預應力纖維布加固混凝土柱的橫向張拉方法
2023-04-25 15:18:11 1
專利名稱：預應力纖維布加固混凝土柱的橫向張拉方法
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纖維布加固混凝土柱 的橫向張拉方法。
背景技術：
混凝土柱由於承載能力不足或溫度應力等外界作用而產生縱向裂縫時，可 在其環向粘貼纖維布進行加固，以約束縱向裂縫的發展，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，在加固混凝土 抗拉表面方面得到廣泛應用，比其他結構加固混凝土結構更有優勢。
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，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。
為解決以上問題，將碳纖維布在施加預應力條件下再粘貼在混凝土構件表 面，可以有效提高纖維布的利用率，同時更好地約束混凝土構件表面裂縫的產 生和發展，利於提高構件的承載能力和延長使用壽命。
現有技術中，對碳纖維布施加預應力的施工方法普遍採用沿纖維布縱向張 拉技術，通過在纖維布兩端縱向施加拉力，達到張拉縴維布的目的。這種縱向 張拉技術的施工設備以及施工工藝過於複雜，且較難獲得需要較大的張拉力， 以致通常情況下人們均欲避免採用預應力纖維布來加固混凝土結構。
5因此，需要一種預應力纖維布加固混凝土構件的簡便張拉施工方法，能夠 利用較小的力使纖維布達到較大的縱向張拉力，簡化張拉設備和張拉工藝，節 約施工成本，並減小因為張拉縴維布需要而對混凝土結構造成新的損傷。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的是提供一種預應力纖維布加固混凝土柱的橫向張 拉方法，能夠施較小的橫向張拉力，使纖維布達到較大的縱向張拉力，獲得所 需的預應力，達到對混凝土柱加固，更好地抑制混凝土柱縱向裂紋產生和發展 的目的，能夠簡化張拉設備和張拉工藝，節約施工成本，減小工程風險，縮短 工期，具有顯著的技術經濟綜合效益。
本發明的預應力纖維布加固混凝土柱的橫向張拉方法，包括以下步驟
a. 在混凝土柱表面待加固區域沿環向對應設置纖維布，所述纖維布兩端部 均與混凝土柱表面之間設定間距並固定設置；
b. 橫向跨過纖維布兩端部的外表面分別設置橫向承載梁；
c. 在混凝土柱表面待加固區域或/和纖維布內表面塗布粘結劑；
d. 對兩個橫向承載梁施加力使其移動，橫向壓迫並拉伸纖維布粘貼在混凝 土柱待加固區域的表面；
e. 將纖維布兩端部直接固定設置在混凝土柱表面。
進一步，步驟a中，所述纖維布縱向繃緊；步驟e中，纖維布端部通過長 度大於等於纖維布寬度的工作夾具直接固定設置在混凝土柱表面，工作夾具包 括工作夾具底座和工作夾具蓋板，所述工作夾具底座橫向錨固在砼梁下表面， 工作夾具蓋板通過螺栓將纖維布壓緊並固定於工作夾具底座；
進一步，步驟a中，所述纖維布端部通過支撐架實現固定設置；還包括工 具夾具和連杆，所述連杆的一端相對於支撐架鉸接，另一端連接有長度大於等 於纖維布寬度的工具夾具，包括工具夾具上部和工具夾具下部，所述工具夾具 上部和工具夾具下部通過螺栓將纖維布端部夾緊；支撐架頂住柱表面；
進一步，還包括固定設置的張拉杆，所述張拉杆設置外螺紋並穿過橫向承載梁，通過旋在外螺紋上的張拉螺母驅動橫向承載梁；使纖維布受拉並逐漸貼 近混凝土柱表面；
進一步，步驟a中，所述支撐架上套有定位件，所述定位件通過徑向穿過 定位件壁的螺釘緊頂在支撐架上進行固定，通過旋鬆和旋緊螺釘，調節定位件 在支撐架上的位置；所述連杆鉸接在定位件上；
進一步，所述橫向承載梁為杆狀結構，所述杆狀結構張拉縴維布的杆段外 部套有滾動套筒；
進一步，所述工作夾具底座和工作夾具蓋板相對的表面塗有粘接劑；所述 工具夾具上部和工具夾具下部相對的表面分別固定設置塑料層，所述塑料層表 面設置縱向細齒波紋結構；
迸一步，所述混凝土柱的橫截面為圓形，所述支撐架還包括與混凝土柱表 面適形的弧形支座，支撐架通過弧形支座頂在混凝土柱表面；所述支撐架為兩 個沿混凝土柱軸向並列設置，所述纖維布圍住混凝土柱待加固區域後兩個端部 分別通過一個工具夾具連接有兩個連杆，所述兩個連杆沿工具夾具長度方向並 列設置；兩個支撐架上的定位件之間通過兩根橫杆連接，兩根橫杆設置在與纖 維布的兩端部的連杆相對應的定位件兩側，連杆通過與其對應的橫杆鉸接在定 位件上；
每個支撐架上固定設置一根張拉杆，兩根張拉杆沿軸向設置於纖維布兩側， 張拉杆兩端分別延伸並穿過兩橫向承載梁端部；張拉螺母與橫向承載梁配合的 端部設置為球頭結構，橫向承載梁設置與球頭結構配合的球形凹槽；
進一步，所述混凝土柱的橫截面為矩形，所述支撐架還包括與混凝土柱直 角適形的直角支座，支撐架通過直角支座頂在混凝土柱直角表面；所述支撐架 為對角設置的兩組，每組為兩個支撐架沿混凝土柱軸向並列設置，每組兩個支 撐架上的定位件之間通過橫杆連接；兩塊纖維布圍住混凝土柱待加固區域，每 塊纖維布的兩個端部分別通過一個工具夾具連接兩個連杆；與每塊纖維布的兩 個端部連接的連杆分別通過橫杆鉸接在對角設置的支撐架定位件上；每個支撐架上固定設置一根張拉杆，兩根張拉杆沿軸向設置於纖維布兩側，
張拉杆兩端分別延伸並穿過兩橫向承載梁端部；
進一步，在步驟e後，還包括f.截斷工作夾具與工具夾具之間的纖維布，
拆除工具夾具、連杆和支撐架。
本發明的有益效果是本發明的預應力纖維布加固混凝土柱的橫向張拉方
法，改傳統的縱向張拉縴維布為橫向張拉所需橫張力僅為縱張力的1/5 1/7即 可達到同等張拉效果，顯著降低了張拉設備及工藝要求；可較容易地使纖維布 獲得足夠大的張拉力，相應地使混凝土柱獲得足夠大的徑向預壓應力，達到對 混凝土立柱加固、防止表面縱向裂紋產生和發展的目的，本發明所採用的設備 簡單，製造成本低，易於運輸和攜帶，張拉過程纖維布受力均勻，張拉效果好， 張拉操作對原混凝土結構損傷小；可大大節約施工成本，減小工程風險，縮短 工期，具有顯著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為本發明圓形混凝土柱張拉前結構示意圖； 圖2為本發明圓形混凝土柱張拉後結構示意圖； 圖3為圖1沿A向示意圖4為圖3沿B-B向剖視圖5為本發明工具夾具結構示意圖6為本發明工作夾具結構示意圖7為本發明矩形混凝土柱張拉前結構示意圖8為本發明矩形混凝土柱張拉後結構示意圖9為圖7沿C向示意圖。
具體實施例方式
實施例一
本實施例中，纖維布為碳纖維布，混凝土柱的橫截面為圓形。
圖1為本發明圓形混凝土柱張拉前結構示意圖，圖2為本發明圓形混凝土 柱張拉後結構示意圖，圖3為圖1沿A向示意圖，圖4為圖3沿B-B向剖視圖， 圖5本發明工具夾具結構示意圖，圖6為本發明工作夾具結構示意圖，如圖所 示本實施例的預應力纖維布加固混凝土柱的橫向張拉方法，包括以下步驟
a.在混凝土柱1表面與需加固的區域沿環向對應設置縱向繃緊的纖維布2， 採用縱向繃緊的方式，可以縮短橫向張拉距離，提高工作效率；纖維布2兩端 部均與混凝土柱1表面之間設定間距並固定設置；
纖維布2端部通過支撐架9實現固定設置；還包括工具夾具4、連杆5和定 位件6，定位件6分別套在支撐架9上並通過徑向穿過定位件6壁的螺釘14緊 頂在支撐架9上進行固定，通過旋鬆和旋緊螺釘14調節定位件6在支撐架9上 的位置，可以調整纖維布的張拉距離，從而達到調整預應力的目的；連杆5的 一端鉸接在定位件6上，另一端連接有長度等於纖維布寬度的工具夾具4，包括 工具夾具上部41和工具夾具下部42，當然工具夾具4的長度也可以大於纖維布 2寬度，也可實現發明目的；纖維布2的寬度和工具夾具4的長度是指沿柱軸向 的尺寸；工具夾具上部41和工具夾具下部42通過多個螺栓將纖維布2端部夾 緊；工具夾具上部41和工具夾具下部42相對的表面也就是夾持纖維布2的表 面分別固定設置塑料層43，塑料層43表面設置縱向細齒波紋結構，這裡的縱向 是指纖維布的長度方向，可增大摩擦力；細齒尖部為圓弧型，防止纖維布的損 壞；
本實施例中，混凝土柱l的橫截面為圓形，支撐架9還包括與混凝土柱1 面適形的弧形支座9a，支撐架9通過弧形支座9a通過橡膠墊8頂在混凝土柱1 表面，定位穩定，並可保護表面不受損，結構簡單，節約製造成本，操作容易； 支撐架9為兩個沿混凝土柱1軸向並列設置，纖維布2圍住混凝土柱1待加固區域後兩個端部分別通過一個工具夾具4連接有兩個連杆5，兩個連杆5沿工具 夾具4長度方向並列設置；兩個支撐架9上的定位件6之間通過兩根橫杆7連 接，利於加大支撐架9的整體強度；兩根橫杆7設置在定位件6兩側與纖維布2 的兩端部的連杆5相對應，連杆5通過與其對應的橫杆7鉸接在定位件6上；
b. 橫向跨過纖維布2兩端部的外表面分別設置橫向承載梁3;本實施例中， 所述橫向承載梁3為杆狀結構，所述杆狀結構的橫向承載梁3張拉縴維布2的 杆段外部套有滾動套筒31，滾動套筒31與纖維布2直接接觸，橫張時靠滾動套 筒31繞杆狀結構的橫向承載梁3轉動來協調纖維布的伸長摩擦阻力，防止張拉 過程中產生應力集中破壞纖維布2，並且使張拉過程順暢；
每個支撐架9上固定設置一根張拉杆11，兩根張拉杆11沿混凝土柱1軸向 並列設置於纖維布2兩側，張拉杆11兩端分別延伸並穿過兩橫向承載梁3端部； 張拉杆ll設置有外螺紋，穿過橫向承載梁3的外螺紋上旋有張拉螺母lla，張 拉螺母lla與橫向承載梁3配合的端部設置為球頭結構，橫向承載梁設置與球 頭結構配合的球形凹槽，可以適應張拉杆和橫向承載梁在進行張拉時夾角的變
c. 在混凝土柱l待加固區域表面塗布粘結劑13;當然，也可以在纖維布2 表面塗布粘結劑13，或者砼梁1下表面承受拉應力的區域表面和纖維布2表面 均塗布粘結劑13，都能達到發明目的；
d. 同時旋轉每個張拉杆上的張拉螺母lla對橫向承載梁3施加力，驅動兩 個橫向承載梁3向張拉杆中部移動，同時使纖維布2拉伸並粘貼在混凝土柱1 的表面，產生預應力；採用張拉螺母lla的施力結構，具有設備簡單，操作容 易，成本低，利於均勻控制張拉力等優點；當然，也可採用千斤頂等施力設備， 都能達到發明目的；
e. 將纖維布2兩端部直接固定設置在混凝土柱1表面，直接固定設置通過 長度等於纖維布2寬度的工作夾具12實現固定設置，當然，也可以採用長度大 於纖維布2寬度的工作夾具，同樣可實現發明目的；工作夾具12的長度是指沿柱軸向的尺寸；工作夾具12包括工作夾具底座121和工作夾具蓋板122，工作 夾具底座121橫向錨固在砼梁1下表面的橫向凹槽la內，保證纖維布2緊貼混 凝土柱1表面，工作夾具蓋板122通過多個螺栓將纖維布2壓緊並固定於工作 夾具底座121，工作夾具底座121和工作夾具蓋板122相對的表面也就是夾持纖 維布2的面塗有粘接劑，保證夾持強度，防止纖維布2斷裂；採用本結構的工
作夾具，結構簡單，成本低，固定可靠；
f.截斷工作夾具12與工具夾具4之間的纖維布，拆除工具夾具4、連杆5 和支撐架9。
實施例二
本實施例中，混凝土柱的橫截面為矩形。
圖7為本發明矩形混凝土柱張拉前結構示意圖，圖8為本發明矩形混凝土 柱張拉後結構示意圖，圖9為圖7沿C向示意圖，如圖所示本實施例與實施 例一的區別在於本實施例的混凝土柱的橫截面為矩形，本實施例支撐架9的 支座採用與混凝土柱1直角適形的直角支座9a，支撐架9通過直角支座9a頂在 混凝土柱1直角表面；支撐架9為對角設置的兩組，每組為兩個支撐架9沿混 凝土柱1軸向並列設置，本實施例中，支撐架9採用倒三角結構，倒三角結構 的頂角連接直角支座9a，兩側邊分別設置一個定位件6，每組兩個支撐架9上 對應側邊的定位件6之間通過橫杆7連接；兩塊纖維布2圍住混凝土柱1待加 固區域，每塊纖維布2的兩個端部分別通過一個工具夾具4連接兩個連杆5;與 每塊纖維布2的兩個端部連接的連杆5分別鉸接在對角設置的兩個支撐架9的 定位件6上，鉸接通過與纖維布2端部相對應的橫杆7實現，也就是，連杆5 通過與之位置相對的橫杆鉸接在定位件上；採用兩組支撐架9及兩塊纖維布的 施工方法，而不採用一塊纖維布，利於防止纖維布在拉伸過程中由於直角的作 用造成應力損失；
本實施例的其它結構以及操作步驟都與實施例一相同或相類似，所屬領域技術人員結合實施例一，均可實現本實施例，因此不再贅述。
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. 一種預應力纖維布加固混凝土柱的橫向張拉方法，其特徵在於包括以下步驟a. 在混凝土柱表面待加固區域沿環向對應設置纖維布，所述纖維布兩端部均與混凝土柱表面之間設定間距並固定設置；b. 橫向跨過纖維布兩端部的外表面分別設置橫向承載梁；c. 在混凝土柱表面待加固區域或/和纖維布內表面塗布粘結劑；d. 對兩個橫向承載梁施加力使其移動，橫向壓迫並拉伸纖維布粘貼在混凝土柱待加固區域的表面；e. 將纖維布兩端部直接固定設置在混凝土柱表面。
2. 根據權利要求1所述的預應力纖維布加固混凝土柱的橫向張拉方法，其 特徵在於步驟a中，所述纖維布縱向繃緊；步驟e中，纖維布端部通過長度 大於等於纖維布寬度的工作夾具直接固定設置在混凝土柱表面，工作夾具包括 工作夾具底座和工作夾具蓋板，所述工作夾具底座橫向錨固在砼梁下表面，工 作夾具蓋板通過螺栓將纖維布壓緊並固定於工作夾具底座。
3. 根據權利要求2所述的預應力纖維布加固混凝土柱的橫向張拉方法，其 特徵在於步驟a中，所述纖維布端部通過支撐架實現固定設置；還包括工具夾具和連杆，所述連杆的一端相對於支撐架鉸接，另一端連接有長度大於等於 纖維布寬度的工具夾具，包括工具夾具上部和工具夾具下部，所述工具夾具上部和工具夾具下部通過螺栓將纖維布端部夾緊；支撐架頂住柱表面。
4. 根據權利要求3所述的預應力纖維布加固混凝土柱的橫向張拉方法，其 特徵在於還包括固定設置的張拉杆，所述張拉杆設置外螺紋並穿過橫向承載 梁，通過旋在外螺紋上的張拉螺母驅動橫向承載梁；使纖維布受拉並逐漸貼近 混凝土柱表面。
5. 根據權利要求4所述的預應力纖維布加固混凝土柱的橫向張拉方法，其特徵在於步驟a中，所述支撐架上套有定位件，所述定位件通過徑向穿過定 位件壁的螺釘緊頂在支撐架上進行固定，通過旋鬆和旋緊螺釘，調節定位件在 支撐架上的位置；所述連杆鉸接在定位件上。
6. 根據權利要求5所述的預應力纖維布加固混凝土柱的橫向張拉方法，其特徵在於所述橫向承載梁為杆狀結構，所述杆狀結構張拉縴維布的杆段外部 套有滾動套筒。
7. 根據權利要求6所述的預應力纖維布加固混凝土柱的橫向張拉方法，其 特徵在於所述工作夾具底座和工作夾具蓋板相對的表面塗有粘接劑；所述工 具夾具上部和工具夾具下部相對的表面分別固定設置塑料層，所述塑料層表面 設置縱向細齒波紋結構。
8. 根據權利要求7所述的預應力纖維布加固混凝土柱的橫向張拉方法，其 特徵在於所述混凝土柱的橫截面為圓形，所述支撐架還包括與混凝土柱表面 適形的弧形支座，支撐架通過弧形支座頂在混凝土柱表面；所述支撐架為兩個沿混凝土柱軸向並列設置，所述纖維布圍住混凝土柱待加固區域後兩個端部分 別通過一個工具夾具連接有兩個連杆，所述兩個連杆沿工具夾具長度方向並列設置；兩個支撐架上的定位件之間通過兩根橫杆連接，兩根橫杆設置在與纖維 布的兩端部的連杆相對應的定位件兩側，連杆通過與其對應的橫杆鉸接在定位 件上；每個支撐架上固定設置一根張拉杆，兩根張拉杆沿混凝土柱軸向並列設置 於纖維布兩側，張拉杆兩端分別延伸並穿過兩橫向承載梁端部。
9. 根據權利要求8所述的預應力纖維布加固混凝土柱的橫向張拉方法，其 特徵在於所述混凝土柱的橫截面為矩形，所述支撐架還包括與混凝土柱直角 適形的直角支座，支撐架通過直角支座頂在混凝土柱直角表面；所述支撐架為 對角設置的兩組，每組為兩個支撐架沿混凝土柱軸向並列設置，每組兩個支撐 架上的定位件之間通過橫杆連接；兩塊纖維布圍住混凝土柱待加固區域，每塊 纖維布的兩個端部分別通過一個工具夾具連接兩個連杆；與每塊纖維布的兩個端部連接的連杆分別通過橫杆鉸接在對角設置的支撐架定位件上；每個支撐架上固定設置一根張拉杆，兩根張拉杆沿混凝土柱軸向並列設置於纖維布兩側，張拉杆兩端分別延伸並穿過兩橫向承載梁端部；張拉螺母與橫 向承載梁配合的端部設置為球頭結構，橫向承載梁設置與球頭結構配合的球形 凹槽。
10.根據權利要求8或9所述的預應力纖維布加固混凝土柱的橫向張拉方 法，其特徵在於在步驟e後，還包括f.截斷工作夾具與工具夾具之間的纖 維布，拆除工具夾具、連杆和支撐架。
全文摘要
本發明公開了一種預應力纖維布加固混凝土柱的橫向張拉方法，在混凝土柱表面待加固區域沿環向對應設置纖維布，纖維布兩端部均與混凝土柱表面之間設定間距並固定設置；橫向跨過纖維布兩端部的外表面分別設置橫向承載梁；通過移動橫向承載梁並塗布粘結劑使纖維布粘貼在混凝土柱表面並直接固定；本發明改傳統的縱向張拉縴維布為橫向張拉所需橫張力僅為縱張力的1/5～1/7即可達到同等張拉效果，顯著降低了張拉設備及工藝要求；本發明設備簡單，製造成本低，易於運輸和攜帶，張拉過程纖維布受力均勻，張拉效果好，張拉操作對原混凝土結構損傷小；可大大節約施工成本，減小工程風險，縮短工期，具有顯著的技術經濟綜合效益。
文檔編號E04G21/12GK101487344SQ20091010319
公開日2009年7月22日 申請日期2009年2月16日 優先權日2009年2月16日
發明者周勁宇, 周志祥 申請人:周勁宇;周志祥