CN115522750A - 碳纤维筋锚具预紧张拉一体系统及预紧、张拉方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳纤维筋锚具预紧张拉一体系统，属于预应力碳纤维筋技术领域。所述系统包括两个相互平行的基座；一预应力锚，设于两个相互平行的基座之间，将多根CFRP筋并联在一起；第一钢块；两个相互平行的螺杆；千斤顶，设于所述预应力锚与所述第一钢块之间；以及第二钢块，插设于两个相互平行的螺杆之间，并具有第一位置和第二位置；当所述第二钢块位于第一位置时，所述千斤顶通过所述第二钢块对所述CFRP筋施加预紧力；当所述第二钢块位于第二位置时，所述千斤顶依次通过所述第一钢块、所述螺杆向所述CFRP筋施加张拉力。本发明可实现多根CFRP筋同时预紧和张拉，增大张拉吨位，提高施工效率。

Description

碳纤维筋锚具预紧张拉一体系统及预紧、张拉方法

技术领域

本发明属于预应力碳纤维筋技术领域，更具体地说，涉及一种碳纤维筋锚具预紧张拉一体系统及预紧、张拉方法。

背景技术

随着预应力加固技术的快速发展，预应力碳纤维筋(CFRP)逐步开始作为体外预应力加固材料应用于工程实际，特别是在一些大型构件的提升、牵引等工程中。由于单根CFRP筋受筋材质量和锚固效率影响有时无法达到应有的加固效果或失效概率大，因此CFRP筋使用时需先对预应力筋或承力筋进行预紧，使得每根预应力筋或承力筋受力基本一致，然后才进行整体张拉和提升、牵引。

常规对CFRP筋的预紧是对CFRP筋逐一进行预紧。常用方法是：先将连续提升千斤顶及其泵站和穿心千斤顶及其泵站在提升平台就位装好，将连续提升千斤顶穿上用于提升的多根钢绞线并与待提升构件逐一连接锚固；再在连续提升千斤顶的上端将穿心千斤顶从第一根钢绞线的端头套入至连接提升千斤顶的前端千斤顶的压板上，夹持该根钢绞线并张拉至设定值，然后通过连续提升千斤顶的前端千斤顶锚板和后顶锚板上的夹片夹持固定，再释放穿心千斤顶的张力、松开夹持，将穿心千斤顶从第一根钢绞线的端头完全退出，完成对该根CFRP筋的预紧。

上述预紧方法的缺点是：使用设备繁多，必须额外增加穿心千斤顶及其配套的泵站等设备，操作程序复杂，每预紧一根CFRP筋都要在连续提升千斤顶的上端将CFRP筋从端头穿入穿心千斤顶，并在张拉预紧该CFRP筋后又得将该CFRP筋完全退出穿心千斤顶，这种工作一般要求操作人员多，尤其是连续提升千斤顶往往安装在数十米甚至上百米高空平台上，要在连续提升千斤顶的顶端搭设临时而狭窄的平台上作业，操作困难，而且很不安全。

针对上述问题，申请号为CN200410002193.0、公开日为2005年07月20日的中国发明专利公开了一种对连续提升千斤顶中的提升钢绞线的预紧方法，该方案包括：在完成前期步骤后松开连续提升千斤顶中的前端千斤顶上的压板和锚板上的夹片；用一副夹片装在连续提升千斤顶的前端千斤顶前的锚板上逐一夹持连续提升千斤顶上的各根钢绞线，实施逐一预紧，最后再将松开的压板和锚板上的夹片再装回连续提升千斤顶中的前端千斤顶上的锚板中将各根钢绞线锚固完成。该申请在提升构件前用来对连续提升千斤顶中的提升钢绞线进行预紧，与现有方法对比，解决了现有的预紧方法效率低、工艺装备过多和操作不便及操作危险性大的问题；

申请号为CN201510621491.6、公开日为2015年12月16日的中国发明专利公开了一种一种带提升预紧装置的提升千斤顶，该方案包括：顺次连接的上夹持顶、主顶、下夹持顶和提升预紧装置，该提升预紧装置由上提升夹片、压板和预紧块组成，预紧块为底部有一凸台的短圆柱体，短圆柱体上有n个用于安装上提升夹片的锥孔；压板为圆环形，其圆环上有m个通孔，圆环内有一内台阶；工作状态下，预紧块固定安装在主顶的上夹持顶上面，上提升夹片放置在需要调整钢绞线之对应的预紧块的锥孔内；压板位于预紧块外侧，其内台阶卡在预紧块的凸台上，螺栓和垫圈穿过压板外表面上的通孔，将压板、预紧块与上夹持顶连接。该方案能实现提升过程中，对发现有问题的钢绞线及时进行均匀的预紧。

然而，上述现有技术均均具有以下缺点：(1)每次对CFRP筋的预紧也只能实现单根CFRP筋依次预紧，操作繁琐；(2)CFRP筋预紧装置结构复杂，无法实现连续对CFRP筋进行预紧、张拉，导致张拉配套设备多，预紧、张拉时操作空间小，操作极为不便。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有技术中存在的无法同时对多根CFRP筋进行预紧以及CFRP筋的预紧装置、张拉装置结构复杂导致配套设备多，预紧、张拉时操作空间小，操作极为不便的问题，本发明提供一种碳纤维筋锚具预紧张拉一体系统及预紧、张拉方法，通过集成CFRP筋的预紧、张拉结构于一体，并将多根CFRP筋并联，可实现多根CFRP筋同时预紧和张拉，增大张拉吨位，提高施工效率。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

碳纤维筋锚具预紧张拉一体系统，包括：

两个相互平行的基座；

一预应力锚，设于两个相互平行的基座之间，将多根CFRP筋并联在一起；所述预应力锚具有多个锚固孔，多个锚固孔在预应力锚的中轴线截面上彼此等距离间隔，用于供多根CFRP筋单独、间隔穿入；

第一钢块；

两个相互平行的螺杆，用于连接所述预应力锚和所述第一钢块；

千斤顶，设于所述预应力锚与所述第一钢块之间；

以及第二钢块，插设于两个相互平行的螺杆之间，并具有第一位置和第二位置；

当所述第二钢块位于第一位置时，所述千斤顶通过所述第二钢块对所述CFRP筋施加预紧力；

当所述第二钢块位于第二位置时，所述千斤顶依次通过所述第一钢块、所述螺杆向所述CFRP筋施加张拉力。

优选地，所述CFRP筋至少有其中一末端穿出所述锚固孔，不同CFRP筋之间穿出所述锚固孔的末端之间齐平。

优选地，所述第一位置是指所述预应力锚与所述千斤顶之间的位置；

当所述第二钢块位于第一位置时，所述第二钢块的两端分别插设于两个相互平行的螺杆中。

所述第二位置是指：所述基座与所述千斤顶之间的位置；

当所述第二钢块位于所述第二位置时，所述第二钢块的两端分别抵靠于两个相互平行的基座。

优选地，所述预应力锚还包括：

夹片，所述夹片插设于所述锚固孔，用于对穿入锚固孔后的CFRP筋进行夹紧，所述夹片外径沿锚固孔的轴向方向递减而形成一定锥度，使得所述夹片在长度方向上至少包括连续的锥度段和平行段，所述锥度段的锥度大于所述平行段的锥度，所述平行段的锥度为0，所述平行段位于所述锚固孔外；

当所述第二钢块位于第一位置时，所述千斤顶通过所述第二钢块同时对所述CFRP筋以及所述夹片施加预紧力。

优选地，还包括：多组限位装置，设置于所述螺杆上。

作为本申请的第二个方面，提供一种多根CFRP筋同时预紧的方法，用于如上任一项所述的碳纤维筋锚具预紧张拉一体系统，所述方法包括：

完成所述螺杆与所述预应力锚之间的连接、以及所述螺杆与所述第一钢块之间的连接；其中，所述预应力锚上并联有多根CFRP筋；

将所述千斤顶装设于所述预应力锚与所述第一钢块之间，并使得所述千斤顶的输出端朝向所述预应力锚预应力锚；

将所述第二钢块装设于所述第一位置；

通过所述千斤顶向所述所述第二钢块施加作用力，直至达到预定的预紧吨位，完成多根CFRP筋的同时预紧。

作为本申请的第三个方面，提供一种多根CFRP筋同时张拉的方法，用于如上任一项所述的碳纤维筋锚具预紧张拉一体系统，所述方法包括：

完成所述螺杆与所述预应力锚之间的连接、以及所述螺杆与所述第一钢块之间的连接；其中，所述预应力锚上并联有多根CFRP筋；

将所述千斤顶装设于所述预应力锚与所述第一钢块之间；

将所述第二钢块装设于所述第二位置；

通过所述千斤顶向所述第一钢块或所述第二钢块施加作用力，直至完成多根CFRP筋的同时张拉。

作为本申请的第四个方面，提供一种多根CFRP筋同时预紧和张拉的方法，用于权利要求1～5任一项所述的碳纤维筋锚具预紧张拉一体系统，所述方法包括：

完成所述螺杆与所述预应力锚之间的连接、以及所述螺杆与所述第一钢块之间的连接；其中，所述预应力锚上并联有多根CFRP筋；

将所述千斤顶装设于所述预应力锚与所述第一钢块之间，并使得所述千斤顶的输出端朝向所述预应力锚预应力锚；

将所述第二钢块装设于所述第一位置；

通过所述千斤顶向所述所述第二钢块施加作用力，直至达到预定的预紧吨位，完成多根CFRP筋的同时预紧；

拆除所述千斤顶、所述第一钢块、以及所述第二钢块；

调整所述第二钢块，将所述第二钢块装设于所述第二位置，重新安装所述千斤顶以及所述第一钢块；

通过所述千斤顶向所述第一钢块或所述第二钢块施加作用力，直至完成多根CFRP筋的同时张拉。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种碳纤维筋锚具预紧张拉一体系统及预紧、张拉方法，通过对预应力锚的结构进行设计，能够增大张拉吨位，提高施工效率，为多根CFRP筋同时预紧和张拉提供了条件；

(2)本发明的一种碳纤维筋锚具预紧张拉一体系统，集成CFRP筋的预紧、张拉结构于一体，相较于常规的张拉结构并未额外增加其他结构，配套设备少，预紧、张拉时操作空间大，还能够实现对CFRP筋的连续预紧、张拉。

附图说明

图1为本申请其中一具体实施方式中的碳纤维筋锚具预紧张拉一体系统结构示意图；

图2为本申请其中一具体实施方式中的基座结构示意图；

图3为本申请其中一具体实施方式中的预应力锚结构示意图；

图4为本申请其中一具体实施方式中的预应力锚侧视图；

图5为本申请其中一具体实施方式中的用于预紧时的碳纤维筋锚具预紧张拉一体系统结构示意图；

图6为本申请其中一具体实施方式中的用于张拉时的碳纤维筋锚具预紧张拉一体系统结构示意图；

图中：100、基座；200、预应力锚；210、锚固孔；220、夹片；300、第一钢块；400、螺杆；500、千斤顶；600、CFRP筋；700、第二钢块。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和附图对本发明进一步进行描述。

本发明的发明人已经认识到，由于每次对CFRP筋进行张拉之前都需要对CFRP筋进行预紧，若预紧装置结构复杂，会导致张拉结构配套设备多，预紧、张拉时操作空间小，操作不便；此外，现有CFRP筋的预紧也只能实现单根CFRP筋依次预紧，操作繁琐。因此，本发明的发明人提出了一种碳纤维筋锚具预紧张拉一体系统，以实现多根CFRP筋同时预紧和张拉，增大张拉吨位，提高施工效率。

图1示出了根据本发明的实施方式的示例性碳纤维筋锚具预紧张拉一体系统，应用于碳纤维筋的预紧、张拉。包括：两个相互平行的基座100；一预应力锚200，设于两个相互平行的基座100之间，将多根CFRP筋600并联在一起；第一钢块300；两个相互平行的螺杆400，用于连接所述预应力锚200和所述第一钢块300；千斤顶500，设于所述预应力锚200与所述第一钢块300之间；以及第二钢块700，插设于两个相互平行的螺杆400之间，并具有第一位置和第二位置；当所述第二钢块700位于第一位置时，所述千斤顶500通过所述第二钢块700对所述CFRP筋600施加预紧力；当所述第二钢块700位于第二位置时，所述千斤顶500依次通过所述第一钢块300、所述螺杆400向所述CFRP筋600施加张拉力。

参照图2，基座100具体可以设置为一个限位框，起到支撑、定位的作用。根据具体的应用，基座100可以通过配套的螺栓螺母结构附连在一些待加固构件上，如，混凝土受弯构件等。在具体的结构设计上，限位框至少包括两个定位板，主要用于供螺杆400穿过并支撑、定位螺杆400。

预应力锚200主要起到并联CFRP筋600的作用。在一个示例性实施方式中，所述预应力锚200有多个锚固孔210，如，4孔、5孔、6孔、7孔、8孔或9孔，锚固孔210的数量设置以能够适用于不同张拉吨位为准；所述预应力锚200用于将多根CFRP筋600单独、间隔穿入，多个锚固孔210在预应力锚200的中轴线截面上彼此等距离间隔。在一个示例性实施方式中，锚固孔210在预应力锚200上可以按以下方式分布：其中一个锚固孔210位于多孔锚环10的中心位置处，余下的锚固孔210围绕着该锚固孔210彼此之间等间距地设置；在另一个示例性的实施方式中，锚固孔210在预应力锚200上可以按以下方式分布：多个锚固孔210在预应力锚200上下等距分布，形成“并联”，上述锚固孔210在预应力锚200上的分布方式，可以避免进行预紧和张拉时不同CFRP筋600之间受力不均。

所述CFRP筋600至少有其中一末端穿出所述锚固孔210，以方便完成预紧；不同CFRP筋600之间穿出所述锚固孔210的末端之间齐平，以保证预紧时各CFRP筋600受力均匀。

更具体地，参照图3～图4，所述预应力锚200还包括：夹片220，所述夹片220插设于所述锚固孔210，用于对穿入锚固孔210后的CFRP筋600进行夹紧，所述夹片220外径沿锚固孔210的轴向方向递减而形成一定锥度，使得所述夹片220在长度方向上至少包括连续的锥度段和平行段，所述锥度段的锥度大于所述平行段的锥度，所述锥度段的锥度优选为1.2°～1.5°，所述平行段的锥度为0，以减少切口效应，防止CFRP筋600在伸出锚固孔210的端部平齐处应力集中剪坏；所述平行段位于所述锚固孔210外，此处夹片220不受预应力锚200环向压力，但对夹片220仍起到环向约束的作用，实现CFRP筋600由不受环向应力到受环向应力的过度。

所述平行段的长度为5mm。过小无法有效减少切口效应，较大对于切口效应的减小程度不再明显，且浪费钢材。

所述锥度段与所述平行段的过渡位置、以及所述锚固孔210的端面均形成有倒角，减弱环向应力集中。

所述夹片220用于直接作用于CFRP筋600并在CFRP筋600上施加预应力。为保证CFRP筋600受力均匀，所述夹片220可以为多片式结构。如两片式结构、三片式结构或四片式结构等。一个具体的实施方式中，所述夹片220为三片式结构，其包括三个彼此间保持间距的薄片，当所述CFRP筋600穿入锚固孔210，所述薄片位于所述锚固孔210与所述所述CFRP筋600之间的夹隙中，使得所述CFRP筋600与所述锚固孔210之间过盈配合。

在组装实施上述预应力锚200时，使用者可先将各CFRP筋600分别穿过多孔锚环的各锚固孔210，再组装夹片220，在施加预紧力后，进行多筋整体张拉。

在本发明的示例性实施方式中，两个相互平行的螺杆400主要用于连接所述预应力锚200和所述第一钢块300。所述螺杆400上设有多个限位装置。具体地，所述限位装置可以为与螺杆400配套的螺母等。本具体实施方式中，至少有一限位装置位于远离千斤顶500的预应力锚200一侧，并装设于螺杆400上，以在对CFRP筋600预紧前通过拧紧限位装置使得预应力锚200与螺杆400之间相对固定，以完成CFRP筋600在锚固孔210内的预紧；至少有一限位装置能够抵持于基座100其中一定位板上，以实现张拉后螺母拧紧限位；此外，还至少有一限位装置设于第一钢块300远离千斤顶500一侧，以实现第一钢块300与螺杆400之间的固定或拆卸。

所述千斤顶500设于所述预应力锚200与所述第一钢块300之间，主要用于提供预紧、张拉所述的力。所述千斤顶500可以根据需要，选择为油压顶升装置、液压顶升装置、电动顶升装置、气动顶升装置、机械顶升装置中的任意一种，本发明不做限制。

在本发明的示例性实施方式中，所述第一钢块300以及第二钢块700主要起到受力、支承作用。对于第二钢块700，所述第二钢块700插设于两个相互平行的螺杆400之间，并具有第一位置和第二位置。所述第一位置是指所述预应力锚200与所述千斤顶500之间的位置；当所述第二钢块700位于第一位置时，所述第二钢块700的两端分别插设于两个相互平行的螺杆400中。所述第二位置是指：所述基座100与所述千斤顶500之间的位置；当所述第二钢块700位于所述第二位置时，所述第二钢块700的两端分别抵靠于两个相互平行的基座100。值得说明的是，在另一种示例性实施方式中，所述第二钢块700具体设置为两个钢块，分别为钢块一或者钢块二；当所述第二钢块700为钢块一时，所述第二钢块700设置于第一位置，当所述第二钢块700为钢块二时，所述第二钢块700设置于第二位置。当所述第二钢块700设置于第一位置时，其主要起到对CFRP筋600进行预紧的作用；当所述第二钢块700设置于第二位置时，其主要起到对CFRP筋600进行张拉的作用。为了方便对CFRP筋600进行预紧、张拉的过程进行说明，下面分别以所述第二钢块700为钢块一或者钢块二进行说明。

参照图5，当所述第二钢块700位于所述第一位置时，采用所述的碳纤维筋锚具预紧张拉一体系统对CFRP筋600进行预紧，其主要步骤包括：

完成所述螺杆400与所述预应力锚200之间的连接、以及所述螺杆400与所述第一钢块300之间的连接；其中，所述预应力锚200上并联有多根CFRP筋600；

将所述千斤顶500装设于所述预应力锚200与所述第一钢块300之间，并使得所述千斤顶500的输出端朝向所述预应力锚200预应力锚200；

将所述第二钢块700装设于所述第一位置；

通过所述千斤顶500向所述所述第二钢块700施加作用力，直至达到预定的预紧吨位，完成多根CFRP筋600的同时预紧。

参照图6，当所述第二钢块700位于所述第二位置时，采用所述的碳纤维筋锚具预紧张拉一体系统对CFRP筋600进行张拉，其主要步骤包括：

完成所述螺杆400与所述预应力锚200之间的连接、以及所述螺杆400与所述第一钢块300之间的连接；其中，所述预应力锚200上并联有多根CFRP筋600；

将所述千斤顶500装设于所述预应力锚200与所述第一钢块300之间；

将所述第二钢块700装设于所述第二位置；

通过所述千斤顶500向所述第一钢块300或所述第二钢块700施加作用力，直至完成多根CFRP筋600的同时张拉。

本发明的示例性实施方式的优点在于，通过集成CFRP筋600的预紧、张拉结构于一体，避免了预紧、张拉配套设备多，预紧、张拉时操作空间小，操作极为不便；同时将多根CFRP筋600并联，可实现多根CFRP筋600同时预紧以及随后进行张拉，增大张拉吨位，提高施工效率。

作为另一个方面，本发明还提供了一种使用上述的碳纤维筋锚具预紧张拉一体系统多根CFRP筋600同时预紧并随后张拉的方法，所述方法包括：

完成所述螺杆400与所述预应力锚200之间的连接、以及所述螺杆400与所述第一钢块300之间的连接；其中，所述预应力锚200上并联有多根CFRP筋600；

将所述千斤顶500装设于所述预应力锚200与所述第一钢块300之间，并使得所述千斤顶500的输出端朝向所述预应力锚200预应力锚200；

将所述第二钢块700装设于所述第一位置；

通过所述千斤顶500向所述所述第二钢块700施加作用力，直至达到预定的预紧吨位，完成多根CFRP筋600的同时预紧；

拆除所述千斤顶500、所述第一钢块300、以及所述第二钢块700；

调整所述第二钢块700，将所述第二钢块700装设于所述第二位置，重新安装所述千斤顶500以及所述第一钢块300；

通过所述千斤顶500向所述第一钢块300或所述第二钢块700施加作用力，直至完成多根CFRP筋600的同时张拉。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的多根CFRP筋600同时预紧并随后张拉的方法的具体工作过程，可以参考前述碳纤维筋锚具预紧张拉一体系统具体实施方式中的对应过程，在此不再赘述。

本发明所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.碳纤维筋锚具预紧张拉一体系统，其特征在于：包括：

两个相互平行的基座；

一预应力锚，设于两个相互平行的基座之间，将多根CFRP筋并联在一起；所述预应力锚具有多个锚固孔，多个锚固孔在预应力锚的中轴线截面上彼此等距离间隔，用于供多根CFRP筋单独、间隔穿入；

第一钢块；

两个相互平行的螺杆，用于连接所述预应力锚和所述第一钢块；

千斤顶，设于所述预应力锚与所述第一钢块之间；

以及第二钢块，插设于两个相互平行的螺杆之间，并具有第一位置和第二位置；

当所述第二钢块位于第一位置时，所述千斤顶通过所述第二钢块对所述CFRP筋施加预紧力；

当所述第二钢块位于第二位置时，所述千斤顶依次通过所述第一钢块、所述螺杆向所述CFRP筋施加张拉力。

2.根据权利要求1所述的碳纤维筋锚具预紧张拉一体系统，其特征在于：所述CFRP筋至少有其中一末端穿出所述锚固孔，不同CFRP筋之间穿出所述锚固孔的末端之间齐平。

3.根据权利要求1所述的碳纤维筋锚具预紧张拉一体系统，其特征在于：所述第一位置是指所述预应力锚与所述千斤顶之间的位置；

当所述第二钢块位于第一位置时，所述第二钢块的两端分别插设于两个相互平行的螺杆中。

所述第二位置是指：所述基座与所述千斤顶之间的位置；

当所述第二钢块位于所述第二位置时，所述第二钢块的两端分别抵靠于两个相互平行的基座。

4.根据权利要求2所述的碳纤维筋锚具预紧张拉一体系统，其特征在于：所述预应力锚还包括：

夹片，所述夹片插设于所述锚固孔，用于对穿入锚固孔后的CFRP筋进行夹紧，所述夹片外径沿锚固孔的轴向方向递减而形成一定锥度，使得所述夹片在长度方向上至少包括连续的锥度段和平行段，所述锥度段的锥度大于所述平行段的锥度，所述平行段的锥度为0，所述平行段位于所述锚固孔外；

当所述第二钢块位于第一位置时，所述千斤顶通过所述第二钢块同时对所述CFRP筋以及所述夹片施加预紧力。

5.根据权利要求1所述的碳纤维筋锚具预紧张拉一体系统，其特征在于：还包括：多组限位装置，设置于所述螺杆上。

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