CN203320978U - 预应力碳纤维片材加固大跨混凝土结构的张拉锚固装置 - Google Patents

Abstract

预应力碳纤维片材加固大跨混凝土结构的张拉锚固装置，包括张拉片材固定部分、张拉片材活动部分、张拉动力固定部分、张拉动力部分以及由碳纤维材料制成的张拉片材，张拉片材的两端分别与张拉片材固定部分和张拉片材活动部分连接，张拉片材固定部分和张拉片材活动部分分别设在大跨混凝土结构的同一侧面两端，张拉动力部分设在张拉动力固定部分上，张拉动力部分与张拉片材活动部分连接。本实用新型针对现有碳纤维材料张拉用锚具易拉断碳纤维丝，碳纤维片材厚度较薄而不易夹持的特点，提供一种基于粘结强度固定纤维片材的预应力碳纤维片材加固技术，重点解决碳纤维片材与待加固结构的零间隙粘贴，同时确保施工过程中占用最少的结构空间。

Description

预应力碳纤维片材加固大跨混凝土结构的张拉锚固装置

技术领域

本实用新型属于土木工程技术领域，特别涉及一种预应力碳纤维片材加固大跨混凝土结构的张拉锚固装置。

背景技术

碳纤维是一种高性能纤维增强材料，具有高强度、高模量、耐高温、耐磨、耐腐蚀等性能，而且兼有普通纤维的柔软和可加工性。近年来，随着生产技术水平的提高和生产规模的扩大，碳纤维在土木工程的结构加固增强领域已有着广泛的应用。

自从我国开展大规模基础设施建设以来，结构的耐久性一直是严重制约土木工程结构可持续发展与结构使用寿命的突出问题，为数较多的混凝土结构因先天性不足与后期养护不当而急需加固。目前结构的加固方法多以被动加固技术为主，如增大截面加固法、加大配筋加固法、粘钢加固法与体外预应力加固法等。前面三种方法均改变了结构的尺寸，增加了结构的质量，从而影响了原结构的使用空间，且后增加材料还存在应变滞后的问题，加固效果往往并不理想。此外，加固周期长，费时费力，对结构的正常使用影响较大。体外预应力加固法在附加质量较小的前提下就可有效改善并调整原结构的受力状态，提高结构的刚度和抗裂性能，但对结构加固部位和使用空间的要求限制了它的推广应用。

随着碳纤维材料使用的增多和人们对结构使用耐久性的提高， 传统加固方法在易腐蚀部位的加固受到使用限制。碳纤维材料的优异抗腐蚀性能和轻质、高强的特点在结构加固中得到越来越广泛的应用。但仅仅普通粘贴碳纤维材料加固混凝土结构，仍旧存在碳纤维材料应变滞后的问题，碳纤维材料的高强性能无法得到充分的发挥，结构加固依旧存在着很大的材料浪费，加固的经济效益较差。为充分发挥碳纤维材料的高强性能，近年来预应力纤维片材加固方法日益得到重视。其主要特点在于对碳纤维材料施加预应力，把预应力加固技术带入碳纤维材料加固领域。利用施加了预应力的碳纤维材料加固混凝土结构，可以使得碳纤维材料主动参与结构受力，充分利用碳纤维材料高强的特点，有助于改善结构的受力性能与提高结构的耐久性。

然而，目前预应力碳纤维片材加固技术的实际工程应用仍然较少，主要原因在于：现有的预应力碳纤维片材张拉锚固技术不够成熟，缺乏定型、可靠的张拉设备，而且张拉施工工艺复杂，一般加固施工单位难以掌握要点。目前预应力碳纤维片材加固技术的相关研究仍停留在实验室阶段，尚难以达到实际工程应用的地步。 

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术中的不足之处，提供一种结构简单、便于施工、安全可靠的预应力碳纤维片材加固大跨混凝土结构的张拉锚固装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：预应力碳纤维片材加固大跨混凝土结构的张拉锚固装置，包括张拉片材固定部分、张拉片材活动部分、张拉动力固定部分、张拉动力部分以及由碳纤维材料制成的张拉片材，张拉片材的两端分别与张拉片材固定部分和张拉片材活动部分连接，张拉片材固定部分和张拉片材活动部分分别设在大跨混凝土结构的同一侧面两端，张拉片材的一面与大跨混凝土结构的该侧面接触，张拉动力部分设在张拉动力固定部分上，张拉动力部分与张拉片材活动部分连接。

所述张拉片材固定部分包括固定端第一粘接板、固定端第二粘接板和固定端高强螺栓，张拉片材的固定端缠绕并粘接到固定端第一粘接板表面，固定端高强螺栓将固定端第一粘接板和固定端第二粘接板固定到大跨混凝土结构的侧面上。

所述张拉片材活动部分包括活动端第一粘接板、活动端第二粘接板和活动端高强螺栓，张拉片材的活动端缠绕并粘接到活动端第一粘接板表面，活动端高强螺栓将活动端第一粘接板和活动端第二粘接板固定连接为一体。

所述张拉动力固定部分包括底板、腹板和动力端高强螺栓，动力端高强螺栓将底板固定到大跨混凝土结构的侧面上，腹板垂直焊接在底板中部，腹板和底板焊接有肋板，腹板上设有两个通孔。

所述张拉动力部分包括穿设到两个通孔中的两根张拉螺杆，两根张拉螺杆的一端与张拉片材活动部分连接，两根张拉螺杆的另一端穿设有一块支撑板，支撑板与腹板之间设置有一个千斤顶，张拉螺杆上分别螺纹连接有可与腹板紧固连接的锚固螺母和可与支撑板紧固的调节螺母。

所述张拉片材通过紧固螺栓和压板固定到大跨混凝土结构的侧面上。

采用上述技术方案，本实用新型对碳纤维材料制成的张拉片材采用一端固定一端张拉、并与待加固混凝土结构粘结为一体的整体布局，张拉片材固定部分和张拉动力固定部分采用粘接胶和高强螺杆锚固于待加固的大跨混凝土结构上，最好加固到大跨混凝土结构的下表面。张拉片材两端采用粘接胶缠绕粘贴在第一粘接板上并与第二粘接板粘结，然后采用高强螺栓将第一粘接板与第二粘接板连接成整体；通过在在腹板上穿设张拉螺杆、千斤顶和支撑板，千斤顶伸长通过张拉螺杆拉动张拉片材，张拉结束后，通过在混凝土结构上间隔布置的紧固螺栓和压板实现张拉片材与混凝土结构的零间隙粘贴。同时，可根据张拉片材的张拉伸长值，通过腹板处的锚固螺母一次或多次旋紧固定，实现碳纤维材料的张拉片材的一次或多次张拉，提高了千斤顶对不同工程张拉施工的适用能力。调节螺母用于调节张拉伸长的长短。

本实用新型适用于房屋建筑或桥梁工程结构的加固，它同现有技术相比具有以下优点：

1）实现了张拉片材与待加固大跨混凝土结构的零间隙粘贴，提高了预应力碳纤维片材的整体受力性能及其与大跨混凝土结构的协调变形能力，充分发挥了碳纤维片材的高强特性；

2）本实用新型采用的张拉与锚固方式有助于减少预应力张拉过程中张拉片材的折断，使张拉片材在张拉时受力充分、均匀；

3）本实用新型采用的千斤顶采用扁形结构，占用的结构空间较小，便于施工；

4）本实用新型的张拉工艺简单，安装及张拉耗时更短。

本实用新型针对现有碳纤维材料张拉用锚具易拉断碳纤维丝，碳纤维片材厚度较薄而不易夹持的特点，提供一种基于粘结强度固定纤维片材的预应力碳纤维片材加固技术，重点解决碳纤维片材与待加固结构的零间隙粘贴，同时确保施工过程中占用最少的结构空间。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的仰视图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型的预应力碳纤维片材加固大跨混凝土结构的张拉锚固装置，包括张拉片材固定部分、张拉片材活动部分、张拉动力固定部分、张拉动力部分以及由碳纤维材料制成的张拉片材6，张拉片材6的两端分别与张拉片材固定部分和张拉片材活动部分连接，张拉片材固定部分和张拉片材活动部分分别设在大跨混凝土结构1的同一侧面两端，张拉片材6的一面与大跨混凝土结构1的该侧面接触，张拉动力部分设在张拉动力固定部分上，张拉动力部分与张拉片材活动部分连接。

张拉片材固定部分包括固定端第一粘接板10、固定端第二粘接板11和固定端高强螺栓12，张拉片材的固定端缠绕并粘接到固定端第一粘接板10表面，固定端高强螺栓12将固定端第一粘接板10和固定端第二粘接板11固定到大跨混凝土结构1的侧面上。

张拉片材活动部分包括活动端第一粘接板7、活动端第二粘接板8和活动端高强螺栓9，张拉片材的活动端缠绕并粘接到活动端第一粘接板7表面，活动端高强螺栓9将活动端第一粘接板7和活动端第二粘接板8固定连接为一体。

张拉动力固定部分包括底板3、腹板4和动力端高强螺栓2，动力端高强螺栓2将底板3固定到大跨混凝土结构1的侧面上，腹板4垂直焊接在底板3中部，腹板4和底板3焊接有肋板5，腹板4上设有两个通孔。

张拉动力部分包括穿设到两个通孔中的两根张拉螺杆14，两根张拉螺杆14的一端与张拉片材活动部分连接，两根张拉螺杆14的另一端穿设有一块支撑板17，支撑板17与腹板4之间设置有一个千斤顶18，张拉螺杆14上分别螺纹连接有可与腹板4紧固连接的锚固螺母15和可与支撑板17紧固的调节螺母16。

张拉片材通过紧固螺栓20和压板19固定到大跨混凝土结构1的侧面上。

本实用新型的主要安装步骤如下：

1）、在不伤及结构内受力钢筋的前提下（使用无损钢筋探测仪检测），确定预留孔在大跨混凝土结构1加固面的位置，将动力端高强螺栓2、固定端高强螺栓12和紧固螺栓20用粘接胶分别植入大跨混凝土结构1上的预留孔中。各螺栓的数量和截面尺寸，根据预应力张拉施工时产生的被粘贴板与混凝土界面的剪切力，通过计算确定。

2）、安装张拉动力固定部分。将底板3、腹板4和肋板5焊接形成截面呈T型的锚块，并在底板3底面涂抹粘钢胶，然后把底板3上的安装孔穿到动力端高强螺栓2上，将底板3粘贴在大跨混凝土结构1表面，然后用螺母将整个T型锚块固定在预先植入的动力端高强螺栓2上。

3）、制作张拉片材固定部分和张拉片材活动部分。固定端第一粘接板10的尺寸和型式，可根据固定端第二粘接板11的尺寸和固定端高强螺栓12的螺孔布置要求，决定是否与固定端第二粘接板11一致或者按小于固定端第二粘接板11的尺寸单独设置，单独设置时增加固定螺栓13。张拉端的活动端第一粘接板7尺寸需小于活动端第二粘接板8。将张拉螺杆14（可采用高强螺纹钢筋）的一端焊接在活动端第二粘接板8上。

4）、制作碳纤维材料的张拉片材组合件。将裁剪好的张拉片材6的两端端部，分别涂抹碳纤维片材粘接胶后缠绕在活动端第一粘接板7和固定端第一粘接板10上。在与活动端第一粘接板7和固定端第一粘接板10粘结范围内的张拉片材6上涂抹粘接胶，通过固定螺栓13（根据固定端第一粘接板10确定是否单独设置）、活动端高强螺栓9分别将活动端第二粘接板8与活动端第一粘接板7、固定端第二粘接板11与固定端第一粘接板10连接成整体。当固定端第一粘接板10与固定端第二粘接板11尺寸相同且利用固定端高强螺栓12作为紧固螺栓时，固定端第一粘接板10在现场安装固定端时再进行粘结装配。

5）、安装张拉片材固定部分。将固定端第二粘接板11长度范围内的张拉片材6表面涂抹粘接胶，用固定端高强螺栓12将固定端第一粘接板10和固定端第二粘接板11固定在混凝土结构1表面上。

6）、安装张拉动力部分。将张拉螺杆14穿过T型锚块的腹板的通孔、安装锚固螺母15、支撑板17、调节螺母16和千斤顶18，千斤顶18的两端分别连接在支撑板17和腹板4上。同时，在大跨混凝土结构1与张拉片材6表面涂刷碳纤维粘接胶。将各部件连同张拉片材6组装件预紧后，即可开始正式张拉工作。

7）、张拉施工。张拉片材6的预应力张拉施工应在粘接胶凝固前完成。可根据张拉片材6的张拉伸长值，通过对锚固螺母15一次或多次旋紧固定，进行张拉片材6的一次或多次张拉。

8）、张拉设备拆除。张拉完成后，迅速拧紧锚固螺母15、放松调节螺母16、卸除支撑板17和千斤顶18。支撑板17和千斤顶18可视具体情况通过螺栓连接成整体，以便减化安装和拆卸工序。

9）、张拉片材6的粘结与压固。张拉完成后，按照自中间向两侧对称的顺序，采用压板19与紧固螺栓20将张拉片材6紧贴大跨混凝土结构1表面，确保消除预应力反拱效应产生的张拉片材6与大跨混凝土结构1表面之间的间隙。

本实用新型包括但不限于本实施例，以上实施例仅用以说明而非限制本实用新型的技术方案，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.预应力碳纤维片材加固大跨混凝土结构的张拉锚固装置，其特征在于：包括张拉片材固定部分、张拉片材活动部分、张拉动力固定部分、张拉动力部分以及由碳纤维材料制成的张拉片材，张拉片材的两端分别与张拉片材固定部分和张拉片材活动部分连接，张拉片材固定部分和张拉片材活动部分分别设在大跨混凝土结构的同一侧面两端，张拉片材的一面与大跨混凝土结构的该侧面接触，张拉动力部分设在张拉动力固定部分上，张拉动力部分与张拉片材活动部分连接。

2.根据权利要求1所述的预应力碳纤维片材加固大跨混凝土结构的张拉锚固装置，其特征在于：所述张拉片材固定部分包括固定端第一粘接板、固定端第二粘接板和固定端高强螺栓，张拉片材的固定端缠绕并粘接到固定端第一粘接板表面，固定端高强螺栓将固定端第一粘接板和固定端第二粘接板固定到大跨混凝土结构的侧面上。

3.根据权利要求1所述的预应力碳纤维片材加固大跨混凝土结构的张拉锚固装置，其特征在于：所述张拉片材活动部分包括活动端第一粘接板、活动端第二粘接板和活动端高强螺栓，张拉片材的活动端缠绕并粘接到活动端第一粘接板表面，活动端高强螺栓将活动端第一粘接板和活动端第二粘接板固定连接为一体。

4.根据权利要求1所述的预应力碳纤维片材加固大跨混凝土结构的张拉锚固装置，其特征在于：所述张拉动力固定部分包括底板、腹板和动力端高强螺栓，动力端高强螺栓将底板固定到大跨混凝土结构的侧面上，腹板垂直焊接在底板中部，腹板和底板焊接有肋板，腹板上设有两个通孔。

5.根据权利要求4所述的预应力碳纤维片材加固大跨混凝土结构的张拉锚固装置，其特征在于：所述张拉动力部分包括穿设到两个通孔中的两根张拉螺杆，两根张拉螺杆的一端与张拉片材活动部分连接，两根张拉螺杆的另一端穿设有一块支撑板，支撑板与腹板之间设置有一个千斤顶，张拉螺杆上分别螺纹连接有可与腹板紧固连接的锚固螺母和可与支撑板紧固的调节螺母。

6.根据权利要求4所述的预应力碳纤维片材加固大跨混凝土结构的张拉锚固装置，其特征在于：所述张拉片材通过紧固螺栓和压板固定到大跨混凝土结构的侧面上。

Images