CN105064224B - 预应力碳纤维布双层同时张拉加固装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开预应力碳纤维布双层同时张拉加固装置及方法，包括张拉装置、锚固钢板和滚动装置；张拉装置包括依次连接的千斤顶、拉力传感器、转动锁定装置和下压装置，千斤顶的底部和下压装置的底部均与张拉固定支架固定连接，张拉装置通过张拉固定支架可拆卸的固定在被加固构件上；滚动装置包括下压装置、滚动轴和远端固定支架，下压装置和滚动轴通过远端固定支架可拆卸的固定在被加固构件的相应位置上；在张拉装置的近端，将碳纤维布的一端通过锚固钢板固定在被加固构件上，另一端绕过滚动轴后，拉紧固定在转动锁定装置上，通过千斤顶的收缩拉动实现对碳纤维布的双层同时张拉。

Description

预应力碳纤维布双层同时张拉加固装置及方法

技术领域

本发明属于土木工程桥梁结构领域，特别涉及预应力碳纤维布双层同时张拉加固装置及方法。

背景技术

现阶段前期所建设的桥梁长期受自然环境、荷载作用等影响，不可避免要产生各种各样的病害，甚至劣化，从而降低桥梁结构的耐久性和承载力。其中一些桥梁也存在由于设计荷载偏低、承载能力不足，同时缺乏必要的养护措施，在上述环境因素及载荷作用下，相当数量的桥梁已出现严重的病害，公路交通安全与畅通受到严重影响。

碳纤维布具有高强度、质轻、耐腐蚀等特点，是加固混凝土受弯构件理想的材料，可以应用于桥梁工程及一些结构工程中。碳纤维布通过粘结强度较高的粘结胶将碳纤维布粘贴在被加固的构件上，使碳纤维布和被加固构件同时工作，通过粘贴碳纤维布可以提高被加固构件的承载力和抗弯刚度。在此基础上，进一步使用预应力碳纤维布加固技术，即对碳纤维布提前施加一定的预应力，这样可以充分发挥碳纤维布超强的抗拉能力，提高碳纤维布的利用率。但是上述加固方式存在以下不足：

1.仅仅把碳纤维布直接粘贴在被加固构件上上，通过试验研究和其他学者所得出的结论，对于把碳纤维布粘贴在被加固构件上的情况，碳纤维布仅在被加固构件屈服后才明显发挥作用，在屈服前发挥作用较少，而被加固构件达到屈服后不久便会破坏，因此无法实现碳纤维布与被加固构件的协同加固作用，导致碳纤维布较高的抗拉能力不能得到很好的发挥。

2.为了保证碳纤维布与被加固构件之间有足够的粘结强度，需要使用足够的粘结胶。由于在进行涂刷粘结胶过程中，不可避免的会出现个别部位涂胶量过多，并且在加载过程中由于随着加载力的增大，碳纤维布伸长，在涂胶量不均匀部位便会出现滑移与过早剥离现象，从而降低碳纤维布的利用率。

3.由于碳纤维布所特有的物理特性以及现有的张拉设备结构复杂，操作繁琐，施工时间长，不能够很好的对碳纤维布施加一定的预应力，也不能够满足现场施工的要求。

4.对于一般预应力碳纤维布加固设备，只能实现单层碳纤维布的张拉，而通过试验表明，仅粘贴一层碳纤维布对提高被加固构件的性能很小，不能满足加固要求。

5.在对预应力碳纤维布的张拉过程中，往往出现预应力损失现象，虽然预应力损失的绝对值较小，但预应力碳纤维布的加固性能对预应力损失值的敏感性极高。传统的加固设 备通过千斤顶上的油压表显示应力大小，由于油压表的精度很低，只能粗略的确定预应力大小，而无法测出预应力损失值的情况，导致预应力碳纤维布的加固质量得不到保障。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种方便张拉、施工快捷的预应力碳纤维布双层同时张拉加固装置及方法，可以很好的适用于预应力碳纤维布张拉加固施工，充分发挥碳纤维布的性能，提高工作效率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种预应力碳纤维布双层同时张拉加固装置，包括：

设置在被加固构件一侧用于固定碳纤维布起始位置的第一锚固钢板；

位于被加固构件另一侧与第一锚固钢板对应的滚动装置；

与第一锚固钢板处于同一位置的张拉装置；

碳纤维布起始端与第一锚固钢板连接后，另一端绕过滚动装置与张拉装置连接，由张拉装置施以拉力；

在所述张拉装置和靠近滚动装置位置上分别设有碳纤维布下压装置，以将达到设定拉力并浸胶的碳纤维布压附在被加固构件上；同时采用多个第二锚固钢板将两层碳纤维布固定在被加固构件上，实现双层碳纤维布的同时张拉加固。

所述张拉装置依次包括千斤顶、拉力传感器、转动锁定装置和第一下压装置，所述拉力传感器一端与所述千斤顶的活塞杆通过螺栓连接，另一端通过螺栓与所述转动锁定装置连接，所述千斤顶的底部和所述第一下压装置的底部均与张拉固定支架固定连接，所述张拉装置通过所述固定支架可拆卸的固定在被加固构件上。

在张拉装置的近端，将碳纤维布的一端通过所述第一锚固钢板固定在所述被加固构件上，另一端绕过所述滚动轴后，拉紧固定在所述转动锁定装置上，通过千斤顶的收缩拉动实现对所述碳纤维布的双层同时张拉，通过所述下压装置对涂刷浸渍胶后的双层碳纤维布进行下压，将处于张拉状态的所述双层碳纤维布粘贴在所述被加固构件上，并在所述双层碳纤维布的相应位置施做一个或多个第二锚固钢板，实现所述双层碳纤维布对构件的加固。

通过滚动装置的设置，不仅解决了远端锚固的难题，也可以实现碳纤维布的双层同时张拉，由于滚轴的存在，双层碳纤维布的受力大小一致，可以实现双层纤维布同等预应力大小的张拉，大大提高了施工进度，增加了工作效率，保证施工质量。

设置拉力传感器不仅可以方便精确的观察施加的预应力，同时也能够监测在张拉过程中碳纤维由于收缩等原因造成的预应力损失的大小，并在粘贴之前将预应力损失添加上去，弥补了千斤顶上油压表不能监测的缺陷。

所述第一下压装置与所述转动锁定装置之间存在一定间距,所述张拉固定支架为矩形钢板支架，所述矩形钢板支架上设有若干个用以固定于所述被加固构件上的螺栓孔。

第一下压装置与转动锁定装置之间存在一定间距，可以方便对碳纤维布进行缠绕固定等相应操作。通过螺栓孔将张拉装置与被加固构件固定连接，简单方便快捷，并增加了张拉装置的稳定性。

所述第一锚固钢板的中间设有供所述碳纤维布穿过的缝隙，两端设有用以固定在所述被加固构件上的的螺栓孔。

所述转动锁定装置包括四边形横向支架，所述四边形横向支架的一端通过螺栓和所述拉力传感器相连接，另一端固定着碳纤维布锁轴，所述碳纤维布锁轴上设有允许碳纤维布穿过的缝隙，所述碳纤维布锁轴的两端设有咬轴齿轮，所述咬轴齿轮侧面设有齿轮卡板，所述碳纤维布锁轴的两端端头内设转动卡帽；所述拉力传感器通过螺栓与所述千斤顶的活塞杆固定连接。

所述滚动装置包括第二下压装置、滚动轴和远端固定支架，所述第二下压装置和所述滚动轴相隔一定间距的固定在所述远端固定支架上，所述远端固定支架可拆卸的固定在所述被加固构件的相应位置上。

通过滚动装置的设置，可以实现碳纤维布的双层同时张拉，大大增加了碳纤维布的受力性能，提高了工作效率。

所述下压装置包括：位于两侧的支架竖板，两个所述支架竖板的顶端由支架横板固定连接，所述支架横板上设有竖直的内螺纹通孔，调节螺栓穿过所述通孔配合工作，所述调节螺栓的底部与调节钢块固定连接，通过调整所述调节螺栓的位置改变所述调节钢块的位置；所述支架竖板的内侧设有与所述调节钢块的两端相适应的轨道槽；所述调节钢块的下端为光滑圆弧状。

设置下压装置，可以更方便的将碳纤维布固定在被加固构件上，也方便涂刷浸渍胶，从而使双层碳纤维布的受力性能得到充分保证。

一种预应力碳纤维布双层同时张拉加固方法，包括以下步骤：

步骤1：在被加固构件表面的设定位置预埋螺栓，将碳纤维布的一端通过第一锚固钢板固定在被加固构件上，将张拉装置和滚动装置固定在所述被加固构件上；

步骤2：在被加固构件表面涂刷浸渍胶，将所述碳纤维布的另一端绕过滚动轴，并通过远端和第一下压装置的内部，拉紧固定在转动锁定装置上，通过千斤顶的收缩对所述碳纤维布进行张拉；

步骤3：张拉力达到预定的应力时停止张拉，在两层所述碳纤维布的中间涂抹浸渍胶， 涂抹完毕后，调节远端和近端的下压装置，将两端的所述碳纤维布同时下压，在所述碳纤维布上再次涂刷所述浸渍胶；

步骤4：待到所述浸渍胶达到设定状态时，将中间和远端的第二锚固钢板粘在所述碳纤维布的相应位置，所述第二锚固钢板通过所述预埋螺栓进行固定；

步骤5：当所述浸渍胶达到设计强度时，拆除所述张拉装置和所述滚动装置，对所述碳纤维布进行放张。

利用上述工艺方法可以实现对碳纤维布的双层同时加固。各个涂抹浸渍胶的步骤可以保证两层碳纤维布的粘结强度。利用第二锚固钢板，可以提前对碳纤维布进行放张，缩短施工时间。第一锚固钢板的作用主要是用于在近端固定碳纤维布，其钢板中间有可以使碳纤维布穿过的缝隙，通过缠绕可以起到自紧的作用。第二锚固钢板的作用是在粘贴完碳纤维布后按照一定间距锚固压紧碳纤维布，可以防止碳纤维布在受力情况下发生滑移以及提前剥离。

其中，步骤1中，将所述张拉装置的后端的两个螺栓孔放置在穿过所述第一锚固钢板两端螺栓孔的螺栓上。

将张拉装置置于第一锚固钢板上，可以确保碳纤维布端部的固定，避免出现张拉过程中碳纤维布的滑动。

步骤3中，通过拉力传感器的显示确定所述张拉力的应力值；在完成所述再次涂刷浸渍胶后，用刮板将所述浸渍胶涂抹均匀。

通过拉力传感器显示张拉力的应力值，精确度更高。再次涂刷浸渍胶后，用刮板均匀，保证碳纤维布粘结性的均匀性。

步骤4中，所述设定状态为浸渍胶达到接触不粘手状态。

步骤5中，当完成对所述碳纤维的放张后，将剩余未进行钢板锚固的位置对称进行钢板锚固，并对张拉后碳纤维布以及锚固钢板进行防护处理。

碳纤维布放张后将剩余的位置进行钢板锚固，可以进一步保证碳纤维布与被加固构件的配合工作，增加结构受力性能。

本发明的有益效果为：

本发明能够在现场进行双层碳纤维布的同时张拉，并且张拉方便快捷。

附图说明

图1本发明碳纤维布张拉装置俯视图；

图2本发明碳纤维布张拉装置侧视图；

图3碳纤维布转动锁定装置图；

图4碳纤维布下压装置图；

图5滚动装置图；

图6碳纤维布第一锚固钢板示意图；

图7碳纤维布第二锚固钢板示意图；

图8远端连接双层碳纤维布滚动装置示意图；

图9碳纤维布预紧螺栓锚固措施示意图；

其中：

1.固定支架 2.千斤顶 3.螺栓孔 4.拉力传感器 5.转动锁定装置 6.第一下压装置 7.碳纤维布 8.滚动轴 9.齿轮卡板 10.转动卡帽 11.咬轴齿轮 12.碳纤维布锁轴 14.调节螺栓 15.调节钢块 16.支架横板 17.支架竖板 18.第一锚固钢板 19.第二锚固钢板20.第二下压装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明张拉装置和滚动装置示意图，图2为碳纤维布转动锁定装置放大图，图4为碳纤维布下压装置示意图，如图所示,本实施方式的预应力碳纤维布双层同时张拉与锚固措施系统包括，第一锚固钢板、张拉装置和滚动装置。

张拉装置包括固定支架1、千斤顶2、拉力传感器4、碳纤维布转动锁定装置5和第一下压装置6。拉力传感器4可以实时通过显示器监测张拉应力大小。碳纤维布转动锁定装置5，碳纤维布转动锁定装置主要包括四边形横向支架，其一端通过螺栓与拉力传感器相连，另一端固定着碳纤维布锁轴12。碳纤维布锁轴12上有允许碳纤维布穿过的缝隙，用于穿过碳纤维布并通过其自锁装置对其进行拉紧锁定，碳纤维布锁轴12两端设有咬轴齿轮11，咬轴齿轮11侧面设有齿轮卡板9，锁轴两端内设转动卡帽10。

锚固钢板主要包括如图中第一锚固钢板18和第二锚固钢板19所示的两种形式，第一锚固钢板18的作用主要是用于在近端固定碳纤维布7，其钢板中间有可以使碳纤维布7穿过的缝隙，通过缠绕可以起到自紧的作用。第二锚固钢板19的作用是在粘贴完碳纤维布7后按照一定间距锚固压紧碳纤维布7，可以防止碳纤维布7在受力情况下发生滑移以及提前剥离。

如图5滚动装置主要有第二下压装置20、第二下压装置20包括位于两侧的支架竖板17，两个支架竖板17的顶端由支架横板16连接，支架横板16上设有竖直的内螺纹通孔，调节螺栓14穿过通孔配合工作，调节螺栓14的底部与调节钢块15固定连接，通过调整调节螺栓14的位置改变调节钢块15的位置；支架竖板17的内侧设有与调节钢块15的两端 相适应的轨道槽。

在张拉装置和滚动装置上各安装一碳纤维布下压装置可以使张拉完的碳纤维布7同时下压。调节钢块15下端是光滑圆弧状。滚动轴8的作用可以如图8所示使碳纤维布7在其下端穿过，在上端穿出，连接双层碳纤维布以达到双层同时张拉。

图8为本发明远端连接双层碳纤维布滚动装置示意图，图9为本发明碳纤维布锚固措施示意图。如图所示：本实施方案应用预应力碳纤维布双层同时张拉加固方法及锚固措施，包括以下步骤：

(1)将被加固构件表面打磨、除尘、涂刷底胶，待到底胶达到接触不粘状态时，用找平胶将构件表面找平。

(2)在被加固构件表面的设定位置进行放线钻孔，预埋螺栓。首先在近端将碳纤维布穿过第一锚固钢板18的缝隙缠绕在钢板上并将布拉紧，将其锚固在被加固构件上，不上螺帽，在被加固构件表面涂刷浸渍胶，将张拉设备安置在锚固板上端，其中将张拉设备后端的两个螺栓孔3放置在穿过锚固板两端螺栓孔的螺栓上，张拉设备的其他四个螺栓孔3在放置前在其相应的螺栓上点垫上一定的垫片，使其与锚固板厚度一致，最后运用扳手将螺栓拧紧。

(3)在远端同时也安装上连接滚动装置，并将其通过螺栓预紧固定在被加固的构件上，将碳纤维布从滚轴8下端穿过，从滚轴8上端穿出，拉至近端张拉设备端，将碳纤维布固定缠绕在碳纤维布转动锁定装置上，通过转动锁轴将碳纤维布拉紧。通过千斤顶的收缩拉动碳纤维布，通过拉力传感器以及传感器显示器，将碳纤维布拉至预定的应力。

(4)待达到预定的应力时停止张拉，在双层碳纤维布中间涂抹浸渍胶，然后运用扳手同时转动第一下压装置6和第二下压装置20中的调节螺栓14，带动上下移动的钢块15下移，将碳纤维布同时下压至构件表面，在碳纤维布上再次涂刷浸渍胶，使浸渍胶充分浸渍在碳纤维布里，并用刮板将浸渍胶涂抹均匀。

(5)待到浸渍胶达到接触不沾手状态时，将中间的第二锚固钢板19通过粘钢胶将其粘在相应设定的位置上，并运用扳手将两个螺栓拧紧。

(6)拆除碳纤维布张拉装置和滚动装置。待到粘结胶达设计强度，进行对张拉设备进行放张，调第一下压装置6和第二下压装置20至相应位置，拆除预应力张拉设备。密封张拉后碳纤维布边缘与被加固构件的表面之间缝隙。

(7)拆除预应力张拉装置和滚动装置后，将剩余未进行钢板锚固的位置进行钢板锚固，并对张拉之后的碳纤维布以及锚固钢板进行防护处理。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的 限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种预应力碳纤维布双层同时张拉加固装置，其特征在于，包括：

设置在被加固构件一侧用于固定碳纤维布起始位置的第一锚固钢板；

位于被加固构件另一侧与第一锚固钢板对应的滚动装置；

与第一锚固钢板处于同一位置的张拉装置；

碳纤维布起始端与第一锚固钢板连接后，另一端绕过滚动装置与张拉装置连接，由张拉装置施以拉力；

在所述张拉装置和靠近滚动装置位置上分别设有碳纤维布下压装置，碳纤维布下压装置包括张拉装置中的第一下压装置和滚动装置中的第二下压装置，以将达到设定拉力并浸胶的碳纤维布压附在被加固构件上；

同时采用多个第二锚固钢板将两层碳纤维布固定在被加固构件上，实现双层碳纤维布的同时张拉加固；

所述张拉装置依次包括千斤顶、拉力传感器、转动锁定装置和第一下压装置，所述拉力传感器一端与所述千斤顶的活塞杆通过螺栓连接，另一端通过螺栓与所述转动锁定装置连接，所述千斤顶的底部和所述第一下压装置的底部均与张拉固定支架固定连接；

所述滚动装置包括第二下压装置、滚动轴和远端固定支架，所述第二下压装置和所述滚动轴相隔一定间距的固定在所述远端固定支架上。

2.根据权利要求1所述的一种预应力碳纤维布双层同时张拉加固装置，其特征在于：所述张拉装置通过所述张拉固定支架可拆卸的固定在被加固构件上。

3.根据权利要求1所述的一种预应力碳纤维布双层同时张拉加固装置，其特征在于：所述第一下压装置与所述转动锁定装置之间存在一定间距,所述张拉固定支架为矩形钢板支架，所述矩形钢板支架上设有若干个用以固定于所述被加固构件上的螺栓孔。

4.根据权利要求1所述的一种预应力碳纤维布双层同时张拉加固装置，其特征在于：所述第一锚固钢板的中间设有供所述碳纤维布穿过的缝隙，两端设有用以固定在所述被加固构件上的螺栓孔。

5.根据权利要求1所述的一种预应力碳纤维布双层同时张拉加固装置，其特征在于：所述远端固定支架可拆卸的固定在所述被加固构件的相应位置上。

6.根据权利要求1所述的一种预应力碳纤维布双层同时张拉加固装置，其特征在于：所述第一下压装置或者第二下压装置包括：位于两侧的支架竖板，两个所述支架竖板的顶端由支架横板固定连接，所述支架横板上设有竖直的内螺纹通孔，调节螺栓穿过所述通孔配合工作，所述调节螺栓的底部与调节钢块固定连接，通过调整所述调节螺栓的位置改变所述调节钢块的位置；所述支架竖板的内侧设有与所述调节钢块的两端相适应的轨道槽；所述调节钢块的下端为光滑圆弧状。

7.一种预应力碳纤维布双层同时张拉加固方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在被加固构件表面的设定位置预埋螺栓，将碳纤维布的一端通过第一锚固钢板固定在被加固构件上，将张拉装置和滚动装置固定在所述被加固构件上；

步骤2：在被加固构件表面涂刷浸渍胶，将所述碳纤维布的另一端绕过滚动轴，并通过第一下压装置和第二下压装置的内部，拉紧固定在转动锁定装置上，通过千斤顶的收缩对所述碳纤维布进行张拉；

步骤3：张拉力达到预定的应力时停止张拉，在两层所述碳纤维布的中间涂抹浸渍胶，涂抹完毕后，调节远端的第二下压装置和近端的第一下压装置，将两端的所述碳纤维布同时下压，在所述碳纤维布上再次涂刷所述浸渍胶；

步骤4：待到所述浸渍胶达到设定状态时，将中间和远端的第二锚固钢板粘在所述碳纤维布的相应位置，所述第二锚固钢板通过所述预埋螺栓进行固定；

步骤5：当所述浸渍胶达到设计强度时，拆除所述张拉装置和所述滚动装置，对所述碳纤维布进行放张。

8.根据权利要求7所述的一种预应力碳纤维布双层同时张拉加固方法，其特征在于：

所述步骤1中，将所述张拉装置的后端的两个螺栓孔放置在穿过所述第一锚固钢板两端螺栓孔的螺栓上。

9.根据权利要求7所述的一种预应力碳纤维布双层同时张拉加固方法，其特征在于：

所述步骤3中，通过拉力传感器的显示确定所述张拉力的应力值；在完成所述再次涂刷浸渍胶后，用刮板将所述浸渍胶涂抹均匀；

所述步骤4中，所述设定状态为浸渍胶达到接触不粘手状态。

10.根据权利要求7所述的一种预应力碳纤维布双层同时张拉加固方法，其特征在于：所述步骤5中，当完成对所述碳纤维布的放张后，将剩余未进行钢板锚固的位置对称进行钢板锚固，并对张拉后碳纤维布以及锚固钢板进行防护处理。