CN106121265A - 预应力、机械锚固外贴碳纤维板材联合加固装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预应力、机械锚固外贴碳纤维板材联合加固装置及方法，包括固定于加固结构表面的固定端基座和张拉端基座，在固定端基座和张拉端基座固定碳纤维板材，且在张拉端安装有对碳纤维板材进行张拉的张拉系统；所述的加固结构与碳纤维板材的接触表面通过化学粘结胶粘结；同时加固结构还通过机械锚固结构进行锚固。为充分发挥碳纤维板材的高强性能，对材料施加预应力，使其预先发挥一定的强度；为增强碳纤维板材的抗剥离性能，将碳纤维板材外贴于加固结构表面并施加机械锚固措施，使其和加固结构协同工作，该装置以及方法能够对钢筋混凝土结构起到最优的加固效果。

Description

预应力、机械锚固外贴碳纤维板材联合加固装置及方法

技术领域

本发明涉及纤维复合材料加固钢筋混凝土结构领域，尤其涉及一种预应力、机械锚固外贴碳纤维板材联合加固装置及方法。

背景技术

改革开放以来，我国经济取得高速迅猛发展，基础设施投资不断增大，全国高速路网日趋完善。与此同时，由于交通运输量增大、车辆超载、管养不及时导致的桥梁坍塌事件频发，大量桥梁结构病害问题急需解决。因此，研发有效的维修加固技术成为保障桥梁结构安全的重要举措，对于经济的平稳发展具有重要意义。

碳纤维复合材料具有强度高和耐久性好的特点，已成为结构加固领域首推的加固材料。但外贴碳纤维复合材料加固钢筋混凝土结构也存在弊端，如：外贴碳纤维复合材料和钢筋混凝土结构具有强度不协调性，无法有效发挥碳纤维复合材料的高强性能，对加固结构仅在钢筋屈服后才能发挥其高强性能；外贴碳纤维复合材料在持荷过程中极易发生剥离，由剥离发生的脆性破坏无法使碳纤维复合材料继续发挥加固效果。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种预应力、机械锚固外贴碳纤维板材联合加固装置以及方法。为充分发挥碳纤维板材的高强性能，对材料施加预应力，使其预先发挥一定的强度；为增强碳纤维板材的抗剥离性能，将碳纤维板材外贴于加固结构表面并施加机械锚固措施，使其和加固结构协同工作，该装置以及方法能够对钢筋混凝土结构起到最优的加固效果。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术手段：

一种预应力、机械锚固外贴碳纤维板材联合加固装置，包括固定于加固结构表面的固定端基座和张拉端基座，在固定端基座和张拉端基座固定碳纤维板材，且在张拉端安装有对碳纤维板材进行张拉的张拉系统；所述的加固结构与碳纤维板材的接触表面通过化学粘结胶粘结；同时加固结构还通过机械锚固结构进行锚固。

进一步的，所述的碳纤维板材两端分别用固定端夹具和张拉端夹具锚固并放置于固定端基座和张拉端基座相应位置。

进一步的，所述的张拉系统包括千斤顶、反力螺杆，所述的反力螺杆的一端穿过张拉夹具，且通过张拉螺母固定；另一端穿过张拉端基座后与一个挡板相连；在挡板上安装一个千斤顶，千斤顶伸长实现对碳纤维板材的张拉。

进一步的，所述的机械锚固结构包括钢板，所述的钢板通过化学螺栓对加固结构进行加固。

进一步的，所述的钢板位于碳纤维板材的外侧，且钢板和碳纤维板材接触面涂抹化学粘结胶粘结。

上述装置的安装方法如下：

步骤(1)在加固结构表面固定安装固定端基座与张拉端基座；

步骤(2)对加固结构表面的进行处理；

步骤(3)使用专用固定端夹具和张拉端夹具夹持碳纤维板材；

步骤(4)在加固结构表面和碳纤维板材表面涂抹化学胶；

步骤(5)在张拉端安装张拉系统；

步骤(6)在加固结构表面粘贴碳纤维板材，且利用张拉系统对碳纤维板材施加预应力；

步骤(7)安装机械锚固装置。

所述的步骤1的具体方法如下：

对加固结构表面固定端基座和张拉端基座固定位置凿除一定厚度混凝土，使碳纤维板材安装后能够贴紧加固结构表面，用基座锚固高强螺栓将固定端基座和张拉端基座固定。

所述步骤2的具体方法为：

将加固结构表面清理干净，用打磨机磨除结构表面的浮浆层，露出坚实的混凝土骨料，对粘贴碳纤维板材区域用专用凿毛机做凿毛处理。

步骤4的具体方法为：

在待粘贴碳纤维板材的凿毛位置涂抹化学粘结胶底胶；在与加固结构表面接触的碳纤维板材面层涂抹化学粘结胶，表层胶体分布均匀。

步骤5的具体方法为：

将反力螺杆依次穿过张拉端工具挡板、锚固螺母、张拉端基座，张拉端工具挡板处用张拉螺母锚固，张拉端基座和张拉端工具挡板之间放置压力传感器和千斤顶。

步骤6的具体方法为：

将夹持好的碳纤维板材粘贴于待加固结构表面，用橡胶滚轮均匀滚压碳纤维板材，使其完全粘结；同时将固定端夹具和张拉端夹具安置于锚固位置并将反力螺杆继续穿过张拉端夹具，用张拉螺母拧紧固定，然后启动千斤顶施加作用力，压力传感器量测反力，加至目标预应力后将锚固螺母用扭力扳手拧紧。

步骤7的具体方法为：

将需要安装钢扣件的预留孔位置划线定位，用冲击钻头钻孔，钻孔后用高压气枪对钻孔进行清理，保证孔内不留任何杂质，然后将化学螺栓植入预留孔，待化学螺栓锚固完成后安装机械锚固钢板，旋入螺母并用扭矩扳手施加大小一致的预压力；机械锚固钢板和碳纤维板材接触面亦需涂抹化学粘结胶。

本发明的有益效果是：

本发明是一种预应力、机械锚固外贴碳纤维板材联合加固技术，预应力施加技术使碳纤维板材预先发挥一定强度，充分利用材料的高强性能，同时还能改善结构粘结界面的应力分布，延缓了加固层的剥离破坏；化学粘贴技术和机械锚固技术增强了加固体系使用阶段的抗剥离性能；联合加固体系能够在增强碳纤维板材抗剥离性能的同时达到对结构的主动加固效果，这一加固技术有望在结构加固领域推广应用。

附图说明

图1是本加固发明技术的装置示意图。

其中，1为固定端夹具，2为基座锚固高强螺栓，3为固定端基座，4为机械锚固钢板，5为碳纤维板材，6为化学螺栓，7为张拉螺母，8为张拉端夹具，9为反力螺杆，10为张拉端基座，11为锚固螺母，12为压力传感器，13为千斤顶，14为张拉端工具挡板。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

本发明公开的一种预应力、机械锚固外贴碳纤维板材联合加固装置及方法，包括以下三个方面：

(1)碳纤维板材的预应力施加技术，将固定端基座和张拉端基座分别用高强螺栓锚固于加固结构表面，碳纤维板材分别用固定端夹具和张拉端夹具锚固并放置于固定端基座和张拉端基座相应位置，安装张拉端工具挡板、反力螺杆、千斤顶、压力传感器等组成张拉系统，启动千斤顶施加作用力并用锚固螺母固定。

(2)碳纤维板材化学粘贴技术，将加固结构表面清理干净并用凿毛机做凿毛处理，预应力施加前在加固结构接触的碳纤维板材表面均匀涂抹化学粘结胶，施加预应力后使胶层和加固结构表面紧密接触，滚动碾压使化学粘结胶分布均匀。

(3)碳纤维板材的机械锚固技术，预先在加固结构表面钻孔，清孔后植入化学螺栓，待碳纤维板材预应力施加并粘贴于结构表面后安装钢板并用专用扭矩扳手紧固螺栓，钢板和碳纤维板材接触面涂抹化学粘结胶。

本发明为了实现上面的技术，采用的加固装置如图1所示，具体如下：

加固装置，包括固定于加固结构表面的固定端基座3和张拉端基座10，在固定端基座3和张拉端基座10之间放置有与其相连的碳纤维板材5，且在张拉端基座10侧安装有对碳纤维板材5进行张拉的张拉系统；所述的加固结构与碳纤维板材的接触表面通过化学粘结胶粘结；同时加固结构还通过机械锚固结构进行锚固。

进一步的，碳纤维板材两端分别用固定端夹具1和张拉端夹具8锚固并放置于固定端基座和张拉端基座相应位置。

进一步的，张拉系统包括千斤顶13、反力螺杆9，所述的反力螺杆9的一端穿过张拉夹具8，且通过张拉螺母7固定；另一端穿过张拉端基座10后与一个张拉端工具挡板14相连；在挡板上安装一个千斤顶13，千斤顶13的动力输出端安装有压力传感器12，千斤顶13伸长实现对碳纤维板材的张拉。

进一步的，机械锚固结构包括钢板，所述的钢板通过化学螺栓对加固结构进行加固。

进一步的，钢板位于碳纤维板材的外侧，且钢板和碳纤维板材接触面涂抹化学粘结胶粘结。

该加固装置具体实施的方法，包括以下步骤。

(1)安装固定端基座3与张拉端基座10

对加固结构表面固定端基座3和张拉端基座10固定位置凿除一定厚度混凝土，保证安装基座后碳纤维板材5能与加固结构表面接触良好，用基座锚固高强螺栓2将固定端基座3和张拉端基座10固定。

(2)加固结构表面处理

将加固结构表面清理干净，用打磨机磨除结构表面的浮浆层，露出坚实的混凝土骨料，对粘贴碳纤维板材5区域用专用凿毛机做凿毛处理，凿毛表面不应有灰尘等杂质。

(3)夹持碳纤维板材5

使用专用固定端夹具1和张拉端夹具8夹持碳纤维板材5。

(4)涂抹化学粘结胶

在待粘贴碳纤维板材5的凿毛位置涂抹化学粘结胶底胶；在与加固结构表面接触的碳纤维板材5面层涂抹化学粘结胶，表层胶体分布均匀。

(5)安装张拉系统

将反力螺杆9依次穿过张拉端工具挡板14、锚固螺母11、张拉端基座10，张拉端工具挡板14处用张拉螺母7锚固，张拉端基座10和张拉端工具挡板14之间放置压力传感器12和千斤顶13。

(6)粘贴碳纤维板材5与张拉预应力

将夹持好的碳纤维板材5粘贴于待加固结构表面，用橡胶滚轮均匀滚压碳纤维板材5，使其完全粘结；同时将固定端夹具1和张拉端夹具8安置于锚固位置并将反力螺杆9继续穿过张拉端夹具8，用张拉螺母7拧紧固定，然后启动千斤顶13施加作用力，压力传感器12量测反力，加至目标预应力后将锚固螺母11用专用扭力扳手拧紧。

(7)安装机械锚固钢板4

将需要安装钢扣件的预留孔位置划线定位，用冲击钻头钻孔，钻孔后用高压气枪对钻孔进行清理，保证孔内不留任何杂质，然后将化学螺栓6植入预留孔，待化学螺栓锚固完成后安装机械锚固钢板4，旋入螺母并用专用扭矩扳手施加大小一致的预压力。机械锚固钢板4和碳纤维板材5接触面亦需涂抹化学粘结胶。

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、机械锚固外贴碳纤维板材联合加固装置，其特征在于，包括固定于加固结构表面的固定端基座和张拉端基座，在固定端基座和张拉端基座固定碳纤维板材，且在张拉端安装有对碳纤维板材进行张拉的张拉系统；所述的加固结构与碳纤维板材的接触表面通过化学粘结胶粘结；同时加固结构还通过机械锚固结构进行锚固。

2.如权利要求1所述的预应力、机械锚固外贴碳纤维板材联合加固装置，其特征在于，所述的碳纤维板材两端分别用固定端夹具和张拉端夹具锚固并放置于固定端基座和张拉端基座相应位置。

3.如权利要求1所述的预应力、机械锚固外贴碳纤维板材联合加固装置，其特征在于，所述的张拉系统包括千斤顶、反力螺杆，所述的反力螺杆的一端穿过张拉夹具，且通过张拉螺母固定；另一端穿过张拉端基座后与一个挡板相连；在挡板上安装一个千斤顶，千斤顶伸长实现对碳纤维板材的张拉。

4.如权利要求1所述的预应力、机械锚固外贴碳纤维板材联合加固装置，其特征在于，所述的机械锚固结构包括钢板，所述的钢板通过化学螺栓对加固结构进行加固；且钢板和碳纤维板材接触面涂抹化学粘结胶粘结。

5.权利要求1-4任一所述的加固装置的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)在加固结构表面固定安装固定端基座与张拉端基座；

步骤(2)对加固结构表面的进行处理；

步骤(3)使用专用固定端夹具和张拉端夹具夹持碳纤维板材；

步骤(4)在加固结构表面和碳纤维板材表面涂抹化学胶；

步骤(5)在张拉端安装张拉系统；

步骤(6)在加固结构表面粘贴碳纤维板材，且利用张拉系统对碳纤维板材施加预应力；

步骤(7)安装机械锚固装置。

6.如权利要求5所述的安装方法，其特征在于，所述步骤2的具体方法为：

将加固结构表面清理干净，用打磨机磨除结构表面的浮浆层，露出坚实的混凝土骨料，对粘贴碳纤维板材区域用专用凿毛机做凿毛处理。

7.如权利要求5所述的安装方法，其特征在于，步骤4的具体方法为：

在待粘贴碳纤维板材的凿毛位置涂抹化学粘结胶底胶；在与加固结构表面接触的碳纤维板材面层涂抹化学粘结胶，表层胶体分布均匀。

8.如权利要求5所述的安装方法，其特征在于，步骤5的具体方法为：

将反力螺杆依次穿过张拉端工具挡板、锚固螺母、张拉端基座和张拉夹具，张拉端工具挡板处用张拉螺母锚固，张拉端基座和张拉端工具挡板之间放置压力传感器和千斤顶，压力传感器安装在千斤顶的动力输出端。

9.如权利要求5所述的安装方法，其特征在于，步骤6的具体方法为：

将夹持好的碳纤维板材粘贴于待加固结构表面，用橡胶滚轮均匀滚压碳纤维板材，同时将固定端夹具和张拉端夹具安置于锚固位置并将反力螺杆继续穿过张拉端夹具，用张拉螺母拧紧固定，然后启动千斤顶施加作用力，压力传感器量测反力，加至目标预应力后将锚固螺母用扭力扳手拧紧。

10.如权利要求5所述的安装方法，其特征在于，步骤7的具体方法为：

将需要安装钢扣件的预留孔位置划线定位，用冲击钻头钻孔，钻孔后用高压气枪对钻孔进行清理，然后将化学螺栓植入预留孔，待化学螺栓锚固完成后安装机械锚固钢板，旋入螺母并用扭矩扳手施加大小一致的预压力；且机械锚固钢板和碳纤维板材接触面涂抹化学粘结胶。