CN111058650A - 通过顶撑张拉的碳纤维加固结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过顶撑张拉的碳纤维加固结构及其施工方法，其中加固结构包括：贴设固定于梁体底面的碳纤维条套设于柱体并与碳纤维条的端部对应设置的张拉架，张拉架通过一限位件限位于柱体上，张拉架对应碳纤维条的侧部与柱体间留设有调节间隙，且碳纤维条的端部部分绕过张拉架对应的侧部并与碳纤维条的本体固定连接以实现碳纤维条的端部与张拉架的连接；张拉架与柱体间还留设有与调节间隙相对的装配间隙；长度可调节的顶撑结构，水平支撑于装配间隙内，通过增大顶撑结构的长度从而拉动张拉架与碳纤维条相连接的侧部向靠近柱体的方向移动以使得碳纤维条受到张拉，进而对所述碳纤维条施加预应力。

Description

通过顶撑张拉的碳纤维加固结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及建筑施工领域，尤指一种通过顶撑张拉的碳纤维加固结构及其施工方法。

背景技术

碳纤维是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。碳纤维质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有高硬度、高强度、重量轻、高耐化学性、耐高温的特性。

碳纤维加固是指采用高性能粘结剂将碳纤维布/条粘贴在建筑结构构件表面，使两者共同工作，提高结构构件的承载能力，达到对建筑物进行加固、补强的目的。

一般地，碳纤维加固不施加预应力，虽然能够提高构件的承载力，但是却不能使构件的裂缝修复、愈合，且碳纤维布/条的强度不能充分发挥，造成强度浪费。在碳纤维加固过程中对碳纤维施加预应力后，构件在承受荷载之前碳纤维就已经发挥了相当的强度，既极大提高对碳纤维高强度的利用率，又能抑制甚至修复构件的变形和开裂。

专利号为CN207568228U公开了一种用于n形混凝土构件加固碳纤维布的张拉装置，包括两个呈C形的张紧结构，张紧结构包括张拉板、调节螺杆和锚固板，张拉板竖直位于端梁柱外侧，其上水平设有两个安装孔，两个安装孔之间的内缘距离大于端梁柱的宽度，调节螺杆包括穿设于安装孔内的两根，两根调节螺杆之间形成夹持端梁柱的夹持区，调节螺杆位于张拉板外侧的一端设有与其匹配的锁紧螺母，调节螺杆的另一端延伸至横跨梁下方，锚固板水平固定于两根调节螺杆的内端之间，两个锚固板之间固定有用于贴覆于横跨梁下端面的碳纤维布。即公开了将碳纤维的端部直接和锚具粘贴固定，通过拉紧碳纤维布产生预应力。

理论上张拉力的大小和施加的控制应力以及碳纤维的粘结长度，横截面面积有关，该专利公开的碳纤维的张拉端直接和锚具粘贴固定，通过锁紧螺母调节所施加的控制应力小，碳纤维布产生预应力小，难以达到施工要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种通过顶撑张拉的碳纤维加固结构及其施工方法，解决现有技术中碳纤维的张拉端直接和锚具粘贴固定，通过锁紧螺母调节所施加的控制应力小，碳纤维布产生预应力小，难以达到施工要求的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明提供一种通过顶撑张拉的碳纤维加固结构，包括：

贴设固定于梁体底面的碳纤维条；

套设于柱体并与所述碳纤维条的端部对应设置的张拉架，所述张拉架通过一限位件限位于所述柱体上，所述张拉架对应所述碳纤维条的侧部与所述柱体间留设有调节间隙，且所述碳纤维条的端部部分绕过所述张拉架对应的侧部并与所述碳纤维条的本体固定连接以实现所述碳纤维条的端部与所述张拉架的连接；所述张拉架与所述柱体间还留设有与所述调节间隙相对的装配间隙；以及

长度可调节的顶撑结构，水平支撑于所述装配间隙内，通过增大所述顶撑结构的长度从而拉动所述张拉架与所述碳纤维条相连接的侧部向靠近所述柱体的方向移动以使得所述碳纤维条受到张拉，进而对所述碳纤维条施加预应力。

本发明通过顶撑张拉的碳纤维加固结构的进一步改进在于，所述张拉架包括：

夹设于所述柱体相对两侧且限位于所述限位件的一对夹杆；以及

垂直连接于一对所述夹杆的缠绕杆和张拉杆，所述缠绕杆和所述柱体之间留设有所述调节间隙，所述张拉杆与所述柱体之间留设有所述装配间隙，所述顶撑结构插设于所述张拉杆和所述柱体之间。

本发明通过顶撑张拉的碳纤维加固结构的进一步改进在于，还包括：

贴设于所述碳纤维条的应变片；以及

连接于所述应变片的信息处理装置。

本发明通过顶撑张拉的碳纤维加固结构的进一步改进在于，还包括：

套设于所述梁体的支架，所述支架包括位于所述碳纤维条底部的连接杆；以及

套设于所述连接杆且贴设于所述碳纤维条的压筒。

本发明通过顶撑张拉的碳纤维加固结构的进一步改进在于，还包括套设固定于所述柱体且夹设于所述张拉架上下两侧的一对限位圈。

一种通过顶撑张拉的碳纤维加固结构的施工方法，包括如下步骤：

提供碳纤维条，将所述碳纤维条贴设固定于梁体底面；

提供张拉架，将所述张拉架套设于柱体并与所述碳纤维条的端部对应设置的，所述张拉架通过一限位件限位于所述柱体上，所述张拉架对应所述碳纤维条的侧部与所述柱体间留设有调节间隙，且将所述碳纤维条的端部部分绕过所述张拉架对应的侧部并与所述碳纤维条的本体固定连接以实现所述碳纤维条的端部与所述张拉架的连接；所述张拉架与所述柱体间还留设有与所述调节间隙相对的装配间隙；以及

提供长度可调节的顶撑结构，将所述顶撑结构水平支撑于所述装配间隙内，通过增大所述顶撑结构的长度从而拉动所述张拉架与所述碳纤维条相连接的侧部向靠近所述柱体的方向移动以使得所述碳纤维条受到张拉，进而对所述碳纤维条施加预应力。

本发明通过顶撑张拉的碳纤维加固结构的施工方法的进一步改进在于，提供张拉架包括：

提供一对夹杆，将一对所述夹杆夹设于所述柱体相对两侧且限位于限位件；以及

提供缠绕杆和张拉杆，将所述缠绕杆和所述张拉杆垂直连接于一对所述夹杆，所述缠绕杆和所述柱体之间留设有所述调节间隙，所述张拉杆与所述柱体之间留设有所述装配间隙，将所述顶撑结构插设于所述张拉杆和所述柱体之间。

本发明通过顶撑张拉的碳纤维加固结构的施工方法的进一步改进在于，还包括提供转子，将所述转子套设于所述缠绕杆，将所述碳纤维条的端部绕设于对应的所述转子后贴设固定于所述碳纤维条。

本发明通过顶撑张拉的碳纤维加固结构的施工方法的进一步改进在于，还包括：

提供应变片，将所述应变片贴设于所述碳纤维条；以及

提供信息处理装置，将所述信息处理装置连接于所述应变片。

本发明通过顶撑张拉的碳纤维加固结构的施工方法的进一步改进在于，还包括：

提供包括连接杆的支架，将所述支架套设于所述梁体，所述连接杆位于所述碳纤维条的底部；以及

提供压筒，将所述压筒套设于所述连接杆且贴设于所述碳纤维条；。

本发明通过顶撑张拉的碳纤维加固结构及其施工方法的有益效果：

本发明将张拉架套设于柱体并通过限位件限位张拉架，张拉架和柱体之间留设有相对的装配间隙和调节间隙，将碳纤维条的端部绕设于张拉架，通过将顶撑结构插设于装配间隙，增大顶撑结构的长度从而减小调节间隙以张拉碳纤维条，提供预应力，可修复梁体的缝隙。

通过将碳纤维条的端部绕设于张拉架使得碳纤维条的张拉端的横截面积为两个碳纤维条相互贴设重叠形成的厚度。与将碳纤维条的端部直接和锚固端贴设固定相比，增大了碳纤维条的张拉端的横截面积。根据理论上张拉力的大小和施加的控制应力以及碳纤维的横截面面积有关，在施加的控制应力一定的情况下，碳纤维的张拉力较大。本发明可解决现有技术中碳纤维的张拉端直接和锚具粘贴固定，通过锁紧螺母调节，张拉力小，难以达到施工要求的很大的张拉力问题。

附图说明

图1为本发明通过顶撑张拉的碳纤维加固结构的主视图。

图2为本发明通过顶撑张拉的碳纤维加固结构的端部的俯视图。

图3为本发明通过顶撑张拉的碳纤维加固结构的侧视图。

图4为本发明用于梁柱的碳纤维加固结构的张拉架的平面示意图。

图5为图4的分解示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参阅图1，显示了本发明通过顶撑张拉的碳纤维加固结构的主视图。图2为本发明通过顶撑张拉的碳纤维加固结构的端部的俯视图。结合图1和图2所示，梁体10的相对两端和一对柱体11固接，本发明利用梁体10两端的柱体11给张拉提供定位点。本发明通过顶撑张拉的碳纤维加固结构包括：

贴设固定于梁体10底面的碳纤维条20；

套设于柱体11并与碳纤维条20的端部对应设置的张拉架30，张拉架30通过一限位件80限位于柱体11上，张拉架30对应碳纤维条20的侧部与柱体11间留设有调节间隙，且碳纤维条20的端部部分绕过张拉架30对应的侧部并与碳纤维条20的本体固定连接以实现碳纤维条20的端部与张拉架30的连接；张拉架30与柱体11间还留设有与调节间隙相对的装配间隙；以及

长度可调节的顶撑结构40，水平支撑于装配间隙40内，通过增大顶撑结构40的长度从而拉动张拉架30与碳纤维条20相连接的侧部向靠近柱体11的方向移动以使得碳纤维条受到张拉，进而对所述碳纤维条施加预应力。

在本实施例中，参阅图4为本发明用于梁柱的碳纤维加固结构的张拉架的平面示意图。图5为图4的分解示意图。结合图4和图5所示，张拉架30包括：

夹设于柱体11相对两侧且限位于限位件的一对夹杆；以及

垂直连接于一对夹杆的缠绕杆和张拉杆，缠绕杆和柱体之间留设有调节间隙，张拉杆与柱体11之间留设有装配间隙，顶撑结构40插设于张拉杆和柱体之间。

作为本发明通过顶撑张拉的碳纤维加固结构的一较佳实施方式，本发明还包括套设于缠绕杆的转子50，碳纤维条20的端部绕设于对应的转子50后贴设固定于碳纤维条20。

转子50套设于缠绕杆且可转动，碳纤维条20缠绕于转子50可减小摩擦阻力。

在本实施例中，采用一根钢筋弯折成三段，形成张拉杆，夹杆和缠绕杆。将两个钢筋弯折之后相对设置且留有间距形成张拉架。

采用转子套设于两个钢筋的缠绕杆上。采用套管套设于两个钢筋的张拉杆上。

在本实施例中，顶撑结构40为千斤顶，通过调节千斤顶的长度以顶撑张拉杆和柱体11，张拉碳纤维条20，可施加较大的控制应力，碳纤维条20达到较大的预应力。

通过对碳纤维条施加预应力，对既有梁体进行加固后，能够对梁体存在的裂缝进行修复和使其愈合，从而解决目前碳纤维加固通常都是未施加预应力，当加固的既有构件存在裂缝，未施加预应力的普通碳纤维虽然能够提高构件的承载力，但是却不能使裂缝修复愈合，裂缝的存在会影响构件的耐久性和承载力的问题。

进一步地，碳纤维条20的端部通过绕设于对应的缠绕杆从而固定于张拉架30，即碳纤维条20的张拉端的横截面积为两个碳纤维条20相互贴设重叠形成的厚度。与将碳纤维条20的端部直接和锚固端贴设固定相比，增大了碳纤维条20的张拉端的横截面积。

根据理论上张拉力的大小和施加的控制应力以及碳纤维的横截面面积有关，在施加的控制应力一定的情况下，碳纤维的张拉力较大。

碳纤维条抗拉性能比较大，即沿着轴向的力能够承受的力较大，但其他方向能够承受的力较小。通过缠绕，可减小碳纤维条受剪，以将碳纤维条的强度发挥出来。

可避免如果直接将碳纤维条的端部和张拉架粘贴固定，需要以一定的粘贴长度。需要很大的张拉力时，张拉架需要做的很大很长具有一定的尺寸，占用空间较大的问题。

作为本发明通过顶撑张拉的碳纤维加固结构的一较佳实施方式，本发明还包括：

贴设于碳纤维条20的应变片60；以及

连接于应变片60的信息处理装置61。

通过应变片60和信息处理装置61连接成监测装置，随时监测碳纤维条20的预应力，在预应力达到设计要求时停止移动顶撑结构。

作为本发明通过顶撑张拉的碳纤维加固结构的一较佳实施方式，本发明还包括：

套设于梁体10的支架70，支架70包括位于碳纤维条20底部的连接杆；以及

套设于连接杆且贴设于碳纤维条20的压筒71。

通过压筒71按压碳纤维条20，挤压碳纤维条20和梁体10表面的气泡，使得碳纤维条20紧密贴设于梁体10.

参阅图3为本发明通过顶撑张拉的碳纤维加固结构的侧视图。结合图1至图3所示，限位件包括夹设于张拉架30上下两侧一对限位圈水平，以支撑限位张拉架30，防止张拉架30上下移动，影响张拉力的施工。

进一步地，还包括在限位圈下设额外的支撑块81，防止限位圈在施加预应力时下滑。

本发明还提供一种通过顶撑张拉的碳纤维加固结构的施工方法，包括如下步骤：

提供碳纤维条20，将碳纤维条20贴设固定于梁体10底面；

提供张拉架30，将张拉架30套设于柱体11并与碳纤维条20的端部对应设置的，张拉架30通过一限位件80限位于柱体11上，张拉架30对应碳纤维条20的侧部与柱体11间留设有调节间隙，且将碳纤维条20的端部部分绕过张拉架30对应的侧部并与碳纤维条20的本体固定连接以实现碳纤维条20的端部与张拉架30的连接；张拉架30与柱体11间还留设有与调节间隙相对的装配间隙；以及

提供长度可调节的顶撑结构40，将顶撑结构40水平支撑于装配间隙内，通过增大顶撑结构40的长度从而拉动张拉架30与碳纤维条20相连接的侧部向靠近柱体11的方向移动以使得碳纤维条受到张拉，进而对所述碳纤维条施加预应力。

作为本发明通过顶撑张拉的碳纤维加固结构的施工方法的一较佳实施方式，提供张拉架30包括：

提供一对夹杆，将一对夹杆夹设于柱体相对两侧且限位于限位件；以及

提供缠绕杆和张拉杆，将缠绕杆和张拉杆垂直连接于一对夹杆，缠绕杆和柱体11之间留设有调节间隙，张拉杆与柱体11之间留设有装配间隙，将顶撑结构40插设于张拉杆和柱体11之间。

作为本发明通过顶撑张拉的碳纤维加固结构的施工方法的一较佳实施方式，本发明还包括提供转子50，将转子50套设于缠绕杆，将碳纤维条20的端部绕设于对应的转子50后贴设固定于碳纤维条20。

作为本发明通过顶撑张拉的碳纤维加固结构的施工方法的一较佳实施方式，本发明还包括：

提供应变片60，将应变片60贴设于碳纤维条20；以及

提供信息处理装置61，将信息处理装置61连接于应变片60。

作为本发明通过顶撑张拉的碳纤维加固结构的施工方法的一较佳实施方式，本发明还包括：

提供包括连接杆的支架70，将支架70套设于梁体10，连接杆位于碳纤维条20的底部；以及

提供压筒71，将压筒71套设于连接杆且贴设于碳纤维条20。

进一步地，本发明还包括在限位圈下设额外的支撑块81，防止限位圈在施加预应力时下滑。

具体地，限位圈为钢板制成。将一对限位圈焊接固定，并使用结构胶将限位圈粘贴在柱体表面上。当施加的预应力比较大时，固定限位圈下设额外的支撑块，防止限位圈在施加预应力时下滑。

下面对本发明通过顶撑张拉的碳纤维加固结构的施工方法进行具体说明：

在对梁体进行加固之前，先将梁体的表面打磨平整，并对缺失部分进行修补。将用于安装固定压筒的支架套设于梁体上。将一对张拉架套设于梁体两侧的一对柱体。

根据梁体的尺寸裁剪碳纤维条，将碳纤维条的端部绕过张拉架的转子，然后再贴设于碳纤维条，形成重叠段，将重叠段之间涂结构胶进行固定。

接着在梁体的底面涂刷结构胶，然后迅速将碳纤维条平整铺设在梁体表面，并迅速将压筒安装在支架上位于碳纤维条的底部。将应力片贴设于碳纤维条，且将应力片和信息处理装置连接。

安装完毕后，往张拉架内支设千斤顶，通过增大千斤顶的长度使得张拉杆逐渐远离柱体，拉动拉碳纤维的端部，碳纤维条受到张拉后发生应变，信息处理装置通过处理接收到的信号反算碳纤维条的应力。当应力达到设定的数值后，停止移动顶撑结构，等待结构胶凝固。

本发明通过顶撑张拉的碳纤维加固结构及其施工方法的有益效果为：

本发明将张拉架套设于柱体并通过限位件限位张拉架，张拉架和柱体之间留设有相对的装配间隙和调节间隙，将碳纤维条的端部绕设于张拉架，通过将顶撑结构插设于装配间隙，增大顶撑结构的长度从而减小调节间隙以张拉碳纤维条，提供预应力，可修复梁体的缝隙。

通过将碳纤维条的端部绕设于张拉架使得碳纤维条的张拉端的横截面积为两个碳纤维条相互贴设重叠形成的厚度。与将碳纤维条的端部直接和锚固端贴设固定相比，增大了碳纤维条的张拉端的横截面积。根据理论上张拉力的大小和施加的控制应力以及碳纤维的横截面面积有关，在施加的控制应力一定的情况下，碳纤维的张拉力较大。本发明可解决现有技术中碳纤维的张拉端直接和锚具粘贴固定，通过锁紧螺母调节，张拉力小，难以达到施工要求的很大的张拉力问题。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种通过顶撑张拉的碳纤维加固结构，其特征在于，包括：

贴设固定于梁体底面的碳纤维条；

套设于柱体并与所述碳纤维条的端部对应设置的张拉架，所述张拉架通过一限位件限位于所述柱体上，所述张拉架对应所述碳纤维条的侧部与所述柱体间留设有调节间隙，且所述碳纤维条的端部部分绕过所述张拉架对应的侧部并与所述碳纤维条的本体固定连接以实现所述碳纤维条的端部与所述张拉架的连接；所述张拉架与所述柱体间还留设有与所述调节间隙相对的装配间隙；以及

长度可调节的顶撑结构，水平支撑于所述装配间隙内，通过增大所述顶撑结构的长度从而拉动所述张拉架与所述碳纤维条相连接的侧部向靠近所述柱体的方向移动以使得所述碳纤维条受到张拉，进而对所述碳纤维条施加预应力。

2.如权利要求1所述的通过顶撑张拉的碳纤维加固结构，其特征在于，所述张拉架包括：

夹设于所述柱体相对两侧且限位于所述限位件的一对夹杆；以及

垂直连接于一对所述夹杆的缠绕杆和张拉杆，所述缠绕杆和所述柱体之间留设有所述调节间隙，所述张拉杆与所述柱体之间留设有所述装配间隙，所述顶撑结构插设于所述张拉杆和所述柱体之间。

3.如权利要求2所述的通过顶撑张拉的碳纤维加固结构，其特征在于，

还包括套设于所述缠绕杆的转子，所述碳纤维条的端部绕设于对应的所述转子后贴设固定于所述碳纤维条。

4.如权利要求1所述的通过顶撑张拉的碳纤维加固结构，其特征在于，还包括：

贴设于所述碳纤维条的应变片；以及

连接于所述应变片的信息处理装置。

5.如权利要求1所述的通过顶撑张拉的碳纤维加固结构，其特征在于，还包括：

套设于所述梁体的支架，所述支架包括位于所述碳纤维条底部的连接杆；以及

套设于所述连接杆且贴设于所述碳纤维条的压筒。

6.一种通过顶撑张拉的碳纤维加固结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供碳纤维条，将所述碳纤维条贴设固定于梁体底面；

提供张拉架，将所述张拉架套设于柱体并与所述碳纤维条的端部对应设置的，所述张拉架通过一限位件限位于所述柱体上，所述张拉架对应所述碳纤维条的侧部与所述柱体间留设有调节间隙，且将所述碳纤维条的端部部分绕过所述张拉架对应的侧部并与所述碳纤维条的本体固定连接以实现所述碳纤维条的端部与所述张拉架的连接；所述张拉架与所述柱体间还留设有与所述调节间隙相对的装配间隙；以及

提供长度可调节的顶撑结构，将所述顶撑结构水平支撑于所述装配间隙内，通过增大所述顶撑结构的长度从而拉动所述张拉架与所述碳纤维条相连接的侧部向靠近所述柱体的方向移动以使得所述碳纤维条受到张拉，进而对所述碳纤维条施加预应力。

7.如权利要求6所述的通过顶撑张拉的碳纤维加固结构的施工方法，其特征在于，提供张拉架包括：

提供一对夹杆，将一对所述夹杆夹设于所述柱体相对两侧且限位于限位件；以及

提供缠绕杆和张拉杆，将所述缠绕杆和所述张拉杆垂直连接于一对所述夹杆，所述缠绕杆和所述柱体之间留设有所述调节间隙，所述张拉杆与所述柱体之间留设有所述装配间隙，将所述顶撑结构插设于所述张拉杆和所述柱体之间。

8.如权利要求7所述的通过顶撑张拉的碳纤维加固结构的施工方法，其特征在于，

还包括提供转子，将所述转子套设于所述缠绕杆，将所述碳纤维条的端部绕设于对应的所述转子后贴设固定于所述碳纤维条。

9.如权利要求6所述的通过顶撑张拉的碳纤维加固结构的施工方法，其特征在于，还包括：

提供应变片，将所述应变片贴设于所述碳纤维条；以及

提供信息处理装置，将所述信息处理装置连接于所述应变片。

10.如权利要求6所述的通过顶撑张拉的碳纤维加固结构的施工方法，其特征在于，还包括：

提供包括连接杆的支架，将所述支架套设于所述梁体，所述连接杆位于所述碳纤维条的底部；以及

提供压筒，将所述压筒套设于所述连接杆且贴设于所述碳纤维条。

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