CN104775629A - 自控式纤维布预应力张拉的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明主要是涉及一种自控式纤维布预应力张拉的方法和设备，属于混凝土加固工程领域，利用扭力限制器预先设置好扭力限值，通过设备张拉纤维布后，待达到扭力限制器设置好的扭力限值后，扭力限制器发生离合现象，纤维布上的预应力值和扭力限制器中的扭力值保持不变而张拉设备由于继续被张拉开始自动控制释放纤维布，待达到释放出现场需要的纤维布长度后，停止张拉纤维布，纤维布上的预应力始终保持不变。通过调节扭力限制器预先设置的扭力限值，可以张拉不同预应力要求的纤维布。本发明的方法可以实现对混凝土加固工程中利用扭力限制器自动控制张拉纤维布的工程应用，其张拉设备结构简单、性能可靠，操作容易。

Description

自控式纤维布预应力张拉的方法和设备

技术领域

 本发明属于混凝土加固工程领域，主要涉及一种自控式纤维布预应力张拉的方法和设备，特别是涉及预应力纤维布加固混凝土工程中张拉纤维布的方法和设备。

背景技术

预应力纤维布加固混凝土结构技术是近10年来国际上结构加固与新型高性能材料工程相结合而快速发展起来的一种新技术。经过国内外的不断理论研究和实验室试验，已经证实了采用预应力纤维加固技术能够充分利用纤维布轻质高强的特点，缓解纤维布应力滞后问题，具有受力合理，加固效果明显，基本不增加结构自重的优点。研究和推广预应力纤维布加固技术首要的问题就是研究如何方便有效的对纤维布施加预应力。从目前的研究成果来看，国内外许多研究机构和学者都设计了纤维布张拉设备，能够有效的张拉纤维布。但是，在工程实践中应用的还是比较少。一个重要原因是纤维布的张拉技术还不够成熟，大多数张拉设备只能够在实验室环境下进行纤维布的有效张拉或者张拉设备沉重且复杂，包括张拉装置、提升装置和固定装置等。国内外大多数的张拉设备都采用千斤顶作为张拉预应力的动力源，采用拉压传感器控制施加预应力的值。预应力纤维加固工程一般都需要紧贴被加固结构，纤维布的张拉和纤维布浸渍胶涂刷工序均在空中作业，采用带有千斤顶和拉压传感器的张拉设备不仅需要给拉压传感器供电还要将带有沉重千斤顶的张拉设备固定在被加固结构底部，这一工序施工非常困难且不方便。由于现阶段国内外研究和应用较多的纤维布浸渍胶须数天时间才能硬化产生强度，而采用千斤顶作为纤维布预应力的动力源，若持续施力时间较长，其中的预应力损失比较大。纤维布是由纤维丝编织而成，纤维布横截面上不均匀受力会使纤维布横截面不均匀破坏，而国内外的张拉设备没有较好的解决纤维布横截面受力不均匀问题。

发明内容

发明目的：

本发明提出了一种自控式纤维布预应力张拉的方法和设备，其目的是解决以往的张拉设备拆卸和安装不方便、设备自重较大、纤维布不能自动释放且横截面受力不均匀的缺点，方便施工现场应用。

技术方案：

一种自控式纤维布预应力张拉方法，其特征在于：利用扭力限制器预先设置好扭力限值，通过设备张拉纤维布后，待达到扭力限制器设置好的扭力限值后，扭力限制器发生离合现象，纤维布上的预应力值和扭力限制器中的扭力值不变而张拉设备由于继续被张拉开始自动控制释放纤维布，待设备释放出现场要求的纤维布长度后，停止张拉，纤维布上的预应力始终保持不变。

根据不同加固方案，通过调节扭力限制器预先设置的扭力限值，张拉不同预应力要求的纤维布。

一种如上所述自控式纤维布预应力张拉方法所使用的设备，包括转动装置和固定装置，其特征在于：转动装置包括扭力限制器、厚壁钢管和连接块，扭力限制器的大轮和厚壁钢管轴心共线，固定在一起；连接块固定在扭力限制器小轮上；固定装置包括高强角钢、普通螺栓和连接件，连接件通过普通螺栓固定于高强角钢的两端，高强角钢用混凝土螺栓固定于被加固混凝土梁的端部；转动装置和固定装置采用四根螺杆连接，使转动装置和固定装置位于同一水平面上并保证四根螺杆相互平行。

厚壁钢管上压制花纹，花纹在钢管表面均匀分布，浅而密集。

固定装置和被加固混凝土梁采用混凝土螺栓连接。

扭力限制器和厚壁钢管轴心共线，保证通过厚壁钢管传递到扭力限制器上的扭力保持不变。

连接块按照中心对称方式焊接在扭力限制器的小轮上。

扭力限制器的大轮和厚壁钢管之间采用焊接固定，扭力限制器的小轮和连接块之间采用焊接固定。

优点及效果：

本发明提出了一种自控式纤维布预应力张拉的方法和设备，具有如下优点：

（1）利用本发明所张拉的纤维布预应力，其预应力值由扭力限制器中的扭力值决定。

（2）本发明中转动装置和固定装置采用四根平行螺杆连接，有利于长时间提供稳定的预应力，减小预应力的损失，以满足后续纤维浸渍胶施工工艺中有足够的时间凝结硬化达到规定强度。

（3）本自控式纤维布预应力张拉设备结构简单，自动控制，性能可靠，可连续工作，操作容易。

附图说明：

图1为自控式纤维布预应力张拉设备整体结构示意图。

图2为自控式纤维布预应力张拉设备整体结构仰视图。

图3为自控式纤维布预应力张拉设备中转动装置结构示意图。

图4为自控式纤维布预应力张拉设备中固定装置结构示意图。

图5为自控式纤维布预应力张拉设备整体结构侧视图。

附图标记说明：

1-被加固混凝土梁；2-混凝土螺栓；3-高强角钢；4-普通螺栓；5-螺杆；6-扭力限制器；7-厚壁钢管；8-连接块；9-螺母；10-连接件。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

本发明依据扭力限制器达到扭力限值后自动离合原理，扭力限制器离合后会继续转动且保持扭力值不变，将扭力限制器作为对纤维布施加预应力的控制器进行试验研究，并提供一种自控式纤维布预应力张拉的方法和设备，如图1-图5中所示。

本发明所述自控式纤维布预应力张拉方法，步骤如下：

将扭力限制器的主动轮和带花纹的厚壁钢管连接在一起，保证其轴心共线。由纤维布欲张拉的预应力计算扭力限制器中扭力限值，通过调节扭力限制器被动轮上的扭力调节螺母，预先设置合适的扭力限值。将纤维布一端平行缠绕于厚壁钢管上，缠绕足够的锚固和释放长度，另一端固定于被加固构件上。通过四根螺杆张拉扭力限制器被动轮，纤维布跟随扭力限制器被拉紧，当纤维布达到欲张拉的预应力后，此时扭力限制器也达到扭力限值，扭力限制器即发生离合现象。扭力限制器主动轮带动厚壁钢管旋转，自动释放缠绕的纤维布，待达到释放出需要的长度后，停止张拉扭力限制器被动轮，扭力限制器停止离合现象，纤维布停止释放。在纤维布释放过程中，纤维布上的预应力始终保持不变。通过扭力限制器上的扭力调节螺母，调节不同的扭力限值，可以张拉纤维布不同的预应力值。通过缠绕不同宽度和材质的纤维布可以对不同宽度的被加固构件采用不同材质纤维布进行加固。

为实现上述自控式纤维布预应力张拉的方法，本发明提供了自控式纤维布预应力张拉设备如图1所示，该设备包括转动装置和固定装置两大部分。其中转动装置为以扭力限制器作为控制器的旋转装置，包括：扭力限制器6、厚壁钢管7和连接块8；其中扭力限制器6的大轮和厚壁钢管7轴心共线，固定在一起。连接块8固定在扭力限制器6小轮上。固定装置为设备固定和张拉施力装置，包括：高强角钢3、普通螺栓4和连接件10；其中连接件10通过普通螺栓4固定于高强角钢3的两端，高强角钢3用混凝土螺栓2固定于被加固混凝土梁1的端部。该设备还包括连接转动装置和固定装置的四根平行螺杆，转动装置和固定装置采用四根螺杆连接，使转动装置和固定装置位于同一水平面上并保证四根螺杆相互平行。

所述厚壁钢管7上压制有花纹，花纹在钢管表面须均匀分布，密集且较浅。这样做的好处是可以保证纤维布既能够有足够的摩擦力缠绕于厚壁钢管上，厚壁钢管上的花纹又不会对纤维布缠绕过程和被张拉过程中产生损伤。

固定装置和被加固混凝土梁1采用混凝土螺栓2连接。

扭力限制器6和厚壁钢管7轴心共线，保证通过厚壁钢管传递到扭力限制器上的扭力保持不变。

连接块8按照中心对称方式焊接在扭力限制器6的小轮上。

扭力限制器6的大轮和厚壁钢管7之间采用焊接固定，扭力限制器6的小轮和连接块8之间采用焊接固定。

所述高强角钢3与被加固混凝土梁1固定处的侧面上钻有两个椭圆形的孔洞，且孔洞四周光滑。这样能够调节混凝土螺栓的位置，可以有效的躲避被加固混凝土梁中的钢筋。

转动装置与固定装置连接方式如下：转动装置缠绕好纤维布以后，通过四根平行螺杆将转动装置上的连接块8和固定装置上的连接件10连接起来。转动装置端部通过每根螺杆用两个螺帽夹紧的方式固定，固定装置端部采用每根螺杆一个螺帽作为张拉转动装置的动力源。以上的连接方式要求转动装置中厚壁钢管7和被加固混凝土梁1接触的面与固定装置的中心在同一水平面上。四根螺杆需保持平行状态，转动装置和固定装置之间预留足够的张拉距离，以0.5m为宜。

下面结合具体的实施例对本发明做进一步说明：

实施例1

采用日本东丽进口碳纤维布作为试验材料，对钢筋混凝土梁进行加固，首先在预加固钢筋混凝土梁上按照固定装置中高强角钢中预留椭圆孔的位置，在混凝土梁上打孔，用混凝土螺栓将固定装置固定于混凝土梁底。采用扭矩范围为280-1000N.M的扭矩限制器和外壁直径80mm的厚壁钢管制作本实施例中转动装置。本实施例中，所加固钢筋混凝土梁宽度200mm，所采用碳纤维布为宽150mm、厚0.111mm，采用配套碳纤维布浸渍胶。加固钢筋混凝土梁需要碳纤维布预应力强度为1000MPa，则需要设置扭力限制器中扭力限值为666 N.M。将足够长的碳纤维布平行缠绕于带花纹厚壁钢管上，将转动装置用四根平行的螺杆与固定装置连接在一起（如图1所示）。依次拧紧四根螺杆上固定装置处的螺母，尽量保持四根螺杆均匀张拉转动装置。转动装置中当一个扭力限制器达到扭力限值后，此扭力限制器会发生微小转动，使碳纤维布两边受力均匀。待两个扭力限制器共同达到扭力限值后，即纤维布上预应力达到需要强度后，厚壁钢管开始转动，自动释放碳纤维布，而此时释放过程中碳纤维布中预应力强度保持不变。达到释放出工程需要长度后停止张拉碳纤维布。进行后序的碳纤维布浸渍胶施工工艺。

实施例2

采用日本东丽进口碳纤维布作为试验材料，对钢筋混凝土梁进行加固，首先在预加固钢筋混凝土梁上按照固定装置中高强角钢中预留椭圆孔的位置，在混凝土梁上打孔，用混凝土螺栓将固定装置固定于混凝土梁底。采用扭矩范围为280-1000N.M的扭矩限制器和外壁直径80mm的厚壁钢管制作本实施例中转动装置。本实施例中，所加固钢筋混凝土梁宽度200mm，所采用碳纤维布为宽120mm、厚0.111mm，采用配套碳纤维布浸渍胶。加固钢筋混凝土梁需要碳纤维布预应力强度为1000MPa，则需要设置扭力限制器中扭力限值为532.8N.M。将足够长的碳纤维布平行缠绕于带花纹厚壁钢管上，将转动装置用四根平行的螺杆与固定装置连接在一起（如图1所示）。依次拧紧四根螺杆上固定装置处的螺母，尽量保持四根螺杆均匀张拉转动装置。转动装置中当一个扭力限制器达到扭力限值后，此扭力限制器会发生微小转动，使碳纤维布两边受力均匀。待两个扭力限制器共同达到扭力限值后，即纤维布上预应力达到需要强度后，厚壁钢管开始转动，自动释放碳纤维布，而此时释放过程中碳纤维布中预应力强度保持不变。达到释放出工程需要长度后停止张拉碳纤维布。进行后序的碳纤维布浸渍胶施工工艺。

实施例3

采用日本东丽进口碳纤维布作为试验材料，对钢筋混凝土梁进行加固，首先在预加固钢筋混凝土梁上按照固定装置中高强角钢中预留椭圆孔的位置，在混凝土梁上打孔，用混凝土螺栓将固定装置固定于混凝土梁底。采用扭矩范围为280-1000N.M的扭矩限制器和外壁直径80mm的厚壁钢管制作本实施例中转动装置。本实施例中，所加固钢筋混凝土梁宽度200mm，所采用碳纤维布为宽120mm、厚0.111mm，采用配套碳纤维布浸渍胶。加固钢筋混凝土梁需要碳纤维布预应力强度为1500MPa，则需要设置扭力限制器中扭力限值为799.2N.M。将足够长的碳纤维布平行缠绕于带花纹厚壁钢管上，将转动装置用四根平行的螺杆与固定装置连接在一起（如图1所示）。依次拧紧四根螺杆上固定装置处的螺母，尽量保持四根螺杆均匀张拉转动装置。转动装置中当一个扭力限制器达到扭力限值后，此扭力限制器会发生微小转动，使碳纤维布两边受力均匀。待两个扭力限制器共同达到扭力限值后，即纤维布上预应力达到需要强度后，厚壁钢管开始转动，自动释放碳纤维布，而此时释放过程中碳纤维布中预应力强度保持不变。达到释放出工程需要长度后停止张拉碳纤维布。进行后序的碳纤维布浸渍胶施工工艺。

本发明结构合理，性能可靠，操作简便，大大提高了工作效率。

Claims (8)

1.一种自控式纤维布预应力张拉方法，其特征在于：利用扭力限制器预先设置好扭力限值，通过设备张拉纤维布后，待达到扭力限制器设置好的扭力限值后，扭力限制器发生离合现象，纤维布上的预应力值和扭力限制器中的扭力值不变而张拉设备由于继续被张拉开始自动控制释放纤维布，待设备释放出现场要求的纤维布长度后，停止张拉，纤维布上的预应力始终保持不变。

2. 根据权利要求1所述的自控式纤维布预应力张拉方法，其特征在于：根据不同加固方案，通过调节扭力限制器预先设置的扭力限值，张拉不同预应力要求的纤维布。

3. 一种如权利要求1所述自控式纤维布预应力张拉方法所使用的设备，包括转动装置和固定装置，其特征在于：转动装置包括扭力限制器（6）、厚壁钢管（7）和连接块（8），扭力限制器（6）的大轮和厚壁钢管（7）轴心共线，固定在一起；连接块（8）固定在扭力限制器（6）小轮上；固定装置包括高强角钢（3）、普通螺栓（4）和连接件（10），连接件（10）通过普通螺栓（4）固定于高强角钢（3）的两端，高强角钢（3）用混凝土螺栓（2）固定于被加固混凝土梁（1）的端部；转动装置和固定装置采用四根螺杆连接，使转动装置和固定装置位于同一水平面上并保证四根螺杆相互平行。

4. 根据权利要求3所述的自控式纤维布预应力张拉设备，其特征在于：厚壁钢管（7）上压制花纹，花纹在钢管表面均匀分布，浅而密集。

5. 根据权利要求3所述的自控式纤维布预应力张拉设备，其特征在于：固定装置和被加固混凝土梁（1）采用混凝土螺栓（2）连接。

6. 根据权利要求3所述的自控式纤维布预应力张拉设备，其特征在于：扭力限制器（6）和厚壁钢管（7）轴心共线，保证通过厚壁钢管传递到扭力限制器上的扭力保持不变。

7. 根据权利要求3所述的预应力碳纤维布施工自平衡张拉设备，其特征在于：连接块（8）按照中心对称方式焊接在扭力限制器（6）的小轮上。

8. 根据权利要求3所述的预应力碳纤维布施工自平衡张拉设备，其特征在于：扭力限制器（6）的大轮和厚壁钢管（7）之间采用焊接固定，扭力限制器（6）的小轮和连接块（8）之间采用焊接固定。