CN217680729U - 一种扩张填充式体外预应力cfrp材料横向张拉系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种扩张填充式体外预应力CFRP材料横向张拉系统，其特征在于，包括用于连接待加固结构件的支撑机构，所述支撑机构的下方设置有用于抵接CFRP加固件的转向块，所述转向块与所述支撑机构间还预留有用于填塞垫板的间隙，在所述支撑机构上还可拆卸式安装有用于调节所述间隙大小的预应力调节机构。其效果为：横向张拉完成后，CFRP加固件端部斜向下拉力给其提供了抵抗荷载的负弯矩和抑制裂缝的轴向压力，同时由支撑机构竖向传递的顶升力起到了弹性支撑的作用，针对性地解决了待加固结构件跨中下挠的技术问题。

Description

一种扩张填充式体外预应力CFRP材料横向张拉系统

技术领域

本实用新型涉及土木工程中施加体外预应力加固的技术领域，尤其涉及一种扩张填充式体外预应力CFRP材料横向张拉系统。

背景技术

现代建筑、交通、桥梁等工程结构中的混凝土结构件或钢结构件由于环境侵蚀，材料老化，结构功能发生改变而使受荷变化，或因自然灾害的发生而致承载力不足或产生开裂等情况，存在巨大的安全隐患。

目前用于工程构件的加固方法，从作用原理上分为被动加固法和主动加固法两大类。被动加固法是指在构件受拉(或受剪)薄弱区直接增设抗拉(或抗剪)补强材料，例如：粘贴钢板、粘贴高强纤维复合材料(碳纤维、芳纶纤维)等。补强材料只承担活载及后加恒载引起的内力，与原受力构件相比，其应变(应力)相对滞后。特别是采用直接粘贴高强纤维复合材料的方案，补强材料的高抗拉性能很难发挥作用。因此，被动加固法无法减少原结构变形，也不能封闭裂缝。主动加固法是指对布置在构件受拉(或受剪)薄弱区的补强材料施加预应力。补强材料主动受力，从根本上解决了后加补强材料应变(应力)滞后问题，可以充分发挥补强材料的高抗拉性能，提高材料的利用效率，被加固构件的抗弯承载力和正常工作性能均得到显著提升。

主动加固法中必然会运用到配套的张拉系统，中国实用新型专利ZL202010702249.2公开了一种预应力CFRP板加固梁的张拉锚固装置及其使用方法，包括CFRP板、锚固组件和张拉组件；张拉组件包括张拉滑膛、第二夹具、固定板以及张拉机构；伸缩板与第二夹具两者接触面上设置有朝向相反的锯齿。该专利通过将两组固定夹持在CFRP板两端的夹具安装在两组滑膛内进行预应力的施加，可防止张紧力偏心，并通过伸缩板与第二夹具两者之间的锯齿相互配合实现了施加完预应力后CFPR板的自锁，限制CFPR板的回缩。

然而，上述专利采用纵向张拉方式(即对CFRP板端进行张拉)，CFRP板在张拉过程中始终贴于待加固结构件外表面(即施加体表预应力)，其在应用时具有如下缺陷：

(1)不能布置更大偏心距的加固材料，导致其能够为待加固结构件提供的负弯矩有限，不能有效解决待加固结构件跨中下挠的技术问题；

(2)纵向张拉技术中CFRP片材距梁的中性轴较近，加固效果较差；

(3)纵向张拉一般要进行粘贴施工，待加固件需要单独进行打磨、清洁等处理，CFRP板通过结构胶与梁底进行粘贴，工序繁杂，性价比低；

(4)粘结要求高，因粘结效果不理想或粘结胶老化易发生剥离失效。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种扩张填充式体外预应力CFRP材料横向张拉系统，能够充分利用待加固结构件周围净空，为待加固件提供足够的负弯矩，从而针对性解决待加固结构件跨中下挠的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种扩张填充式体外预应力CFRP材料横向张拉系统，其关键在于，包括用于连接待加固结构件的支撑机构，所述支撑机构的下方设置有用于抵接CFRP加固件的转向块，所述转向块与所述支撑机构间还预留有用于填塞垫板的间隙，在所述支撑机构上还可拆卸式安装有用于调节所述间隙大小的预应力调节机构。

更进一步地，所述预应力调节机构包括U型撑、千斤顶和牵引螺杆，所述 U型撑与所述支撑机构可拆卸式连接且所述垫板、所述转向块和所述CFRP加固件位于所述U型撑的两个连接臂之间，所述牵引螺杆与所述转向块可拆卸式连接，所述千斤顶连接在所述U型撑和所述牵引螺杆之间，且通过所述千斤顶带动所述牵引螺杆调节所述转向块的高度。

更进一步地，所述牵引螺杆设置有至少两根，在所述U型撑的底板上开设有用于穿插所述牵引螺杆的过孔，在所述牵引螺杆之间固定设置有反力板，所述千斤顶抵接在所述反力板和所述U型撑的底板之间。

更进一步地，所述支撑机构包括底座和至少一根支撑杆，所述支撑杆的下端与所述底座连接，所述支撑杆的上端设置有用于连接待加固结构件的连接板，在所述底座上可拆卸式连接所述预应力调节机构。

更进一步地，所述支撑杆至少设置三根，每根所述支撑杆上端分别设置有一块连接板，所述支撑杆的下端收拢连接至所述底座上，以形成倒锥形的支撑机构。

更进一步地，所述转向块的两侧形成有第一弧面，在所述转向块的下底面形成有第二弧面，所述第一弧面和所述第二弧面相切，且二者平滑过渡。

与现有技术相比，本实用新型的显著效果为：

1、本实用新型采用横向张拉，一方面能够充分利用待加固结构件周围的净空间，使预应力施加更加高效；另一面预应力调节机构在张拉CFRP加固件至目标预应力后，通过填塞不同尺寸的垫板即可避免预应力损失，施工更加便捷；同时预应力调节机构在填塞垫板后可轻松拆卸，降低了施工成本；

2、在预应力施加过程中，转向块能够限制CFRP加固件在一定的曲率半径内弯折，以将CFRP加固件所受的剪力转化成压力，从而缓解CFRP加固件折角处的应力集中；

3、横向张拉完成后，CFRP加固件端部斜向下拉力给其提供了抵抗荷载的负弯矩和抑制裂缝的轴向压力，同时由支撑机构竖向传递的顶升力起到了弹性支撑的作用，针对性地解决了待加固结构件跨中下挠的技术问题；

4、由于支撑杆通过连接板与待加固结构件固接，因此能够增大待加固结构件的受力面积，分散载荷，从而避免待加固结构件和/或支撑机构因局部受力不当而导致的变形或损坏；

5、无需粘贴CFRP加固件，施工更加方便，性价比更高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例一的整体结构示意图；

图2是实施例一中支撑结构的示意图；

图3是实施例一中转向块的结构示意图；

图4是实施例一中张拉状态的状态示意图；

图5是实施例一中张拉完成的状态示意图；

图6至图10为其他实施方式中支撑机构的结构示意图；

1-支撑机构、2-转向块、3-垫板、4-间隙、5-预应力调节机构、51-U型撑、52-千斤顶、53-牵引螺杆、54-反力板、11-底座、12-支撑杆、13-连接板、21-第一弧面、22-第二弧面、6-待加固结构件、7-CFRP加固件。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

图1示出了本实用新型的第一种实施例：一种扩张填充式体外预应力CFRP 材料横向张拉系统，包括用于连接待加固结构件6的支撑机构1，所述支撑机构1的下方设置有用于抵接CFRP加固件7的转向块2，所述转向块2与所述支撑机构1间还预留有用于填塞垫板3的间隙4，在所述支撑机构1上还可拆卸式安装有用于调节所述间隙4大小的预应力调节机构5。

具体实施时，所述预应力调节机构5包括U型撑51、千斤顶52和牵引螺杆53，所述U型撑51与所述支撑机构1可拆卸式连接且所述垫板3、所述转向块2和所述CFRP加固件7位于所述U型撑51的两个连接臂之间，所述牵引螺杆53与所述转向块2可拆卸式连接，所述千斤顶52连接在所述U型撑51 和所述牵引螺杆53之间，且通过所述千斤顶52带动所述牵引螺杆53调节所述转向块2的高度。

本实施方式中，为了有效限制转向块2的牵拉方向，所述牵引螺杆53设置有至少两根，在所述U型撑51的底板上开设有用于穿插所述牵引螺杆53的过孔，在所述牵引螺杆53之间固定设置有反力板54，所述千斤顶52抵接在所述反力板54和所述U型撑51的底板之间。

从图2可以看出，为了分散支撑机构1连接于待加固结构件6时二者所受的载荷，所述支撑机构1包括底座11和至少一根支撑杆12，所述支撑杆12的下端与所述底座11连接，所述支撑杆12的上端设置有用于连接待加固结构件 6的连接板13，在所述底座11上可拆卸式连接所述预应力调节机构5。作为优选，所述支撑杆12至少设置三根，每根所述支撑杆12上端分别设置有一块连接板13，所述支撑杆12的下端收拢连接至所述底座11上，以形成倒锥形的支撑机构1。此种设计不仅受力合理、美观协调，而且利用三角形的稳定性，可有效防止支撑杆12发生失稳。本实施方式，所述支撑杆12共设置四根，每根支撑杆12的上端分别设置有一块连接板13。在其他一些实施例中，支撑杆12 也可以是一根、两根或三根等等(如图6至图8所示)。同时，根据不同的应用场景，连接板13可以与支撑杆12一一对应设置(如图6至8图所示)，也可以是部分支撑杆12共用一块连接板13(如图9所示)，当然也可以是所有支撑杆12共用一块连接板13(如图10所示)。

如图3所示，为了进一步缓解张拉过程中CFRP加固件7折角处的应力集中，所述转向块2的两侧形成有第一弧面21，在所述转向块2的下端形成有第二弧面22。

需要说明的是，本实施例中所指的待加固结构件6可以是金属结构件、混凝土结构件、木质结构件等等；为满足不同的施工要求，CFRP加固件7可为 CFRP板、CFRP索或CFRP网格中的一种或多种组合，例如CFRP板与CFRP网格复合、多根CFRP索缠绕、多层CFRP板等等。

下面结合实施例一对本实用新型的原理进行解释：

请参照图4和图5，预应力施加前，将CFRP加固件7两端分别通过配套锚具安装在待加固结构件6上；然后在锚具间按预定间距布置支撑机构1；待支撑机构1布置完成后，将CFRP加固件7置于预应力调节机构5中并将转向块2 和预应力调节机构5连接；而后将预应力调节机构5安装在支撑机构1上。预应力施加时，先通过预应力调节机构5调节转向块2的高度，以控制二者间的间隙4大小；当达到目标预应力后，在转向块2和支撑机构1之间的间隙4中填塞垫板3；垫板3填塞完毕后拆除预应力调节机构5，完成预应力施加。

综上所述，本实用新型采用横向张拉，一方面能够充分利用待加固结构件 6周围的净空间，使预应力施加更加高效；另一面预应力调节机构5在张拉 CFRP加固件7至目标预应力后，通过填塞不同尺寸的垫板3即可避免预应力损失，施工更加便捷；同时预应力调节机构5在填塞垫板3后可轻松拆卸，降低了施工成本；预应力施加过程中，转向块2能够限制CFRP加固件7在一定的曲率半径内弯折，以将CFRP加固件7所受的剪力转化成压力，从而缓解CFRP 加固件7折角处的应力集中；横向张拉完成后，CFRP加固件7端部斜向下拉力给其提供了抵抗荷载的负弯矩和抑制裂缝的轴向压力，同时由支撑机构1竖向传递的顶升力起到了弹性支撑的作用，针对性地解决了待加固结构件6跨中下挠的技术问题；由于支撑杆12通过连接板13与待加固结构件6固接，因此能够增大待加固结构件6的受力面积，分散载荷，从而避免待加固结构件6和/ 或支撑机构1因局部受力不当而导致的变形或损坏；无需粘贴CFRP加固件，施工更加方便，性价比更高。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种扩张填充式体外预应力CFRP材料横向张拉系统，其特征在于，包括用于连接待加固结构件的支撑机构，所述支撑机构的下方设置有用于抵接CFRP加固件的转向块，所述转向块与所述支撑机构间还预留有用于填塞垫板的间隙，在所述支撑机构上还可拆卸式安装有用于调节所述间隙大小的预应力调节机构。

2.根据权利要求1所述的扩张填充式体外预应力CFRP材料横向张拉系统，其特征在于，所述预应力调节机构包括U型撑、千斤顶和牵引螺杆，所述U型撑与所述支撑机构可拆卸式连接且所述垫板、所述转向块和所述CFRP加固件位于所述U型撑的两个连接臂之间，所述牵引螺杆与所述转向块可拆卸式连接，所述千斤顶连接在所述U型撑和所述牵引螺杆之间，且通过所述千斤顶带动所述牵引螺杆调节所述转向块的高度。

3.根据权利要求2所述的扩张填充式体外预应力CFRP材料横向张拉系统，其特征在于，所述牵引螺杆设置有至少两根，在所述U型撑的底板上开设有用于穿插所述牵引螺杆的过孔，在所述牵引螺杆之间固定设置有反力板，所述千斤顶抵接在所述反力板和所述U型撑的底板之间。

4.根据权利要求1-3任一所述的扩张填充式体外预应力CFRP材料横向张拉系统，其特征在于，所述支撑机构包括底座和至少一根支撑杆，所述支撑杆的上端设置有用于连接待加固结构件的连接板，所述支撑杆的下端与所述底座连接，在所述底座上可拆卸式连接所述预应力调节机构。

5.根据权利要求4所述的扩张填充式体外预应力CFRP材料横向张拉系统，其特征在于，所述支撑杆至少设置三根，每根所述支撑杆上端分别设置有一块连接板，所述支撑杆的下端收拢连接至所述底座上，以形成倒锥形的支撑机构。

6.根据权利要求1所述的扩张填充式体外预应力CFRP材料横向张拉系统，其特征在于，所述转向块的两侧形成有第一弧面，在所述转向块的下底面形成有第二弧面，所述第一弧面和所述第二弧面相切，且二者平滑过渡。

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