CN113481880A - 一种梁式构件预应力加固装置、加固方法及加固系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种梁式构件预应力加固装置、加固方法及加固系统，本发明通过设置连接装置、所述第一锚具、第二锚具、CFRP构件以及SMA构件，CFRP构件与梁式构件接触，CFRP构件一端与第一锚具固定，另一端与连接装置固定，将处于预变形状态的SMA构件一端与第二锚具固定，另一端与连接装置固定，第一锚具与第二锚具间隔设置且能够固定于梁式构件，当预变形状态的SMA构件接收热激励，SMA构件恢复形变会带动连接装置移动，从而使得连接装置对CFRP构件实现预张拉使得CFRP构件产生预应力，传递至梁式构件实现加固，本发明作为一种梁式构件预应力加固装置、加固方法及加固系统，可广泛应用于工程构件领域。
Description
技术领域
本发明涉及工程构件技术领域，尤其是一种梁式构件预应力加固装置、加固方法及加固系统。
背景技术
桥梁作为梁式构件之一是交通主干线的重要组成部分，保证其畅通和高质量安全服役至关重要。随着我国交通运输荷载的日益增加，大量的在役混凝土或钢结构桥梁出现了开裂、腐蚀、承载能力下降等病害，因此如何对混凝土或钢结构桥梁进行加固从而有效提高原结构的承载能力和刚度，减缓甚至抑制桥梁结构既有裂缝的扩展至关重要。而现有的混凝土或钢结构桥梁预应力加固方式主要包括预应力拉杆、预应力撑杆、预应力碳纤维片材等等形式，需要在现场通过大型的张拉设备和端部锚具进行加固，操作复杂，施工效率低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种梁式构件预应力加固装置、加固方法及加固系统，降低操作复杂性以及提高效率。
本发明所采取的技术方案是：
一种梁式构件预应力加固装置，包括：
连接装置；
第一锚具，用于与梁式构件固定；
第二锚具，用于与所述梁式构件固定，所述第二锚具与所述第一锚具间隔设置；
CFRP构件，与所述梁式构件接触，所述CFRP构件一端与所述第一锚具固定，所述CFRP构件另一端与所述连接装置固定；
SMA构件，处于预变形状态并用于接收热激励，所述SMA构件一端与所述第二锚具固定，所述SMA构件另一端与所述连接装置固定。
进一步，所述第一锚具具有第一固定部，所述第一固定部具有第一容纳孔，所述CFRP构件进入所述第一容纳孔并缠绕所述第一固定部的外表面。
进一步，所述第一锚具具有至少一第一固定孔，所述第一固定孔用于与第一固定件配合将所述第一锚具固定于所述梁式构件。
进一步，所述CFRP构件与所述第一锚具固定的方式以及所述CFRP构件与所述连接装置固定的方式为注胶和/或缠绕。
进一步，所述CFRP构件为CFRP布或者CFRP网格。
进一步，所述连接装置包括第一螺杆，所述SMA构件缠绕于所述第一螺杆。
进一步，所述连接装置包括第二固定部，所述第二固定部具有第二容纳孔，所述CFRP构件进入所述第二容纳孔并缠绕所述第二固定部的外表面。
进一步，所述CFRP构件与所述梁式构件之间经过注胶处理。
进一步，所述连接装置用于产生预应力后固定于所述梁式构件。
本发明实施例还提供一种加固系统，包括：加热装置以及所述梁式构件预应力加固装置，所述加热装置用于为SMA构件提供热激励。
本发明实施例还提供一种加固方法，包括：
将CFRP构件一端固定于第一锚具，并将所述CFRP构件另一端固定于连接装置一端；
将处于预变形状态的SMA构件一端固定于所述连接装置另一端，并将所述SMA构件另一端固定于第二锚具；
将所述第一锚具与所述第二锚具固定于梁式构件；
对所述SMA构件进行热激励，使得所述SMA构件恢复形变带动所述CFRP构件产生预应力，通过预应力对与所述CFRP构件接触的所述梁式构件进行加固。
进一步，所述将CFRP构件一端固定于第一锚具，包括：
将CFRP构件一端缠绕于所述第一锚具；
对缠绕后的所述CFRP构件一端进行注胶以将所述CFRP构件一端固定于所述第一锚具。
进一步，所述对所述SMA构件进行热激励，使得所述SMA构件恢复形变带动所述CFRP构件产生预应力之后，所述方法还包括：
将所述连接装置固定于所述梁式构件；
在所述CFRP构件与所述梁式构件之间进行注胶处理。
本发明的有益效果是：通过设置连接装置、所述第一锚具、第二锚具、CFRP构件以及SMA构件，CFRP构件与梁式构件接触，CFRP构件一端与第一锚具固定，另一端与连接装置固定，将处于预变形状态的SMA构件一端与第二锚具固定，另一端与连接装置固定，而第一锚具与第二锚具间隔设置且能够固定于梁式构件，当预变形状态的SMA构件接收热激励，SMA构件恢复形变会带动连接装置移动，从而使得连接装置对CFRP构件实现预张拉使得CFRP构件产生预应力，传递至梁式构件实现加固。
附图说明
图1为本发明一种梁式构件预应力加固装置与梁式构件的配合示意图；
图2为本发明一种梁式构件预应力加固装置的示意图；
图3为本发明具体实施例CFRP构件与第一锚具以及连接装置固定的示意图；
图4为本发明具体实施例连接装置的示意图；
图5为本发明加固方法的步骤流程示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步解释和说明。
参照图1，本发明实施例提供了一种梁式构件预应力加固装置，能够产生预应力对梁式构件A进行加固，包括第一锚具1、连接装置2、第二锚具3、CFRP构件4和SMA构件5。需要说明的是，CFRP(Carbon Fibre-reinforced Polymer)为碳纤维增强基复合材料,SMA(shape memory alloys)为形状记忆合金。
参照图1、图2和图3，本发明实施例中，第一锚具1用于与梁式构件A固定，第一锚具1具有第一固定部11和两个第一固定孔12，第一固定孔12设置于第一固定部11上，第一固定部11具有第一容纳孔111。具体地，第一容纳孔111供CFRP构件4进入缠绕，第一固定部11的外表面供CFRP构件4缠绕并部分被覆盖。其中，第一固定孔12用于与第一固定件(未图示)配合将第一锚具1固定于梁式构件A。可选地，第一固定件包括但不限于螺栓。需要说明的是，第一固定孔12的数量可以为一个或多个，供CFRP构件4缠绕的第一固定部11的外表面包括但不限于靠近梁式构件一侧的上表面、远离梁式构件一侧的下表面以及连接上表面与下表面的侧面中的至少之一。本申请实施例中，CFRP构件4缠绕第一固定部11的上表面、下表面以及侧面。
参照图1、图2、图3和图4，其中图3仅示出连接装置2的一部分。本发明实施例中，连接装置2用于产生预应力后固定于梁式构件，包括第一螺杆21和第二固定部22，第一螺杆21位于连接装置2一端而第二固定部22位于连接装置2另一端。具体地，第一螺杆21可以通过连接装置2上的第一安装孔(未图示)固定。其中，第二固定部22具有第二容纳孔221和两个第三固定孔222，具体地，第二容纳孔221供CFRP构件4进入缠绕，第二固定部22的外表面供CFRP构件4缠绕并部分被覆盖。其中，第三固定孔222用于与第三固定件(未图示)配合将连接装置2固定于梁式构件。可选地，第三固定件包括但不限于螺栓。需要说明的是，第三固定孔222的数量可以为二个或多个，供CFRP构件4缠绕的第二固定部22的外表面包括但不限于靠近梁式构件二侧的上表面、远离梁式构件二侧的下表面以及连接上表面与下表面的侧面中的至少之一。本申请实施例中，CFRP构件4缠绕第二固定部22的上表面、下表面以及侧面。
参照图1和图2，本发明实施例中，第二锚具3用于与梁式构件固定，第二锚具3与第一锚具1间隔设置，包括第三固定部31和第二螺杆32，第三固定部31设置有两个第二固定孔311，第二固定孔311用于与第二固定件(未图示)配合将第二锚具3固定于梁式构件。可选地，第二固定件包括但不限于螺栓。需要说明的是，第三固定孔222的数量可以为二个或多个。
参照图1、图2和图3，本发明实施例中，CFRP构件4为CFRP布或者CFRP网格，CFRP构件4一端与第一锚具1固定，CFRP构件4另一端与连接装置2固定。可选地，CFRP构件4一端可以通过注胶和/或缠绕与第一锚具1固定，CFRP构件4另一端可以通过注胶和/或缠绕与连接装置2固定。例如，CFRP构件4一端可以通过缠绕的方式进入第一容纳孔111并缠绕第一固定部11的外表面，或者CFRP构件4一端可以通过注胶的方式将CFRP构件4固定于第一固定部11，或者CFRP构件4一端可以通过缠绕的方式进入第一容纳孔111并缠绕第一固定部11的外表面，然后再注胶使得CFRP构件4一端与第一锚具1进一步加固。类似地，CFRP构件4另一端可以通过缠绕的方式进入第二容纳孔221并缠绕第二固定部22的外表面，或者CFRP构件4另一端可以通过注胶的方式将CFRP构件4固定于第二固定部22，或者CFRP构件4一端可以通过缠绕的方式进入第二容纳孔221并缠绕第二固定部22的外表面，然后再注胶使得CFRP构件4另一端与连接装置2进一步加固。需要说明的是，CFRP构件4与梁式构件接触，包括直接接触或者间接接触的方式，例如CFRP构件4与梁式构件A直接接触，或者CFRP构件4与梁式构件A之间通过注胶形成的注胶层接触。
参照图1和图2，本发明实施例中，SMA构件5，处于预变形状态并用于接收热激励，SMA构件5一端与第二锚具3固定，SMA构件5另一端与连接装置2固定。具体地，SMA构件5一端缠绕于第二螺杆32与第二锚具3固定，SMA构件5另一端缠绕于第一螺杆21与连接装置2固定。可选地，SMA构件5包括不限于SMA丝、SMA条或者SMA带。
可选地，本发明实施例中的缠绕可以为自锚固缠绕，第一锚具1、第二锚具3以及连接装置2均进行防锈处理。
下面对本发明实施例梁式构件预应力加固装置的具体工作过程进行说明：
在需要对梁式构件进行加固时，将CFRP构件4一端缠绕在第一锚具1上，然后将CFRP构件4的另一端缠绕于连接装置2，缠绕后CFRP构件4的两端均进行注胶；将处于预变形状态的SMA构件5的一端与第二锚具3的第一螺杆21缠绕固定，将处于预变形状态的SMA构件5的另一端缠绕固定于连接装置2的第一螺杆21，这样使得CFRP构件4、SMA构件5、连接装置2、第一锚具1和第二锚具3形成整体，然后将这个整体通过高强度的第一固定件与第一固定孔12配合将第一锚具1固定于梁式构件，随后将这个整体拉直后(例如CFRP构件4和SMA构件5处于拉直状态，拉直状态可以为CFRP构件4位于第一锚具1与连接装置2之间的部分拉直而不弯曲，SMA构件5位于第二锚具3与连接装置2之间的部分拉直而不弯曲，具体可以通过调整第一锚具1与第二锚具3的间隔距离实现以保证更好地产生预应力)，通过高强度的第二固定件与第二固定孔311配合将第二锚具3固定于梁式构件，最后对处于预变形状态的SMA构件5进行热激励，例如通电加热，预变形状态的SMA构件5恢复形变将带动连接装置2往第二锚具3的方向移动，从而实现对CFRP构件4的预张拉，从而使得CFRP构件4产生预应力，作用于梁式构件上进行加固。可选地，为了提高预应力对梁式构件的作用，此时可以通过高强度的第三固定件与第三固定孔222配合将连接装置2固定于梁式构件，并在CFRP构件4与梁式构件的界面之间进行注胶处理，即CFRP构件4的上表面与梁式构件的下表面之间形成有注胶处理的注胶层，完成加固。通过连接装置2与梁式构件的固定，CFRP构件4与梁式构件之间经过注胶处理，能够避免由于松弛等原因引起CFRP构件4的预应力产生损失，用于维持预应力，同时有利于注胶处理后确保CFRP构件4与梁式构件的截面紧密结合，更好地传递预应力，很好地对梁式构件的裂缝B进行修复加固。
本发明实施例还提供一种加固系统，包括加热装置以及梁式构件预应力加固装置，加热装置用于为SMA构件5提供热激励。
具体地，加热装置包括但不限于为SMA构件5提供电流进行通电加热的装置、通过直接的热量传递为SMA构件5进行加热的装置。
通过本发明实施例的梁式构件预应力加固装置，无需大型张拉设备与端部锚具，占用空间小、施工效率高，操作简便，减少人力、时间等资源的浪费，对梁式构件净空限制无要求或者要求低，可广泛适用于梁式构件裂缝修复加固工程中。
如图5所示，本发明实施例还提供一种加固方法，可应用于上述梁式构件预应力加固装置以及加固系统，包括步骤S100-S400：
S100、将CFRP构件一端固定于第一锚具，并将所述CFRP构件另一端固定于连接装置一端。
具体地，步骤S100中的将CFRP构件一端固定于第一锚具，包括步骤S101-S102：
S101、将CFRP构件一端缠绕于所述第一锚具。
具体地，CFRP构件一端进入第一锚具的第一容纳孔，并缠绕于第一锚具的第一固定部的外表面。
S102、对缠绕后的所述CFRP构件一端进行注胶以将所述CFRP构件一端固定于所述第一锚具。
具体地，对CFRP构件缠绕于第一锚具的一端进行注胶，使得所述CFRP构件一端更好地固定于所述第一锚具上。需要说明的是，步骤S101、S102不限定执行顺序。
需要说明的是，CFRP构件另一端同样可以使用上述方法，将CFRP构件另一端缠绕于连接装置后进行注胶，不在赘述。
S200、将处于预变形状态的SMA构件一端固定于所述连接装置另一端，并将所述SMA构件另一端固定于第二锚具。
本发明实施例中，将预先变形的处于预变形状态的SMA构件一端缠绕固定于连接装置的第一螺杆，SMA构件另一端缠绕固定于第二锚具的第二螺杆。需要说明的是，步骤S100、S200不限定执行顺序。
S300、将所述第一锚具与所述第二锚具固定于梁式构件。
本发明实施例中，通过高强度的第一固定件将第一锚具固定于梁式构件，通过高强度的第二固定件将第二锚具固定于梁式构件上。需要说明的是，第一锚具与第二锚具间隔设置，并可以通过调整第一锚具与第二锚具之间的间隔距离使得SMA构件或者CFRP构件处于拉直状态。
S400、对所述SMA构件进行热激励，使得所述SMA构件恢复形变带动所述CFRP构件产生预应力，通过预应力对与所述CFRP构件接触的所述梁式构件进行加固。
本发明实施例中，通过加热装置对SMA构件进行通电加热以进行热激励，使得SMA构件恢复形变带动连接装置往第二锚具的方向移动，从而实现带动CFRP构件，实现对CFRP构件的预张拉，从而使得CFRP构件产生预应力，而CFRP构件与梁式构件接触，因此产生的预应力能够作用于梁式构件上进行加固。需要说明的是，CFRP构件与梁式构件接触的方式可以为直接接触和间接接触，例如CFRP构件与梁式构件直接接触，或者CFRP构件与梁式构件之间通过注胶形成的注胶层间接接触。
可选地，对所述SMA构件进行热激励，使得所述SMA构件恢复形变带动所述CFRP构件产生预应力之后，本发明实施例的加固方法还包括步骤S501-S502：
S501、将所述连接装置固定于所述梁式构件。
S502、在所述CFRP构件与所述梁式构件之间进行注胶处理。
本发明实施例中，在对SMA构件进行热激励后，即在CFRP构件产生预应力之后，通过第三固定件将连接装置固定于所述梁式构件，在CFRP构件与所述梁式构件之间进行注胶处理，形成注胶层填充CFRP构件与梁式构件下表面之间的缝隙，能够避免由于松弛等原因引起CFRP构件的预应力产生损失，能够用于维持预应力。同，时注胶处理后确保CFRP构件与梁式构件的截面(下表面)紧密结合，能够更好地传递预应力，很好地对梁式构件的裂缝B进行修复加固。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种梁式构件预应力加固装置，其特征在于，包括：
连接装置；
第一锚具，用于与梁式构件固定；
第二锚具，用于与所述梁式构件固定，所述第二锚具与所述第一锚具间隔设置；
CFRP构件，与所述梁式构件接触，所述CFRP构件一端与所述第一锚具固定，所述CFRP构件另一端与所述连接装置固定；
SMA构件，处于预变形状态并用于接收热激励，所述SMA构件一端与所述第二锚具固定，所述SMA构件另一端与所述连接装置固定。
2.根据权利要求1所述的一种梁式构件预应力加固装置，其特征在于：所述第一锚具具有第一固定部，所述第一固定部具有第一容纳孔，所述CFRP构件进入所述第一容纳孔并缠绕所述第一固定部的外表面。
3.根据权利要求1所述的一种梁式构件预应力加固装置，其特征在于：所述第一锚具具有至少一第一固定孔，所述第一固定孔用于与第一固定件配合将所述第一锚具固定于所述梁式构件。
4.根据权利要求1所述的一种梁式构件预应力加固装置，其特征在于：所述CFRP构件与所述第一锚具固定的方式以及所述CFRP构件与所述连接装置固定的方式为注胶和/或缠绕。
5.根据权利要求1所述的一种梁式构件预应力加固装置，其特征在于：所述CFRP构件为CFRP布或者CFRP网格。
6.根据权利要求1所述的一种梁式构件预应力加固装置，其特征在于：所述连接装置包括第一螺杆，所述SMA构件缠绕于所述第一螺杆。
7.一种加固系统，其特征在于，包括：加热装置以及如权利要求1-6任一项所述梁式构件预应力加固装置，所述加热装置用于为SMA构件提供热激励。
8.一种加固方法，其特征在于，包括：
将CFRP构件一端固定于第一锚具，并将所述CFRP构件另一端固定于连接装置一端；
将处于预变形状态的SMA构件一端固定于所述连接装置另一端，并将所述SMA构件另一端固定于第二锚具；
将所述第一锚具与所述第二锚具固定于梁式构件；
对所述SMA构件进行热激励，使得所述SMA构件恢复形变带动所述CFRP构件产生预应力，通过预应力对与所述CFRP构件接触的所述梁式构件进行加固。
9.根据权利要求8所述的加固方法，其特征在于：所述将CFRP构件一端固定于第一锚具，包括：
将CFRP构件一端缠绕于所述第一锚具；
对缠绕后的所述CFRP构件一端进行注胶以将所述CFRP构件一端固定于所述第一锚具。
10.根据权利要求8所述的加固方法，其特征在于：所述对所述SMA构件进行热激励，使得所述SMA构件恢复形变带动所述CFRP构件产生预应力之后，所述方法还包括：
将所述连接装置固定于所述梁式构件；
在所述CFRP构件与所述梁式构件之间进行注胶处理。
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