CN113931476A - 一种基于自锚式锚固系统的预应力碳纤维板加固梁装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于自锚式锚固系统的预应力碳纤维板加固梁装置及方法，设置有矩形槽口，用于锚固碳纤维板；套筒，用于卡位碳纤维板；自锁锚环，设置有锁杆、弹簧、锁扣和化学锚栓孔，用于张拉碳纤维板时提供自锁以及锚固锚具；普通锚环，设置有化学锚栓孔，用于锚固锚具；齿轮，用于协助进行自锁；端螺母，用于紧固锚具；本发明应用时需按偶数数量布置于加固梁两端，固定好后需预先通过加热热塑性碳纤维板软化，在软化部位涂抹碳纤维板胶缠绕至滚轮后塑形固化，使用扭矩扳手或其他扭矩装置与锚具多边形孔进行对接施加扭矩，并以此对碳纤维板施加预应力。本发明操作灵活方便，科学高效，利于固定，可实现热塑性碳纤维板在结构加固中的应用。
Description
技术领域
本发明涉及结构加固技术领域，特别涉及一种基于自锚式锚固系统的预应力碳纤维板加固梁装置及方法。
背景技术
碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer)具有轻质高强、耐腐蚀、抗疲劳、抗拉强度高等性能优势，根据碳纤维复合材料制成的碳纤维板材可广泛应用于结构加固。对于减少梁体裂缝的产生，提高结构的承载能力和抗变形能力具有重要作用。但如何利用碳纤维板的优秀性能特别是抗拉性能仍处于不断探索阶段，实现碳纤维板材的有效锚固是一个重要难题。
目前，针对碳纤维板已开发出多种类型锚具，但大部分的锚具基于碳纤维板表面传力的方式实现锚固，缺乏经济、高效、耐久的大拉力锚具。而已开发的自锚式锚具在预应力的施加方面仍较为繁琐，需要借助特定加载工具。
发明内容
本发明提出一种基于自锚式锚固系统的预应力碳纤维板加固梁装置及方法，给出了锚具涉及内容包括滚轮、套筒、自锁锚环、齿轮、普通锚环、端螺母、化学锚栓。对比传统锚具，本发明轻质高强，操作灵活方便，科学高效，利于固定，利用了碳纤维材料的抗拉强度高的特性，实现了对热塑性碳纤维板的锚固。
滚轮横截面为圆形，在外表面中间部位设置有矩形槽口，沿滚轮横截面中心线对称分布，槽口间采用椭圆线形贯穿滚轮横截面。横截面设有圆形孔与多边形孔，贯穿滚轮。沿滚轮中心线向两端外侧设置有两臂。滚轮两端外表面设置螺纹。滚轮用于锚固碳纤维板。
套筒内部一端设有螺纹，用于与滚轮进行可拆卸的连接；另外一端光滑，用于对碳纤维板进行卡位。
自锁锚环设置有有锁杆、弹簧、锁扣和化学锚栓孔，用于张拉碳纤维板时提供自锁，与齿轮配合使用；锚固锚具，与化学锚栓配合使用。
普通锚环，设置有化学锚栓孔，用于锚固锚具，与化学锚栓配合使用。
端螺母，内置螺纹，固定于滚轮两臂最外侧，用于紧固锚具。
化学锚栓，设置有螺杆、螺母、垫片，配套化学胶管或植筋胶，用于锚固锚具。
优选的，加固梁包括钢梁和混凝土梁。
优选的，滚轮矩形槽口需要与滚轮表面圆滑对接，宽度与碳纤维板宽度契合。所述槽口数量为2个。槽位在1/2横截面半径至3/4 横截面半径之间。
优选的，滚轮圆形孔数量在6～8个；滚轮多边形孔需要与扭矩扳手或其他扭矩装置配合施加扭矩。
优选的，滚轮两端外表面螺纹深度为1～3mm，间距3～5mm。两外臂与普通锚环、自锁锚环连接，连接处均为光滑；与齿轮、端螺母接触设置螺纹。
优选的，对于1个滚轮，套筒数量应为2个，其总长度与碳纤维板宽度之和应与滚轮去除两臂长度相吻合；套筒卡位形式应保持与碳纤维板接触即可。
优选的，自锁锚环的锁杆应为锚环的一部分；锁扣应为月牙形，与齿轮进行咬合；所述锁杆、弹簧、锁扣数量应各不少于1个。
优选的，碳纤维板应为热塑性板，使用时需预先通过120度左右温度加热热塑性碳纤维板使其软化，涂抹碳纤维板胶缠绕至滚轮后塑形固化；缠绕时槽口内及滚轮外表面至少1层碳纤维板。
优选的，套筒上表面与自锁锚环、普通锚环上表面应保持平齐，碳纤维板上表面应略低于套筒上表面，并保证差值不超过5mm。
优选的，应用时锚具需按偶数数量布置于碳纤维板两端，一端为固定端，一端为张拉端。固定端采用自锁锚环进行锁定，张拉端需要利用扭矩扳手或其他扭矩装置对滚轮施加扭矩，并由此对碳纤维板施加预应力。
优选的，碳纤维板还配套树脂浸渍胶进行固定，所述树脂浸渍胶为双组份改性环氧树脂胶粘剂。
优选的，锚具需搭配合适型号扭矩扳手或其他扭矩装置进行匹配使用，使用时与锚具多边形孔进行对接。
优选的，锚具需搭配合适型号压条进行匹配使用，防止碳纤维板与加固梁体分离。
本发明的有益效果是在大部分的锚具基于碳纤维板表面传力的方式实现锚固，缺乏经济、高效、耐久的大拉力锚具。而已开发的自锚式锚具在预应力的施加方面仍较为繁琐，需要借助特定加载工具下，设计了一套包括滚轮、套筒、自锁锚环、齿轮、普通锚环、端螺母、化学锚栓的预应力碳纤维板滚轮锚具，本发明的有益效果是：
1、滚轮槽口设计实现了碳纤维板的良好自锚，可充分发挥碳纤维板优秀的抗拉性能。
2、滚轮的圆孔设计降低了锚具自重，使得结构轻质，同时锚具强度、刚度造成的影响较低，张拉碳纤维板时不会对碳纤维板造成损伤。
3、套筒卡位设计避免了张拉过程中碳纤维板不必要的偏移，对锚固造成不利影响。
4、自锁锚环搭配齿轮的自锁设计使得扭矩施加过程中不会因为中途停顿造成既有张拉失效，化学锚栓孔搭配化学锚栓也利于张拉固定。
5、扭矩施加装置可以采用扭矩扳手或其他操作仪器，简单易行，科学高效，降低了人力物力的要求。
附图说明
图1为本发明根据具体实施方式提供的混凝土梁锚固示意图。
图2为本发明根据具体实施方式提供的装置结构总体示意图。
图3为本发明根据具体实施方式提供的装置结构各构件示意图。
图4为滚轮及碳纤维板剖面示意图。
图5为滚轮结构示意图。
图6为自锁锚环及齿轮搭配结构示意图。
图7为普通锚环结构示意图。
图8为化学锚栓结构示意图。
图中标号：1、碳纤维板；2、滚轮；3、套筒；4、自锁锚环；5、齿轮；6、普通锚环；7、端螺母；8、化学锚栓；9、混凝土梁
21、矩形槽口；22、内槽椭圆线形；23、圆孔；24、多边形孔；25、螺纹；26、外臂；
41、锁杆；42、弹簧；43、锁扣
81、螺杆；82、螺母、83、垫片
具体实施方式
本发明提出一种基于自锚式锚固系统的预应力碳纤维板加固梁装置及方法，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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做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。
具体实例：
请参考图1～图8，本发明实例提供了一种基于自锚式锚固系统的预应力碳纤维板加固梁装置及方法，其特征在于，所述锚具涉及内容包括滚轮(2)、套筒(3)、自锁锚环(4)、齿轮(5)、普通锚环(6)、端螺母(7)、化学锚栓(8)；其中，
滚轮(2)，横截面为圆形，在外表面中间部位设置有矩形槽口(21)，沿滚轮横截面中心线对称分布，槽口间采用椭圆线形(22) 贯穿滚轮横截面。横截面设有圆形孔(23)与多边形孔(24)，贯穿滚轮。沿滚轮中心线向两端外侧设置有两臂(26)。滚轮两端外表面设置螺纹(26)。所述滚轮用于锚固碳纤维板。
套筒(3)，内部一端设有螺纹，用于与滚轮(2)进行可拆卸的连接；另外一端光滑，用于对碳纤维板(1)进行卡位。
自锁锚环(4)，设置有有锁杆(41)、弹簧(42)、锁扣(43) 和化学锚栓孔，用于张拉碳纤维板时提供自锁，与齿轮(5)配合使用；锚固锚具，与化学锚栓(8)配合使用。
普通锚环(6)，设置有化学锚栓孔，用于锚固锚具，与化学锚栓(8)配合使用。
端螺母(7)，内置螺纹，固定于滚轮两臂最外侧，用于紧固锚具。
化学锚栓(8)，设置有螺杆(81)、螺母(82)、垫片(83)，配套化学胶管或植筋胶，用于锚固锚具。
工作原理：
首先，对所加固梁进行放样，确定碳纤维板(1)张贴位置中心线及边线，并以此确定锚具化学螺栓孔位置(需要注意避让钢筋)；对梁体表面进行清理，找平、清除杂物。然后用电钻对化学螺栓部位进行开孔，种植胶体，随后植入化学锚栓螺杆(81)；待牢固后将滚轮(2)、套筒(3)、自锁锚环(4)、普通锚环(6)组装形成整体锚固于梁体，沿滚轮外臂依次拧入齿轮(5)、端螺母(7)，采用环氧树脂封闭缝隙。
对热塑性碳纤维板(1)进行软化处理，固定碳纤维板于合适装置上，对碳纤维板两端合适长度施加120度左右的温度使其软化。在软化位置涂抹碳板胶，将碳纤维板内穿槽口(21)并缠绕至滚轮外表面，随后等待碳纤维板(1)塑形固化。
最后，张拉碳纤维板(1)并锚固于梁体表面。在碳纤维板(1) 表面涂抹碳板胶，粘贴于梁体表面；锚具偶数布置，两端分别为固定端及张拉端，固定端采用完全自锁形式，张拉端采用合适型号扭矩扳手或其他扭矩装置进行匹配使用，使用时与锚具多边形孔(24)进行对接，对滚轮施加扭矩，并以此对碳纤维板施加预应力，过程中通过自锁锚环(4)及齿轮(5)防止扭矩损失。张拉完成后，采用压条按一定间距固定张拉完成的碳纤维板(1)；对碳纤维板(1)、压条及锚具喷涂防腐涂料，并对锚具进行封箱保护。
作为优选方案，更进一步的，加固梁包括钢梁和混凝土梁。
作为优选方案，更进一步的，滚轮矩形槽口(21)需要与滚轮表面圆滑对接，宽度与碳纤维板(1)宽度契合。所述槽口数量为2 个。槽位(22)在1/2横截面半径至3/4横截面半径之间。
作为优选方案，更进一步的，滚轮圆形孔(23)数量在6～8个；所述滚轮多边形孔(24)需要与扭矩扳手或其他扭矩装置配合施加扭矩。
作为优选方案，更进一步的，滚轮两端外表面螺纹(25)深度为1～3mm，间距3～5mm。两外臂(26)与普通锚环、自锁锚环连接，连接处均为光滑；与齿轮(5)、端螺母(7)接触设置螺纹。
作为优选方案，更进一步的，对于1个滚轮(1)，套筒(2)数量应为2个，其总长度与碳纤维板宽度之和应与滚轮去除两臂长度相吻合；套筒(2)卡位形式应保持与碳纤维板(1)接触即可。
作为优选方案，更进一步的，自锁锚环的锁杆(41)应为锚环的一部分；锁扣(43)应为月牙形，与齿轮(5)进行咬合；所述锁杆(41)、弹簧(42)、锁扣(43)数量应各不少于1个。
作为优选方案，更进一步的，碳纤维板(1)应为热塑性板，使用时需预先通过120度左右温度加热热塑性碳纤维板使其软化，在软化部位涂抹碳纤维板胶缠绕至滚轮(2)后塑形固化；缠绕时槽口内及滚轮外表面至少1层碳纤维板。
作为优选方案，更进一步的，套筒(2)上表面与自锁锚环(4)、普通锚环(6)上表面应保持平齐，碳纤维板(1)上表面应略低于套筒(2)上表面，并保证差值不超过5mm。
作为优选方案，更进一步的，应用时锚具需按偶数数量布置于梁体两端，一端为固定端，一端为张拉端。固定端采用自锁锚环(4) 进行锁定，张拉端需要利用扭矩扳手或其他扭矩装置对滚轮(2)施加扭矩，并由此对碳纤维板施加预应力。
作为优选方案，更进一步的，碳纤维板(1)还配套树脂浸渍胶进行固定，所述树脂浸渍胶为双组份改性环氧树脂胶粘剂。
作为优选方案，更进一步的，锚具需搭配合适型号扭矩扳手或其他扭矩装置进行匹配使用，使用时与锚具多边形孔(24)进行对接。
作为优选方案，更进一步的，锚具需搭配合适型号压条进行匹配使用，防止碳纤维板(1)与加固梁体分离。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于自锚式锚固系统的预应力碳纤维板加固梁装置，其特征在于，所述涉及内容包括滚轮(2)、套筒(3)、自锁锚环(4)、齿轮(5)、普通锚环(6)、端螺母(7)、化学锚栓(8)；
所述滚轮(2)的横截面为圆形，在外表面中间部位设置有矩形槽口(21)，沿滚轮横截面中心线对称分布，槽口间采用椭圆线形(22)贯穿滚轮横截面；横截面设有圆形孔(23)与多边形孔(24)，贯穿滚轮；沿滚轮中心线向两端外侧设置有两臂(26)；滚轮两端外表面设置螺纹(26)；所述滚轮基于自锚原理用于锚固碳纤维板；
所述套筒(3)的内部一端设有螺纹，用于与滚轮(2)进行可拆卸的连接；另外一端光滑，用于对碳纤维板(1)进行卡位；
所述自锁锚环(4)，设置有有锁杆(41)、弹簧(42)、锁扣(43)和化学锚栓孔，用于张拉碳纤维板时提供自锁，与齿轮(5)配合使用；
所述普通锚环(6)上设置有化学锚栓孔，用于锚固锚具，锚固锚具与化学锚栓(8)配合使用；
所述端螺母(7)，内置螺纹，固定于滚轮两臂最外侧，用于紧固锚具；
所述化学锚栓(8)，设置有螺杆(81)、螺母(82)、垫片(83)，配套化学胶管或植筋胶，用于锚固锚具。
2.根据权利要求1所述的一种基于自锚式锚固系统的预应力碳纤维板加固梁装置，其特征在于，所述加固梁包括钢梁和混凝土梁。
3.根据权利要求1所述的一种基于自锚式锚固系统的预应力碳纤维板加固梁装置，其特征在于，所述滚轮矩形槽口(21)需要与滚轮表面圆滑对接，宽度与碳纤维板(1)宽度契合；所述槽口数量为2个；槽位(22)在1/2横截面半径至3/4横截面半径之间。
4.根据权利要求1所述的一种基于自锚式锚固系统的预应力碳纤维板加固梁装置，其特征在于，所述滚轮圆形孔(23)数量在6～8个；所述滚轮多边形孔(24)需要与扭矩扳手或其他扭矩装置配合施加扭矩。
5.根据权利要求1所述的一种基于自锚式锚固系统的预应力碳纤维板加固梁装置，其特征在于，所述滚轮两端外表面螺纹(25)深度为1～3mm，间距3～5mm；两外臂(26)与普通锚环、自锁锚环连接，连接处均为光滑；与齿轮(5)、端螺母(7)接触设置螺纹。
6.根据权利要求1所述的一种基于自锚式锚固系统的预应力碳纤维板加固梁装置，其特征在于，所述对于1个滚轮(1)，套筒(2)数量应为2个，其总长度与碳纤维板宽度之和应与滚轮去除两臂长度相吻合；套筒(2)卡位形式应保持与碳纤维板(1)接触即可。
7.根据权利要求1所述的一种基于自锚式锚固系统的预应力碳纤维板加固梁装置，其特征在于，所述自锁锚环的锁杆(41)应为锚环的一部分；锁扣(43)为月牙形，与齿轮(5)进行咬合；所述锁杆(41)、弹簧(42)、锁扣(43)数量不少于1个。
8.根据权利要求1所述的一种基于自锚式锚固系统的预应力碳纤维板加固梁装置，其特征在于，所述碳纤维板(1)应为热塑性板，使用时需预先通过120度温度加热热塑性碳纤维板软化，在软化部位涂抹碳纤维板胶缠绕至滚轮(2)后塑形固化；缠绕时槽口内及滚轮外表面至少1层碳纤维板。
9.根据权利要求1所述的一种基于自锚式锚固系统的预应力碳纤维板加固梁装置，其特征在于，所述套筒(2)上表面与自锁锚环(4)、普通锚环(6)上表面应保持平齐，碳纤维板(1)上表面应略低于套筒(2)上表面，并保证差值不超过5mm。
10.根据权利要求1～9所述的一种基于自锚式锚固系统的预应力碳纤维板加固梁装置，其特征在于，应用时所述锚具需按偶数数量布置于梁体两端，一端为固定端，一端为张拉端；固定端采用自锁锚环(4)进行锁定，张拉端需要利用扭矩扳手或其他扭矩装置对滚轮(2)施加扭矩，并由此对碳纤维板施加预应力；
所述碳纤维板(1)还配套树脂浸渍胶进行固定，所述树脂浸渍胶为双组份改性环氧树脂胶粘剂；
所述锚具需搭配合适型号扭矩扳手或其他扭矩装置进行匹配使用，使用时与锚具多边形孔(24)进行对接；
所述锚具需搭配合适型号压条进行匹配使用，防止碳纤维板(1)与加固梁体分离。
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- 2021-10-10 CN CN202111184294.4A patent/CN113931476A/zh active Pending
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