CN108824829A - 一种预应力碳纤维板张拉装置及加固钢梁的方法 - Google Patents

Abstract

一种预应力碳纤维板张拉装置，包括张拉支座、固定支座、碳纤维板的固定夹具、碳纤维板的活动夹具、螺杆、液压千斤顶以及张拉挡板；所述张拉支座和固定支座相对向设置，固定夹具固定在固定支座上，张拉支座上设有轴向的导向通孔，螺杆穿过导向通孔，活动夹具固定在螺杆靠近固定支座的一端，张拉挡板上设有定位孔，螺杆另一端穿过张拉挡板的定位孔，所述螺杆在另一端上设有锁紧螺母，螺杆在导向通孔与张拉挡板之间都设有限位螺母；所述液压千斤顶位于张拉支座与张拉挡板之间；所述张拉支座和固定支座在相对向侧分别设有连接法兰。可以调节碳纤维板和钢梁构件表面之间的结构胶胶层厚度，可以重复使用，而且安装方便快捷，提高了经济效益。

Description

一种预应力碳纤维板张拉装置及加固钢梁的方法

技术领域

本发明涉及张拉技术领域，具体涉及一种预应力碳纤维板张拉装置及加固钢梁的方法。

背景技术

随着碳纤维板材料的造价不断降低，越来越多的工程采用外贴碳纤维板对受损结构进行加固来取代传统的焊接等加固方式，由于碳纤维板板材具有较高的抗拉强度，采用传统的外贴碳纤维板材不能充分发挥碳纤维板的材料性能，加固效果有限，而采用预应力碳纤维板对结构进行加固则解决了上述缺陷，成为研究的热点方向。

目前，存在一些用于对混凝土结构施加预应力的碳纤维板张拉装置，如果将其用于加固钢结构，则存在以下技术难点：第一，通常采用在混凝土结构中预埋螺栓孔或者直接开孔，用螺栓连接的方法将预应力碳纤维板张拉装置与混凝土结构进行固定，而钢结构在开孔之后很难承受碳纤维板张拉时的拉力；第二，预应力碳纤维板的端部锚具具有一定的厚度，为了控制胶层厚度不会过大，只有在混凝土结构表面开槽一定深度放置锚具，因为钢结构的结构和材料特点，不能像在混凝土表面一样进行开槽处理，从而不能保证粘贴的胶层厚度和加固效果；综上所述，现有的加固混凝土结构的预应力碳纤维板张拉装置并不适用于加固钢结构。

现有的可用于加固钢结构的预应力碳纤维板张拉装置还比较少见，且存在以下一些缺陷：第一，部分张拉装置是先通过对碳纤维板进行张拉，再通过改向辊将碳纤维板压向钢梁表面，这种方法操作繁琐，不利于快速施工；第二，将碳纤维板张拉完成进行锚固时，很难控制胶层的厚度，研究表明，胶层厚度过大或过小，对胶层所受到的最大剪应力和最大正应力均会产生不利影响，从而使得碳纤维板对结构加固的效果不明显。

对于公开号为CN201710628158的发明专利涉及“一种装配式预应力碳纤维板张拉锚固体系及其锚固方法”，该技术有以下特点：1、该体系为装配式结构，构造简单，安装方便，重复利用率高。2、锚具内部设置转向块，能使碳纤维板从倾斜受拉过渡到水平受力状态。3、锚具尺寸小，张拉空间小，对于施工空间的要求较低。但是该方法中采用对钢梁开孔，用螺栓将锚具底座和反力架固定在钢梁上，将会对钢梁的受力产生影响，张拉碳纤维板时，碳纤维板倾斜受力，也会对碳纤维板产生不利影响。

对于公开号为CN201410826947的发明专利涉及“一种预应力碳纤维板张拉装置及其应用于预应力碳纤维板张拉的方法”，该技术有一下特点：通过支座和化学锚栓的方式锚固预应力碳纤维板，改善了支座的受力情况，避免焊接锚固带来的工程安全隐患。但该锚具永远固定在结构上，不可拆除和重复利用，经济效益低

综上所述，现有的预应力碳纤维板张拉装置在加固钢结构时存在以下缺点与不足：

(1)由于张拉装置具有一定的厚度，为了使碳纤维板能够紧贴钢结构构件，将要对钢结构构件进行开槽处理，会对原结构产生破坏；为了避免对原结构进行开槽，还可以通过转向装置使碳纤维板尽量紧贴钢结构构件表面，但碳纤维板由于各向异性，张拉施工过程中可能出现碳纤维板断裂，张拉失效等问题。

(2)锚具固定在钢结构构件表面，不可拆卸，导致重复利用率低，经济效益差。

(3)对于碳纤维板加固钢结构构件，碳纤维板和钢结构构件表面之间的结构胶胶层厚度将对加固效果产生影响，胶层厚度过大或者过小都会对加固效果产生不利影响，现有的技术方案都没能很好的解决结构胶胶层厚度的问题。

(4)张拉装置过于复杂，不利于快速便捷施工，经济效益差。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种预应力碳纤维板张拉装置，可以调节碳纤维板和钢梁构件表面之间的结构胶胶层厚度，可以重复使用，而且安装方便快捷，提高了经济效益。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种预应力碳纤维板张拉装置，包括张拉支座、固定支座、碳纤维板的固定夹具、碳纤维板的活动夹具、螺杆、液压千斤顶以及张拉挡板；所述张拉支座和固定支座相对向设置，固定夹具固定在固定支座上，张拉支座上设有轴向的导向通孔，螺杆穿过导向通孔，活动夹具固定在螺杆靠近固定支座的一端，张拉挡板上设有定位孔，螺杆另一端穿过张拉挡板的定位孔，所述螺杆在另一端上设有锁紧螺母，螺杆在导向通孔与张拉挡板之间都设有限位螺母；所述液压千斤顶位于张拉支座与张拉挡板之间，所述液压千斤顶用于顶推张拉挡板将活动夹具与固定夹具之间距离拉开，从而对碳纤维板施加预应力；所述张拉支座和固定支座在相对向侧分别设有连接法兰。

由上可知，本发明装置工作原理为：先将张拉支座和固定支座分别固定，再将碳纤维板一端夹持在固定夹具上，碳纤维板另一端夹持在活动夹具上，在使用液压千斤顶顶推张拉挡板前，先将锁紧螺母和限位螺母松开一定距离，然后启动液压千斤顶顶推张拉挡板将活动夹具与固定夹具之间距离拉开，从而对碳纤维板施加预应力，接着将锁紧螺母和限位螺母旋紧即可。

如果将本发明用于采用预应力碳纤维板加固钢梁时，首先在钢梁的两端分别设置有连接法兰，在钢梁两端翼缘分别开有通孔，张拉支座和固定支座分别通过连接法兰固定在钢梁的两端，再将碳纤维板一端夹持在固定夹具上，碳纤维板另一端夹持在活动夹具上，在使用液压千斤顶顶推张拉挡板前，先将锁紧螺母和限位螺母松开一定距离，然后启动液压千斤顶顶推张拉挡板将活动夹具与固定夹具之间距离拉开，从而对碳纤维板施加预应力，接着将锁紧螺母和限位螺母旋紧；先在碳纤维板的底面涂有一层环氧树脂胶，再采用平板锚具分别固定碳纤维板的两端，具体地，平板锚具包括一块上压板和两块相对小的下压板，在上压板的底面涂抹一层环氧树脂胶，再利用上压板将碳纤维板压在钢梁的表面，两块下压板分别设在钢梁翼缘的内侧，然后利用螺栓螺母将一块上压板与两块下压板固定连接，从而将碳纤维板固定在钢梁表面；接着待环氧树脂胶固化以后，将位于平板锚具外侧的碳纤维板切断，卸下张拉支座和固定支座，即完成预应力碳纤维板对钢梁的加固。

本发明通过连接法兰与钢梁快速连接，安装方便快捷，而且本发明在采用预应力碳纤维板对钢梁的加固时，是采用平板锚具将碳纤维板固定在钢梁上的，因此本发明能够重复使用，提高了经济效益。

作为本发明的一种改进，所述张拉支座在张拉挡板侧固定有压力传感器，液压千斤顶安装在压力传感器和张拉挡板之间，且压力传感器和液压千斤顶同轴。

作为本发明的一种改进，所述活动夹具上开有连接孔，螺杆一端穿过连接孔，螺杆一端上设有固定螺母。

作为本发明的一种改进，所述张拉支座和固定支座上的连接法兰的连接孔为腰型孔。

作为本发明的一种改进，所述张拉支座包括张拉底座和张拉凸台，所述张拉凸台固定在张拉底座上表面，张拉凸台上开有导向通孔；所述固定支座包括固定底座和固定凸台，固定凸台固定在固定底座上表面，固定夹具固定在固定凸台上。

进一步地，所述螺杆的数量为两个。

本发明还提供一种加固钢梁的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种利用上述预应力碳纤维板张拉装置的加固钢梁的方法，包括以下步骤：

首先在钢梁的两端分别设置有连接法兰，并在钢梁两端的翼缘分别开有通孔；

将张拉支座和固定支座分别通过连接法兰固定在钢梁的两端；

将碳纤维板夹持固定在固定夹具和活动夹具之间；

启动液压千斤顶顶推张拉挡板将活动夹具与固定夹具之间距离拉开，对碳纤维板施加预应力；

先在碳纤维板的底面涂有一层环氧树脂胶，再使用平板锚具通过螺栓螺母与钢梁两端翼缘的通孔连接，从而将碳纤维板压在钢梁的表面；

将位于平板锚具外侧的碳纤维板切断，卸下张拉支座和固定支座，即完成预应力碳纤维板对钢梁的加固。

作为本发明的一种改进，所述平板锚具包括一块上压板和两块相对小的下压板，所述步骤“使用平板锚具通过螺栓螺母与钢梁两端翼缘的通孔连接，从而将碳纤维板压在钢梁的表面”的具体过程如下：

在上压板的底面涂抹一层环氧树脂胶，再利用上压板将碳纤维板压在钢梁的表面，两块下压板分别设在钢梁翼缘的内侧，然后利用螺栓螺母将一块上压板与两块下压板固定连接，从而将碳纤维板固定在钢梁表面。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明通过连接法兰与钢梁快速连接，安装方便快捷，而且本发明在采用预应力碳纤维板对钢梁的加固时，是采用平板锚具将碳纤维板固定在钢梁上的，因此本发明能够重复使用，提高了经济效益；而且可以通过连接法兰腰型孔来调节碳纤维板和钢梁构件表面之间的结构胶胶层厚度，使碳纤维板贴紧钢梁表面，不会影响加固效果。

附图说明

图1为本发明预应力碳纤维板张拉装置的正视图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明预应力碳纤维板张拉装置连接法兰的示意图；

图4为平板锚具的示意图；

图5为本发明加固钢梁的方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图对本发明的技术方案作进一步描述说明，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

请参考图1和图3，一种预应力碳纤维板张拉装置，包括张拉支座1、固定支座2、碳纤维板的固定夹具3、碳纤维板的活动夹具4、螺杆5、液压千斤顶6以及张拉挡板7；所述张拉支座1和固定支座2相对向设置，固定夹具3固定在固定支座1上，张拉支座2上设有轴向的导向通孔，螺杆6穿过导向通孔，活动夹具4固定在螺杆5靠近固定支座1的一端，张拉挡板7上设有定位孔，螺杆5另一端穿过张拉挡板7的定位孔，所述螺杆5在另一端上设有锁紧螺母51，螺杆5在导向通孔与张拉挡板之间都设有限位螺母52；所述液压千斤顶6位于张拉支座2与张拉挡板7之间，所述液压千斤顶6用于顶推张拉挡板7将活动夹具4与固定夹具3之间距离拉开，从而对碳纤维板10施加预应力；所述张拉支座2和固定支座1在相对向侧分别设有连接法兰8。

由上可知，本发明装置工作原理为：先将张拉支座和固定支座分别固定，再将碳纤维板一端夹持在固定夹具上，碳纤维板另一端夹持在活动夹具上，在使用液压千斤顶顶推张拉挡板前，先将锁紧螺母和限位螺母松开一定距离，然后启动液压千斤顶顶推张拉挡板将活动夹具与固定夹具之间距离拉开，从而对碳纤维板施加预应力，接着将锁紧螺母和限位螺母旋紧即可。

请参考图1至图4，如果将本发明用于采用预应力碳纤维板加固钢梁时，首先在钢梁20的两端分别设置有连接法兰，在钢梁20两端翼缘50分别开有通孔，张拉支座2和固定支座1分别通过连接法兰8固定在钢梁20的两端，再将碳纤维板10一端夹持在固定夹具3上，碳纤维板10另一端夹持在活动夹具4上，在使用液压千斤顶6顶推张拉挡板7前，先将锁紧螺母51和限位螺母52松开一定距离，然后启动液压千斤顶6顶推张拉挡板7将活动夹具4与固定夹具3之间距离拉开，从而对碳纤维板10施加预应力，接着将锁紧螺母51和限位螺母52旋紧；先在碳纤维板10的底面涂有一层环氧树脂胶，再采用平板锚具30分别固定碳纤维板10的两端，具体地，平板锚具30包括一块上压板31和两块相对小的下压板32，在上压板31的底面涂抹一层环氧树脂胶40，再利用上压板31将碳纤维板10压在钢梁的表面，两块下压板32分别设在钢梁20翼缘50的内侧，然后利用螺栓螺母将一块上压板31与两块下压板32固定连接，从而将碳纤维板10固定在钢梁10表面；接着待环氧树脂胶40固化以后，将位于平板锚具30外侧的碳纤维板10切断，卸下张拉支座2和固定支座1，即完成预应力碳纤维板10对钢梁20的加固。

本发明通过连接法兰与钢梁快速连接，安装方便快捷，而且本发明在采用预应力碳纤维板对钢梁的加固时，是采用平板锚具将碳纤维板固定在钢梁上的，因此本发明能够重复使用，提高了经济效益。

在本实施例中，所述张拉支座2在张拉挡板7侧固定有压力传感器9，液压千斤顶6安装在压力传感器9和张拉挡板7之间，且压力传感器9和液压千斤顶6同轴。通过压力传感器可以实时监测碳纤维板的张拉力，避免张拉力过大导致碳纤维板被拉断。

在本实施例中，所述活动夹具4上开有连接孔，螺杆5一端穿过连接孔，螺杆5一端上设有固定螺母53。活动夹具与螺杆采用可拆卸的连接方式，提高本发明装置的便捷程度。

在本实施例中，所述张拉支座2和固定支座1上的连接法兰8的连接孔81为腰型孔。通过连接法兰的腰型孔，可以调节碳纤维板和钢梁构件表面之间的距离，从而调节结构胶胶层厚度。

在本实施例中，所述张拉支座2包括张拉底座21和张拉凸台22，所述张拉凸台22固定在张拉底座21上表面，张拉凸台22上开有导向通孔；所述固定支座1包括固定底座11和固定凸台12，固定凸台12固定在固定底座11上表面，固定夹具3固定在固定凸台12上。

在本实施例中，所述螺杆5的数量为两个。

请参考图5，一种利用上述预应力碳纤维板张拉装置的加固钢梁的方法，

包括以下步骤：

S1.首先在钢梁的两端分别设置有连接法兰，并在钢梁两端的翼缘分别开有通孔；

S2.将张拉支座和固定支座分别通过连接法兰固定在钢梁的两端；

S3.将碳纤维板夹持固定在固定夹具和活动夹具之间；

S4.启动液压千斤顶顶推张拉挡板将活动夹具与固定夹具之间距离拉开，对碳纤维板施加预应力；

S5.先在碳纤维板的底面涂有一层环氧树脂胶，再使用平板锚具通过螺栓螺母与钢梁两端翼缘的通孔连接，从而将碳纤维板压在钢梁的表面；

S6.将位于平板锚具外侧的碳纤维板切断，卸下张拉支座和固定支座，即完成预应力碳纤维板对钢梁的加固。

本发明方法将预应力碳纤维板张拉装置通过连接法兰与钢梁快速连接，安装方便快捷，而且本发明方法在采用预应力碳纤维板对钢梁的加固时，是采用平板锚具将碳纤维板固定在钢梁上的，因此预应力碳纤维板张拉装置能够重复使用，提高了经济效益；而且通过连接法兰的腰型孔，可以调节碳纤维板和钢梁构件表面之间的距离，从而调节结构胶胶层厚度。

在上述基础上，本发明方法作进一步改进，所述平板锚具包括一块上压板和两块相对小的下压板，所述步骤“使用平板锚具通过螺栓螺母与钢梁两端翼缘的通孔连接，从而将碳纤维板压在钢梁的表面”的具体过程如下：

在上压板的底面涂抹一层环氧树脂胶，再利用上压板将碳纤维板压在钢梁的表面，两块下压板分别设在钢梁翼缘的内侧，然后利用螺栓螺母将一块上压板与两块下压板固定连接，从而将碳纤维板固定在钢梁表面。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种预应力碳纤维板张拉装置，其特征在于：包括张拉支座、固定支座、碳纤维板的固定夹具、碳纤维板的活动夹具、螺杆、液压千斤顶以及张拉挡板；所述张拉支座和固定支座相对向设置，固定夹具固定在固定支座上，张拉支座上设有轴向的导向通孔，螺杆穿过导向通孔，活动夹具固定在螺杆靠近固定支座的一端，张拉挡板上设有定位孔，螺杆另一端穿过张拉挡板的定位孔，所述螺杆在另一端上设有锁紧螺母，螺杆在导向通孔与张拉挡板之间都设有限位螺母；所述液压千斤顶位于张拉支座与张拉挡板之间，所述液压千斤顶用于顶推张拉挡板将活动夹具与固定夹具之间距离拉开，从而对碳纤维板施加预应力；所述张拉支座和固定支座在相对向侧分别设有连接法兰。

2.根据权利要求1所述的预应力碳纤维板张拉装置，其特征在于：所述张拉支座在张拉挡板侧固定有压力传感器，液压千斤顶安装在压力传感器和张拉挡板之间，且压力传感器和液压千斤顶同轴。

3.根据权利要求1所述的预应力碳纤维板张拉装置，其特征在于：所述活动夹具上开有连接孔，螺杆一端穿过连接孔，螺杆一端上设有固定螺母。

4.根据权利要求1所述的预应力碳纤维板张拉装置，其特征在于：所述张拉支座和固定支座上的连接法兰的连接孔为腰型孔。

5.根据权利要求1所述的预应力碳纤维板张拉装置，其特征在于：所述张拉支座包括张拉底座和张拉凸台，所述张拉凸台固定在张拉底座上表面，张拉凸台上开有导向通孔；所述固定支座包括固定底座和固定凸台，固定凸台固定在固定底座上表面，固定夹具固定在固定凸台上。

6.根据权利要求1所述的预应力碳纤维板张拉装置，其特征在于：所述螺杆的数量为两个。

7.一种采用权利要求1至6任一所述的预应力碳纤维板张拉装置的加固钢梁的方法，包括以下步骤：

首先在钢梁的两端分别设置有连接法兰，并在钢梁两端的翼缘分别开有通孔；

将张拉支座和固定支座分别通过连接法兰固定在钢梁的两端；

将碳纤维板夹持固定在固定夹具和活动夹具之间；

启动液压千斤顶顶推张拉挡板将活动夹具与固定夹具之间距离拉开，对碳纤维板施加预应力；

先在碳纤维板的底面涂有一层环氧树脂胶，再使用平板锚具通过螺栓螺母与钢梁两端翼缘的通孔连接，从而将碳纤维板压在钢梁的表面；

将位于平板锚具外侧的碳纤维板切断，卸下张拉支座和固定支座，即完成预应力碳纤维板对钢梁的加固。

8.根据权利要求7所述的加固钢梁的方法，其特征在于：所述平板锚具包括一块上压板和两块相对小的下压板，所述步骤“使用平板锚具通过螺栓螺母与钢梁两端翼缘的通孔连接，从而将碳纤维板压在钢梁的表面”的具体过程如下：

在上压板的底面涂抹一层环氧树脂胶，再利用上压板将碳纤维板压在钢梁的表面，两块下压板分别设在钢梁翼缘的内侧，然后利用螺栓螺母将一块上压板与两块下压板固定连接，从而将碳纤维板固定在钢梁表面。