CN110984615B - 一种cfrp片材组合张弦梁加固安装体系 - Google Patents

一种cfrp片材组合张弦梁加固安装体系 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种CFRP片材组合张弦梁加固安装体系，包括梁体、n+1个CFRP片、n个固定支架和2n+2个锚具，n为大于等于1的正整数，梁体水平设置，固定支架竖向设置在梁体的下表面，固定支架的下端铰接有两个锚具，梁体的下表面两端还设有两个铰接座，固定支架位于两个铰接座之间，两个铰接座分别铰接有一个锚具，铰接座和与其相邻的固定支架之间设有CFRP片，相邻的两个固定支架之间也设有CFRP片，CFRP片的两端夹持在对应的锚具上。采用本发明的显著效果，在CFRP片材夹持和拉伸的过程中，使CFRP片材受到的应力分散，保证CFRP片材均匀受力，因CFRP片材可通过铰接件形成任意角度，保证CFRP片材沿直线拉伸，避免了CFRP片材发生剪切破坏，从而提高了被加固构件的承载能力。

Description

一种CFRP片材组合张弦梁加固安装体系
技术领域
本发明涉及一种CFRP片材组合张弦梁加固安装体系，具体涉及一种CFRP片材组合张弦梁加固安装体系。
背景技术
现代建筑、交通、桥梁等工程结构中的混凝土梁由于环境侵蚀，材料老化,结构功能发生改变而使受荷变化，或因自然与人文灾害的发生而致承载力不足或产生开裂等情况，存在巨大的安全隐患。
对工程结构的加固和修复是现在最主要的应对方法，碳纤维增强复合材料(简称CFRP)具有质量轻，强度高，耐腐蚀，耐疲劳断裂，不易蠕变，线膨胀系数和松弛率底等特点，普遍用于工程结构的加固和修复。根据材料的造型的不同，常用有CFRP棒材和CFRP片材；对于CFRP棒材的夹持，有楔形锚具与其适用，对于CFRP片材的夹持，有波形齿锚具与其适用；对于大型桥梁的加固和修复，更多情况下采用CFRP片材和波形齿锚具相配合的形式，波形齿锚具直接固定在桥梁底面，CFRP片材通过波形齿锚具拉紧并贴靠在桥梁底面。
现有的波形齿锚具采用两个独立的锚片将CFRP片材夹持，再在两个锚片上穿设拉紧螺杆的方式予以拉紧，拉紧螺杆分布在CFRP片材的边缘之外，由于夹紧时，拉紧螺杆处的应力较为集中，CFRP片材靠近拉紧螺杆的部位可能由于受力过大而发生断裂或破损；而且，CFRP片材的抗剪切能力较差，当CFRP片材拉紧并贴靠在桥梁底面时，在受到与CFRP片材的平面相垂直的外力时，碳纤维增强复合材料很容易发生脆断。
此外，CFRP片材直接张拉于被加固构件(如桥面)下部时，即使没有预应力损失或锚固节点破坏等不利情况发生，因其并未彻底改善加固构件的受力，其对加固构件的加固效果非常有限。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种CFRP片材组合张弦梁加固安装体系，不仅有助于降低CFRP片材受到的剪切力，避免夹持过程中受到的应力过于集中；更关键在于引入张弦梁这一结构形式，通过张拉CFRP片材使其产生与加固构件所受内力相反的内力以抵消部分内力，极大优化加固结构的受力性能，加固效果突出；且本发明结构简单，连接稳定，便于施工。
其技术方案如下：
一种CFRP片材加固安装体系，其关键在于，包括梁体、n+1个CFRP片、n个固定支架和2n+2个连接锚具，n为大于等于1的正整数，所述梁体水平设置，所述固定支架竖向设置在所述梁体的下表面，所述固定支架的下端铰接有两个所述锚具。
所述梁体的下表面两端还设有两个铰接座，所述固定支架位于两个所述铰接座之间，所有所述固定支架沿两个所述铰接座的连线方向依次排列，两个所述铰接座分别铰接一个所述锚具，所述铰接座和与其相邻的所述固定支架之间连接有所述CFRP片，相邻的两个所述固定支架之间也连接有所述CFRP片，所述CFRP片的两端夹持在对应的所述锚具上。
采用以上方案的效果：利用固定支架上铰接的所述锚具转向，确保在连接所述CFRP片时，所述CFRP片直线拉伸，减小与CFRP片材平面相垂直的外力，避免了所述CFRP片在夹持拉伸时发生断裂和损坏；同时，通过调节固定支架的长短可调节CFRP片材组合体系在加固构件上的反向内力分布，从而极大提高加固构件的承载能力。
所述固定支架包括支撑底板，安装板、两个连接板、两个安装支耳和四个连接杆，所述支撑底板水平设置在所述梁体的下表面，所述连接杆竖向设置，所述连接杆的上端固定在所述支撑底板的下表面，每两个所述连接杆的下端固定有一个所述连接板，两个所述连接板相互平行，所述连接板竖向设置，两个所述连接板的下边缘上分别设有一个定位开口，所述定位开口竖向向上延伸，所述安装板竖向设置，所述安装板伸入所述定位开口内，两个所述安装支耳固定设置在所述安装板的下边缘两端，两个所述安装支耳之间还水平设有芯轴，所述芯轴的两端分别安装在对应的两个所述安装支耳上，所述固定支架下端的两个所述锚具铰接在所述芯轴上。
任意两个相邻的所述连接杆之间设有加强杆。
所述锚具包括两个夹板和两个铰接件，两个所述夹板正对设置，两个夹板的夹持面相对，所述夹板与所述铰接件一一对应，所述夹板与对应的所述铰接件相互铰接，所述CFRP片位于两个夹板的夹持面之间。
所述铰接件与对应的所述芯轴或与对应的所述铰接座铰接。
所述夹持块为波形齿板，所述夹持块的波形面形成所述夹持面，同一个所述锚具的两个所述夹持面相互匹配并贴合。
所述铰接件包括铰接件本体与铰接支耳，所述铰接支耳固定在所述铰接件本体上，所述铰接件本体与对应的所述夹板相互铰接，所述铰接件本体通过所述铰接支耳实现铰接。采用以上技术方案的优点是，将独立的两个夹板铰接起来，形成一个整体的夹持组，再将两个夹持组铰接起来，形成一个整体的锚具，且两个夹持组能同时夹持不同方向的CFRP片材，并能根据实际情况调整角度。
所述铰接座包括铰接座本体、连接轴和两个连接支耳，两个所述连接支耳分别固定在所述铰接座本体上，所述连接轴设置两个所述连接支耳之间，所述连接轴的两端分别安装在两个所述连接支耳上，所述铰接件与对应的所述连接轴铰接。采用以上方案的效果：在夹持的过程中，避免了CFRP片材在两个夹板之间受力不均匀，分散应力，保证了夹持的稳定性，提高了夹持效果；可以保证CFRP片材与加固构件之间的角度可任意调节，从而保证本张弦梁加固安装体系的顺利组装。
所述夹板包括夹板本体和夹持块，在所述夹板本体的夹持面上设有安装凹槽，在该安装凹槽内嵌设有所述夹持块，在所述安装凹槽的底部设有贯穿所述夹板本体的顶紧孔。
所述顶紧孔的内壁设有螺纹，所述顶紧孔内穿设有顶紧螺杆，所述顶紧螺杆与所述夹持块抵紧。采用以上技术方案的优点是，调节所述夹板上的顶紧螺杆，挤压对应的所述夹持单元模块，使CFRP片材受到的应力分散，增大夹持力且避免CFRP片材的破坏。
所述安装凹槽的底部还贯穿有至少一个挂接孔，所述挂接孔为阶梯孔，所述挂接孔靠近所述安装凹槽的一端孔径小于所述挂接孔远离所述安装凹槽一端的孔径。
所述挂接孔内均穿设有挂接杆，所述挂接杆的杆径与所述挂接孔小孔端的孔径相同，所述挂接杆一端与所述夹持块固定连接，所述挂接杆靠近所述挂接孔大口端的一端设有限位块，所述限位块位于所述挂接孔内。采用以上技术方案的优点是，利用挂接杆避免所述限位块从所述安装凹槽内脱落，保证夹板本体顺利组装。
所述夹板本体上还设有四个定位孔，所述定位孔贯穿所述夹板本体，所述定位孔的孔心线与所述夹持面垂直，所有所述定位孔均匀分布在所述夹板本体的四个角上，所述定位孔围绕所述安装凹槽设置；
同一个所述锚具的两个所述夹板上的所述定位孔一一对应，且穿设有锁紧螺杆，所述锁紧螺杆伸出对应的所述定位孔，所述锁紧螺杆的伸出端设有锁紧螺母。
所述夹持块包括三个夹持单元模块，所有所述夹持单元模块在水平方向并排设置，所有所述夹持单元模块均位于所述安装凹槽内；
每个所述夹持单元模块分别连接有两个所述挂接杆，在所述安装凹槽的底部对应每个所述夹持单元模块分别设有两个所述挂接孔，所述挂接杆与所述挂接孔一一对应，每个所述夹持单元模块与三个所述顶紧螺杆相对应，在所述安装凹槽的底部对应每个所述夹持单元模块分别设有三个所述顶紧孔，所述顶紧螺杆与所述顶紧孔一一对应，同一个所述夹持单元模块上的所述挂接杆与顶紧螺杆交错排布，所述挂接杆与顶紧螺杆的交错排布方向与所述夹持单元模块的排布方向垂直。采用以上技术方案的优点是，保证CFRP片材在夹持过程中的夹持效果，分散应力使受力均匀。
有益效果：本发明在利用CFRP片材夹持和张拉的过程中，使CFRP片材在夹持过程中受力均匀，铰接件的设置可保证CFRP片材的连接角度可任意调节，且降低CFRP片材受到的剪切力，避免CFRP片材发生剪切破坏；本发明通过在中间设置固定支架构建组合张弦梁加固体系，从而优化加固结构的力学性能；本发明结构简单，便于施工安装，且安装牢固不易变形及破坏。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的局部X放大图；
图3为图1的局部Y放大图；
图4为两个锚具17铰接的结构示意图；
图5为图4的俯视图；
图6为单个锚具17的结构示意图；
图7为图6的A-A剖视图；
图8为图6的B-B剖视图；
图9为固定支架20的结构示意图；
图10为铰接件2的第一种结构示意图；
图11为铰接件2的第二种结构示意图；
图12为铰接件2的第三种结构示意图；
图13为铰接件2的第四种结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1到图9所示，一种CFRP片材组合张弦梁加固安装体系，其主要包括梁体16、n+1个CFRP片15、n个固定支架20和2n+2个锚具17，n为大于等于1的正整数，所述梁体16水平设置，所述固定支架20竖向设置在所述梁体16的下表面，所述固定支架20的下端铰接有两个所述锚具17；所述梁体16的下表面两端还设有两个铰接座18，所述固定支架20位于两个所述铰接座18之间，所有所述固定支架20沿两个所述铰接座18的连线方向依次排列，两个所述铰接座18分别铰接有一个所述锚具17，所述铰接座18和与其相邻的所述固定支架20之间设有所述CFRP片15，相邻的两个所述固定支架20之间也设有所述CFRP片15，所述CFRP片15的两端夹持在对应的所述锚具17上。
其中：
所述固定支架20包括支撑底板，安装板11、两个连接板12、两个安装支耳和四个连接杆13，所述支撑底板水平设置在所述梁体16的下表面，所述连接杆13竖向设置，所述连接杆13的上端固定在所述支撑底板的下表面，每两个所述连接杆13的下端固定有一个所述连接板12，两个所述连接板12相互平行，所述连接板12竖向设置，两个所述连接板12的下边缘上分别设有一个定位开口，所述定位开口竖直向上延伸，所述安装板11竖向设置，所述安装板11伸入所述定位开口内，两个所述安装支耳固定设置在所述安装板11的下边缘两端，两个所述安装支耳之间还水平设有芯轴10，所述芯轴10的两端分别安装在对应的两个所述安装支耳上，所述固定支架20下端的两个所述锚具17铰接在所述芯轴10上；任意两个相邻的所述连接杆13之间设有加强杆14。
所述锚具17包括两个夹板和两个铰接件2，两个所述夹板正对设置，两个夹板的夹持面相对，所述夹板与所述铰接件2一一对应，所述夹板与对应的所述铰接件2相互铰接，所述CFRP片材15位于两个夹板的夹持面之间；所述铰接件2与对应的所述芯轴10或与对应的所述铰接座18铰接。
所述夹持块3为波形齿板，所述夹持块3的波形面形成所述夹持面，同一个所述锚具17的两个所述夹持面相互匹配且贴合。
所述铰接件2包括铰接件本体与铰接支耳，所述铰接支耳固定在所述铰接件本体上，所述铰接件本体与对应的所述夹板相互铰接，所述铰接件本体通过所述铰接支耳实现铰接。
所述铰接座18包括铰接座本体、连接轴19和两个连接支耳，两个所述连接支耳分别固定在所述铰接座本体上，所述连接轴19设置两个所述连接支耳之间，所述连接轴19的两端分别安装在两个所述连接支耳上，所述铰接件2与对应的所述连接轴19铰接。
所述夹板包括夹板本体1和夹持块3，在所述夹板本体1的夹持面上设有安装凹槽，在该安装凹槽内嵌设有所述夹持块3，在所述安装凹槽的底部设有贯穿所述夹板本体1的顶紧孔；所述顶紧孔的内壁设有螺纹，所述顶紧孔内穿设有顶紧螺杆5，所述顶紧螺杆5与所述夹持块3抵紧。
所述安装凹槽的底部还贯穿有至少一个挂接孔，所述挂接孔为阶梯孔，所述挂接孔靠近所述安装凹槽的一端孔径小于所述挂接孔远离所述安装凹槽一端的孔径；所述挂接孔内均穿设有挂接杆4，所述挂接杆4的杆径与所述挂接孔小孔端的孔径相同，所述挂接杆4一端与所述夹持块3固定连接，所述挂接杆4靠近所述挂接孔大口端的一端设有限位块，所述限位块位于所述挂接孔内。
所述夹板本体1上还设有四个定位孔9，所述定位孔9贯穿所述夹板本体1，所述定位孔9的孔心线与所述夹持面垂直，所有所述定位孔9均匀分布在所述夹板本体1的四个角上，所述定位孔9围绕所述安装凹槽设置；同一个所述锚具17的两个所述夹板上的所述定位孔9一一对应，且穿设有锁紧螺杆，所述锁紧螺杆伸出对应的所述定位孔9，所述锁紧螺杆的伸出端设有锁紧螺母。
所述夹板本体1上还设有两个张拉孔21，所述张拉孔21贯穿所述夹板本体1，所述张拉孔21的孔心线与所述夹持面平行，所述张拉孔21靠近所述铰接件2，所述张拉孔21位于所述铰接件2和所述定位孔9之间；
同一个所述锚具17的两个所述张拉孔21相互对应，所述张拉孔21内穿设钢绞线对锚具17夹持的CFRP片材进行张拉。
所述夹持块3包括三个夹持单元模块，所有所述夹持单元模块在水平方向并排设置，所有所述夹持单元模块均位于所述安装凹槽内；每个所述夹持单元模块分别连接有两个所述挂接杆4，在所述安装凹槽的底部对应每个所述夹持单元模块分别设有两个所述挂接孔，所述挂接杆4与所述挂接孔一一对应，每个所述夹持单元模块与三个所述顶紧螺杆5相对应，在所述安装凹槽的底部对应每个所述夹持单元模块分别设有三个所述顶紧孔，所述顶紧螺杆5与所述顶紧孔一一对应，同一个所述夹持单元模块上的所述挂接杆4与顶紧螺杆5交错排布，所述挂接杆4与顶紧螺杆5的交错排布方向与所述夹持单元模块的排布方向垂直。
所有所述夹持单元模块滑动设置在所述安装凹槽内。
图10到图13所示，为铰接件2的结构示意图，所示铰接支耳在所述铰接件本体上的位置会自适应的调节，保证所有的所述夹板调节时，在同一个旋转面内。
使用时，打开同一组的两个所述夹板，将CFRP片材伸入同一组的两个所述夹持面之间，将同一组的两个所述夹板夹紧，在同一组的两个所述夹板的所述定位孔9内穿设锁紧螺杆，所述锁紧螺杆伸出所述定位孔9，在所述锁紧螺杆的伸出端套设螺母，调节所述夹板上的顶紧螺杆5，挤压对应的所述夹持单元模块，使所述CFRP片材受到的挤压力均匀分布；可调节固定支架20上的两个所述锚具17的角度，保证所述铰接座18和与其相邻的所述固定支架20之间设有的所述CFRP片15沿直线拉伸，相邻的两个所述固定支架20之间设有的所述CFRP片15也沿直线拉伸。
CFRP片材15通过锚具17夹持后进行预应力张拉。张拉时，在张拉孔21内穿设钢绞线进行张拉；此外，张拉连接CFRP片材15时，有两种施工方法：①先用夹持锚具17夹持CFRP片材15两端后，再进行预应力张拉，最后通过铰接件2固定锚具17；②先用锚具17夹持CFRP片材15的一端后，用铰接件2固定此端，再用锚具17夹持CFRP片材15的另一端，再进行预应力张拉，最后通过铰接件2固定连接此端。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种CFRP片材组合张弦梁加固安装体系，其特征在于：包括梁体(16)、n+1个CFRP片(15)、n个固定支架(20)和2n+2个锚具(17)，n为大于等于1的正整数，所述梁体(16)水平设置，所述固定支架(20)竖向设置在所述梁体(16)的下表面，所述固定支架(20)的下端铰接有两个所述锚具(17)；
所述梁体(16)的下表面还设有两个铰接座(18)，所述固定支架(20)位于两个所述铰接座(18)之间，所有所述固定支架(20)沿两个所述铰接座(18)的连线方向依次排列，两个所述铰接座(18)分别铰接有一个所述锚具(17)，所述铰接座(18)和与其相邻的所述固定支架(20)之间设有所述CFRP片(15)，相邻的两个所述固定支架(20)之间也设有所述CFRP片(15)，所述CFRP片(15)的两端夹持在对应的所述锚具(17)上；
所述固定支架(20)包括支撑底板，安装板(11)、两个连接板(12)、两个安装支耳和四个连接杆(13)，所述支撑底板水平设置在所述梁体(16)的下表面，所述连接杆(13)竖向设置，所述连接杆(13)的上端固定在所述支撑底板的下表面，每两个所述连接杆(13)的下端固定有一个所述连接板(12)，两个所述连接板(12)相互平行，所述连接板(12)竖向设置，两个所述连接板(12)的下边缘上分别设有一个定位开口，所述定位开口竖向向上延伸，所述安装板(11)竖向设置，所述安装板(11)伸入所述定位开口内，两个所述安装支耳定设置在所述安装板(11)的下边缘两端，两个所述安装支耳之间还水平设有芯轴(10)，所述芯轴(10)的两端分别安装在对应的两个所述安装支耳上，所述固定支架(20)下端的两个所述锚具(17)铰接在所述芯轴(10)上；
任意两个相邻的所述连接杆(13)之间设有加强杆(14)。
2.根据权利要求1所述的一种CFRP片材组合张弦梁加固安装体系，其特征在于：所述锚具(17)包括两个夹板和两个铰接件(2)，两个所述夹板正对设置，两个夹板的夹持面相对，所述夹板与所述铰接件(2)一一对应，所述夹板与对应的所述铰接件(2)相互铰接，所述CFRP片(15)位于两个夹板的夹持面之间；
所述铰接件(2)与对应的所述芯轴(10)或与对应的所述铰接座(18)铰接。
3.根据权利要求2所述的一种CFRP片材组合张弦梁加固安装体系，其特征在于：所述夹板为波形齿板，所述夹板的波形面形成所述夹持面，同一个所述锚具(17)的两个所述夹持面相互匹配且贴合。
4.根据权利要求3所述的一种CFRP片材组合张弦梁加固安装体系，其特征在于：所述铰接件(2)包括铰接件本体与铰接支耳，所述铰接支耳固定在所述铰接件本体上，所述铰接件本体与对应的所述夹板相互铰接，所述铰接件本体通过所述铰接支耳实现铰接。
5.根据权利要求4所述的一种CFRP片材组合张弦梁加固安装体系，其特征在于：所述铰接座(18)包括铰接座本体、连接轴(19)和两个连接支耳，两个所述连接支耳分别固定在所述铰接座本体上，所述连接轴(19)设置两个所述连接支耳之间，所述连接轴(19)的两端分别安装在两个所述连接支耳上，所述铰接件(2)与对应的所述连接轴(19)铰接。
6.根据权利要求5所述的一种CFRP片材组合张弦梁加固安装体系，其特征在于：所述夹板包括夹板本体(1)和夹持块(3)，在所述夹板本体(1)的夹持面上设有安装凹槽，在该安装凹槽内嵌设有所述夹持块(3)，在所述安装凹槽的底部设有贯穿所述夹板本体(1)的顶紧孔；
所述顶紧孔的内壁设有螺纹，所述顶紧孔内穿设有顶紧螺杆(5)，所述顶紧螺杆(5)与所述夹持块(3)抵紧。
7.根据权利要求6所述的一种CFRP片材组合张弦梁加固安装体系，其特征在于：所述安装凹槽的底部还贯穿有至少一个挂接孔，所述挂接孔为阶梯孔，所述挂接孔靠近所述安装凹槽的一端孔径小于所述挂接孔远离所述安装凹槽一端的孔径；
所述挂接孔内均穿设有挂接杆(4)，所述挂接杆(4)的杆径与所述挂接孔小孔端的孔径相同，所述挂接杆(4)一端与所述夹持块(3)固定连接，所述挂接杆(4)靠近所述挂接孔大口端的一端设有限位块，所述限位块位于所述挂接孔内。
8.根据权利要求7所述的一种CFRP片材组合张弦梁加固安装体系，其特征在于：所述夹板本体(1)上还设有四个定位孔(9)，所述定位孔(9)贯穿所述夹板本体(1)，所述定位孔(9)的孔心线与所述夹持面垂直，均匀分布在所述夹板本体(1)的四个角上，围绕所述安装凹槽设置；
同一个所述锚具(17)的两个所述夹板上的所述定位孔(9)一一对应，且穿设有锁紧螺杆，所述锁紧螺杆伸出对应的所述定位孔(9)，所述锁紧螺杆的伸出端设有锁紧螺母。
9.根据权利要求8所述的一种CFRP片材组合张弦梁加固安装体系，其特征在于：所述夹持块(3)包括三个夹持单元模块，所有所述夹持单元模块在水平方向并排设置，所有所述夹持单元模块均位于所述安装凹槽内；
每个所述夹持单元模块分别连接有两个所述挂接杆(4)，在所述安装凹槽的底部对应每个所述夹持单元模块分别设有两个所述挂接孔，所述挂接杆(4)与所述挂接孔一一对应，每个所述夹持单元模块与三个所述顶紧螺杆(5)相对应，在所述安装凹槽的底部对应每个所述夹持单元模块分别设有三个所述顶紧孔，所述顶紧螺杆(5)与所述顶紧孔一一对应，同一个所述夹持单元模块上的所述挂接杆(4)与顶紧螺杆(5)交错排布，所述挂接杆(4)与顶紧螺杆(5)的交错排布方向与所述夹持单元模块的排布方向垂直。
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