CN206070395U - 一种预应力碳纤维张拉装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种预应力碳纤维张拉装置。所述的装置包括：千斤顶、锚固底板、锁固板、反力架、锚具、碳纤维筋和牵引螺栓。所述锚固底板与混凝土结构连接；所述的锚具夹持碳纤维筋；所述牵引螺栓与锚具连接；所述的反力架与锚固底板连接；所述的锁固板与锚固底板连接；所述锚具的牵引螺栓与反力架和千斤顶之间、锚具的牵引螺栓与锁固板之间设置有三维自助调节组合垫圈。本实用新型结构设计精巧，所需构件均采取工厂标准化生产，不但质量可靠而且成本低廉，而且使得碳纤维筋内纤维受力均衡，避免在对碳纤维筋施加张拉预应力时产生破裂的状况。

Description

一种预应力碳纤维张拉装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于桥梁建筑的不中断交通的牵引式预应力碳纤维张拉装置及施工方法。

背景技术

目前，运用于桥梁混凝土结构加固工程中用的预应力碳纤维板主要采用的是宽度为100mm或50mm，厚度为1mm～3mm的长方形薄板，其施加张拉预应力加固方法常规使用有先张法或后张法两种。因施加张拉预应力时碳纤维长方形薄板易产生受力不均而破裂现象，所以，这两种方式实施时不但可靠性和安全性较差，而且张拉控制应力只能发挥材料标准值的40～50﹪,碳纤维的高强度特性未得到有效发挥，对结构加固补强的效能也较低。

碳纤维长方形薄板采用单向纤维（长度受力方向）经高温拉挤复合成型，抗拉强度高，但抗弯折、挤压强度较低，当施工安装难于保证两端锚夹具在同一轴线受力或同一水平面受力时，结构通车加荷载后也容易产生碳纤维板横截面纤维受力不均衡或宽度方向出现扭曲现象而导致碳纤维板破裂，无论是先张法或后张法为克服这种蔽端，均需采用在碳纤维板与混凝土结构层之间填充环氧结构胶粘结的方式减少碳纤维板破裂现象。环氧结构胶的耐久性受湿、热、紫外线等诸多因素影响，在现有技术中如采取有效防护措施最多也只能满足三十年耐久性要求，对于桥梁混凝土结构使用上又存在动荷载疲劳等诸多不利因素，依赖于环氧结构胶的加固方法显然不能满足桥梁耐久性要求。

桥梁多采用预应力钢筋混凝土结构，现有技术中碳纤维板施加张拉应力后，碳纤维板与混凝土结构层之间需采用填充厚度达10～60mm（跨中厚两端薄）的环氧结构胶粘结，如此厚的胶层不但因环氧结构胶弹模低不利于结构受力传递，而且环氧结构胶辅材成本昂贵，远高于碳纤维主材，因其性价比差的缺点严重影响了该项加固技术的推广应用。

此外，桥梁预应力钢筋混凝土结构在动荷载下具有5～18赫兹振动下挠频率的特性，现有技术中环氧结构胶的固化期常温25℃养护条件下为7天，养护固化内被加固结构处于频繁振动下挠状态下，直接会对固化强度及粘结性造成严重破坏，因此现有的采用环氧结构胶常规预应力碳纤维加固施工技术均采取中断交通的施工方法，常造成公路交通堵塞。

实用新型内容

针对上述现有预应力碳纤维加固技术中的缺点，本实用新型的目的是提供一种不中断交通的预应力碳纤维张拉装置。

本实用新型提出的预应力碳纤维张拉装置包括：

张拉端锚固底板和固定端锚固底板，其上开设有呈阵列分布的多个通孔和多个凹槽；

固定端锚具锁固板，其上开设有一平行于维筋受力方向的通孔和多个垂直于维筋受力方向的通孔，所述固定端锚具锁固板的一侧边设有至少一个凹槽或起销键作用的凸台；

张拉端锁固板，其上开设有一平行于维筋受力方向的半圆型通槽和多个垂直于维筋受力方向的通孔，所述半圆型通槽的两侧设有凹槽或起销键作用的凸台；

反力架（2），呈 [ 形，其侧壁设有采用呈阵列分布的多个通孔和凹槽，下部水平边设有半圆通孔，上部水平边设有圆形通孔；

碳纤维筋，为碳纤维矩形筋条、筋板，或圆形筋棒；

所述张拉端锚固底板和固定端锚固底板分别采用螺栓和螺母锚固于混凝土结构中，所述的固定端锚具锁固板与所述固定端锚固底板，以及张拉端锁固板与张拉端锚固底板通过销键和螺栓实现固定连接，所述的反力架通过销键和螺栓与张拉端锚固底板固定连接，所述的碳纤维筋两端各安装有一只锚具，各锚具与一牵引螺栓连接，固定端的牵引螺栓穿过固定端锚具锁固板上的通孔及三维自调节组合垫圈后旋入螺母实现固定端锚具锁固，张拉端的牵引螺栓穿过张拉端锁固板上的半圆型通槽及三维自调节组合垫圈后旋入螺母实现张拉端锚具锁固，然后通过螺纹套筒接长并穿过反力架的半圆通孔并旋入螺母，再穿过反力架的圆形通孔并套上三维自调节组合垫圈后旋入螺母锁固，最后安装千斤顶后实施牵引张拉。

所述的固定端锚固底板和张拉端锚固底板采用Q235/Q345低炭合金钢制作，其上呈阵列分布的通孔采用腰型长槽孔，数量为1～100个，宽度为5㎜～30㎜，长度为10㎜～500㎜；所述固定端锚固底板和所述张拉端锚固底板上的凹槽采用腰型销键槽，数量为1～50个，宽度为5㎜～20㎜，长度为10㎜～500㎜，深度为2㎜～10㎜；或采用矩形凹槽，数量为1～10个，宽度为50㎜～200㎜，长度为50㎜～500㎜，深度为2㎜～10㎜。

所述的碳纤维筋采用模具加热拉挤成型的矩形筋条、筋板，或筋棒，筋条或筋板的厚度为1㎜～5㎜，宽度为5㎜～50㎜；筋棒的直径为3㎜～20㎜。

所述的锚具外形为圆柱体或矩形长方体，由外壳和夹板组成，外壳内有一贯穿全长的楔形锥孔，夹板由分体式两片楔形块组成，夹板内面为粗糙面，外锥形面为光滑面，夹板里面还可以设一层铝合金薄板。

所述的铝合金薄板紧贴碳纤维筋的表面上刷涂柔性环氧薄膜粘，其上附有利于增大机械摩擦阻力而均匀分布的细金刚砂，所述的细金刚砂粒径为1目～100目。

所述碳纤维筋上安装有定位板，所述定位板外安装有防护罩。

所述的牵引螺栓与锚具的连接采用螺纹套筒直接连接或采用牵引板及螺栓间接连接。

所述反力架上的凹槽数量为1～50个，宽度为5㎜～20㎜，长度为10㎜～500㎜，深度为2㎜～10㎜。

本实用新型提出的预应力碳纤维张拉装置采用的施工方法包括下列步骤：

步骤A、碳纤维筋材与锚具安装

（A1）在铝合金薄板的一面刷涂柔性环氧薄膜，在柔性环氧薄膜上均匀布撒细金刚砂粘附固化后备用；柔性环氧薄膜为A组分和B组分按重量比3：1比例均匀混合的液体环氧粘合剂，其中：A组分聚氨脂改性环氧树脂85份、活性环氧稀释剂5份，B组分改性聚醚胺固化剂30份；

（A2）将铝合金薄板粘附细金刚砂的一面紧贴碳纤维筋表面，用夹板粗糙平直面紧贴铝合金薄板，然后将夹板、碳纤维筋材及铝合金薄板同步进入锚具外壳楔形锥孔后，采用液压挤压机整体挤压至设计深度完成锚具的安装，碳纤维筋与锚具的安装既可在工厂预制也可在施工现场实施；

步骤B、安装预应力碳纤维张拉装置

（B1）在被加固的结构安装位置放线，在混凝土上张拉端锚固底板和固定端锚固底板的安装位置用机械切割人工开凿浅沟槽，按线钻植胶锚螺栓；

（B2）在张拉端锚固底板和固定端锚固底板与混凝土结构接触面之间铺设一层环氧结构胶，胶锚螺栓穿过圆形通孔后调平张拉端锚固底板和固定端锚固底板并压实，使环氧结构胶填充密闭张拉端锚固底板和固定端锚固底板的周边与混凝土结构之间的间隙；

（B3）将锚具与牵引螺栓通过牵引螺纹套筒或牵引板实现连接后，牵引螺栓穿过固定端锚具锁固板的圆形通孔及三维自调节组合垫圈后旋入螺母，固定端锚具锁固板的键槽嵌入固定端锚固底板上的销键，通过螺栓穿过圆形通孔与固定端锚固底板实现固定端锚具锁固安装；

（B4）反力架底部的键槽嵌入张拉端锚固底板上的销键，通过螺栓与张拉端锚固底板实现固定，张拉端牵引螺栓套上三维自调节组合垫圈后，通过螺纹套筒（标准件）接长并穿过反力架半圆通孔并套上三维自调节组合垫圈后旋入螺母，再穿过反力架圆形通孔，人工旋紧螺母暂时固定张拉端锚具；

步骤C、安装千斤顶实施预应力张拉：

（C 1）反力架圆形通孔前端牵引螺栓上放置一组三维自调节组合垫圈，牵引螺栓穿过中空千斤顶后旋入螺母；

（C 2）手压油泵使千斤顶1使活塞伸长，活塞推动螺母带动牵引螺栓前行，牵引螺栓通过锚具把千斤顶的推力传递给碳纤维筋实现预应力张拉；

（C 3）当千斤顶的推力值和碳纤维筋的伸长量满足设计要求后，旋紧反力架半圆通孔前放置的螺母暂时锁固；止时用张拉端锚具锁固板的半圆通孔骑跨牵引螺栓，底部的键槽嵌入张拉端锚固底板上的销键，通过螺栓穿过圆形通孔与张拉端锚固底板实现固定，旋转螺母压紧三维自调节组合垫圈与张拉端锚固底板后实现锚具锁固，完成预应力碳纤维筋张拉；

（C 4）松开反力架上的螺母，千斤顶卸载活塞后退后拆除千斤顶及反力架，重复上述B、C施工步骤，实施第二束～第n束碳纤维筋预应力张拉；

（C 5）重新安装反力架，重复上述C施工步骤，可实施第二次碳纤维筋材预应力张拉。

与现有预应力碳纤维加固技术相比较，本实用新型具有以下优点：

1.所需材料或零件均采用工厂标准化生产，质量可控、成本低廉；

2.锚固底板开槽嵌入、小螺栓群锚、销键传递拉剪应力、无应力集中薄弱点；

3.筋材单束两点一线自助调受拉中心，安装便捷张拉时无碳纤维破裂安全隐患；

4.筋材受力特性好、锚固系数≥0.95、强度利用率高、张拉应力≥0.65σb；

5.锚具和筋材均不依赖价格昂贵的碳纤维专用环氧结构胶粘结，可不中断交通实现预应力碳纤维加固施工；当采用外防护罩构造可实现桥梁应急抢险快速加固。

6.碳纤维筋(板) 既可单束使用，也可多束成组使用，每束筋材张拉控制应力均能单独实现初装时可检、可验、可控，营运维修时可量化监检测并实现二次张拉。

附图说明

图1-1是本实用新型第一实例的俯视图；

图1-2是本实用新型第一实例中碳纤维筋的剖面图；

图1-3是本实用新型第一实例的立面剖示图；

图1-4是本实用新型第一实例中张拉端锚固底板的结构图；

图1-5是本实用新型第一实例中固定端锚固底板的结构图；

图1-6是本实用新型第一实例中张拉端锁固板的结构图；

图1-7是本实用新型第一实例中固定端锁固板的结构图；

图2-1是本实用新型第一实例的碳纤维筋张拉前的俯视图；

图2-2是本实用新型第一实例的碳纤维筋张拉后的俯视图；

图3-1是本实用新型第二实例的俯视图；

图3-2是本实用新型第二实例中碳纤维筋的剖面图；

图3-3是本实用新型第二实例的立面剖示图；

图3-4是本实用新型第二实例中张拉端锚固底板的结构图；

图3-5是本实用新型第二实例中固定端锚固底板的结构图；

图3-6是本实用新型第二实例中张拉端锁固板的结构图；

图3-7是本实用新型第二实例中固定端锁固板的结构图；

图4-1是本实用新型第三实例的俯视图；

图4-2是本实用新型第三实例中碳纤维筋的剖面图；

图4-3是本实用新型第三实例的立面剖示图；

图4-4是本实用新型第三实例中张拉端锚固底板的结构图；

图4-5是本实用新型第三实例中固定端锚固底板的结构图；

图4-6是本实用新型第三实例中张拉端锁固板的结构图；

图4-7是本实用新型第三实例中固定端锁固板的结构图；

图5-1是本实用新型碳纤维筋（圆棒）锚具构结剖视图；

图5-2是本实用新型碳纤维筋（圆棒）锚具结构示意图；

图5-3是本实用新型碳纤维筋（圆棒）锚具铝薄板（金刚砂）的示意图；

图6-1是本实用新型碳纤维筋（矩形板）锚具结构的剖视图；

图6-2是本实用新型碳纤维筋（矩形板）锚具结构的示意图；

图6-3是本实用新型碳纤维筋（矩形板）锚具铝薄板（金刚砂）的示意图；

图7-1是本实用新型碳纤维筋锚具与牵引螺纹连接示意图；

图7-2是本实用新型碳纤维筋锚具牵引螺纹套筒结构示意图；

图8-1是本实用新型碳纤维筋锚具与牵引螺栓连接的示意图；

图8-2是本实用新型碳纤维筋锚具牵引板结构的示意图；

图9-1～9-4是本实用新型千斤顶反力架的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

图1-1～图1-7展示了本实用新型的第一实施例，在第一实施例中，预应力碳纤维张拉装置包括依次设置的千斤顶1、千斤顶反力架2、三维自调节组合垫圈3、牵引螺栓4、螺母5、张拉端锚具锁固板6、锚具7、碳纤维筋8（矩形筋板）、固定端锚具锁固板10、胶锚螺栓11、销键12、环氧结构胶13、张拉端锚固底板15、固定端锚固底板16、定位板9和薄型钢板压制的防护罩17。

如图1-4和图1-5所示，张拉端锚固底板15和固定端锚固底板16采用Q235/Q345低炭合金钢制造，用于分别锁固两端锚具7。张拉端锚固底板15和固定端锚固底板16上开有呈阵列分布的多个垂直于筋材受力方向的腰型长槽通孔101。锚固底板采用胶锚螺栓群锚方式把锚具承担的水平拉应力和锁固所产生的弯距，通过多个螺栓均匀传递至原结构。张拉端锚固底板15和固定端锚固底板16外表面上还设有腰型销键安装的凹槽102或矩形凹槽107，用于安装锁固板和反力架。长槽通孔101数量为1～100个，宽度为5㎜～30㎜，长度为10㎜～500㎜。垂直于筋材受力方向的腰型销键的凹槽102数量为1～50个，宽度为5㎜～20㎜，长度为10㎜～500㎜，深度为2㎜～10㎜。垂直于筋材受力方向的矩形凹槽107数量为1～10个，宽度为50㎜～200㎜，长度为50㎜～500㎜，深度为2㎜～10㎜。

采用上述构造的目的：通过多个小直径螺栓群锚方式改善现有技术中传统4～6根大直径螺栓锚固拉剪应力集中对原结构造成损坏的现象，不但原结构受力均匀、安装实施便捷，而且，垂直于筋材受力方向的腰型长槽通孔可减少施工钻孔时对原结构的破坏；采用切凿浅槽及环氧结构胶坐平填实锚固方式，其受力作用基本等同于预埋，对碳纤维筋施加张拉应力时，锚具锁固板和反力架通过销键把拉应力传递至锚固底板后，可发挥混凝土强度优势承受张拉应力。

如图4-6和图4-7所示，张拉端锁固板6上开有平行于筋材受力方向的半圆型长通槽105和多个垂直于筋材受力方向的腰型长槽通孔103。张拉端锁固板6与张拉端锚固底板15接触底部有销键凹槽102或销键作用的凸台104。固定端锁固板10上开有平行于筋材受力方向的腰型长槽通孔106和多个垂直于筋材受力方向的腰型长槽通孔103。固定端锁固板10与固定端锚固底板16接触底部有销键用凹槽102或销键作用的凸台104。

锚具7外形可以采用圆柱体结构，如图5-1和图5-2所示，或矩形长方体结构，如图6-1和图6-2所示。锚具7由锚具外壳20和夹板21组成，圆柱体或矩形长方体锚具外壳内有一贯穿全长的楔形锥孔，夹板由分体式两片楔形块组成，夹板内平直面或平直孔面有交叉纹路齿形粗糙面，外锥形面为光滑面。夹板21里面还可以设一层铝合金薄板22，有利于增大机械摩擦阻力的铝合金薄板及均匀分布的细金刚砂。铝合金薄板22紧贴碳纤维筋的表面上刷涂柔性环氧薄膜，其上粘附有利于增大机械摩擦阻力而均匀分布的细金刚砂23，如图5-3和图6-3所示。细金刚砂23粒径为1目～100目。柔性环氧薄膜为A组分和B组分按重量比3：1比例均匀混合的液体环氧粘合剂，其中：A组分聚氨脂改性环氧树脂85份、活性环氧稀释剂5份，B组分改性聚醚胺固化剂30份。

采用上述构造的目的：铝合金薄板强度低但延性好，刷涂柔性环氧薄膜粘附细金刚砂的作用是铝合金薄板按夹板剪裁大小或按筋材外形包裹缠绕时，细金刚砂始终保持均匀粘附在铝合金板表面而不脱落；当夹板、碳纤维筋及铝合金薄板同步挤压进入锚具外壳楔形锥孔产生径向压力时，柔性环氧粘附的细金刚砂自然贴紧碳纤维筋形成较大摩擦阻力接触面，因碳纤维筋强度高于铝合金板，细金刚砂被反作用力挤压嵌入铝合金薄板内而不会嵌入碳纤维筋；夹板内平直面或平直孔面有交叉纹路齿形粗糙面受压嵌入铝合金薄板同理。上述构造的进一步优点在于锚具采用纯机械摩擦锚固，克服现有技术依赖环氧结构胶粘结强度实现锚固而无法快速夹持锚固的缺点。

碳纤维筋按形状分为：通过矩形或圆形模具加热拉挤复合的矩形筋条（板）和圆形筋棒。因筋材宽厚比较小、纤维集中度高，克服了现有技术使用中薄板纤维受力不均施加张拉应力易破裂的缺点，可实现最大张拉控制应力≥65﹪碳纤维强度标准值的要求，摒弃现有技术必须采用环氧结构胶辅助粘结碳纤维的蔽端，无环氧结构胶耐久性问题且实施性价比高。碳纤维矩形筋条（板）厚度为1㎜～5㎜，宽度为5㎜～50㎜。碳纤维矩形筋条（板）安装方式分为垂直于被加固结构表面竖直安装和平行于被加固结构表面水平安装。碳纤维圆形筋棒直径为3㎜～20㎜。

如图7-1、图7-2、图8-1、图8-2所示，牵引螺栓4与锚具7连接是采用牵引板25及螺栓间接连接；或螺纹套筒24直接连接。牵引螺栓4的直径为M6～M30，其强度等级为8.8级、10.9级、12.9级。螺纹套筒24与锚具7连接螺纹直径108为M10～M100，螺距为0.5㎜～5㎜。牵引板25与锚具7接触面有矩形凹槽109，牵引板25与锚具7连接采用外六角螺栓或内六角螺栓，螺栓数量为1～8个，螺栓直径为M5～M20 。牵引螺栓4与螺纹套筒24或牵引板25可采用分体式或整体式结构。

如图9-1～9-4所示，反力架（2）呈[ 形结构，其侧壁设有采用呈阵列分布的多个通孔，和垂直于筋材受力方向的腰型销键用凹槽102，下部水平边设有半圆通孔（110），上部水平边设有圆形通孔（111）。反力架2通过螺栓和螺母与张拉端锚固底板15固定并可多次重复安装。腰型销键用凹槽102数量为1～50个，宽度为5㎜～20㎜，长度为10㎜～500㎜，深度为2㎜～10㎜。

如图1-1和图1-3所示，混凝土结构14安装位置上开凿浅槽并钻植胶锚螺栓11，张拉端锚固底板15和固定端锚固底板16分别安装在浅槽位置。张拉端锚固底板15和固定端锚固底板16与混凝土结构14之间铺设一层环氧结构胶13，螺栓11穿过张拉端锚固底板15和固定端锚固底板16呈阵列分布的多个圆形通孔101后用螺母固定于混凝土结构14中。销键12紧配嵌入锚固底板的键槽102中，销键12嵌入键槽102的深度为其厚度的1/2。碳纤维筋8（矩形筋板）两端各安装有一只锚具7，各锚具7与牵引螺栓4通过牵引螺纹套筒24或牵引板25实现连接。固定端锚具锁固板10的键槽102嵌入安装在固定端锚固底板16上的销键12，通过螺栓穿过圆形通孔103与固定端锚固底板16实现固定连接。牵引螺栓4穿过固定端锁固板上的圆形通孔106及三维自调节组合垫圈3后旋入螺母5实现固定端锚具锁固。所述的反力架2侧壁上的键槽102嵌入安装在张拉端锚固底板15上的销键12，通过螺栓与张拉端锚固底板15实现固定连接。张拉端的牵引螺栓4套上三维自调节组合垫圈3后，通过螺纹套筒（标准件）接长并穿过反力架2上半圆通孔110并旋入螺母5，再穿过反力架2圆形通孔111并套上三维自调节组合垫圈3，安装千斤顶1（中空）后实施牵引张拉。

图2-1、图2-2展示了本实用新型的第一实施例张拉前和张拉后的示意图。当千斤顶1实施牵引张拉达到设计要求的控制应力值和理论伸长量后，螺母5在反力架2上旋紧固定，张拉端锚具锁固板6底部的键槽102嵌入张拉端锚固底板15上的销键12，通过螺栓穿过圆形通孔103与张拉端锚固底板15实现固定，止时牵引螺栓4穿过半圆通孔105，旋转螺母5压紧三维自调节组合垫圈3与张拉端锚固底板15后实现锚具锁固。松开反力架2上的螺母5，千斤顶1卸载后拆除千斤顶反力架2，完成预应力碳纤维筋材的张拉。然后，安装碳纤维筋定位板9，并在定位板9外安装薄型钢板压制的防护罩17。定位板作用在于限制碳纤维筋上下或左右位移，保持与被加固结构同一振幅频率。防护罩为薄钢板压制成型或玻璃纤维预制成型外罩，其作用为保护碳纤维筋免于外力碰撞破损，同时防止紫外线侵蚀。

图3-1～图3-7展示了本实用新型的第二实施例。在第二实施例中，预应力碳纤维张拉装置包括依次设置的千斤顶1、千斤顶反力架2、三维自调节组合垫圈3、牵引螺栓4、螺母5、张拉端锚具锁固板6、锚具7、碳纤维筋8（矩形筋板）、固定端锚具锁固板10、螺栓11、销键12、环氧结构胶13、张拉端锚固底板15、固定端锚固底板16、聚合物砂浆18。

本实用新型的第一实施例和第二实施例大至相似，不同之处在于：第一实施例的张拉端锚具锁固板6、固定端锚具锁固板10与张拉端锚固底板15、固定端锚固底板16之间传递拉剪应力是通过标准件销键12实现；第二实施例的张拉端锚具锁固板6、固定端锚具锁固板10与张拉端锚固底板15、固定端锚固底板16之间传递拉剪应力是通过张拉端锚具锁固板6、固定端锚具锁固板10自有凸台104实现。第一实施例预应力碳纤维筋材张拉完成后，外防护采用定位板9和薄型钢板压制的防护罩17。第二实施例预应力碳纤维筋材张拉完成后，外防护采用碳纤维筋8（矩形筋板）外表面涂抹环氧树脂粘附干燥河砂糙化处理，制模灌注聚合物砂浆。其具体步骤如下：在碳纤维筋外表面采用市售常用的环氧树脂涂抺一层薄膜，粘附干燥河砂形成粗糙面利于聚合物砂浆粘结包裹，制模后压力灌注聚合物砂浆，待聚合物砂浆固结后使碳纤维筋与原结构形成一体，不但对碳纤维筋提供了更好的防护，而且解决了常规碳纤维加固无法提高结构刚度的问题。

图4-1～图4-7展示了本实用新型的第三实施例，在第三实施例中预应力碳纤维张拉装置包括依次设置的千斤顶1、千斤顶反力架2、三维自调节组合垫圈3、牵引螺栓4、螺母5、张拉端锚具锁固板6、锚具7、碳纤维筋8（圆形筋棒）、固定端锚具锁固板10、螺栓11、销键12、环氧结构胶13、张拉端锚固底板15、固定端锚固底板16、定位板9、玻璃钢预制的防护罩19。

本实用新型的第一实施例和第三实施例大至相似，不同之处在于：第一实施例的碳纤维筋材为矩形筋板且安装方式为竖直受力，第三实施例的碳纤维筋8的材料为圆形筋棒。第一实施例的张拉端锚具锁固板6、固定端锚具锁固板10与张拉端锚固底板15、固定端锚固底板16之间传递拉剪应力是通过标准件销键12实现，第三实施例的张拉端锚具锁固板6、固定端锚具锁固板10拉剪应力传递是通过安装在张拉端锚固底板15、固定端锚固底板16自有的长方形凹槽107内实现。第一实施例预应力碳纤维筋材张拉完成后，外防护采用定位板9和薄型钢板压制的防护罩17，第三实施例预应力碳纤维筋材张拉完成后，外防护采用定位板9和预制玻璃钢的防护罩19。

本实用新型提出飞预应力碳纤维张拉装置应用施工方法的步骤如下：

步骤A、碳纤维筋材与锚具安装

（A1）在铝合金薄板22（如图5-3、6-3所示）的一面刷涂柔性环氧薄膜，在柔性环氧薄膜上均匀布撒细金刚砂23粘附固化后备用；柔性环氧薄膜为A组分和B组分按重量比3：1比例均匀混合的液体环氧粘合剂，其中：A组分聚氨脂改性环氧树脂85份、活性环氧稀释剂5份，B组分改性聚醚胺固化剂30份；

（A2）将铝合金薄板22粘附细金刚砂23的一面紧贴碳纤维筋材8表面，用夹板21粗糙平直面紧贴铝合金薄板22，然后将夹板21、碳纤维筋材8及铝合金薄板22同步进入锚具外壳20楔形锥孔后，采用液压挤压机整体挤压至设计深度完成锚具7的安装，碳纤维筋与锚具的安装既可在工厂预制也可在施工现场实施；

步骤B、安装预应力碳纤维张拉装置

（B1）在被加固的结构安装位置放线，在混凝土14上张拉端锚固底板15和固定端锚固底板16的安装位置用机械切割人工开凿浅沟槽，按线钻植胶锚螺栓11；

（B2）在张拉端锚固底板15、固定端锚固底板16与混凝土结构14接触面之间铺设一层环氧结构胶13，胶锚螺栓11穿过圆形通孔101后调平张拉端锚固底板15和固定端锚固底板16并压实，使环氧结构胶13填充密闭张拉端锚固底板15和固定端锚固底板16的周边与混凝土结构14之间的间隙；

（B3）锚具7与牵引螺栓4通过牵引螺纹套筒24或牵引板25实现连接后，牵引螺栓4穿过固定端锚具锁固板10的圆形通孔106及三维自调节组合垫圈3后旋入螺母5，固定端锚具锁固板10的键槽102嵌入固定端锚固底板16上的销键12，通过螺栓穿过圆形通孔103与固定端锚固底板16实现固定端锚具锁固安装；

（B4）反力架2底部的键槽102嵌入张拉端锚固底板15上的销键12，通过螺栓与张拉端锚固底板15实现固定，张拉端牵引螺栓4套上三维自调节组合垫圈3后，通过螺纹套筒（标准件）接长并穿过反力架2半圆通孔110并套上三维自调节组合垫圈3后旋入螺母5，再穿过反力架2圆形通孔111，人工旋紧螺母5暂时固定张拉端锚具；

步骤C、安装千斤顶实施预应力张拉：

（C 1）反力架2圆形通孔111前端牵引螺栓4上放置一组三维自调节组合垫圈3，牵引螺栓4穿过中空千斤顶1后旋入螺母5；

（C 2）手压油泵使千斤顶1使活塞伸长，活塞推动螺母5带动牵引螺栓4前行，牵引螺栓4通过锚具7把千斤顶1的推力传递给碳纤维筋8实现预应力张拉；

（C 3）当千斤顶1的推力值和碳纤维筋8的伸长量满足设计要求后，旋紧反力架2半圆通孔110前放置的螺母5暂时锁固；止时用张拉端锚具锁固板6的半圆通孔105骑跨牵引螺栓4，底部的键槽102嵌入张拉端锚固底板15上的销键12，通过螺栓穿过圆形通孔103与张拉端锚固底板15实现固定，旋转螺母5压紧三维自调节组合垫圈3与张拉端锚固底板15后实现锚具锁固，完成预应力碳纤维筋材张拉；

（C 4）松开反力架2上的螺母5，千斤顶1卸载活塞后退后拆除千斤顶1及反力架2，重复上述B、C施工步骤，实施第二束～第n束碳纤维筋预应力张拉；

（C 5）重新安装反力架2，重复上述C施工步骤，可实施第二次碳纤维筋预应力张拉。

本实用新型结构设计精巧，所需构件均采取工厂标准化生产，不但质量可靠而且成本低廉，通过牵引螺栓单一轴线受力及三维自助调节组合垫圈实现两点一线受拉方式，使得碳纤维筋内纤维受力均衡，从而保证碳纤维高强度性能的有效发挥，同时，避免在对碳纤维筋施加张拉预应力时产生破裂的状况。

以上的具体实施例仅用以举例说明本实用新型的构思而非限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的构思下可以做出多种变形或等同替换，这些变形或等同替换均包括在本实用新型的权利要求范围内。

Claims (8)

1.一种预应力碳纤维张拉装置，其特征在于，包括：

张拉端锚固底板（15）和固定端锚固底板（16），其上开设有呈阵列分布的多个通孔（101）和多个凹槽（102，107）；

固定端锚具锁固板（10），其上开设有一平行于维筋受力方向的通孔（106）和多个垂直于维筋受力方向的通孔（103），所述固定端锚具锁固板（10）的一侧边设有至少一个凹槽（102）或起销键作用的凸台（104）；

张拉端锁固板（6），其上开设有一平行于维筋受力方向的半圆型通槽（105）和多个垂直于维筋受力方向的通孔（103），所述半圆型通槽的两侧设有凹槽（102）或起销键作用的凸台（104）；

反力架（2），呈[ 形，其侧壁设有采用呈阵列分布的多个通孔和凹槽（102），下部水平边设有半圆通孔（110），上部水平边设有圆形通孔（111）；

碳纤维筋（8），为碳纤维矩形筋条、筋板，或圆形筋棒；

所述张拉端锚固底板（15）和固定端锚固底板（16）分别采用螺栓和螺母锚固于混凝土结构中，所述的固定端锚具锁固板（10）与所述固定端锚固底板（16），以及张拉端锁固板（6）与张拉端锚固底板（15）通过销键（12）和螺栓实现固定连接，所述的反力架（2）通过销键（12）和螺栓与张拉端锚固底板（15）固定连接，所述的碳纤维筋（8）两端各安装有一只锚具（7），各锚具与一牵引螺栓（4）连接，固定端的牵引螺栓（4）穿过固定端锚具锁固板（10）上的通孔（106）及三维自调节组合垫圈（3）后旋入螺母实现固定端锚具锁固，张拉端的牵引螺栓（4）穿过张拉端锁固板（6）上的半圆型通槽（105）及三维自调节组合垫圈（3）后旋入螺母实现张拉端锚具锁固，然后通过螺纹套筒接长并穿过反力架（2）的半圆通孔（110）并旋入螺母，再穿过反力架（2）的圆形通孔（111）并套上三维自调节组合垫圈（3）后旋入螺母锁固，最后安装千斤顶（1）后实施牵引张拉。

2.如权利要求1所述的预应力碳纤维张拉装置，其特征在于，所述的固定端锚固底板和张拉端锚固底板采用Q235/Q345低炭合金钢制作，其上呈阵列分布的通孔（101）采用腰型长槽孔，数量为1～100个，宽度为5㎜～30㎜，长度为10㎜～500㎜；所述固定端锚固底板和所述张拉端锚固底板上的凹槽（102）采用腰型销键槽，数量为1～50个，宽度为5㎜～20㎜，长度为10㎜～500㎜，深度为2㎜～10㎜；或采用矩形凹槽（107），数量为1～10个，宽度为50㎜～200㎜，长度为50㎜～500㎜，深度为2㎜～10㎜。

3.如权利要求1所述的预应力碳纤维张拉装置，其特征在于，所述的碳纤维筋采用模具加热拉挤成型的矩形筋条、筋板，或筋棒，筋条或筋板的厚度为1㎜～5㎜，宽度为5㎜～50㎜；筋棒的直径为3㎜～20㎜。

4.如权利要求1所述的预应力碳纤维张拉装置，其特征在于，所述的锚具（7）外形为圆柱体或矩形长方体，由外壳（20）和夹板（21）组成，外壳内有一贯穿全长的楔形锥孔，夹板由分体式两片楔形块组成，夹板内面为粗糙面，外锥形面为光滑面，夹板（21）里面还可以设一层铝合金薄板（22）。

5.如权利要求4所述的预应力碳纤维张拉装置，其特征在于，所述的铝合金薄板（22）紧贴碳纤维筋的表面上刷涂柔性环氧薄膜粘，其上附有利于增大机械摩擦阻力而均匀分布的细金刚砂（23），所述的细金刚砂粒径为1目～100目。

6.如权利要求1所述的预应力碳纤维张拉装置，其特征在于，所述碳纤维筋上安装有定位板（9），所述定位板外安装有防护罩（17）。

7.如权利要求1所述的预应力碳纤维张拉装置，其特征在于，所述的牵引螺栓（4）与锚具（7）的连接采用螺纹套筒（24）直接连接或采用牵引板（25）及螺栓间接连接。

8.如权利要求1所述的预应力碳纤维张拉装置，其特征在于，所述反力架（2）上的凹槽（102）数量为1～50个，宽度为5㎜～20㎜，长度为10㎜～500㎜，深度为2㎜～10㎜。