CN106522574A - 一种分解式预应力碳纤维张拉装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分解式预应力碳纤维张拉装置，包括：对称固定在待加固构件上的一对预应力张拉组件、设于该对预应力张拉组件之间的至少一条碳纤维板、将碳纤维板的端部连接在相邻预应力张拉组件上的张拉锚具、至少两个将碳纤维板压紧在待加固结构表面上的锚固板。本发明还公开了一种应用在上述预应力碳纤维张拉装置上的施工方法。本发明结构设计精简，将预应力碳纤维锚具分解为可重复使用的张拉锚具和采用环氧结构胶粘结及螺栓压紧方式永久固定的平板锚具，结构简易且成本低廉。

Description

一种分解式预应力碳纤维张拉装置及其施工方法

技术领域

本发明涉及土木结构工程技术领域，尤其涉及一种分解式预应力碳纤维张拉装置及施工方法。

背景技术

预应力碳纤维加固混凝土结构受弯构件的技术，是利用碳纤维作为预应力筋材，通过特殊的张拉锚固装置，对碳纤维施加预应力并锚固于混凝土受弯构件上，与受弯构件通过环氧结构胶粘结以承载拉应力，这种加固技术是将体外预应力的主动加固技术与碳纤维材料高强度性能结合在一起，大幅度提高碳纤维材料的利用率，能有效愈合既有混凝土结构受弯构件的裂缝病害，可较大幅度地提高加固构件的极限承载力。

目前，运用于混凝土结构加固工程中用的预应力碳纤维板常规采用的是宽度为100mm或50mm，厚度为1mm～3mm的长方形薄板，其张拉锚固装置不但结构繁重且成本昂贵，因其不能重复使用，因此，相对于外贴钢板或碳纤维片材等常规加固技术其性价比较差。

现有技术已出现的碳纤维张拉系统主要运用于桥梁混凝土结构加固工程中，例如公告号为CN102322152B的发明专利，公开了一种预应力碳纤维板张拉系统及张拉加固方法。碳纤维的张拉应力值≥100KN，普遍采用每端4个螺栓传递新增预应力至原结构，应力集中并且部分张拉锚固装置安装时还需要开凿结构表面混凝土，对于民用建筑或工业厂房的结构刚度或混凝土梁板厚度或梁的高度相对小于桥梁结构，显然现有预应力碳纤维加固技术无法在民用建筑及工业厂房的结构加固中推广应用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种分解式预应力碳纤维张拉装置及施工方法，该分解式预应力碳纤维张拉装置分解为用于夹持碳纤维板的张拉锚具、用于张拉牵引碳纤维板的预应力张拉组件、及用于压紧碳纤维板防止其回缩位移的锚固板等，碳纤维板锚固效果持久稳定，张拉锚具和预应力张拉组件的结构易组装拆卸，可重复使用。

本发明采用的技术方案是，设计一种分解式预应力碳纤维张拉装置，包括：对称固定在待加固构件上的一对预应力张拉组件、设于该对预应力张拉组件之间的至少一条碳纤维板、将碳纤维板的端部连接在相邻预应力张拉组件上的张拉锚具、至少两个将碳纤维板压紧在待加固结构表面上的锚固板。

预应力张拉组件包括：牵引板、通过张拉胶锚螺栓固定在待加固结构上的反力板、连接在反力板和牵引板之间的张拉螺杆，张拉锚具连接在牵引板上。至少有一个预应力张拉组件内的牵引板与反力板之间的间距可调节，该预应力张拉组件内设有用于锁定牵引板与反力板的锁固机构。

张拉锚具有两种结构，第一种结构是，张拉锚具包括：由上壳和下壳通过固定螺栓连接构成的锚具外壳、及由上夹板和下夹板组合构成的楔形夹块，上壳和下壳之间设有楔形通孔槽，楔形夹块设于楔形通孔槽内，锚具外壳的一端连接碳纤维板，碳纤维板的端部夹设于上夹板与下夹板之间，锚具外壳的另一端固定有连接板，连接板通过牵引螺栓连接在牵引板上。上夹板和下夹板上与碳纤维板接触的一面为平直粗糙面，上夹板和下夹板上与锚具外壳接触的斜面为光滑面。

第二种结构是，张拉锚具包括：由上压板和下压板通过固定螺栓连接构成的锚具外壳，锚具外壳的一端连接碳纤维板，碳纤维板的端部夹设于所述上压板和下压板之间，锚具外壳的另一端通过牵引螺栓连接在牵引板上。上压板和下压板上与碳纤维板接触的一面为由多段圆弧及平直面光滑过渡组成的平顺粗糙面。

优选的，牵引螺栓的第一端固定安装在连接板内、第二端穿过牵引板，牵引螺栓的第二端依次套有球面垫圈组合体和牵引螺母。

优选的，锚固板的中部为贴合碳纤维板的平面，锚固板的两端设有与该平面光滑过渡的斜面，该平面及斜面均为粗糙面。碳纤维板与待加固结构表面之间设有环氧结构胶，锚固板与碳纤维板之间也设有环氧结构胶。

其中，预应力张拉组件具有多种实施结构。在第一实施例至第三实施例中，待加固结构的两端分别设有垂直设于待加固结构表面的一对梁柱，反力板直接安装在该对梁柱朝向相对的侧面上，碳纤维板位于两个梁柱之间。在第四实施例至第五实施例中，待加固结构的两端未设置梁柱，反力板垂直设置一底座上，底座安装在待加固结构的表面，碳纤维板位于两个反力板之间。

在第一实施例中，张拉螺杆的第一端固定安装在反力板上、第二端活动穿过牵引板，锁固机构由套在张拉螺杆第二端上的内锁固螺母构成。碳纤维板张拉时，张拉螺杆的第二端还依次套有千斤顶衬套、千斤顶和外锁固螺母，千斤顶衬套位于千斤顶和牵引板之间。

在第二实施例中，张拉螺杆的第一端固定安装在反力板上、第二端活动穿过牵引板，锁固机构包括：位于反力板与牵引板之间的锁固板、套在张拉螺杆上且位于锁固板与牵引板之间的内锁固螺母，锁固板固定在牵引板上，且活动穿过张拉螺杆。碳纤维板张拉时，张拉螺杆的第二端还依次套有千斤顶和外锁固螺母，千斤顶位于牵引板和外锁固螺母之间。

在第三实施例中，张拉螺杆的第一端固定安装在反力板上、第二端活动穿过牵引板，锁固机构包括：位于张拉螺杆两侧的副螺杆、套在副螺杆上的副螺母，副螺杆的第一端固定在反力板上、第二端活动穿过牵引板，副螺母套在副螺杆的第二端上。

在第四实施例中和第五实施例中，反力板上背向牵引板的一侧设有挡板，张拉螺杆的第一端固定安装在牵引板上、第二端活动穿过反力板和挡板，锁固机构由套在张拉螺杆且位于反力板与挡板之间的内锁固螺母构成。碳纤维板张拉时，张拉螺杆的第二端还依次套有千斤顶和外锁固螺母，千斤顶位于挡板和外锁固螺母之间。

本发明还公开了一种应用在上述预应力碳纤维张拉装置上的施工方法，包括下列步骤：

步骤1、在碳纤维板的端部安装张拉锚具；

步骤1.1、将固定螺栓旋入上壳和下壳之间，拧紧后组装成锚具外壳，上壳和下壳之间形成楔形通孔槽；

步骤1.2、将碳纤维板按照设计长度裁剪，碳纤维板的端部穿过楔形通孔槽；

步骤1.3、将碳纤维板的端部夹持在上夹板和下夹板之间，上夹板与碳纤维板之间及下夹板与碳纤维板之间均放置一层砂纸或砂布，夹持完成后将上夹板和下夹板整体插入楔形通孔槽中；

步骤1.4、将连接板通过安装螺栓固定连接在锚具外壳上；

步骤2、在待加固结构上安装预应力张拉组件，将张拉锚具连接在预应力张拉组件上；

步骤2.1、在待加固结构的表面上标记碳纤维板的中心线和锚固板的螺栓安装位置，在待加固结构的两端上标记反力板的螺栓安装位置，在待加固结构内植入用于安装反力板的张拉胶锚螺栓；

步骤2.2、在待加固结构的两端上分别安装反力板，将张拉螺杆旋入并锁定在反力板上；

步骤2.3、将连接板通过牵引螺栓连接在牵引板上，牵引螺栓穿过牵引板及球面垫圈组合体后旋入牵引螺母固定；

步骤2.4、张拉螺杆活动穿过牵引板，通过螺母暂时固定牵引板及张拉锚具；

步骤3、在预应力张拉组件上安装千斤顶，实施碳纤维板的预应力张拉；

步骤3.1、将千斤顶衬套和千斤顶依次在张拉螺杆的活动端上，再旋入外锁固螺母；

步骤3.2、手压油泵使千斤顶的活塞伸长，活塞推力通过千斤顶衬套传递给牵引板，牵引板通过牵引螺栓带动张拉锚具移动实现预应力张拉；

步骤4、安装锚固板，将碳纤维板压紧在待加固结构表面上；

步骤4.1、在待加固结构的表面上植入固定胶锚螺栓，在碳纤维板的两面均匀刮抹环氧结构胶，锚固板的粗糙面紧贴碳纤维板，固定胶锚螺栓穿过锚固板并旋上固定螺母；

步骤4.2、采用搬手将固定螺母向待加固结构表面旋压，张拉锚具以球面垫圈组合体的球形中心为轴心，逆时针或顺时针转向待加固结构表面，当锚固板上的所有固定螺母压紧力一致且碳纤维板紧贴待加固结构表面之后，即完成锚固板的安装；

步骤5、拆除张拉锚具及预应力张拉组件；

步骤5.1、环氧结构胶常温养护5～7天强度满足要求后，采用切割机将碳纤维板上位于锚固板与张拉锚具之间的部位切断分离；

步骤5.2、拆除牵引板、张拉锚具、张拉螺杆及反力板，切除待加固结构上的张拉锚固螺栓，完成碳纤维板的预应力张拉安装。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、将预应力碳纤维张拉装置设计为分体式组合结构，拆装便捷、受力均匀、且锚固效果可靠持久；

2、预应力碳纤维张拉装置的组成零件精小且制造简便，制造成本低廉，预应力张拉组件及张拉锚具等均可重复使用，具有较好的性价比；

3、锚固板与碳纤维板紧贴接触面为粗糙组合面，该粗糙组合面由平面和该平面光滑过渡的斜面构成，碳纤维板上无剪折应力集中点，锚固板端部的环氧结构胶包裹碳纤维板形成的楔形结构，保证锚固板有足够的锁固力；

4、预应力张拉组件施加应力时占用空间小、锚固板厚度薄，预应力张拉装置及张拉锚具卸载拆卸后，新增拉应力通过环氧结构胶均匀传递至待加固结构，无应力集中现象且未改变待加固结构受力体系，可适用于中小跨径混凝土结构加固。

附图说明

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：

图1是本发明第一实施例的张拉装置俯视图；

图2是本发明第一实施例的张拉装置剖面图；

图3是本发明第一实施例的锚固板安装俯视图；

图4是本发明第一实施例的锚固板安装剖面图；

图5是本发明第一实施例的施工完成后的剖面图；

图6是本发明中第一种结构的张拉锚具俯视图；

图7是本发明中第一种结构的张拉锚具第一剖面图；

图8是本发明中第一种结构的张拉锚具第二剖面图；

图9是本发明中第一种结构的张拉锚具连接牵引螺栓的第一剖面图；

图10是本发明中第一种结构的张拉锚具连接牵引螺栓的第二剖面图；

图11是本发明中第一种结构的张拉锚具连接牵引螺栓的侧面图；

图12是本发明中第二种结构的张拉锚具俯视图；

图13是本发明中第二种结构的张拉锚具第一剖面图；

图14是本发明中第二种结构的张拉锚具第二剖面图；

图15是本发明第一实施例中牵引板的俯视图；

图16是本发明第一实施例中牵引板的剖面图；

图17是本发明第一实施例中锚固板的俯视图；

图18是本发明第一实施例中锚固板的剖面图；

图19是本发明第一实施例中环氧结构胶剖面图；

图20是本发明第一实施例中环氧结构胶剖面放大图；

图21是本发明第二实施例的张拉装置俯视图；

图22是本发明第二实施例的锚固板安装俯视图；

图23是本发明第三实施例的张拉装置俯视图；

图24是本发明第三实施例中锚固板安装俯视图；

图25是本发明第四实施例的张拉装置俯视图；

图26是本发明第四实施例中锚固板安装俯视图；

图27是本发明第四实施例中反力架的俯视图；

图28是本发明第四实施例中反力架的剖视图；

图29是本发明第四实施例中反力架的侧视图；

图30是本发明第五实施例的张拉装置俯视图；

图31是本发明第五实施例中锚固板安装俯视图。

具体实施方式

如图1至5所示，本发明提出的分解式预应力碳纤维张拉装置，包括：预应力张拉组件、张拉锚具5、碳纤维板9及锚固板12等。待加固构件上的两端对称设有一对预应力张拉组件，至少一条碳纤维板9设于该对预应力张拉组件之间，每条碳纤维板9的两端均固定有张拉锚具5，碳纤维板9的端部通过张拉锚具5连接在与该端相邻的预应力张拉组件上，碳纤维板9张拉后通过至少两个锚固板12压紧在待加固结构的表面上。

张拉锚具5可为多种结构，下面详细说明张拉锚具5的两种结构。

图6至11展示了张拉锚具的第一种结构，张拉锚具5包括：锚具外壳和楔形夹块，锚具外壳的一端连接碳纤维板9，锚具外壳的另一端固定有连接板20。锚具外壳由上壳51和下壳52通过固定螺栓19连接构成，连接后上壳51和下壳52中间有一贯穿锚具外壳两端的楔形通孔槽，楔形通孔槽的小端朝向靠近碳纤维板9的方向、大端朝向远离碳纤维板的方向，楔形夹块由上夹板53和下夹板54组合构成，楔形夹块设于楔形通孔槽内。碳纤维板9的端部夹持在上夹板53和下夹板54之间，上夹板53、下夹板54上与碳纤维板9接触的一面为平直粗糙面，上夹板53、下夹板54上与锚具外壳接触的斜面为光滑面，上夹板53和下夹板54夹持碳纤维板9后插入楔形通孔槽中。上壳51和下壳52上设有对称设于楔形通孔槽两侧的圆柱形通孔103，该圆柱形通孔103的轴向与碳纤维板9的受力方向平行，上夹板53和下夹板54夹持碳纤维板9插入楔形通孔槽后，螺钉21穿过圆柱形通孔103与连接板20固定，牵引螺栓11通过螺纹与连接板20实现连接并传递张拉应力。

较优的，上夹板53、下夹板54的粗糙面与碳纤维板9之间还放有一层粘附细金刚砂的砂纸或砂布，其目的是增大夹板与碳纤维板9的摩擦阻力，当锚具外壳张拉受力时，夹板在楔形通孔槽内滑移并对碳纤维板9产生径向夹持压力，因碳纤维板9的硬度大于砂纸或砂布基材，细金刚砂被反作用力挤压嵌入砂纸或砂布基材内而不会嵌入碳纤维板9。张拉锚具由上壳51与下壳52分体组合构成，通过固定螺栓19可实现整体拆装重复使用。上述构造的优点在于张拉锚具采用纯机械摩擦夹持，克服现有技术中锚具整体结构且依赖环氧结构胶粘结强度实现锚固而无法快速分解拆装重复使用的缺点。

图12至14展示了张拉锚具的第二种结构，张拉锚具5由上压板55和下压板56通过固定螺栓19连接构成的锚具外壳，锚具外壳的一端连接碳纤维板9，碳纤维板9的端部夹设于上压板55和下压板56之间，锚具外壳的另一端通过牵引螺栓11连接在牵引板4上。上压板55和下压板56上与碳纤维板9接触的一面为由多段圆弧及平直面光滑过渡组成的平顺粗糙面。

预应力张拉组件也具有多种实施结构。在第一实施例至第三实施例中，待加固结构的两端分别设有垂直设于待加固结构表面的一对梁柱，反力板1安装在该对梁柱朝向相对的侧面上，碳纤维板9位于两个梁柱之间。在第四实施例至第五实施例中，待加固结构的两端未设置梁柱，反力板1垂直设置一底座上，反力板1与底座一体化设置形成反力架17，底座安装在待加固结构的表面，碳纤维板9位于两个反力板1之间。

下面详细说明本发明的几个实施例。

图1至5展示了本发明的第一实施例，待加固结构的两端分别设有垂直设于待加固结构表面的一对梁柱，一对预应力张拉组件分别安装在该对梁柱朝向相对的侧面上，两条碳纤维板9位于该对预应力张拉组件之间。

预应力张拉组件包括：牵引板4、反力板1及张拉螺杆3等，反力板1通过植入待加固结构内的张拉胶锚螺栓2固定，张拉螺杆3的第一端固定安装在反力板1上、第二端活动穿过牵引板4，张拉锚具5通过牵引螺栓11连接在牵引板4上。如图15、16所示，牵引板4采用Q235/Q345低炭合金钢制作，牵引板4上开有呈对称分布的多个平行于碳纤维板9受力方向的沉孔101和通孔102。牵引螺栓11的第一端固定安装在张拉锚具5内，牵引螺栓11的第二端从牵引板4大孔端穿过沉孔101，套上球形垫圈组合体10后旋入牵引螺母固定。球形垫圈组合体10由凸面球形垫圈和凹面球形垫圈构成，当张拉螺杆3中心线张拉胶锚螺栓2施工及两端反力板1安装产生偏差时，沉孔101及牵引螺栓11和张拉锚具5中心线不在同一轴线上，此时球形垫圈组合体10的凹面球形垫圈贴紧牵引板4，凸面小垫圈的圆弧面贴紧凹面旋转，带动牵引螺栓11和张拉锚具5中心线在牵引板4沉孔101内产生倾斜，从而实现牵引螺栓11和张拉锚具5中心线在同一轴线上受力，保证碳纤维均衡受力实现预应力张拉。

至少有一个预应力张拉组件内的牵引板4与反力板1之间的间距可调节，该预应力张拉组件内设有用于锁定牵引板4与反力板1的锁固机构。在第一实施例中，左侧预应力张拉组件内设有锁固机构，右侧预应力张拉组件未设置锁固机构，右侧预应力张拉组件的牵引板4通过一个套在张拉螺杆3上的外锁固螺母8锁定。

锁固机构由套在张拉螺杆3第二端上的内锁固螺母18构成，张拉螺杆3穿过张拉锚具牵引板4通孔102，旋入内锁固螺母18临时固定。碳纤维板9两端的张拉锚具5夹持安装后旋入牵引螺栓11，牵引螺栓11穿过牵引板4的101沉孔，套上球形垫圈组合体10后旋入第一个螺母固定，采用测力搬手分别旋转两条对称安装的碳纤维板9端部的牵引螺栓11上的第一个螺母，当两条对称安装的碳纤维板9预紧力一致后，安装牵引螺栓11上的第二个螺母并锁固。碳纤维板9张拉时，左侧预应力张拉组件的张拉螺杆3第二端还依次套有千斤顶衬套6、千斤顶7和外锁固螺母8，千斤顶衬套6位于千斤顶7和牵引板4之间，千斤顶衬套6设置有内孔大于内锁固螺母18外径的前端通孔和内孔大于张拉螺杆3外径的后端通孔，千斤顶衬套6前端面紧贴牵引板4，后端紧贴千斤顶7，张拉螺杆3穿过千斤顶7的中空通孔后，旋入外锁固螺母8固定后实施牵引张拉。

千斤顶7加压活塞伸出作用于外锁固螺母8，在反作用力下通过千斤顶衬套6推动牵引板4前进，当实施牵引张拉达到设计要求的控制应力值和理论伸长量后，内锁固螺母18在张拉螺杆3上对牵引板4固定。卸载后拆除千斤顶7和千斤顶衬套6，碳纤维板9与待加固结构表面上刮抹环氧结构胶14，锚固板12与碳纤维板9粘结面上也刮抹环氧结构胶14，锚固板胶锚螺栓13穿过锚固板12腰型长槽通孔201并旋上螺母，顺时针旋转螺母使锚固板12紧贴碳纤维板9并压紧于待加固结构的表面上。

如图17、18所示，锚固板12上开有多个垂直于筋材受力方向的呈阵列分布的腰型长槽通孔201，锚固板12的中部为贴合碳纤维板9的平面，锚固板12的两端设有斜面，斜面的两端设有过渡圆弧面，以便于锚固板12中部的平面和锚固板12的侧面光滑过渡，该平面、斜面及过渡圆弧面均为粗糙面，过渡圆弧数量为1～5个，圆弧半径为R1～500㎜。碳纤维板9与待加固结构表面之间设有环氧结构胶14，锚固板12与碳纤维板9之间也设有环氧结构胶14。

当预应力张拉时牵引板4、牵引螺栓11和张拉锚具5对碳纤维板9夹持牵引前移至设计坐标位置后，碳纤维板9与待加固结构上刮抹环氧结构胶，锚固板12与碳纤维板9粘结面上也刮抹环氧结构胶，固定胶锚螺栓13穿过锚固板12的腰型长槽通孔201并旋上螺母，顺时针旋转螺母使锚固板12紧贴碳纤维板9并压紧于待加固结构面上。锚固板12的腰型长槽通孔201在垂直于筋材受力方向的左右移动，保证锚固板12的中心线与碳纤维板9中心线重叠且受力均匀。如图19、20所示，锚固板12的平面、斜面及过渡圆弧面的设置，使得其紧贴碳纤维板9并压紧于待加固结构表面上时，无剪折应力集中点，进一步的优点在于碳纤维板9在锚固板12前端，环氧结构胶14包裹下形式的楔形结构，保证锚固板12更充分的锚固力。同时，因牵引螺栓11在牵引板4上设置有球形垫圈组合体10，锚固板12紧贴碳纤维板9并压紧于待加固结构表面上时，牵引螺栓11和张拉锚具5中心线以球形垫圈组合体10的圆弧中心为转向轴心，使其在牵引板4两端101孔内再次产生转动倾斜，碳纤维板9因无剪折应力集中现象而不会发生破裂。

如图4、5所示，环氧结构胶14经养护强度满足要求后，采用切割机在锚固板12与张拉锚具5之间将碳纤维板切断分离，然后将张拉胶锚螺栓2卸载并切除，待加固结构上新增的碳纤维板9应力通过环氧结构胶14粘结传递至原结构，预应力张拉组件及张拉锚具5转至其它工位重复使用。

图21至22展示了本发明的第二实施例，第二实施例与第一实施例基本相同，不同之处在于张拉螺杆3为单支点悬臂构造，以便于缩短张拉螺杆3的长度。具体体现在锁固机构的不同，锁固机构包括：位于反力板1与牵引板4之间的锁固板15、套在张拉螺杆3上且位于锁固板15与牵引板4之间的内锁固螺母18，锁固板15固定在牵引板4上，且活动穿过张拉螺杆3。碳纤维板9张拉时，张拉螺杆3的第二端还依次套有千斤顶7和外锁固螺母8，千斤顶7位于牵引板4和外锁固螺母8之间。第二实施例中取消了千斤顶衬套6，在牵引板4前增设锁固板15用于张拉牵引后锁固牵引板4，锁固板15采用螺栓与牵引板4固定连接。当千斤顶实施牵引张拉达到设计要求的控制应力值和理论伸长量后，内锁固螺母18在张拉螺杆3上对锁固板15固定，通过锁固板15锁定牵引板，卸载后拆除千斤顶7。

图23至24展示了本发明的第三实施例，第三实施例与第一实施例基本相同，不同之处在于牵引板4采用副螺杆16锁固，以减小同组对称碳纤维板之间的间距，避免张拉螺杆3阻碍锚固板12的安装。具体体现在锁固机构的不同，锁固机构包括：位于张拉螺杆两侧的副螺杆16、套在副螺杆16上的副螺母，副螺杆16的第一端固定在反力板1上、第二端活动穿过牵引板4，副螺母套在副螺杆16的第二端上。当千斤顶7实施牵引张拉达到设计要求的控制应力值和理论伸长量后，副螺母在副螺杆16上对牵引板4进行锁定，卸载后拆除千斤顶7。

图25至26展示了本发明的第四实施例，第四实施例与第一实施例的不同之处在于：张拉胶锚螺栓2钻植时中心线垂直于碳纤维板9受拉方向。如图27至29所示，反力架的底座上设有呈阵列分布的安装通孔104，张拉胶锚螺栓2穿过呈阵列分布的安装通孔104后将反力架17固定在待加固结构的表面。左侧预应力张拉组件内设有锁固机构，右侧预应力张拉组件未设置锁固机构，右侧预应力张拉组件的牵引板4通过一个套在张拉螺杆3上的外锁固螺母8锁定。在第四实施例中，反力板1上背向牵引板4的一侧设有挡板，反力板1与挡板之间设有顶部向下凹陷的连接板，从侧面看反力板1与挡板之间呈M形，反力板1和挡板上设有平行于碳纤维板9受力方向的圆通孔105。张拉螺杆3的第一端固定安装在牵引板4上、第二端活动穿过反力板1和挡板，锁固机构由套在张拉螺杆3且位于反力板1与挡板之间的内锁固螺母18构成。碳纤维板9张拉时，张拉螺杆3先穿过反力板1和挡板上的圆通孔105后再安装中空千斤顶7和外锁固螺母8，千斤顶7加压活塞伸出牵引张拉螺杆3带动牵引板4及牵引螺栓11、张拉锚具5前进，对碳纤维板9实施预应力张拉，张拉牵引实施后张拉螺杆3上内锁固螺母8转动抵在反力板1上，实现锁固牵引板4的效果。

图30至31展示了本发明的第五个实施例，第五实施例与第四实施例基本相同，不同之处在于，第五实施例的该对预应力张拉组件之间仅设有一条碳纤维板。第四实施例对碳纤维板9实施预应力张拉时，在牵引板4上安装两条碳纤维板9且对称设置，碳纤维板9的宽度为10㎜～40㎜、厚度1～5mm的筋板。第五实施例对碳纤维板9实施预应力张拉时，在牵引板4上安装一条碳纤维板9，碳纤维板9为宽度50㎜～100㎜、厚度1～4mm的长方形薄板。

如图1至5所示，本发明还公开了一种应用在上述第一实施例中预应力碳纤维张拉装置上的施工方法，包括下列步骤：

步骤1、在碳纤维板9的端部安装张拉锚具5；

步骤1.1、将固定螺栓19旋入上壳51和下壳52之间，拧紧后组装成锚具外壳，上壳51和下壳52之间形成楔形通孔槽；

步骤1.2、将碳纤维板9按照设计长度裁剪，碳纤维板9的端部穿过楔形通孔槽；

步骤1.3、将碳纤维板9的端部夹持在上夹板53和下夹板54之间，上夹板53与碳纤维板9之间及下夹板54与碳纤维板9之间均放置一层砂纸或砂布，夹持完成后将上夹板53和下夹板54整体插入楔形通孔槽中，采用螺杆挤压装置挤压至设计深度要求；

步骤1.4、将安装螺栓21穿过圆柱形通孔103锁紧在连接板20上，连接板20通过安装螺栓21固定连接在锚具外壳上，完成碳纤维板9与张拉锚具5的安装；

步骤2、在待加固结构上安装预应力张拉组件，将张拉锚具5连接在预应力张拉组件上；

步骤2.1、在待加固结构的表面上标记碳纤维板9的中心线和锚固板12的螺栓安装位置，在待加固结构两端的梁柱上标记反力板1的螺栓安装位置，在待加固结构内植入用于安装反力板1的张拉胶锚螺栓2；

步骤2.2、在待加固结构的两端上分别安装反力板1，将张拉螺杆3旋入并锁定在反力板1上；

步骤2.3、将连接板20通过牵引螺栓11连接在牵引板4上，牵引螺栓11穿过牵引板4及球面垫圈组合体10后旋入牵引螺母固定；

步骤2.4、张拉螺杆3活动穿过牵引板4，人工旋紧右侧的外锁固螺母8固定右侧预应力张拉组件内的牵引板4及张拉锚具5，人工旋紧左侧的内锁固螺母18暂时固定左侧预应力张拉组件的牵引板4及张拉锚具5；

步骤3、在左侧预应力张拉组件上安装千斤顶7，实施碳纤维板9的预应力张拉；

步骤3.1、将千斤顶衬套6和千斤顶7依次在张拉螺杆3的活动端上，再旋入外锁固螺母8；

步骤3.2、手压油泵使千斤顶7的活塞伸长，活塞推力通过千斤顶衬套6传递给牵引板4，牵引板4通过牵引螺栓11带动张拉锚具5移动实现预应力张拉；

步骤4、安装锚固板12，将碳纤维板9压锚在待加固结构表面上；

步骤4.1、在待加固结构的表面上植入固定胶锚螺栓13，在碳纤维板9的两面均匀刮抹3~5mm厚的环氧结构胶14，锚固板12的粗糙面紧贴碳纤维板9，固定胶锚螺栓13穿过锚固板12上的腰型长槽通孔201并旋上固定螺母；

步骤4.2、采用搬手将固定螺母向待加固结构表面旋压，张拉锚具5以球面垫圈组合体10的球形中心为轴心，逆时针或顺时针转向待加固结构表面，当锚固板12上的所有固定螺母压紧力一致且碳纤维板9紧贴待加固结构表面之后，即完成锚固板12的安装；

步骤5、拆除张拉锚具5及预应力张拉组件；

步骤5.1、环氧结构胶14常温养护5～7天强度满足要求后，采用切割机将碳纤维板9上位于锚固板12与张拉锚具5之间的部位切断分离；

步骤5.2、拆除牵引板4、张拉锚具5、张拉螺杆3及反力板1，切除待加固结构上的张拉锚固螺栓2，完成碳纤维板9的预应力张拉安装。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种分解式预应力碳纤维张拉装置，其特征在于，包括：固定在待加固构件两端上的一对预应力张拉组件、设于该对预应力张拉组件之间的至少一条碳纤维板、将碳纤维板的端部连接在相邻预应力张拉组件上的张拉锚具、至少两个将所述碳纤维板压紧在待加固结构表面上的锚固板；

所述预应力张拉组件包括：牵引板、通过张拉胶锚螺栓固定在待加固结构上的反力板、连接在所述反力板和牵引板之间的张拉螺杆，所述张拉锚具连接在所述牵引板上；

至少有一个预应力张拉组件内的牵引板与反力板之间的间距可调节，该预应力张拉组件内设有用于锁定牵引板与反力板的锁固机构。

2.如权利要求1所述的分解式预应力碳纤维张拉装置，其特征在于，所述张拉锚具包括：由上壳和下壳通过固定螺栓连接构成的锚具外壳、及由上夹板和下夹板组合构成的楔形夹块，所述上壳和下壳之间设有楔形通孔槽，所述楔形夹块设于所述楔形通孔槽内，所述锚具外壳的一端连接碳纤维板，所述碳纤维板的端部夹设于所述上夹板与下夹板之间，所述锚具外壳的另一端固定有连接板，所述连接板通过牵引螺栓连接在所述牵引板上；

所述上夹板和下夹板上与所述碳纤维板接触的一面为平直粗糙面，所述上夹板和下夹板上与所述锚具外壳接触的斜面为光滑面。

3.如权利要求1所述的分解式预应力碳纤维张拉装置，其特征在于，所述张拉锚具包括：由上压板和下压板通过固定螺栓连接构成的锚具外壳，所述锚具外壳的一端连接碳纤维板，所述碳纤维板的端部夹设于所述上压板和下压板之间，所述锚具外壳的另一端通过牵引螺栓连接在所述牵引板上；

所述上压板和下压板上与所述碳纤维板接触的一面为由多段圆弧及平直面光滑过渡组成的平顺粗糙面。

4.如权利要求1或2所述的分解式预应力碳纤维张拉装置，其特征在于，所述牵引螺栓的第一端固定安装在张拉锚具内、第二端穿过所述牵引板，所述牵引螺栓的第二端依次套有球面垫圈组合体和牵引螺母。

5.如权利要求4所述的分解式预应力碳纤维张拉装置，其特征在于，所述锚固板的中部为贴合所述碳纤维板的平面，所述锚固板的两端设有与该平面光滑过渡的斜面，该平面及斜面均为粗糙面；

所述碳纤维板与待加固结构表面之间设有环氧结构胶，所述锚固板与碳纤维板之间也设有环氧结构胶。

6.如权利要求5所述的分解式预应力碳纤维张拉装置，其特征在于，所述张拉螺杆的第一端固定安装在所述反力板上、第二端活动穿过所述牵引板，所述锁固机构由套在所述张拉螺杆第二端上的内锁固螺母构成；

所述碳纤维板张拉时，所述张拉螺杆的第二端还依次套有千斤顶衬套、千斤顶和外锁固螺母，所述千斤顶衬套位于千斤顶和牵引板之间。

7.如权利要求5所述的分解式预应力碳纤维张拉装置，其特征在于，所述张拉螺杆的第一端固定安装在所述反力板上、第二端活动穿过所述牵引板，所述锁固机构包括：位于所述反力板与所述牵引板之间的锁固板、套在所述张拉螺杆上且位于所述锁固板与牵引板之间的内锁固螺母，所述锁固板固定在所述牵引板上，且活动穿过所述张拉螺杆；

所述碳纤维板张拉时，所述张拉螺杆的第二端还依次套有千斤顶和外锁固螺母，所述千斤顶位于所述牵引板和外锁固螺母之间。

8.如权利要求5所述的分解式预应力碳纤维张拉装置，其特征在于，所述张拉螺杆的第一端固定安装在所述反力板上、第二端活动穿过所述牵引板，所述锁固机构包括：位于所述张拉螺杆两侧的副螺杆、套在所述副螺杆上的副螺母，所述副螺杆的第一端固定在所述反力板上、第二端活动穿过所述牵引板，所述副螺母套在副螺杆的第二端上。

9.如权利要求5所述的分解式预应力碳纤维张拉装置，其特征在于，所述反力板上背向所述牵引板的一侧设有挡板，所述张拉螺杆的第一端固定安装在所述牵引板上、第二端活动穿过所述反力板和挡板，所述锁固机构由套在所述张拉螺杆且位于所述反力板与挡板之间的内锁固螺母构成；

所述碳纤维板张拉时，所述张拉螺杆的第二端还依次套有千斤顶和外锁固螺母，所述千斤顶位于所述挡板和外锁固螺母之间。

10.如权利要求1至3、5至9任一项所述的分解式预应力碳纤维张拉装置，其特征在于，所述碳纤维板为宽度10㎜～40㎜、厚度1～5mm的筋板或者宽度50㎜～100㎜、厚度1～4mm的长方形薄板。

11.一种应用在权利要求7所述分解式预应力碳纤维张拉装置上的施工方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤1、在碳纤维板的端部安装张拉锚具；

步骤1.1、将固定螺栓旋入上壳和下壳之间，拧紧后组装成锚具外壳，上壳和下壳之间形成楔形通孔槽；

步骤1.2、将碳纤维板按照设计长度裁剪，碳纤维板的端部穿过楔形通孔槽；

步骤1.3、将碳纤维板的端部夹持在上夹板和下夹板之间，上夹板与碳纤维板之间及下夹板与碳纤维板之间均放置一层砂纸或砂布，夹持完成后将上夹板和下夹板整体插入楔形通孔槽中；

步骤1.4、将连接板通过安装螺栓固定连接在锚具外壳上；

步骤2、在待加固结构上安装预应力张拉组件，将张拉锚具连接在预应力张拉组件上；

步骤2.1、在待加固结构的表面上标记碳纤维板的中心线和锚固板的螺栓安装位置，在待加固结构的两端上标记反力板的螺栓安装位置，在待加固结构内植入用于安装反力板的张拉胶锚螺栓；

步骤2.2、在待加固结构的两端上分别安装反力板，将张拉螺杆旋入并锁定在反力板上；

步骤2.3、将连接板通过牵引螺栓连接在牵引板上，牵引螺栓穿过牵引板及球面垫圈组合体后旋入牵引螺母固定；

步骤2.4、张拉螺杆活动穿过牵引板，通过螺母暂时固定牵引板及张拉锚具；

步骤3、在一预应力张拉组件上安装千斤顶，实施碳纤维板的预应力张拉；

步骤3.1、将千斤顶衬套和千斤顶依次在张拉螺杆的活动端上，再旋入外锁固螺母；

步骤3.2、手压油泵使千斤顶的活塞伸长，活塞推力通过千斤顶衬套传递给牵引板，牵引板通过牵引螺栓带动张拉锚具移动实现预应力张拉；

步骤4、安装锚固板，将碳纤维板压紧在待加固结构表面上；

步骤4.1、在待加固结构的表面上植入固定胶锚螺栓，在碳纤维板的两面均匀刮抹环氧结构胶，锚固板的粗糙面紧贴碳纤维板，固定胶锚螺栓穿过锚固板并旋上固定螺母；

步骤4.2、采用搬手将固定螺母向待加固结构表面旋压，张拉锚具以球面垫圈组合体的球形中心为轴心，逆时针或顺时针转向待加固结构表面，当锚固板上的所有固定螺母压紧力一致且碳纤维板紧贴待加固结构表面之后，即完成锚固板的安装；

步骤5、拆除张拉锚具及预应力张拉组件；

步骤5.1、环氧结构胶常温养护5～7天强度满足要求后，采用切割机将碳纤维板上位于锚固板与张拉锚具之间的部位切断分离；

步骤5.2、拆除牵引板、张拉锚具、张拉螺杆及反力板，切除待加固结构上的张拉锚固螺栓，完成碳纤维板的预应力张拉安装。