CN106382011A - 混凝土结构预应力碳纤维板张拉锚固体系及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于预应力加固混凝土相关技术领域，提出了一种混凝土结构预应力碳纤维板张拉锚固体系及方法，适用于土木、水利等基础设施工程结构的夹持、张拉及锚固。一种混凝土结构预应力碳纤维板张拉锚固体系，包括固定端锚具、张拉端锚具以及组合式张拉装置；一种混凝土结构预应力碳纤维板张拉锚固方法，包括如下步骤：安装锚固装置、夹持碳纤维板、碳纤维板胶涂抹、预应力张拉、拆卸组合式张拉装置以及安装压板。本发明可广泛应用于对已建或在建的桥梁或房屋建筑等大型工程结构进行增强或加固，特别适用于对大跨度混凝土梁、板等进行体外预应力加固，提高了碳纤维强度利用率，显著提高被增强或加固工程结构的承载力及使用寿命。

Description

混凝土结构预应力碳纤维板张拉锚固体系及方法
技术领域
本发明属于预应力加固混凝土相关技术领域，提出了一种混凝土结构预应力碳纤维板张拉锚固体系及方法，适用于土木、水利等基础设施工程结构的夹持、张拉及锚固。
背景技术
碳纤维增强复合材料作为一种高性能新材料的出现,为土木工程的发展提供了更加广阔的空间。预应力碳纤维板锚固技术作为一种新型的混凝土主动加固技术,具有良好的发展前景，它能够充分发挥碳纤维轻质、高强的特点,大幅提高混凝土结构的强度，并有效地减少其应力和挠度变形，延缓梁体开裂速度,减少并闭合梁体裂缝，进一步提高结构物的承载力,提高其耐久性。
目前，预应力碳纤维片材加固技术可分为三种:普通粘胶加固、端锚加固、混锚加固。相对传统的普通粘贴加固法,端锚预应力碳纤维材加固技术有更好的经济性、适用性和耐久性。此外, 端锚结合粘胶组成的混描体系,可降低粘结界面的剥离应力,避免碳纤维整体剥离脱落,极大的降低了胶层耐久性对锚固效果的影响,加固效果更可靠。
当前，国内外开发的预应力碳纤维板张拉锚固系统还处在初步的研究阶段,已有的张拉锚固装置普遍笨重、需要很大的施工操作空间、施工工艺不够成熟、长期性能差、施工不方便以及张拉锚固效果难以保证等缺点，且锚固端没有直接安装在被加固结构表面上，而是直接悬空，造成预应力碳纤维板与被加固结构直接间隙增大，不能完全发挥主动加固的作用。因此，急需一种新型预应力碳纤维板张拉锚固装置及其方法解决目前存在的问题。
发明内容
本发明旨在针对上述问题，提出一种混凝土结构预应力碳纤维板张拉锚固体系及方法，以提高结构加固时操作的便捷性和锚固的可靠性，并进一步提高锚固效果，使其满足于工程化应用的需求。
本发明的技术方案在于：
一种混凝土结构预应力碳纤维板张拉锚固体系，包括固定端锚具、张拉端锚具以及组合式张拉装置；
固定端锚具以及张拉端锚具均包括从上至下依次固定设置的上锚板、下锚板以及底座，所述底座均固定在被加固结构的表面；所述上锚板以及下锚板的两个长边边缘处各设有一排压紧螺孔，上锚板以及下锚板之间通过压紧沉头螺栓连接，上锚板以及下锚板之间位于两列压紧螺孔之间的部分为碳纤维板加持区域，固定端锚具上的压紧沉头螺栓数目大于张拉端锚具上的压紧沉头螺栓数目；
所述组合式张拉装置包括工具锚以及张拉装置，所述张拉装置包括张拉支架、两根拉杆、前挡块以及后挡块，所述张拉支架包括底板以及与底板垂直的侧板，底板固定在被加固结构表面，侧板上设有两个通孔，通孔内分别穿过一根拉杆，拉杆前端穿过前挡块，且拉杆位于侧板与前挡块之间的部分上设有自锁螺母；后端穿过后挡块，后挡块中间设有供碳纤维板穿过的区域，所述工具锚包括上夹板以及下夹板，上夹板与下夹板之间设有碳纤维板夹持区域，上夹板以及下夹板之间通过压紧沉头螺栓固定；工具锚悬空设置于底板上方且位于两拉杆之间，碳纤维板穿过后挡块后粘贴于工具锚内的碳纤维板夹持区域。
所述前挡块与后挡块均设有供拉杆穿过的通孔，所述通孔为条形通孔，所述后挡块包括上半部分以及下半部分，其间设有固定螺孔，并通过固定螺栓连接成一个整体。拉杆在条形通孔内可移动从而实现调节拉杆的间距，因此可根据张拉力大小灵活调整选用不同大小的千斤顶。
所述的张拉支架上还设有加强筋。
一种混凝土结构预应力碳纤维板张拉锚固方法，采用如上所述的混凝土结构预应力碳纤维板张拉锚固体系，包括如下步骤：
（1）划线及凿除被加固结构的表面上的碳化层：按照要求划线，定位；对碳纤维板及固定端锚具、张拉端锚具与被加固结构接触表面上的碳化层进行凿除；
（2）安装锚固装置：将固定端锚具的底座、张拉端锚具的底座以及组合式张拉装置的张拉支架依次固定在被加固结构的表面，然后安装固定端锚具的下锚板、张拉端锚具的下锚板；
（3）夹持碳纤维板：将涂有界面胶的碳纤维板分别粘在固定端锚具的下锚板以及工具锚的下夹板上，再通过螺栓安装固定端锚具的上锚板以及工具锚的上夹板；安装后挡块、拉杆以及前挡块，使得碳纤维板穿过后挡块中间的碳纤维板夹持区域，工具锚悬空位于张拉支架的底板上；
（4）碳纤维板胶涂抹：利用油灰刀在碳纤维板表面涂抹一层碳纤维板胶，确保中间厚，两边薄；
（5）预应力张拉：锁紧螺母将拉杆与前挡块以及后挡块锁紧，安装千斤顶，通过千斤顶对前挡块施加应力，带动拉杆对碳纤维板张拉，待张拉力达到要求后，利用自锁螺母将拉杆与张拉支架锁紧；
（6）拆卸组合式张拉装置，安装压板：张拉完毕后，安装张拉端锚具的上锚板，再松掉前挡块以及后挡块处的锁紧螺母，再剪断张拉端锚具与组合式张拉装置之间的碳纤维板，拆除组合式张拉装置，最后对固定端锚具与张拉端锚具之间的碳纤维板安装压板，并清除两边多余的碳纤维板胶；
（7）对碳纤维板、固定端锚具以及张拉端锚具表面涂刷高强度、高粘结砂浆保护层。
所述的界面胶为环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂的一种或多种混合。
所述的压板呈凹形结构，压板与被加固结构的表面之间通过化学锚栓连接。
所述的固定端锚具的底座、张拉端锚具的底座以及张拉支架，在被加固结构的表面上的具体位置及间距，由被加固结构的具体要求来确定，固定端锚具的底座、张拉端锚具的底座以及张拉支架分别通过化学锚栓和粘钢胶固定连接在被加固结构的表面。
所述张拉支架的长度可根据碳纤维板伸长量的不同进行调整。
本发明的技术效果在于：
1、本发明固定端锚具以及张拉端锚具结构简单，便于携带，施工快捷，可按设计要求对碳纤维板施加一定量的预应力。
2、操作步骤简单，可拆卸的组合式张拉装置易于碳纤维板的固定，能够有效降低受外界施工如剐蹭、冲击等带来的影响。
3、锚固效果可靠，采用本发明提出的张拉锚固体系适用于碳纤维板的锚固，提高了锚固效果，不易受施工环境的影响造成偏差，能够长期保持预应力张拉效果，充分发挥碳纤维板的轻质、高强特点。
本发明在张拉完成之后，借助外力及压板将碳纤维板紧紧贴在被加固结构表面，然后再通过下锚板将其锚固起来，这样被加固结构与碳纤维板之间的间隙大大减小，从而更有效的提高主动加固的效果。组合式张拉装置只在张拉过程中有用，在张拉完成之后，即可将其拆卸掉，并可重复利用，因此大大降低拉杆失效造成主动加固失效的风险。本发明可广泛应用于对已建或在建的桥梁或房屋建筑等大型工程结构进行增强或加固，特别适用于对大跨度混凝土梁、板等进行体外预应力加固，提高了碳纤维强度利用率，显著提高被增强或加固工程结构的承载力及使用寿命。
附图说明
图1为本发明张拉锚固前，通过张拉端工具锚施加张力的结构示意图。
图2为张拉锚固后，安装张拉端锚具的结构示意图。
图3为本发明固定端锚具的结构示意图。
图4为本发明上锚板或者下锚板结构示意图。
图5为本发明底座的结构示意图。
图6为本发明组合式张拉装置的结构示意图。
图7为本发明张拉支架的结构示意图。
图8为本发明上夹板或者下夹板的结构示意图。
图9为本发明前挡块的结构示意图。
图10为本发明后挡块的结构示意图。
图11为本发明压板的结构示意图。
其中，1-张拉支架，2-工具锚，3-拉杆，4-千斤顶，5-1-前挡块，5-2-后挡块，6-压紧沉头螺栓，7-碳纤维板，8-自锁螺母，9-条形通孔，10-固定螺孔，11-螺栓孔，12-加强筋,13-安装孔，14-锁紧螺母，15-固定端锚具，16-张拉端锚具，17-组合式张拉装置，18-压板。
具体实施方式
一种混凝土结构预应力碳纤维板张拉锚固体系，包括固定端锚具15、张拉端锚具16以及组合式张拉装置17；
固定端锚具15以及张拉端锚具16均包括从上至下依次固定设置的上锚板、下锚板以及底座，所述底座均固定在被加固结构的表面；所述上锚板以及下锚板的两个长边边缘处各设有一排压紧螺孔，上锚板以及下锚板之间通过压紧沉头螺栓6连接，上锚板以及下锚板之间位于两排压紧螺孔之间的部分为碳纤维板7加持区域，固定端锚具15上的压紧沉头螺栓6数目大于张拉端锚具16上的压紧沉头螺栓6数目；
所述组合式张拉装置17包括工具锚2以及张拉装置，所述张拉装置包括张拉支架1、两根拉杆3、前挡块5-1以及后挡块5-2，所述张拉支架1包括底板以及与底板垂直的侧板，底板固定在被加固结构表面，侧板上设有两个通孔，通孔内分别穿过一根拉杆3，拉杆3前端穿过前挡块5-1，且拉杆3位于侧板与前挡块5-1之间的部分上设有自锁螺母8；后端穿过后挡块5-2，后挡块5-2中间设有供碳纤维板7穿过的区域，所述工具锚2包括上夹板以及下夹板，上夹板与下夹板之间设有碳纤维板夹持区域，上夹板以及下夹板之间通过压紧沉头螺栓6固定；工具锚2悬空设置于底板上方且位于两拉杆3之间，碳纤维板7穿过后挡块5-2后粘贴于工具锚2内的碳纤维板夹持区域。
所述前挡块5-1与后挡块5-2均设有供拉杆3穿过的通孔，所述通孔为条形通孔9，所述后挡块5-2包括上半部分以及下半部分，其间设有固定螺孔10，并通过固定螺栓连接成一个整体。拉杆3在条形通孔9内可移动从而实现调节拉杆3的间距，因此可根据张拉力大小灵活调整选用不同大小的千斤顶4。
所述上夹板和下夹板其结构形式相同，上夹板与下夹板的两个长侧边边缘处各设有一排螺栓孔11，通过压紧沉头螺栓6将上夹板与下夹板连接在一起；
所述的张拉支架1底板四角上设有安装孔13，可使用化学锚栓将张拉支架1与被加固结构表面进行连接，张拉支架1上还设有加强筋12，以满足张拉时的刚性需求，且张拉支架1的长度可以根据所张拉碳纤维板7的长度而定。
一种混凝土结构预应力碳纤维板张拉锚固方法，采用如上所述的混凝土结构预应力碳纤维板张拉锚固体系，包括如下步骤：
（1）划线及凿除被加固结构的表面上的碳化层：按照要求划线，定位；对碳纤维板（7）及固定端锚具（15）、张拉端锚具（16）与被加固结构接触表面上的碳化层进行凿除；
（2）安装锚固装置：将固定端锚具15的底座、张拉端锚具16的底座以及组合式张拉装置17的张拉支架1依次固定在被加固结构的表面，然后安装固定端锚具15的下锚板、张拉端锚具16的下锚板；
（3）夹持碳纤维板7：将涂有界面胶的碳纤维板7分别粘在固定端锚具15的下锚板以及工具锚2的下夹板上，再通过螺栓安装固定端锚具15的上锚板以及工具锚2的上夹板；安装后挡块5-2、拉杆3以及前挡块5-1，使得碳纤维板7穿过后挡块5-2中间的碳纤维板夹持区域，工具锚2悬空位于张拉支架1的底板上；
（4）碳纤维板胶涂抹：利用油灰刀在碳纤维板7表面涂抹一层碳纤维板胶，确保中间厚，两边薄；
（5）预应力张拉：锁紧螺母14将拉杆3与前挡块5-1以及后挡块5-2锁紧，安装千斤顶4，通过千斤顶4对前挡块5-1施加应力，带动拉杆3对碳纤维板7张拉，待张拉力达到要求后，利用自锁螺母8将拉杆3与张拉支架1锁紧；
（6）拆卸组合式张拉装置17，安装压板18：张拉完毕后，安装张拉端锚具16的上锚板，再松掉前挡块5-1以及后挡块5-2处的锁紧螺母14，再剪断张拉端锚具16与组合式张拉装置17之间的碳纤维板7，拆除组合式张拉装置17，最后对固定端锚具15与张拉端锚具16之间的碳纤维板7安装压板18，并清除两边多余的碳纤维板胶。
（7）对碳纤维板（7）、固定端锚具（15）以及张拉端锚具（16）表面涂刷高强度、高粘结砂浆保护层。
其中，所述的界面胶为环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂的一种或多种混合。所述的压板18呈凹形结构，压板18与被加固结构表面之间通过化学锚栓连接。
所述的固定端锚具15的底座、张拉端锚具16的底座以及张拉支架1，在被加固结构的表面上的具体位置及间距，由被加固结构的具体要求来确定，固定端锚具15的底座、张拉端锚具16的底座以及张拉支架1分别通过化学锚栓和粘钢胶固定连接在被加固结构的表面。所述张拉支架1的长度可根据碳纤维板7伸长量的不同进行不同的调整。所述的张拉支架1底板四角上设有安装孔13，张拉支架1上还设有加强筋12，以满足张拉时的刚性需求。

Claims (8)

1.一种混凝土结构预应力碳纤维板张拉锚固体系，包括固定端锚具（15）、张拉端锚具（16）以及组合式张拉装置（17）；其特征在于：
固定端锚具（15）以及张拉端锚具（16）均包括从上至下依次固定设置的上锚板、下锚板以及底座，所述底座均固定在被加固结构的表面；所述上锚板以及下锚板的两个长边边缘处各设有一排压紧螺孔，上锚板以及下锚板之间通过压紧沉头螺栓（6）连接，上锚板以及下锚板之间位于两排压紧螺孔之间的部分为碳纤维板（7）加持区域，固定端锚具（15）上的压紧沉头螺栓（6）数目大于张拉端锚具（16）上的压紧沉头螺栓（6）数目；
所述组合式张拉装置（17）包括工具锚（2）以及张拉装置，所述张拉装置包括张拉支架（1）、两根拉杆（3）、前挡块（5）以及后挡块（5-2），所述张拉支架（1）包括底板以及与底板垂直的侧板，底板固定在被加固结构表面，侧板上设有两个通孔，通孔内分别穿过一根拉杆（3），拉杆（3）前端穿过前挡块（5），且拉杆（3）位于侧板与前挡块（5）之间的部分上设有自锁螺母（8）；后端穿过后挡块（5-2），后挡块（5-2）中间设有供碳纤维板（7）穿过的区域，所述工具锚（2）包括上夹板以及下夹板，上夹板与下夹板之间设有碳纤维板夹持区域，上夹板以及下夹板之间通过压紧沉头螺栓（6）固定；工具锚（2）悬空设置于底板上方且位于两拉杆（3）之间，碳纤维板（7）穿过后挡块（5-2）后粘贴于工具锚（2）内的碳纤维板夹持区域。
2.根据权利要求1所述的混凝土结构预应力碳纤维板张拉锚固体系，其特征在于：所述前挡块（5）与后挡块（5-2）均设有供拉杆（3）穿过的通孔，所述通孔为条形通孔（9）；所述后挡块（5-2）包括上半部分以及下半部分，其间设有固定螺孔（10），并通过固定螺栓连接成一个整体。
3.根据权利要求2所述的混凝土结构预应力碳纤维板张拉锚固体系，其特征在于：所述的张拉支架（1）上还设有加强筋（12）。
4.一种混凝土结构预应力碳纤维板张拉锚固方法，其特征在于：采用如权利要求3所述的混凝土结构预应力碳纤维板张拉锚固体系，包括如下步骤：
（1）划线及凿除被加固结构的表面上的碳化层：按照要求划线，定位；对碳纤维板（7）及固定端锚具（15）、张拉端锚具（16）与被加固结构接触表面上的碳化层进行凿除；
（2）安装锚固装置：将固定端锚具（15）的底座、张拉端锚具（16）的底座以及组合式张拉装置（17）的张拉支架（1）依次固定在被加固结构的表面，然后安装固定端锚具（15）的下锚板、张拉端锚具（16）的下锚板；
（3）夹持碳纤维板（7）：将涂有界面胶的碳纤维板（7）分别粘在固定端锚具（15）的下锚板以及工具锚（2）的下夹板上，再通过螺栓安装固定端锚具（15）的上锚板以及工具锚（2）的上夹板；安装后挡块（5-2）、拉杆（3）以及前挡块（5），使得碳纤维板（7）穿过后挡块（5-2）中间的碳纤维板夹持区域，工具锚（2）悬空位于张拉支架（1）的底板上；
（4）碳纤维板胶涂抹：利用油灰刀在碳纤维板（7）表面涂抹一层碳纤维板胶，确保中间厚，两边薄；
（5）预应力张拉：锁紧螺母（14）将拉杆（3）与前挡块（5）以及后挡块（5-2）锁紧，安装千斤顶（4），通过千斤顶（4）对前挡块（5）施加应力，带动拉杆（3）对碳纤维板（7）张拉，待张拉力达到要求后，利用自锁螺母（8）将拉杆（3）与张拉支架（1）锁紧；
（6）拆卸组合式张拉装置（17），安装压板（18）：张拉完毕后，安装张拉端锚具（16）的上锚板，再松掉前挡块（5）以及后挡块（5-2）处的锁紧螺母（14），再剪断张拉端锚具（16）与组合式张拉装置（17）之间的碳纤维板（7），拆除组合式张拉装置（17），最后对固定端锚具（15）与张拉端锚具（16）之间的碳纤维板（7）安装压板（18），并清除两边多余的碳纤维板胶；
（7）对碳纤维板（7）、固定端锚具（15）以及张拉端锚具（16）表面涂刷高强度、高粘结砂浆保护层。
5.根据权利要求4所述的混凝土结构预应力碳纤维板张拉锚固方法，其特征在于：所述的界面胶为环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂的一种或多种混合。
6.根据权利要求4所述的混凝土结构预应力碳纤维板张拉锚固方法，其特征在于：所述的压板（18）呈凹形结构，压板（18）与被加固结构的表面之间通过化学锚栓连接。
7.根据权利要求4所述的混凝土结构预应力碳纤维板张拉锚固方法，其特征在于：所述的固定端锚具（15）的底座、张拉端锚具（16）的底座以及张拉支架（1），在被加固结构的表面上的具体位置及间距，由被加固结构的具体要求来确定，固定端锚具（15）的底座、张拉端锚具（16）的底座以及张拉支架（1）分别通过化学锚栓和粘钢胶固定连接在被加固结构表面。
8.根据权利要求4所述的混凝土结构预应力碳纤维板张拉锚固方法，其特征在于：所述张拉支架（1）的长度可根据碳纤维板（7）伸长量的不同进行不同的调整。
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