CN106703433A - 一种预应力纤维片材组合装配式张拉装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

一种预应力纤维片材组合装配式张拉装置，包括张拉端锚具、张拉反力架、张拉导杆、张拉挡板和千斤顶；张拉端锚具包括U型板、上锚固板和下锚固板，预应力纤维片材右端夹持在上锚固板和下锚固板之间，张拉反力架包括连接板、固定板和承压板，张拉端锚具右侧和张拉反力架左侧之间对应设置有锚固连接结构。本发明还公开了一种预应力纤维片材组合装配式张拉装置的施工方法。本发明使张拉导杆重心与预应力纤维片材重心基本保持一致，有效解决了预应力纤维片材张拉过程中偏心受力问题。张拉反力架、U型板和张拉端锚具为装配式连接，安装便捷，张拉预应力纤维片材结束后U型板可拆除，重复利用，降低了工程成本。

Description

一种预应力纤维片材组合装配式张拉装置及其施工方法

技术领域

本发明属于土木工程结构加固修复技术领域，尤其涉及一种预应力纤维片材组合装配式张拉装置及其施工方法。

背景技术

近年来纤维片材（包括碳纤维、玄武岩纤维等）以其轻质高强、耐腐蚀、施工方便的独特优点，成为了土木工程结构加固修复领域的研究与应用热点。传统粘贴纤维片材加固技术的主要不足之处，在于无法发挥纤维片材的高强度特性。大量研究表明，粘贴纤维片材前预先施加预应力能够有效克服这一缺陷，即纤维片材施加预应力后可大幅度提高纤维片材强度利用率。

现有预应力纤维片材加固技术中，存在以下突出问题：1）纤维片材张拉过程中张拉丝杆重心与纤维片材重心之间存在偏心，易损伤纤维片材；2）张拉反力架结构笨重，操作复杂繁琐，加固施工结束后需要整体留置在结构上不能重复利用，并且影响结构美观。

发明内容

为了解决现有预应力纤维片材张拉端施工方法中的不足之处，本发明提供了一种结构紧凑、装配简单、张拉反力架便于拆装重复利用且能够避免张拉过程偏心受力问题的预应力纤维片材组合装配式张拉装置及其施工方法。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：一种预应力纤维片材组合装配式张拉装置，包括张拉端锚具、张拉反力架、张拉导杆7、张拉挡板12和千斤顶11；

预应力纤维片材1右端夹持在张拉端锚具内，张拉导杆7沿左右水平方向平行设有两根，张拉端锚具、张拉反力架和张拉挡板12，自左向右依次穿套在两根张拉导杆7上，张拉导杆7的两端分别螺纹连接有左锁紧螺母2和右锁紧螺母13，左锁紧螺母2右端与张拉端锚具左端面接触，右锁紧螺母13左端与张拉挡板12左侧表面接触；千斤顶11的本体和活塞杆的端部分别与张拉反力架右端和张拉挡板12左侧表面顶压配合；

张拉端锚具右侧和张拉反力架左侧之间对应设置有锚固连接结构；

张拉端锚具包括U型板19、上锚固板14和下锚固板15，预应力纤维片材1右端夹持在上锚固板14和下锚固板15之间，上锚固板14和下锚固板15之间通过若干个阵列布置的第一高强螺栓5紧固连接，U型板19的开口端水平向右设置，U型板19的前部和后部沿左右水平方向均设有一条用于穿设张拉导杆7的左导向孔3，上锚固板14和下锚固板15位于U型板19内，U型板19的U型内壁开设有U型定位槽23，上锚固板14和下锚固板15的左侧边沿、前侧边沿和后侧边沿分别位于U型定位槽23内，U型板19的中部上侧面开设有用于穿过预应力纤维片材1的凹槽20，上锚固板14下表面和下锚固板15的上表面均匀设置有若干条防滑齿纹，每条防滑齿纹的长度方向均与预应力纤维片材1的长度方向垂直，防滑齿纹深为0.5mm，相邻两条防滑齿纹间距为4.8mm。

张拉反力架包括连接板21、固定板17和承压板18，连接板21的前部和后部沿左右水平方向均设有一条用于穿设张拉导杆7的右导向孔16，连接板21通过第二高强螺栓10固定连接在土木工程结构梁的下表面，固定板17的右端边沿与承压板18的上端边沿固定连接构成的L型板状结构，固定板17通过第三高强螺栓22固定设置在连接板21的下表面，承压板18的右侧表面与千斤顶11的活塞杆端部顶压配合。

锚固连接结构包括一组腰型孔6和一组带内攻丝的圆孔8，上锚固板14和和下锚固板15的左侧边沿对齐，上锚固板14的长度小于下锚固板15的长度，一组腰型孔6自前而后开设在下锚固板15的右侧部，每个腰型孔6的长度方向均沿左右水平方向设置，一组圆孔8自前而后开设在连接板21左侧部，每个腰型孔6均与一个圆孔8左右对应设置。

一种预应力纤维片材组合装配式张拉装置的施工方法，包括以下步骤：

1）、截取预应力纤维片材1：根据土木工程结构梁的长度裁剪合适长度的预应力纤维片材1，预应力纤维片材1尺寸规格为：宽度50mm、厚度1.4mm；

2）、加工制作张拉端锚具的U型板19、上锚固板14和下锚固板15，上锚固板14的长度为220mm，下锚固板15的长度为240mm，上锚固板14和下锚固板15的厚度均为12mm；

加工制作张拉反力架的连接板21、固定板17和承压板18，张拉反力架的固定板17和承压板18构成的L型板状结构一体折弯而成；

加工制作两根张拉导杆7，张拉导杆7直径与长度分别为12mm、1m；

3）、使用固定锚具将预应力纤维片材1的左端夹持到土木工程结构梁的左侧下表面；将预应力纤维片材1的左端放置到张拉端锚具的上锚固板14和下锚固板15之间，上锚固板14和下锚固板15表面的防滑齿纹中分增强与预应力纤维片材1的紧固摩擦力，拧上第一高强螺栓5使上锚固板14和下锚固板15夹紧预应力纤维片材1，把上锚固板14和下锚固板15由U型板19右端敞口处向左推入到U型定位槽23内，预应力纤维片材1穿过预应力纤维片材1中部上侧的凹槽20；

然后安装张拉反力架：对于张拉反力架位置的确定，设定对预应力纤维片材1施加预应力值为极限强度的30%，预应力纤维片材1的伸长率1.7%，通过计算得出预应力纤维片材1实际伸长量为，以张拉端锚具靠近千斤顶11的一端起始位置，沿向右张拉方向测量出5.1cm，该位置即为张拉反力架的安装位置，先使用第二高强螺栓10把连接板21固定连接在土木工程结构梁的下表面，然后再使用第三高强螺栓22把固定板17固定设置在连接板21的下表面；

4）、安装张拉端动力驱动机构：将两根张拉导杆7穿到左导向孔3和右导向孔16内，再把张拉挡板12穿到两根张拉导杆7右端，将千斤顶11放置在承压板18与张拉挡板12之间，在两根张拉导杆7的左端拧上左锁紧螺母2，在两根张拉导杆7的右端拧上右锁紧螺母13；

5）、张拉预应力纤维片材1：千斤顶11通过液压管路连接到液压站，驱动千斤顶11，千斤顶11顶推张拉挡板12，张拉挡板12通过张拉导杆7带动张拉端锚具的U型板19向右移动，上锚固板14和下锚固板15在U型板19的U型定位槽23的限位下随着U型板19同步向右移动，实现对预应力纤维片材1的张拉，张拉过程中发现张拉端锚具的下锚固板15上的一组腰型孔6覆盖在张拉反力架的固定板17上的一组圆孔8时，查看液压站上的液压表读数并同步对千斤顶11进行加压或卸载来微调拉力值，校对无误后即完成对预应力纤维片材1的预应力施加；

6）、固定张拉端锚具：保持千斤顶11处于持荷状态，照准张拉端锚具上预留的腰型孔6与连接板21上的圆孔8重合位置，使用第四高强螺栓与圆孔8进行连接，拧紧第四高强螺栓后，腰型孔6内的多余部分用U形键填充，完成对张拉端锚具的固定，然后卸载并拆除千斤顶11、U型板19、张拉导杆7和张拉挡板12。

综上所述，本发明适用于土木工程结构修复领域，与现有预应力纤维片材张拉端施工方法相比具有以下突出优点：

1、本发明利用预应力纤维片材张拉力与伸长量之间的线性关系，定位并安装张拉反力架；所采用的张拉端锚固装置通过预应力纤维片材伸长量控制实现预应力张拉的有效控制，使得纤维片材预应力施加过程更加便捷。

2、本发明的张拉端锚具不依靠张拉导杆进行固定，而是对张拉端锚具的下锚固板上预设腰型孔，纤维片材施加预应力结束后使用第四高强螺栓将张拉端锚具与张拉反力架的固定板预留的内攻丝圆孔连接。采用该施工方法纤维片材长期预应力能够得到有效保证，施工方法更加稳定可靠，纤维片材预应力张拉结束后即可拆除张拉导杆，克服了现有预应力纤维片材张拉端张拉导杆施工方法普遍存在的耐久性不足问题，有效解决了张拉导杆长期服役易受到外界环境影响，一旦锈蚀将导致纤维片材预应力损失过大的问题。

3、预应力纤维片材在张拉过程中常常会遇到张拉导杆重心与预应力纤维片材重心之间存在偏心，损伤预应力纤维片材的情况，本申请所采用的U型板将张拉导杆放置在张拉端锚具外侧，通过U型板装配张拉端锚具来实现对碳纤维板的张拉，使张拉导杆重心与预应力纤维片材重心基本保持一致，有效解决了预应力纤维片材张拉过程中偏心受力问题。

4、本发明张拉反力架采用分体装配式设计，张拉反力架由连接板以及固定板与承压板构成的L型板状结构装配式连接，张拉预应力纤维片材结束后支架板可拆除，重复利用，降低了工程成本。

5、本发明所述U型板与张拉端锚具为装配式连接，安装便捷，张拉预应力纤维片材结束后U型板可拆除，重复利用，降低了工程成本。U型定位槽的设置，限定张拉端锚具的位置，避免在张拉作业时张拉端锚具脱离U型板。

附图说明

图1是本发明在锚固前的仰视结构示意图；

图2是图1的仰视图；

图3是图1中U型板的放大图；

图4是图3中A-A剖视图；

图5是图3中B-B剖视图；

图6是本发明中连接板的放大图；

图7是图6中C-C剖视图

图8是本发明中固定板和承压板的放大图；

图9是图8中D-D剖视图；

图10是本发明中上锚固板和下锚固板的水平截面示意图。

具体实施方式

如图1-10所示，本发明的一种预应力纤维片材组合装配式张拉装置，包括张拉端锚具、张拉反力架、张拉导杆7、张拉挡板12和千斤顶11；

预应力纤维片材1右端夹持在张拉端锚具内，张拉导杆7沿左右水平方向平行设有两根，张拉端锚具、张拉反力架和张拉挡板12，自左向右依次穿套在两根张拉导杆7上，张拉导杆7的两端分别螺纹连接有左锁紧螺母2和右锁紧螺母13，左锁紧螺母2右端与张拉端锚具左端面接触，右锁紧螺母13左端与张拉挡板12左侧表面接触；千斤顶11的本体和活塞杆的端部分别与张拉反力架右端和张拉挡板12左侧表面顶压配合；

张拉端锚具右侧和张拉反力架左侧之间对应设置有锚固连接结构；

张拉端锚具包括U型板19、上锚固板14和下锚固板15，预应力纤维片材1右端夹持在上锚固板14和下锚固板15之间，上锚固板14和下锚固板15之间通过若干个阵列布置的第一高强螺栓5紧固连接，U型板19的开口端水平向右设置，U型板19的前部和后部沿左右水平方向均设有一条用于穿设张拉导杆7的左导向孔3，上锚固板14和下锚固板15位于U型板19内，U型板19的U型内壁开设有U型定位槽23，上锚固板14和下锚固板15的左侧边沿、前侧边沿和后侧边沿分别位于U型定位槽23内，U型板19的中部上侧面开设有用于穿过预应力纤维片材1的凹槽20，上锚固板14下表面和下锚固板15的上表面均匀设置有若干条防滑齿纹，每条防滑齿纹的长度方向均与预应力纤维片材1的长度方向垂直，防滑齿纹深为0.5mm，相邻两条防滑齿纹间距为4.8mm。

张拉反力架包括连接板21、固定板17和承压板18，连接板21的前部和后部沿左右水平方向均设有一条用于穿设张拉导杆7的右导向孔16，连接板21通过第二高强螺栓10固定连接在土木工程结构梁的下表面，固定板17的右端边沿与承压板18的上端边沿固定连接构成的L型板状结构，固定板17通过第三高强螺栓22固定设置在连接板21的下表面，承压板18的右侧表面与千斤顶11的活塞杆端部顶压配合。

锚固连接结构包括一组腰型孔6和一组带内攻丝的圆孔8，上锚固板14和和下锚固板15的左侧边沿对齐，上锚固板14的长度小于下锚固板15的长度，一组腰型孔6自前而后开设在下锚固板15的右侧部，每个腰型孔6的长度方向均沿左右水平方向设置，一组圆孔8自前而后开设在连接板21左侧部，每个腰型孔6均与一个圆孔8左右对应设置。

一种预应力纤维片材组合装配式张拉装置的施工方法，包括以下步骤：

1）、截取预应力纤维片材1：根据土木工程结构梁的长度裁剪合适长度的预应力纤维片材1，预应力纤维片材1尺寸规格为：宽度50mm、厚度1.4mm；

2）、加工制作张拉端锚具的U型板19、上锚固板14和下锚固板15，上锚固板14的长度为220mm，下锚固板15的长度为240mm，上锚固板14和下锚固板15的厚度均为12mm；

加工制作张拉反力架的连接板21、固定板17和承压板18，张拉反力架的固定板17和承压板18构成的L型板状结构一体折弯而成；

加工制作两根张拉导杆7，张拉导杆7直径与长度分别为12mm、1m；

3）、使用固定锚具将预应力纤维片材1的左端夹持到土木工程结构梁的左侧下表面；将预应力纤维片材1的左端放置到张拉端锚具的上锚固板14和下锚固板15之间，上锚固板14和下锚固板15表面的防滑齿纹中分增强与预应力纤维片材1的紧固摩擦力，拧上第一高强螺栓5使上锚固板14和下锚固板15夹紧预应力纤维片材1，把上锚固板14和下锚固板15由U型板19右端敞口处向左推入到U型定位槽23内，预应力纤维片材1穿过预应力纤维片材1中部上侧的凹槽20；

然后安装张拉反力架：对于张拉反力架位置的确定，设定对预应力纤维片材1施加预应力值为极限强度的30%，预应力纤维片材1的伸长率1.7%，通过计算得出预应力纤维片材1实际伸长量为，以张拉端锚具靠近千斤顶11的一端起始位置，沿向右张拉方向测量出5.1cm，该位置即为张拉反力架的安装位置，先使用第二高强螺栓10把连接板21固定连接在土木工程结构梁的下表面，然后再使用第三高强螺栓22把固定板17固定设置在连接板21的下表面；

4）、安装张拉端动力驱动机构：将两根张拉导杆7穿到左导向孔3和右导向孔16内，再把张拉挡板12穿到两根张拉导杆7右端，将千斤顶11放置在承压板18与张拉挡板12之间，在两根张拉导杆7的左端拧上左锁紧螺母2，在两根张拉导杆7的右端拧上右锁紧螺母13；

5）、张拉预应力纤维片材1：千斤顶11通过液压管路连接到液压站，驱动千斤顶11，千斤顶11顶推张拉挡板12，张拉挡板12通过张拉导杆7带动张拉端锚具的U型板19向右移动，上锚固板14和下锚固板15在U型板19的U型定位槽23的限位下随着U型板19同步向右移动，实现对预应力纤维片材1的张拉，张拉过程中发现张拉端锚具的下锚固板15上的一组腰型孔6覆盖在张拉反力架的固定板17上的一组圆孔8时，查看液压站上的液压表读数并同步对千斤顶11进行加压或卸载来微调拉力值，校对无误后即完成对预应力纤维片材1的预应力施加；

6）、固定张拉端锚具：保持千斤顶11处于持荷状态，照准张拉端锚具上预留的腰型孔6与连接板21上的圆孔8重合位置，使用第四高强螺栓与圆孔8进行连接，拧紧第四高强螺栓后，腰型孔6内的多余部分用U形键填充，完成对张拉端锚具的固定，然后卸载并拆除千斤顶11、U型板19、张拉导杆7和张拉挡板12。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种预应力纤维片材组合装配式张拉装置，其特征在于：包括张拉端锚具、张拉反力架、张拉导杆（7）、张拉挡板（12）和千斤顶（11）；

预应力纤维片材（1）右端夹持在张拉端锚具内，张拉导杆（7）沿左右水平方向平行设有两根，张拉端锚具、张拉反力架和张拉挡板（12），自左向右依次穿套在两根张拉导杆（7）上，张拉导杆（7）的两端分别螺纹连接有左锁紧螺母（2）和右锁紧螺母（13），左锁紧螺母（2）右端与张拉端锚具左端面接触，右锁紧螺母（13）左端与张拉挡板（12）左侧表面接触；千斤顶（11）的本体和活塞杆的端部分别与张拉反力架右端和张拉挡板（12）左侧表面顶压配合；

张拉端锚具右侧和张拉反力架左侧之间对应设置有锚固连接结构；

张拉端锚具包括U型板（19）、上锚固板（14）和下锚固板（15），预应力纤维片材（1）右端夹持在上锚固板（14）和下锚固板（15）之间，上锚固板（14）和下锚固板（15）之间通过若干个阵列布置的第一高强螺栓（5）紧固连接，U型板（19）的开口端水平向右设置，U型板（19）的前部和后部沿左右水平方向均设有一条用于穿设张拉导杆（7）的左导向孔（3），上锚固板（14）和下锚固板（15）位于U型板（19）内，U型板（19）的U型内壁开设有U型定位槽（23），上锚固板（14）和下锚固板（15）的左侧边沿、前侧边沿和后侧边沿分别位于U型定位槽（23）内，U型板（19）的中部上侧面开设有用于穿过预应力纤维片材（1）的凹槽（20），上锚固板（14）下表面和下锚固板（15）的上表面均匀设置有若干条防滑齿纹，每条防滑齿纹的长度方向均与预应力纤维片材（1）的长度方向垂直，防滑齿纹深为0.5mm，相邻两条防滑齿纹间距为4.8mm。

2.根据权利要求1所述的一种预应力纤维片材组合装配式张拉装置，其特征在于：张拉反力架包括连接板（21）、固定板（17）和承压板（18），连接板（21）的前部和后部沿左右水平方向均设有一条用于穿设张拉导杆（7）的右导向孔（16），连接板（21）通过第二高强螺栓（10）固定连接在土木工程结构梁的下表面，固定板（17）的右端边沿与承压板（18）的上端边沿固定连接构成的L型板状结构，固定板（17）通过第三高强螺栓（22）固定设置在连接板（21）的下表面，承压板（18）的右侧表面与千斤顶（11）的活塞杆端部顶压配合。

3.根据权利要求2所述的一种预应力纤维片材组合装配式张拉装置，其特征在于：锚固连接结构包括一组腰型孔（6）和一组带内攻丝的圆孔（8），上锚固板（14）和和下锚固板（15）的左侧边沿对齐，上锚固板（14）的长度小于下锚固板（15）的长度，一组腰型孔（6）自前而后开设在下锚固板（15）的右侧部，每个腰型孔（6）的长度方向均沿左右水平方向设置，一组圆孔（8）自前而后开设在连接板（21）左侧部，每个腰型孔（6）均与一个圆孔（8）左右对应设置。

4.根据权利要求3所述的锚固装置的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）、截取预应力纤维片材（1）：根据土木工程结构梁的长度裁剪合适长度的预应力纤维片材（1），预应力纤维片材（1）尺寸规格为：宽度50mm、厚度1.4mm；

2）、加工制作张拉端锚具的U型板（19）、上锚固板（14）和下锚固板（15），上锚固板（14）的长度为220mm，下锚固板（15）的长度为240mm，上锚固板（14）和下锚固板（15）的厚度均为12mm；

加工制作张拉反力架的连接板（21）、固定板（17）和承压板（18），张拉反力架的固定板（17）和承压板（18）构成的L型板状结构一体折弯而成；

加工制作两根张拉导杆（7），张拉导杆（7）直径与长度分别为12mm、1m；

3）、使用固定锚具将预应力纤维片材（1）的左端夹持到土木工程结构梁的左侧下表面；将预应力纤维片材（1）的左端放置到张拉端锚具的上锚固板（14）和下锚固板（15）之间，上锚固板（14）和下锚固板（15）表面的防滑齿纹中分增强与预应力纤维片材（1）的紧固摩擦力，拧上第一高强螺栓（5）使上锚固板（14）和下锚固板（15）夹紧预应力纤维片材（1），把上锚固板（14）和下锚固板（15）由U型板（19）右端敞口处向左推入到U型定位槽（23）内，预应力纤维片材（1）穿过预应力纤维片材（1）中部上侧的凹槽（20）；

然后安装张拉反力架：对于张拉反力架位置的确定，设定对预应力纤维片材（1）施加预应力值为极限强度的30%，预应力纤维片材（1）的伸长率1.7%，通过计算得出预应力纤维片材（1）实际伸长量为，以张拉端锚具靠近千斤顶（11）的一端起始位置，沿向右张拉方向测量出5.1cm，该位置即为张拉反力架的安装位置，先使用第二高强螺栓（10）把连接板（21）固定连接在土木工程结构梁的下表面，然后再使用第三高强螺栓（22）把固定板（17）固定设置在连接板（21）的下表面；

4）、安装张拉端动力驱动机构：将两根张拉导杆（7）穿到左导向孔（3）和右导向孔（16）内，再把张拉挡板（12）穿到两根张拉导杆（7）右端，将千斤顶（11）放置在承压板（18）与张拉挡板（12）之间，在两根张拉导杆（7）的左端拧上左锁紧螺母（2），在两根张拉导杆（7）的右端拧上右锁紧螺母（13）；

5）、张拉预应力纤维片材（1）：千斤顶（11）通过液压管路连接到液压站，驱动千斤顶（11），千斤顶（11）顶推张拉挡板（12），张拉挡板（12）通过张拉导杆（7）带动张拉端锚具的U型板（19）向右移动，上锚固板（14）和下锚固板（15）在U型板（19）的U型定位槽（23）的限位下随着U型板（19）同步向右移动，实现对预应力纤维片材（1）的张拉，张拉过程中发现张拉端锚具的下锚固板（15）上的一组腰型孔（6）覆盖在张拉反力架的固定板（17）上的一组圆孔（8）时，查看液压站上的液压表读数并同步对千斤顶（11）进行加压或卸载来微调拉力值，校对无误后即完成对预应力纤维片材（1）的预应力施加；

6）、固定张拉端锚具：保持千斤顶（11）处于持荷状态，照准张拉端锚具上预留的腰型孔（6）与连接板（21）上的圆孔（8）重合位置，使用第四高强螺栓与圆孔（8）进行连接，拧紧第四高强螺栓后，腰型孔（6）内的多余部分用U形键填充，完成对张拉端锚具的固定，然后卸载并拆除千斤顶（11）、U型板（19）、张拉导杆（7）和张拉挡板（12）。