CN207813076U - 水工混凝土结构复合预应力加固系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水工混凝土结构复合预应力加固系统涉及水工混凝土结构加固系统领域，水工混凝土结构复合预应力加固系统，包括：预应力碳纤维板，预应力碳纤维板的两端分别通过第一锚固机构和第一张拉机构固定在水工混凝土T型梁底端；还包括至少两根预应力钢绞线，预应力钢绞线对称固定在水工混凝土T型梁底部的两侧面的隔板的下方，预应力钢绞线的一端与第二张拉机构连接，另一端与第二锚固机构连接。本实用新型提供的一种水工混凝土结构复合预应力加固系统及其施工方法，能有效增加结构的强度和刚度，提高结构承载力，同时能减少结构的挠度变形，并能起到减少和封闭裂缝的作用。

Description

水工混凝土结构复合预应力加固系统

技术领域

本实用新型涉及水工混凝土结构加固系统技术领域，尤其涉及一种水工混凝土结构复合预应力加固系统。

背景技术

水工混凝土结构(渡槽、进水塔、交通桥与工作桥、厂房等)由于超载、配筋面积不足、结构断面偏小及其他原因(如改扩建、等级提高等) 使得原设计结构承载能力不足或者产生结构性裂缝。以往解决方法主要有在原结构中植筋、施加体外预应力、粘钢、增大断面等，这些方法有的施工工艺复杂，有的对原结构有一定的损伤，有的改变了原结构，有的加固效果不够理想。本实用新型针对承载能力不足或者产生结构性裂缝的水工混凝土结构，提出一种新的加固技术。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种解决现有技术存在的结构上损伤以及加固效果不理想的水工混凝土结构复合预应力加固系统。

本实用新型的一种水工混凝土结构复合预应力加固系统，包括：

预应力碳纤维板，预应力碳纤维板的两端分别通过第一锚固机构和第一张拉机构固定在水工混凝土T型梁底端；还包括，

至少两根预应力钢绞线，预应力钢绞线对称固定在水工混凝土T型梁底部的两侧面的隔板的下方，预应力钢绞线的一端与第二张拉机构连接，第二张拉机构靠近第一张拉机构设置，预应力钢绞线的另一端与第二锚固机构连接，第二锚固机构靠近第一固定机构设置。

进一步的，所述第一锚固机构包括固定端支座，固定端支座一侧设置有固定端锚具，所述预应力碳纤维板穿过固定端支座与固定端锚具连接，固定端支座通过对称设置的六根化学锚栓固定在水工混凝土T型梁的底端。

进一步的，所述第一张拉机构包括张拉端支座，张拉端支座的一侧设置有张拉端锚具，另一侧设置有张拉工装，张拉端锚具与张拉工装之间通过穿过所述张拉端支座的张拉螺杆相连，张拉螺杆两端的端部上设置有螺母，所述预应力碳纤维板与张拉端锚具固定连接，张拉端支座通过对称设置的六根化学锚栓固定在水工混凝土T型梁的底端。

进一步的，所述预应力碳纤维板通过若干压条固定在水工混凝土T型梁的底端。

进一步的，所述第二锚固机构包括第一C型槽钢，所述第一C型槽钢的一侧设置挤压锚头，所述第一C型槽钢的两端和C型开口处均设置有第一加劲板，所述预应力钢绞线穿过第一加劲板和第一C型槽钢围成的空腔与挤压锚头连接，所述第一C型槽钢通过对称设置的四根化学锚栓固定在水工混凝土T型梁的侧面上。

进一步的，所述第二张拉机构包括第二C型槽钢，所述第二C型槽钢的一侧设置夹片锚具，所述第二C型槽钢的两端和C型开口处均设置有第二加劲板，所述预应力钢绞线穿过第二加劲板和第二C型槽钢围成的空腔与夹片锚具连接，所述第二C型槽钢通过对称设置的四根化学锚栓固定在水工混凝土T型梁的侧面上。

在上述技术方案中，本实用新型提供的水工混凝土结构复合预应力加固系统的有益效果为：将预应力碳纤维板和预应力钢绞线加固体系巧妙结合形成一套复合预应力加固体系，既能够充分发挥碳纤维材料材质轻、抗拉强度高、耐老化的特性，又能利用钢绞线适应结构侧面变形的特点，该水工混凝土结构复合预应力加固体系能有效增加结构的强度和刚度，提高结构承载力，同时能减少结构的挠度变形，并能起到减少和封闭裂缝的作用。该水工混凝土结构复合预应力加固体系布设于被加固结构表面，对结构损伤小，不破坏原结构的整体性，敷设、锚固及张拉方便，施工快捷。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种水工混凝土结构复合预应力加固系统的结构示意图；

图2是图1A-A侧剖视图；

图3是图1中第一锚固机构的结构示意图；

图4是图3的仰视图；

图5是图1中第一张拉机构的结构示意图；

图6是图5的仰视图；

图7是图1中第二锚固机构的剖视图；

图8是图7的俯视图；

图9是图1中第二张拉机构的结构示意图；

图10是图9的俯视图。

附图标记说明：

1、预应力碳纤维板；2、第一锚固机构；3、第一张拉机构；4、水工混凝土T型梁；5、预应力钢绞线；6、隔板；7、第二张拉机构；8、第二锚固机构； 9、固定端支座；10、锚固端锚具；11、张拉端支座；12、张拉端锚具；13、张拉工具；14、张拉螺杆；15、压条；16、第一C型槽钢；17、挤压锚头；18、第一加劲板；19夹片锚具；20、第二C型槽钢；21、第二加劲板。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细介绍。

参见图1-10所示；

本实用新型的一种水工混凝土结构复合预应力加固系统，其包括：

预应力碳纤维板1，预应力碳纤维板1的两端分别通过第一锚固机构2 和第一张拉机构3固定在水工混凝土T型梁4底端；还包括，

至少两根预应力钢绞线5，预应力钢绞线5对称固定在水工混凝土T型梁4底部的两侧面的隔板6的下方，预应力钢绞线5的一端与第二张拉机构6连接，第二张拉机构7靠近第一张拉机构3设置，预应力钢绞线5的另一端与第二锚固机构8连接，第二锚固机构8靠近第一固定机构2设置。

所述第一锚固机构2包括固定端支座9，固定端支座9一侧设置有固定端锚具10，所述预应力碳纤维板1穿过固定端支座9与固定端锚具10 连接，固定端支座9通过对称设置的六根化学锚栓固定在水工混凝土T型梁4的底端。

所述第一张拉机构3包括张拉端支座11，张拉端支座11的一侧设置有张拉端锚具12，另一侧设置有张拉工装13，张拉端锚具12与张拉工装 13之间通过穿过所述张拉端支座11的张拉螺杆14相连，张拉螺杆14两端的端部上设置有锁固螺母，所述预应力碳纤维板1与张拉端锚具12固定连接，张拉端支座11通过对称设置的六根化学锚栓固定在水工混凝土T型梁4的底端。在张拉端通过千斤顶进行预应力张拉，达到张拉吨位时，检查张拉端锚具行程位移是否满足理论伸长量要求(误差小于±6﹪)，当张拉应力值和张拉端锚具行程位移均满足要求后，将张拉端拉杆14上面的锁固螺栓扭紧到位，即完成预应力张拉。

所述预应力碳纤维板1通过若干压条15固定在水工混凝土T型梁4 的底端。压条15通过螺栓固定在水工混凝土T型梁4的底端。

所所述第二锚固机构8包括第一C型槽钢16，所述第一C型槽钢16 的一侧设置挤压锚头17，所述第一C型槽钢16的两端和C型开口处均设置有第一加劲板18，所述预应力钢绞线5穿过第一加劲板18和第一C型槽钢16围成的空腔与挤压锚头17连接，所述第一C型槽钢16通过对称设置的四根化学锚栓固定在水工混凝土T型梁4的侧面上。

所述第二张拉机构7包括第二C型槽钢20，所述第二C型槽钢20的一侧设置夹片锚具19，所述第二C型槽钢20的两端和C型开口处均设置有第二加劲板21，所述预应力钢绞线5穿过第二加劲板21和第二C型槽钢20围成的空腔与夹片锚具19连接，所述第二C型槽钢20通过对称设置的四根化学锚栓固定在水工混凝土T型梁4的侧面上。

张拉完成后预应力钢绞线5通过张拉端锚具19锁定。

预应力碳纤维板1性能指标要求如下：

项目	性能指标
		抗拉强度标准值(MPa)	≥2400
受拉弹性模量(MPa)	≥1.6×105
		伸长率(％)	≥1.6
层间剪切强度(MPa)	≥50
		碳纤维体积含量(％)	≥65

采用本实用新型的一种水工混凝土结构复合预应力加固系统的施工方法，其包括以下步骤：

1)放线定位、基面处理：

测量放线确定预应力碳纤维板1和预应力钢绞线5的安装位置，对第一锚固机构2、第一张拉机构3、第二张拉机构7、第二锚固机构8安装部位切槽深度为2～3cm；对水工混凝土T型梁4上预应力碳纤维板1的粘贴面的混凝土疏松层打磨处理至完全露出新鲜混凝土，对打磨后混凝土低凹面采用环氧修补胶修补，对混凝土高凸面应打磨平整，最后将基面冲洗干净、晾干；预应力碳纤维板与混凝土之间的设计间隙为3mm～5mm。

2)锚具安装；

将第一锚固机构2和第一张拉机构4以及第二张拉机构7和第二锚固机构8通过化学锚栓固定在水工混凝土T型梁4的两端，利用钢筋探测仪避开钢筋并标定螺栓钻孔位置，钻孔与混凝土面垂直，钻孔中心位置偏差不超过3mm；

采用化学胶管或植筋胶植入螺栓时，应保证孔内胶液饱满且螺栓垂直于结构面；预应力钢绞线5的张拉锚固端需粘接于混凝土面。

固定端支座9和张拉端支座11的中心线应与预应力碳纤维板中心线平行或重叠，固定端支座9和张拉端支座11中心延长线按预应力碳纤维板1 全长计算偏差不得超过±5mm。

固定端支座9和张拉端支座11安装孔因钻孔偏差修整后与螺栓出现的间隙，安装时应使用环氧修补胶填补，固定端支座9和张拉端支座11调平后与混凝土的空隙，也应采用环氧修补胶填补或找平。

3)预应力钢绞线安装敷设；

预应力钢绞线5对称布置于水工混凝土T型梁4两侧，预应力钢绞线 5穿过C型槽钢16上的预留孔，第二锚固机构8分别通过挤压锚头17被固定在水工混凝土T型梁4上，穿过C型槽钢16固定在水工混凝土T型梁4的化学锚栓应避开预应力钢绞线5；钻孔中心位置偏差不超过5mm。采用化学胶管或植筋胶植入螺栓时，应保证孔内胶液饱满且螺栓垂直于混凝土面。

预应力钢绞线5两端的第二张拉机构7和第二锚固机构8与水工混凝土T型梁4结合部位周边封闭，预留注胶孔和排气孔，进行封闭性检查、试压后进行注胶，胶液固化后进行检查，适时进行补充注胶。

第二张拉机构7和第二锚固机构8中心线应与预应力钢绞线5中心线平行或重叠。

4)配胶、涂抹碳纤维板粘接剂；

预应力碳纤维板1安装敷设过程中，重点检查预应力碳纤维板1直线度，其全长直线度偏差不得超过20mm。

预应力碳纤维板1就位后，通过预张拉(加压张拉至设计张拉应力值的15﹪)检查两端的第二张拉机构7和第二锚固机构8之间预应力碳纤维板1与水工混凝土T型梁4的表面是否有间隙，如有高凸接触点或面，应泄压拆卸打磨后再张拉检查。

结构胶主剂与固化剂按照质量配合比2:1进行配制。均匀涂抹于结构表面。

胶粘剂配制好后，为了使胶粘剂能充分浸润、渗透、粘附于碳纤维复合板材粘贴面，应先使用抹刀在碳纤维复合板材粘贴面刮抹少量胶粘剂，并且用力刮抹数遍，然后按照预应力碳纤维板1宽度方向中间厚、边缘薄的原则，再刮抹至所需胶体厚度4～10mm(胶体厚度具体根据原结构粘结面平直度而定)。

碳纤维板粘接剂的性能指标如下：

项目	性能指标
		抗拉强度(MPa)	≥40
抗拉弹性模量(MPa)	≥2500
		伸长率(％)	≥1.5
抗弯强度(MPa)	≥50，且不得呈脆性破坏
		抗压强度(MPa)	≥70
钢-钢拉伸强度抗剪值(MPa)	≥14
		与混凝土正粘结强度(MPa)	≥2.5，且为混凝土内聚破坏

5)预应力张拉、锁定；

预应力碳纤维板1采用分级张拉，预应力钢绞线5两侧同时张拉，采用对称、分级循环张拉。

首先进行预应力钢绞线张拉，采用2台液压千斤顶分别在两侧对称的位置上同时张拉，张拉控制应力为0.6f_ptk(强度标准值)。

分级加压张拉至设计张拉应力值的30％、50﹪、80﹪、100﹪，张拉过程中，以油压表控制应力，并量测绞线实际伸长值，作为核对预应力值。

其次进行预应力碳纤维板张拉，加压张拉至设计张拉应力值的30﹪，检查碳纤维板边缘与混凝土表面之间是否有胶液挤压溢出，当局部未出现胶液挤压溢出现象，应泄压补充胶液后再张拉；检测锚具行程位移是否对应预张拉时的刻录线。

分级加压张拉至设计张拉应力值的50﹪、70﹪、90﹪、100﹪，检测张拉端锚具行程位移是否满足理论伸长量的要求，按规范要求张拉端锚12 行程位移与理论伸长量误差应不大于±6﹪。

σ＝F/A (1)

式中：σ——张拉应力值，MPa；

F——张拉力，N；

A——钢绞线截面面积，mm²。

ε＝Δl/l (2)

式中：ε——张拉应变；

Δl——钢绞线伸长量，mm；

l——钢绞线长度，mm。

σ＝Eε (3)

式中：E——钢绞线弹性模量，MPa；

上面公式(3)即为胡克定律，弹性力学基本定律，弹性范围内应力与应变呈线性关系。当给定钢绞线一个张拉力值，则对应有张拉应力值，材料的弹性模量为已知量，根据胡克公式可以推求钢绞线的应变，进而得到钢绞线的理论伸长量。

现场预应力张拉过程中测定的钢绞线伸长量为其实际伸长量，理论伸长量与实际伸长量存在一定的误差，该误差范围控制在±6﹪。

当张拉应力值和张拉端锚具12行程位移满足要求后，将张拉螺杆14 上面的螺母扭紧到位，停顿5分钟没有其它异常情况后，拆除千斤顶和锚具张拉支架；同时将压紧条上的螺栓扭紧，保证预应力碳纤维板1与压紧 15条之间无空隙。

加压或减压时，千斤顶行程速度应控制在20mm/min以内，严禁快速冲、放千斤顶行程；所有张拉都应在碳板胶适用期内(60min)完成。

张拉结束和压紧条安装完毕后，即可开始预应力碳纤维板1的补胶工作，要求预应力碳纤维板1与水工混凝土T型梁4之间的缝隙均填满胶粘剂，且预应力碳纤维板边1缘胶粘剂饱满并与水工混凝土T型梁4的基面呈45度斜角。

6)表面封闭处理。

预应力张拉锁定后，用环氧砂浆将预应力钢绞线5及其张拉机构7、锚固机构8进行防护，然后在预应力碳纤维板1和环氧砂浆表面涂刷聚脲材料进行封闭处理，保证预应力碳纤维板1和预应力钢绞线5的耐久性。单组份聚脲的性能指标如下：

项目	性能指标
		黏度(MPa·s)	≥3000
固体含量(％)	≥80
		表干时间(h)	≤6
拉伸强度(MPa)	≥15
		断裂伸长率(％)	≥300
撕裂强度(N/mm)	≥40
		低温弯折性(℃)	≤-40
不透水性(0.4MPa*2h)	不透水
		黏结强度(MPa)	≥2.0

以上只通过说明的方式描述了本实用新型的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本实用新型权利要求保护范围的限制。

Claims (6)

1.一种水工混凝土结构复合预应力加固系统，其特征在于，包括：

预应力碳纤维板(1)，所述预应力碳纤维板(1)的两端分别通过第一锚固机构(2)和第一张拉机构(3)固定在水工混凝土T型梁(4)底端；还包括，

至少两根预应力钢绞线(5)，所述预应力钢绞线(5)分别固定在水工混凝土T型梁(4)底部的两侧面的隔板(6)的下方，所述预应力钢绞线(5)的一端与第二张拉机构(7)连接，所述第二张拉机构(7)靠近第一张拉机构(3)设置，所述预应力钢绞线的另一端与第二锚固机构(8)连接，所述二锚固机构(8)靠近第一固定机构(2)设置。

2.根据权利要求1所述的一种水工混凝土结构复合预应力加固系统，其特征在于，所述第一锚固机构(2)包括固定端支座(9)，所述固定端支座(9)一侧设置有固定端锚具(10)，所述预应力碳纤维板(1)穿过固定端支座(9)与固定端锚具(10)连接，所述固定端支座(9)通过对称设置的六根化学锚栓固定在水工混凝土T型梁(4)的底端。

3.根据权利要求1所述的一种水工混凝土结构复合预应力加固系统，其特征在于，所述第一张拉机构(3)包括张拉端支座(11)，所述张拉端支座(11)的一侧设置有张拉端锚具(12)，另一侧设置有张拉工装(13)，所述张拉端锚具(12)与张拉工装(13)之间通过穿过所述张拉端支座(11)的张拉螺杆(14)相连，所述张拉螺杆(14)两端的端部上设置有螺母，所述预应力碳纤维板(1)与张拉端锚具(12)固定连接，所述张拉端支座(11)通过对称设置的六根化学锚栓固定在水工混凝土T型梁(4)的底端。

4.根据权利要求1所述的一种水工混凝土结构复合预应力加固系统，其特征在于，所述预应力碳纤维板(1)通过若干压条(15)固定在水工混凝土T型梁(4)的底端。

5.根据权利要求1所述的一种水工混凝土结构复合预应力加固系统，其特征在于，所述第二锚固机构(8)包括第一C型槽钢(16)，所述第一C型槽钢(16)的一侧设置挤压锚头(17)，所述第一C型槽钢(16)的两端和C型开口处均设置有第一加劲板(18)，所述预应力钢绞线(5)穿过第一加劲板(18)和第一C型槽钢(16)围成的空腔与挤压锚头(17)连接，所述第一C型槽钢(16)通过对称设置的四根化学锚栓固定在水工混凝土T型梁(4)的侧面上。

6.根据权利要求1所述的一种水工混凝土结构复合预应力加固系统，其特征在于，所述第二张拉机构(7)包括第二C型槽钢(20)，所述第二C型槽钢(20)的一侧设置夹片锚具(19)，所述第二C型槽钢(20)的两端和C型开口处均设置有第二加劲板(21)，所述预应力钢绞线(5)穿过第二加劲板(21)和第二C型槽钢(20)围成的空腔与夹片锚具(19)连接，所述第二C型槽钢(20)通过对称设置的四根化学锚栓固定在水工混凝土T型梁(4)的侧面上。