱ12及张拉挡板放置于张拉端支座内侧，拉直碳纤维板；

④将2根张拉杆7分别穿过张拉端支座8两侧的圆形长通孔802，张拉杆7靠固定端一侧安装张拉挡板6，另一侧安装工具挡板10，上紧螺母；

C、安装千斤顶、实施张拉：

将千斤顶9放置于张拉端支座8与工具挡板10的中间，使用千斤顶9顶推工具挡板10，将通过张拉杆7与工具挡板10连接的张拉挡板6向外侧牵引，张拉挡板6带动碳纤维锚具做同步位移，对碳纤维板5施加预应力，完成对碳纤维板5的预应力张拉。

Claims (5)

1.一种预应力碳纤维板张拉装置，包括碳纤维板锚具(1)、张拉千斤顶(9)和预应力碳纤维板张拉辅助装置，其特征在于：该预应力碳纤维板张拉辅助装置包括压板(2)、固定端支座(4)、张拉挡板(6)、张拉杆(7)和张拉端支座(8)；

所述固定端支座(4)为长方体，其上有四个用于安装化学锚栓(3)的圆形通孔Ⅱ(401)，中间有一带圆角的矩形通孔Ⅰ(402)；

所述张拉端支座(8)为长方体形，其上有四个用于安装化学锚栓(3)的圆形通孔Ⅳ(801)，两侧各有一个用于安装张拉杆(7)的圆形长通孔(802)，中间有一带圆角的矩形通孔Ⅲ(803)；

所述压板(2)为长方体，其上有两个用于安装螺钉的圆形通孔Ⅰ(201)；

所述张拉挡板(6)为长方体形，带有两个用于安装张拉杆(7)的圆形通孔Ⅲ(601)及一个长条形矩形通孔Ⅱ(602)，矩形通孔Ⅱ(602)与其中一个用于安装张拉杆(7)的圆形通孔Ⅲ(601)连通并直达张拉挡板(6)一个侧面；

所述张拉杆(7)为圆柱体，两端带外螺纹(701、702)；

所述工具挡板（10）也为长方体形，其上有两个用于安装张拉杆（7）的圆形通孔Ⅴ（101）；

使用状态下，张拉端支座(8)和固定端支座(4)通过植入的化学锚栓装配到待加固结构表面，2根张拉杆(7)分别穿过张拉端支座(8)两侧的圆形长通孔(802)，张拉杆(7)靠固定端一侧安装张拉挡板(6)，另一侧安装工具挡板(10)，两端有锁紧螺母。

2.根据权利要求1所述的一种预应力碳纤维板张拉装置，其特征在于：所述预应力碳纤维板张拉辅助装置的张拉端支座两个圆形长通孔中间，靠端面位置有一矩形凸台(804)。

3.根据权利要求1或2所述的一种预应力碳纤维板张拉装置，其特征在于：所述预应力碳纤维板张拉辅助装置的固定端支座及张拉端支座采用高强合金钢精铸成型。

4.根据权利要求1所述的一种预应力碳纤维板张拉装置，其特征在于：所述碳纤维板锚具（1）采用夹片式锚具，所述的碳纤维板锚具由锚板（11）及夹片（12）组成，锚板为一整体，内有一楔形通孔（111），夹片为两片式楔形块、其楔入锚板夹紧碳纤维板后与锚板内的楔形通孔紧配合；在夹片与碳纤维板相接触的夹持面有一层使夹片与碳纤维板的接触更充分的碳纤维板接触增强材料。

5.一种预应力碳纤维板张拉的方法，其特征在于：它是将权利要求1所述预应力碳纤维板张拉装置用于预应力碳纤维板张拉的方法，包括以下步骤：

A、安装锚具：

在待张拉的碳纤维板两端安装锚板及夹片，安装前，先在夹片与碳纤维板接触面均匀涂抹碳纤维板粘结胶，将夹片用挤压机挤进锚板内腔，完成锚具安装；

B、装配预应力碳纤维板张拉辅助装置： 

①在待加固结构上钻好用于安装固定端支座(4)和张拉端支座(8)的8个化学锚栓孔，植入化学锚栓；

②将张拉端支座(8)和固定端支座(4)通过植入的化学锚栓装配到待加固结构表面；

③将两端分别安装有碳纤维板锚具Ⅰ(1a)、碳纤维板锚具Ⅱ(1b)之碳纤维板的一端放置于固定端支座(4)外侧，碳纤维板另一端嵌入张拉挡板(6)中间的矩形通孔Ⅱ(602)，将碳纤维板锚具Ⅱ(12)及张拉挡板放置于张拉端支座内侧，拉直碳纤维板（5）；

④将2根张拉杆(7)分别穿过张拉端支座(8)两侧的圆形长通孔(802)，张拉杆(7)靠固定端一侧安装张拉挡板(6)，另一侧安装工具挡板(10)，上紧螺母；

C、安装千斤顶、实施张拉：

将千斤顶(9)放置于张拉端支座(8)与工具挡板(10)的中间，使用千斤顶(9)顶推工具挡板(10)，将通过张拉杆(7)与工具挡板(10)连接的张拉挡板(6)向外侧牵引，张拉挡板(6)带动碳纤维锚具做同步位移，对碳纤维板(5)施加预应力，完成对碳纤维板(5)的预应力张拉。