預應力碳纖維布張拉系統及張拉加固方法
2023-06-11 22:43:01 2
專利名稱：預應力碳纖維布張拉系統及張拉加固方法
技術領域：
本發明屬於建築結構工程領域，特別涉及一種預應力碳纖維布張拉系統及張拉加固方法。
背景技術：
混凝土梁由於承載能力不足或溫度變化、疲勞或衝擊等外界作用而產生受拉橫向裂縫時，可在梁的開裂面沿縱向粘貼纖維布進行加固，以約束橫向裂縫的產生和發展，提高其承載能力和使用壽命。纖維布(特別是碳纖維)由於具有優異的物理學性能和良好的粘接性、耐久性以及耐蝕性，並且具有強度較高、體積小、重量輕等優點，在加固砼梁的抗拉表面方面得到廣泛應用，比其他結構加固混凝土結構具有較多的優勢。現有技術中，通常採用將纖維布直接粘貼在混凝土構件表面，其工藝簡單，但碳纖維布為被動受力，僅當結構受載而在纖維方向伸長時碳纖維布才起作用，在正常工作狀況下纖維布遠不能發揮其高強度的優勢，對裂縫開展的抑制效果不顯著，普通粘貼碳纖維材料由於二次受力影響，裂縫、撓度以及剝離破壞的影響，正常使用狀態下碳纖維材料的應力通常不足標準強度的5%，有效承載力條件下碳纖維材料的應力通常不足標準強度的 20%。為解決以上問題，將碳纖維布施加預應力後再粘貼在砼梁的承受拉應力表面，可以有效提高纖維布的利用率，抑制砼梁受拉區橫向裂縫的產生和發展，提高其承載能力和使用壽命。現有的碳纖維布預應力張拉設備結構較為複雜，體積較大，不具有靈活性，並且張拉效率較低。因此，需要一種預應力纖維布加固混凝土梁的系統，對碳纖維布進行預張拉後粘貼於構件上，可以提高碳纖維布在正常使用條件下的應力強度，提高碳纖維布的利用率，改善構件的工作性能，從而提高加固構件的承載力。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的是提供一種預應力碳纖維布張拉系統及張拉加固方法， 對碳纖維布進行預張拉後粘貼於構件上，可以提高碳纖維布在正常使用條件下的應力強度，提高碳纖維布的利用率，改善構件的工作性能，從而提高加固構件的承載力；同時，張拉系統結構簡單，施工成本低，工作效率高，縮短工期，具有具有較好的的技術經濟綜合效益。本發明的預應力碳纖維布張拉系統，包括預應力張拉組件、轉向軸和張拉機架；所述張拉機架鉸接於被加固件形成槓桿結構，所述轉向軸以可繞自身軸線轉動的方式設置於張拉機架的阻力臂；張拉機架的動力臂設有用於驅動張拉機架的阻力臂向被加固件表面轉動的驅動件；預應力張拉組件用於連接繞過轉向軸上部的需張拉碳纖維布並對其施加張拉力；
預應力碳纖維布張拉系統可包括一組預應力張拉組件以及與其對應的轉向軸和張拉機架對需張拉碳纖維布進行一端張拉；或者包括兩組預應力張拉組件以及與其對應的轉向軸和張拉機架，分布於需張拉碳纖維布兩端進行兩端張拉。進一步，所述張拉機架為槽狀結構，槽狀結構的張拉機架橫跨於需張拉碳纖維布且兩側分別鉸接於固定設置在需加固件上的連接板形成槓桿結構，所述轉向軸以可繞自身軸線轉動的方式橫向擔在槽狀結構的張拉機架上；所述驅動件包括轉向轉向驅動橫梁和頂杆，所述轉向驅動橫梁橫向設置於槽狀結構的張拉機架動力臂，頂杆螺紋配合穿過轉向驅動橫梁用於驅動張拉機架繞支點轉動；預應力張拉組件包括張拉裝置和碳纖維布夾具，所述碳纖維布夾具用於夾持繞過轉向軸上部的需張拉碳纖維布並由張拉裝置對其施加拉力；進一步，所述碳纖維布夾具為實心柱狀結構，與需張拉碳纖維布相對的表面設有至少軸向一端開口的軸向燕尾槽，所述碳纖維布端部固定設有能夠被容納於燕尾槽並與其相配合的楔形塊；進一步，所述張拉裝置包括穿心千斤頂、張拉杆和橫向固定設置在張拉機架的阻力臂的張拉橫梁，所述穿心千斤頂頂住張拉橫梁，所述張拉杆後端依次穿過張拉橫梁和穿心千斤頂，前端固定連接於碳纖維布夾具與軸向燕尾槽徑向相對相對的一側；進一步，轉向驅動橫梁以可繞自身軸線轉動的方式設置於張拉機架的動力臂，所述頂杆前端為球形頭，並頂在連接板設置的用於容納頂杆前端球形頭的球面凹槽；進一步，所述張拉機架的阻力臂在轉動方向上為L形結構，所述張拉橫梁固定連接於L形結構端面；進一步，所述穿心千斤頂通過輔助張拉支架頂住張拉橫梁，所述張拉杆為螺杆結構，位於張拉橫梁外側設有與張拉杆螺紋配合的鎖緊螺母，所述輔助張拉支架設有供鎖緊螺母移動的空間。本發明還一種利用預應力碳纖維布張拉系統的張拉加固方法，包括以下步驟a.在被加固體表面與承受拉應力的區域對應設置纖維布，所述纖維布縱向端部從轉向軸上部表面繞過並連接於預應力張拉組件，通過預應力張拉組件張拉縴維布，並達到設定預應力；張拉可以是一端張拉或者兩端張拉；b.在被加固件表面塗膠，通過驅動件驅動張拉機架的動力臂使張拉機架的阻力臂向被加固件表面轉動，轉向軸帶動碳纖維布與被加固件塗膠表面接觸，完成粘貼施工；c.通過錨具錨固纖維布兩端，拆除預應力張拉組件。進一步，預應力張拉組件包括穿心千斤頂、張拉杆和橫向固定設置在張拉機架的阻力臂的張拉橫梁；步驟a中，所述穿心千斤頂通過輔助張拉支架頂住張拉橫梁，所述張拉杆為螺杆結構，位於張拉橫梁外側設有與張拉杆螺紋配合的鎖緊螺母，所述輔助張拉支架設有供鎖緊螺母移動的空間，所述張拉杆後端依次穿過張拉橫梁、輔助張拉支架和穿心千斤頂，前端固定連接於碳纖維布，通過穿心千斤頂對碳纖維布進行張拉至設定預應力；張拉過程中，邊張拉邊邊向張拉相反方向旋鎖緊螺母；步驟b中，通過鎖緊螺母鎖緊張拉杆，拆除穿心千斤頂後或同時進行在被加固件表面塗膠工作；步驟c中，拆除張拉螺杆，截斷錨具外的碳纖維布，拆除張拉機架，後對碳纖維布及錨具進行防護處理。本發明的有益效果是本發明的預應力碳纖維布張拉系統及張拉加固方法，對碳纖維布進行預張拉後粘貼於構件上，可以提高碳纖維布在正常使用條件下的應力強度，提高碳纖維布的利用率，改善構件的工作性能，從而提高加固構件的承載力；本發明的張拉系統，完全適應工程應用環境，在一定的跨度內張拉系統不需任何調整；張拉簡單快捷；不需在被加固構件上開鑿任何溝槽作為夾具運動的通道，張拉操作對原混凝土結構基本不造成損傷；張拉過程中碳纖維布與構件底面留有間隙，避免碳纖維布與構件接觸產生磨損，同時方便塗膠；張拉機架轉向機構容易實現碳纖維布與粘貼面接觸，碳纖維布錨固方便；張拉的轉向過程中，改直線張拉同時，張拉系統結構簡單，施工成本低，工作效率高，縮短工期， 具有具有較好的的技術經濟綜合效益。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述。圖1為本發明張拉前結構示意圖；圖2為本發明張拉完成結構示意圖；圖3為拆除張拉設備後的結構示意圖；圖4為施工完成後示意圖；圖5為圖1沿A向的張拉機架結構示意圖；圖6為本發明錨具結構示意圖。
具體實施例方式圖1為本發明張拉前結構示意圖，圖2為本發明張拉完成結構示意圖，圖3為拆除張拉設備後的結構示意圖，圖4為施工完成後示意圖，圖5為圖1沿A向的張拉機架結構示意圖，圖6為本發明錨具結構示意圖，如圖所示本實施例的預應力碳纖維布張拉系統，包括預應力張拉組件、轉向軸4和張拉機架；所述張拉機架鉸接於被加固件1形成槓桿結構，所述轉向軸4以可繞自身軸線轉動的方式設置於張拉機架的阻力臂5 ；張拉機架的動力臂18設有用於驅動張拉機架的阻力臂5向被加固件1表面轉動的驅動件；預應力張拉組件用於連接繞過轉向軸4上部的需張拉碳纖維布2並對其施加張拉力；預應力碳纖維布張拉系統可包括一組預應力張拉組件以及與其對應的轉向軸和張拉機架對需張拉碳纖維布進行一端張拉；或者包括兩組預應力張拉組件以及與其對應的轉向軸和張拉機架，分布於需張拉碳纖維布兩端進行兩端張拉。本實施例中，所述張拉機架為槽狀結構，槽狀結構的張拉機架橫跨於需張拉碳纖維布且兩側分別鉸接於固定設置在需加固件1上的連接板19形成槓桿結構，拆裝方便，並且採用槽狀結構並橫跨於需張拉碳纖維布2的張拉機架，具有較好的彎矩承受能力，利於保持張拉過程中的整體穩定性；所述轉向軸4以可繞自身軸線轉動的方式橫向擔在槽狀結構的張拉機架上，結構簡單，製造容易；如圖所示，轉向軸4通過同軸設置的中心軸3擔在槽狀結構的張拉機架的兩側；所述驅動件包括轉向轉向驅動橫梁16和頂杆15，所述轉向驅動橫梁橫16向設置於槽狀結構的張拉機架動力臂5，頂杆15螺紋配合穿過轉向驅動橫梁16用於驅動張拉機架繞其支點轉動；採用頂杆結構驅動轉動，具有簡單的結構並具有較大的力輸出，適合於慢速大力驅動，因而，具有較好的經濟性和可靠性；預應力張拉組件包括張拉裝置和碳纖維布夾具7，所述碳纖維布夾具7用於夾持繞過轉向軸4上部的需張拉碳纖維布2並由張拉裝置對其施加拉力；轉向軸4上部是指轉向軸4與被加固件1之間的空間。本實施例中，所述碳纖維布夾具7為實心柱狀結構，與需張拉碳纖維布2相對的表面設有至少軸向一端開口的軸向燕尾槽6，本實施例採用兩端均開口的結構，簡化製作程序，並利於調整張拉平衡的效果；所述碳纖維布2端部固定設有能夠被容納於燕尾槽6並與其相配合的楔形塊14 ；楔形塊14可採用環氧樹脂的凝固後具有較好強度並且與碳纖維布具有較好粘接性的材料製成；改變現有技術中夾持難度大、結構複雜的問題，結構簡單的同時使連接更可靠，並且不會使整個拉伸過程出現附加變形。 本實施例中，所述張拉裝置包括穿心千斤頂10、張拉杆9和橫向固定設置在張拉機架的阻力臂5的張拉橫梁8，所述穿心千斤頂10頂住張拉橫梁8，所述張拉杆9後端依次穿過張拉橫梁8和穿心千斤頂10，前端固定連接於碳纖維布夾具7與軸向燕尾槽徑向相對相對的一側，如圖所示，張拉杆9前端與碳纖維布夾具7固定連接，連接方式可以是螺紋連接、焊接、鉸接、卡接等現有技術中的連接方式，本事實例採用螺紋連接，結構簡單，製作成本低；採用穿心千斤頂結構，施工簡單方便，工作效率高，附加設備少，成本較低。本實施例中，轉向驅動橫梁16以可繞自身軸線轉動的方式設置於張拉機架的動力臂18，如圖所示，通過與其設置為一體的橫梁軸161轉動配合設置於張拉機架槽狀結構的兩側，結構簡單實用；所述頂杆15前端為球形頭，並頂在連接板19設置的用於容納頂杆 19前端球形頭的球面凹槽17 ；球頭形具有較好的適應性能和承載性能。本實施例中，所述張拉機架的阻力臂5在轉動方向上為L形結構，所述張拉橫梁8 固定連接於L形結構端面；如圖所示，L形結構一端與動力臂18製成一體，另一端的端面與張拉橫梁8固定連接，並用於承載張拉裝置的張拉力，結構簡單，減小張拉系統的整體體積，具有較好的適應性。本實施例中，所述穿心千斤頂10通過輔助張拉支架11頂住張拉橫梁8，所述張拉杆9為螺杆結構，位於張拉橫梁8外側設有與張拉杆9螺紋配合的鎖緊螺母12，所述輔助張拉支架U設有供鎖緊螺母12移動的空間；利用輔助張拉支架11並設有鎖緊螺母12，可以在張拉完畢並且鎖緊鎖緊螺母后拆除張拉設備，進行下一張拉施工，使張拉設備得到較高的利用率，並且提高施工效率。本發明還一種利用預應力碳纖維布張拉系統的張拉加固方法，包括以下步驟a.在被加固體1表面與承受拉應力的區域對應設置纖維布2，所述纖維布2縱向端部從轉向軸上部表面繞過並連接於預應力張拉組件，通過預應力張拉組件張拉縴維布， 並達到設定預應力；張拉可以是一端張拉或者兩端張拉；b.在被加固件1表面塗膠，通過驅動件驅動張拉機架的動力臂使張拉機架的阻力臂向被加固件表面轉動，轉向軸帶動碳纖維布與被加固件塗膠表面接觸，完成粘貼施工；c.通過錨具錨固纖維布兩端，拆除預應力張拉組件；如圖所示，錨具包括錨具底板20和錨具蓋板21，張拉並轉向完成後，將錨具底板20和錨具蓋板21塗膠後通過錨固螺栓固定連接，當然，錨具採用現有技術中任何結構的錨具，均能實現發明目的。
本實施例中，預應力張拉組件包括穿心千斤頂10、張拉杆9和橫向固定設置在張拉機架的阻力臂5的張拉橫梁8 ；步驟a中，所述穿心千斤頂10通過輔助張拉支架11頂住張拉橫梁8，所述張拉杆9為螺杆結構，位於張拉橫梁8外側設有與張拉杆9螺紋配合的鎖緊螺母12，所述輔助張拉支架11設有供鎖緊螺母12移動的空間，所述張拉杆9後端依次穿過張拉橫梁8、輔助張拉支架11和穿心千斤頂10，前端固定連接於碳纖維布2，通過穿心千斤頂10對碳纖維布2進行張拉至設定預應力；張拉過程中，邊張拉邊邊向張拉相反方向旋鎖緊螺母12 ；步驟b中，通過鎖緊螺母12鎖緊張拉杆9，拆除穿心千斤頂10後或同時進行在被加固件表面塗膠工作；施工過程中拆除張拉千斤頂，轉入下一條碳纖維布的張拉與安裝，錨具內膠體加溫固化，可提前拆除機架，提高施工效率；步驟c中，拆除張拉螺杆9，截斷錨具外的碳纖維布，拆除張拉機架，後對碳纖維布及錨具進行防護處理。最後說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種預應力碳纖維布張拉系統，其特徵在於包括預應力張拉組件、轉向軸和張拉機架；所述張拉機架鉸接於被加固件形成槓桿結構，所述轉向軸以可繞自身軸線轉動的方式設置於張拉機架的阻力臂；張拉機架的動力臂設有用於驅動張拉機架的阻力臂向被加固件表面轉動的驅動件；預應力張拉組件用於連接繞過轉向軸上部的需張拉碳纖維布並對其施加張拉力；預應力碳纖維布張拉系統可包括一組預應力張拉組件以及與其對應的轉向軸和張拉機架對需張拉碳纖維布進行一端張拉；或者包括兩組預應力張拉組件以及與其對應的轉向軸和張拉機架，分布於需張拉碳纖維布兩端進行兩端張拉。
2.根據權利要求1所述的預應力碳纖維布張拉系統，其特徵在於所述張拉機架為槽狀結構，槽狀結構的張拉機架橫跨於需張拉碳纖維布且兩側分別鉸接於固定設置在需加固件上的連接板形成槓桿結構，所述轉向軸以可繞自身軸線轉動的方式橫向擔在槽狀結構的張拉機架上；所述驅動件包括轉向轉向驅動橫梁和頂杆，所述轉向驅動橫梁橫向設置於槽狀結構的張拉機架動力臂，頂杆螺紋配合穿過轉向驅動橫梁用於驅動張拉機架繞支點轉動；預應力張拉組件包括張拉裝置和碳纖維布夾具，所述碳纖維布夾具用於夾持繞過轉向軸上部的需張拉碳纖維布並由張拉裝置對其施加拉力。
3.根據權利要求2所述的預應力碳纖維布張拉系統，其特徵在於所述碳纖維布夾具為實心柱狀結構，與需張拉碳纖維布相對的表面設有至少軸向一端開口的軸向燕尾槽，所述碳纖維布端部固定設有能夠被容納於燕尾槽並與其相配合的楔形塊。
4.根據權利要求3所述的預應力碳纖維布張拉系統，其特徵在於所述張拉裝置包括穿心千斤頂、張拉杆和橫向固定設置在張拉機架的阻力臂的張拉橫梁，所述穿心千斤頂頂住張拉橫梁，所述張拉杆後端依次穿過張拉橫梁和穿心千斤頂，前端固定連接於碳纖維布夾具與軸向燕尾槽徑向相對相對的一側。
5.根據權利要求4所述的預應力碳纖維布張拉系統，其特徵在於轉向驅動橫梁以可繞自身軸線轉動的方式設置於張拉機架的動力臂，所述頂杆前端為球形頭，並頂在連接板設置的用於容納頂杆前端球形頭的球面凹槽。
6.根據權利要求5所述的預應力碳纖維布張拉系統，其特徵在於所述張拉機架的阻力臂在轉動方向上為L形結構，所述張拉橫梁固定連接於L形結構端面。
7.根據權利要求6所述的預應力碳纖維布張拉系統，其特徵在於所述穿心千斤頂通過輔助張拉支架頂住張拉橫梁，所述張拉杆為螺杆結構，位於張拉橫梁外側設有與張拉杆螺紋配合的鎖緊螺母，所述輔助張拉支架設有供鎖緊螺母移動的空間。
8.一種利用權利要求1所述的預應力碳纖維布張拉系統的張拉加固方法，其特徵在於包括以下步驟a.在被加固體表面與承受拉應力的區域對應設置纖維布，所述纖維布縱向端部從轉向軸上部表面繞過並連接於預應力張拉組件，通過預應力張拉組件張拉縴維布，並達到設定預應力；張拉可以是一端張拉或者兩端張拉；b.在被加固件表面塗膠，通過驅動件驅動張拉機架的動力臂使張拉機架的阻力臂向被加固件表面轉動，轉向軸帶動碳纖維布與被加固件塗膠表面接觸，完成粘貼施工；c.通過錨具錨固纖維布兩端，拆除預應力張拉組件。
9.根據權利要求8所述的利用預應力碳纖維布張拉系統的張拉加固方法，其特徵在於預應力張拉組件包括穿心千斤頂、張拉杆和橫向固定設置在張拉機架的阻力臂的張拉橫梁；步驟a中，所述穿心千斤頂通過輔助張拉支架頂住張拉橫梁，所述張拉杆為螺杆結構，位於張拉橫梁外側設有與張拉杆螺紋配合的鎖緊螺母，所述輔助張拉支架設有供鎖緊螺母移動的空間，所述張拉杆後端依次穿過張拉橫梁、輔助張拉支架和穿心千斤頂，前端固定連接於碳纖維布，通過穿心千斤頂對碳纖維布進行張拉至設定預應力；步驟b中，通過鎖緊螺母鎖緊張拉杆，拆除穿心千斤頂後或同時進行在被加固件表面塗膠工作；步驟c中，拆除張拉螺杆，截斷錨具外的碳纖維布，拆除張拉機架，後對碳纖維布及錨具進行防護處理。
全文摘要
本發明公開了一種預應力碳纖維布張拉系統及張拉加固方法，系統包括預應力張拉組件、轉向軸和張拉機架；張拉機架鉸接於被加固件形成槓桿結構，轉向軸以可繞自身軸線轉動的方式設置於張拉機架的阻力臂；張拉機架的動力臂設有用於驅動張拉機架的阻力臂向被加固件表面轉動的驅動件；預應力張拉組件用於連接繞過轉向軸上部的需張拉碳纖維布並對其施加張拉力；本發明完全適應工程應用環境，在一定的跨度內張拉系統不需任何調整；張拉簡單快捷；不需在被加固構件上開鑿任何溝槽作為夾具運動的通道，張拉操作對原混凝土結構基本不造成損傷；張拉過程中碳纖維布與構件底面留有間隙，避免碳纖維布與構件接觸產生磨損，同時方便塗膠。
文檔編號E04G21/12GK102505858SQ20111029552
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月29日 優先權日2011年9月29日
發明者全學友, 童從慶 申請人:重慶大學