橫向張拉預應力碳纖維布與鋼材複合加固框架梁結構的製作方法

2023-04-25 15:18:16 1

橫向張拉預應力碳纖維布與鋼材複合加固框架梁結構的製作方法
【專利摘要】橫向張拉預應力碳纖維布與鋼材複合加固框架梁結構，包括框架柱和框架梁，框架梁下表面粘貼有碳纖維片材，碳纖維片材的兩端通過固定件及L型鋼錨板固定在框架梁和框架柱之間的夾角處，碳纖維片材和框架梁之間設有至少兩塊鋼墊板，鋼墊板粘接在框架梁下表面，每塊鋼墊板的兩側分別設有一個將碳纖維片材向上張拉的U型鋼板；碳纖維片材下表面粘貼並固定有梁底鋼板和U型鋼箍。本實用新型易於實現靠張拉錨固並與待加固框架梁零間隙粘貼，較好地利用了碳纖維片材的高強性能而對框架梁施加較高水平的預應力，同時綜合利用張拉U型鋼板提高框架梁抗剪承載力，使碳纖維片材和鋼材性能得以充分發揮，達到了框架梁抗彎和抗剪承載力協同增強加固的目的。
【專利說明】橫向張拉預應力碳纖維布與鋼材複合加固框架梁結構
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於土木工程結構加固【技術領域】，尤其涉及一種橫向張拉預應力碳纖維布與鋼材複合加固框架梁結構。
【背景技術】
[0002]近年來，採用碳纖維片材對結構施加預應力進行增強加固的技術得到重視，形成了獨具特點的預應力碳纖維片材加固技術。該技術的優勢是發揮了碳纖維片材的高強性能，同時對結構施加主動預應力而提高了加固效果；改變了直接粘貼後被動承載的受力狀態，使材料的有效利用率顯著提高；對於梁式構件而言，可顯著提高其抗裂彎矩、延緩裂縫出現、抑制既有裂縫的發展、顯著減小裂縫寬度，從而改善結構的正常使用性能。
[0003]目前，已有多種縱向張拉碳纖維片材的預應力施加方法，其共同的特點是需要對碳纖維片材施加縱向的張拉力，這不僅需要做好碳纖維片材端部(含張拉端與固定端)的可靠錨固，也需要為張拉施工提供支撐張拉力的縱向反力裝置，從而使得整個預應力張拉體系組成複雜，降低了張拉施工效率。
實用新型內容
[0004]本實用新型為了解決現有技術中的不足之處，提供一種加工效果佳、可靠性高、張拉施工效率高的橫向張拉預應力碳纖維布與鋼材複合加固框架梁結構。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型採用如下技術方案:橫向張拉預應力碳纖維布與鋼材複合加固框架梁結構，包括水平設在兩根框架柱30之間的框架梁20，所述框架梁20下表面粘貼有碳纖維片材1，碳纖維片材I的兩端通過固定件及L型鋼錨板2固定在框架梁20下表面和框架柱30內表面之間的夾角處，碳纖維片材I和框架梁20之間設有至少兩塊鋼墊板3，鋼墊板3粘接在框架梁20下表面，每塊鋼墊板3的兩側分別設有一個將碳纖維片材I向上張拉的U型鋼板4 ；
[0006]在U型鋼板4之間的碳纖維片材I下表面粘貼並固定有梁底鋼板13 ;在U型鋼板4與最外側一個L型鋼錨板2之間設有將碳纖維片材I向上張拉的U型鋼箍11。
[0007]所述固定件為一組與L型鋼錨板2焊接的鋼帶15，在鋼帶15上打孔並通過第一化學錨栓6埋設固定在框架梁20端部側面和框架柱30側面。
[0008]所述梁底鋼板13與碳纖維片材I之間、碳纖維片材I與框架梁20下表面之間通過塗刷粘結膠層與框架梁20形成整體連接；並通過在框架梁20底部設置第二化學錨栓，或者將梁底鋼板13兩端粘接並固定在U型鋼板4和碳纖維片材I之間加以錨固；
[0009]所述U型鋼箍11在框架梁20底部與側面粘接區內，通過塗刷粘結膠層與框架梁20形成整體連接，U型鋼箍11兩側上部通過第三化學錨栓12與框架梁20側面錨固。
[0010]所述框架梁20上表面垂直設有鋼橫梁8，鋼橫梁8通過第一緊固螺栓9與U型鋼板4的上端連接向上張緊碳纖維片材I。
[0011]所述框架梁20上表面設有樓板40，樓板40底面向上打孔預埋第二緊固螺栓10，第二緊固螺栓10與U型鋼板4上端連接張緊碳纖維片材I。
[0012]與碳纖維片材I表面直接接觸的L型鋼錨板2、鋼墊板3、U型鋼板4組件的稜邊、稜角部均加工成弧形光滑過渡面。
[0013]本實用新型的具體加固方法採用以下技術方案:
[0014]橫向張拉預應力碳纖維布與鋼材複合加固框架梁的方法，包括以下具體步驟:
[0015](A)、將碳纖維片材I兩端粘貼固定到L型鋼錨板2上，然後再將L型鋼錨板2安裝固定到框架梁20下表面與框架柱30內側面之間的夾角處。
[0016](B)、橫向向下拉緊碳纖維片材1，在碳纖維片材I上表面與框架梁20下表面之間塞入至少兩個鋼墊板3，將鋼墊板3的上表面粘結固定在框架梁20的下表面上；
[0017](C)、在每個鋼墊板3的兩側對稱設置一個開口朝上的U型鋼板4，向上一次或多次同步橫向向上拉動U型鋼板4，使碳纖維片材I貼緊框架梁20下表面後，將U型鋼板4固定在框架梁20上；
[0018](D)、在U型鋼板4之間的碳纖維片材I下表面粘貼並固定梁底鋼板13 ;在U型鋼板4與最外側一個L型鋼錨板2之間設置將碳纖維片材I向上張拉的U型鋼箍11。
[0019]所述步驟A具體包括以下步驟，
[0020](I)、使用鋼板加工製作L型鋼錨板2，L型鋼錨板2總長度由碳纖維片材I與鋼板粘結後、再與框架梁20端部底面和框架柱30內側面的混凝土粘結並通過固定件固定以可靠承受碳纖維片材I張拉力加以確定；
[0021]固定件採用一組與L型鋼錨板2焊接的鋼帶15，在鋼帶15上打孔並通過第一化學錨栓6埋設固定在框架梁20端部側面和框架柱30側面；固定鋼帶15前應預先對鋼帶15與框架梁20、框架柱30的接觸面進行清潔和糙化處理；
[0022](2)、碳纖維片材I粘貼區域的定位與清潔:在L型鋼錨板2、框架梁20底面與框架柱30內側面劃線標示出碳纖維片材I粘貼區域，並進行糙化處治，用酒精擦拭進行清潔處理，然後塗刷底膠層；
[0023](3)、待張拉碳纖維片材I的固定:將裁剪成型的碳纖維片材I鋪平放置，兩端塗膠與L型鋼錨板2粘結在一起；在L型鋼錨板2尺寸範圍內的混凝土表面塗膠，打孔埋設第一化學錨栓6將L型鋼錨板2固定。
[0024]所述步驟B中採用如下方法確定鋼墊板3的厚度:根據設計的張拉控制預應力值，計算出碳纖維片材初始長度10的伸長值;然後結合鋼墊板3和U型鋼板4安裝施工過程
中碳纖維片材I初始長度人的長度變化，計算出鋼墊板3的厚度A。
[0025]所述步驟C具體包括以下步驟，
[0026](I )、對於未與樓板40相連的獨立框架梁20，需在框架梁20上表面預設鋼橫梁8，鋼橫梁8通過第一緊固螺栓9與U型鋼板4的上端連接向上張緊碳纖維片材I ;對於與樓板40相連的普通框架梁20，需在框架梁20兩側的樓板40底面向上打孔預埋第二緊固螺栓10，第二緊固螺栓10與U型鋼板4連接向上張緊碳纖維片材I ;
[0027](2)、多次同步對稱橫向向上拉緊碳纖維片材I過程中，下一次張拉需待上一次張拉錨固且碳纖維片材I粘結膠硬化達到設計強度之後再進行；
[0028](3)、在張緊碳纖維片材I之前，應在框架梁20、框架柱30的粘結面的底膠層上塗刷粘結膠層；在碳纖維片材I張緊之後，再進行滾軸壓平、補註粘接膠工續，確保碳纖維片材I與框架梁20、框架柱30的可靠粘結。
[0029]所述步驟D具體包括以下步驟，
[0030](I)、梁底鋼板13與碳纖維片材I之間、碳纖維片材I與框架梁20下表面之間通過塗刷粘結膠層與框架梁20形成整體連接；並通過在框架梁20底部設置第二化學錨栓，或者將梁底鋼板13兩端粘接並固定在U型鋼板4和碳纖維片材I之間加以錨固；
[0031](2)、所述U型鋼箍11在框架梁20底部與側面粘接區內，通過塗刷粘結膠層與框架梁20形成整體連接，U型鋼箍11兩側上部通過第三化學錨栓12與框架梁20側面錨固。
[0032]使用L型鋼板將預應力碳纖維片材錨固在框架梁底面和框架柱的內側面上，採用橫向向下拉緊碳纖維片材塞入鋼墊板和通過U型鋼板橫向向上拉緊碳纖維片材的二次橫向張拉方法，在框架梁上建立其可靠的預應力。使得碳纖維片材張拉施工簡單可靠，張拉力較縱向張拉顯著降低；省去了使用油壓千斤頂等機械設備及其安裝拆除等工序，節省了加固施工費用。同時，施加預應力後的碳纖維片材剩餘強度，與鋼材抗拉強度有較好的一致性，可與鋼材協同受力並使兩種材料的強度得到充分發揮，也可以起到碳纖維片材與鋼材複合而形成高強延性材料，保障了框架梁增強加固後的變形能力，有利於提高框架梁的延性抗震性能。
[0033]本實用新型同現有技術相比具有以下優點:
[0034](I)、本實用新型將碳纖維片材與L型鋼錨板粘結為一體後，又與其端部的框架梁、框架柱粘貼在一起，然後通過打孔埋設在框架梁、框架柱上的錨栓錨固，大大提高了碳纖維片材的端部錨固可靠性。
[0035](2)、本實用新型採用二級橫向張拉方法，首先採用橫向向下拉緊碳纖維片材塞入鋼墊板，使得碳纖維片材獲得初始張拉應力；然後通過U型鋼板一次或多次同步對稱橫向向上拉緊碳纖維片材，使得鋼墊板二次起到支撐碳纖維片材拉伸的作用；鋼墊板的運用巧妙合理，成為本實用新型技術的關鍵組件之一。
[0036](3)、本實用新型的U型鋼板既起到橫向拉緊碳纖維片材的作用，又可兼具提高框架梁的抗剪承載力的功能，從而實現了材料的多效利用。
[0037](4)、本實用新型的橫向拉緊力僅為縱向張拉力的微量分力，可採用簡單的錨栓緊固加以實現，大大降低了張拉施工難度。
[0038](5)、本實用新型綜合利用了施加預應力後的碳纖維片材剩餘強度與鋼材抗拉強度的協調性，使兩種材料的強度得到充分發揮。碳纖維片材與鋼材複合形成高強延性材料，保障了框架梁增強加固後的變形能力，有利於提高框架梁的延性抗震性能。
[0039]綜上所述，本實用新型設計新穎獨特、簡單快捷，易於實現碳纖維片材的可靠張拉錨固並與待加固框架梁零間隙粘貼，較好地利用了碳纖維片材的高強性能而對框架梁施加較高水平的預應力，同時綜合利用張拉U型鋼板提高框架梁抗剪承載力，使碳纖維片材和鋼材性能得以充分發揮，達到了框架梁抗彎和抗剪承載力協同增強加固的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1是本實用新型實施例一的結構示意圖；
[0041]圖2是圖1中U型鋼板的結構示意圖；
[0042]圖3是圖2的俯視圖；[0043]圖4是本實用新型中固定件採用鋼帶和第二化學錨栓進行固定連接狀態的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0044]實施例一:如圖1、圖2和圖3所示，本實用新型的橫向張拉預應力碳纖維布與鋼材複合加固框架梁結構，包括水平設在兩根框架柱30之間的框架梁20，所述框架梁20下表面粘貼有碳纖維片材1，碳纖維片材I的兩端通過固定件及L型鋼錨板2固定在框架梁20下表面和框架柱30內表面之間的夾角處，碳纖維片材I和框架梁20之間設有至少兩塊鋼墊板3，鋼墊板3粘接在框架梁20下表面，每塊鋼墊板3的兩側分別設有一個將碳纖維片材I向上張拉的U型鋼板4 ；
[0045]在U型鋼板4之間的碳纖維片材I下表面粘貼並固定有梁底鋼板13 ;在U型鋼板4與最外側一個L型鋼錨板2之間設有將碳纖維片材I向上張拉的U型鋼箍11。
[0046]固定件為一組與L型鋼錨板2焊接的鋼帶15，在鋼帶15上打孔並通過第一化學錨栓6埋設固定在框架梁20端部側面和框架柱30側面。
[0047]梁底鋼板13與碳纖維片材I之間、碳纖維片材I與框架梁20下表面之間通過塗刷粘結膠層與框架梁20形成整體連接；並通過在框架梁20底部設置第二化學錨栓，或者將梁底鋼板13兩端粘接並固定在U型鋼板4和碳纖維片材I之間加以錨固；
[0048]U型鋼箍11在框架梁20底部與側面粘接區內，通過塗刷粘結膠層與框架梁20形成整體連接，U型鋼箍11兩側上部通過第三化學錨栓12與框架梁20側面錨固。
[0049]框架梁20上表面垂直設有鋼橫梁8，鋼橫梁8通過第一緊固螺栓9與U型鋼板4的上端連接向上張緊碳纖維片材I。
[0050]與碳纖維片材I表面直接接觸的L型鋼錨板2、鋼墊板3、U型鋼板4組件的稜邊、稜角部均加工成弧形光滑過渡面。
[0051]橫向張拉預應力碳纖維布與鋼材複合加固框架梁的方法，包括以下具體步驟:
[0052](A)、將碳纖維片材I兩端粘貼固定到L型鋼錨板2上，然後再將L型鋼錨板2安裝固定到框架梁20下表面與框架柱30內側面之間的夾角處。
[0053](B)、橫向向下拉緊碳纖維片材1，在碳纖維片材I上表面與框架梁20下表面之間塞入至少兩個鋼墊板3，將鋼墊板3的上表面粘結固定在框架梁20的下表面上；
[0054](C)、在每個鋼墊板3的兩側對稱設置一個開口朝上的U型鋼板4，向上一次或多次同步橫向向上拉動U型鋼板4，使碳纖維片材I貼緊框架梁20下表面後，將U型鋼板4固定在框架梁20上；
[0055](D)、在U型鋼板4之間的碳纖維片材I下表面粘貼並固定梁底鋼板13 ;在U型鋼板4與最外側一個L型鋼錨板2之間設置將碳纖維片材I向上張拉的U型鋼箍11。
[0056]所述步驟A具體包括以下步驟，
[0057](I)、使用鋼板加工製作L型鋼錨板2，L型鋼錨板2總長度由碳纖維片材I與鋼板粘結後、再與框架梁20端部底面和框架柱30內側面的混凝土粘結並通過固定件固定以可靠承受碳纖維片材I張拉力加以確定；
[0058]固定件採用一組與L型鋼錨板2焊接的鋼帶15，在鋼帶15上打孔並通過第一化學錨栓6埋設固定在框架梁20端部側面和框架柱30側面；固定鋼帶15前應預先對鋼帶15與框架梁20、框架柱30的接觸面進行清潔和糙化處理；
[0059](2)、碳纖維片材I粘貼區域的定位與清潔:在L型鋼錨板2、框架梁20底面與框架柱30內側面劃線標示出碳纖維片材I粘貼區域，並進行糙化處治，用酒精擦拭進行清潔處理，然後塗刷底膠層；
[0060](3)、待張拉碳纖維片材I的固定:將裁剪成型的碳纖維片材I鋪平放置，兩端塗膠與L型鋼錨板2粘結在一起；在L型鋼錨板2尺寸範圍內的混凝土表面塗膠，打孔埋設第一化學錨栓6將L型鋼錨板2固定。
[0061]所述步驟B中採用如下方法確定鋼墊板3的厚度:根據設計的張拉控制預應力值，計算出碳纖維片材初始長度10的伸長值乂 ；然後結合鋼墊板3和U型鋼板4安裝施工過程
中碳纖維片材I初始長度人的長度變化，計算出鋼墊板3的厚度A。
[0062]圖1中的鋼墊板3設置兩個，以兩塊鋼墊板3為例，7^=271(|+72(|+273(|，其中Iw為鋼墊板3到L型鋼錨板2之間的水平距離，72(|為兩塊鋼墊板3之間的水平距離，73(|為鋼墊板3的寬度。
[0063]本實施例中的四個U型鋼板4同步拉緊，則鋼墊板3的厚度A= A/ /4。
[0064]為了提高框架梁20跨中區段的預應力效果，也可以採取分步拉緊方法:首先將兩側U型鋼板4同步拉緊，待碳纖維片材I在左右兩個Iw和1?Λ段粘貼膠硬化達到設計強度後，再同步拉緊內側的兩個U型鋼板4 ;此時鋼墊板3的厚度!+ M 2)/2 (其中Λ/ I為長度271(|+72(|+273(|碳纖維片材I的伸長值，2為長度I2Q碳纖維片材的伸長值)。
[0065]所述步驟C 具體包括以下步驟，
[0066](I )、對於未與樓板40相連的獨立框架梁20，需在框架梁20上表面預設鋼橫梁8，鋼橫梁8通過第一緊固螺栓9與U型鋼板4的上端連接向上張緊碳纖維片材I ;
[0067](2)、多次同步對稱橫向向上拉緊碳纖維片材I過程中，下一次張拉需待上一次張拉錨固且碳纖維片材I粘結膠硬化達到設計強度之後再進行；
[0068](3)、在張緊碳纖維片材I之前，應在框架梁20、框架柱30的粘結面的底膠層上塗刷粘結膠層；在碳纖維片材I張緊之後，再進行滾軸壓平、補註粘接膠工續，確保碳纖維片材I與框架梁20、框架柱30的可靠粘結。
[0069]所述步驟D具體包括以下步驟，
[0070](I)、梁底鋼板13與碳纖維片材I之間、碳纖維片材I與框架梁20下表面之間通過塗刷粘結膠層與框架梁20形成整體連接；並通過在框架梁20底部設置第二化學錨栓，或者將梁底鋼板13兩端粘接並固定在U型鋼板4和碳纖維片材I之間加以錨固；
[0071](2)、所述U型鋼箍11在框架梁20底部與側面粘接區內，通過塗刷粘結膠層與框架梁20形成整體連接，U型鋼箍11兩側上部通過第三化學錨栓12與框架梁20側面錨固。
[0072]實施例二:如圖4所示，該實施例與實施例一的不同之處在於，框架梁20上部設有樓板40，這就需在框架梁20兩側的樓板40底面向上打孔預埋第二緊固螺栓10，第二緊固螺栓10與U型鋼板4連接張緊碳纖維片材I。
[0073]上述實施例並非對本實用新型的形狀、材料、結構等作任何形式上的限制，凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬於本實用新型技術方案的保護範圍。
【權利要求】
1.橫向張拉預應力碳纖維布與鋼材複合加固框架梁結構，包括水平設在兩根框架柱(30)之間的框架梁(20)，其特徵在於:所述框架梁(20)下表面粘貼有碳纖維片材(1)，碳纖維片材(I)的兩端通過固定件及L型鋼錨板(2)固定在框架梁(20)下表面和框架柱(30)內表面之間的夾角處，碳纖維片材(I)和框架梁(20)之間設有至少兩塊鋼墊板(3)，鋼墊板(3)粘接在框架梁(20)下表面，每塊鋼墊板(3)的兩側分別設有一個將碳纖維片材(I)向上張拉的U型鋼板(4);在U型鋼板(4)之間的碳纖維片材(I)下表面粘貼並固定有梁底鋼板(13);在U型鋼板(4)與最外側一個L型鋼錨板(2)之間設有將碳纖維片材(I)向上張拉的U型鋼箍(11)。
2.根據權利要求1所述的橫向張拉預應力碳纖維布與鋼材複合加固框架梁結構，其特徵在於:所述固定件為一組與L型鋼錨板(2)焊接的鋼帶(15)，在鋼帶(15)上打孔並通過第一化學錨栓(6)埋設固定在框架梁(20)端部側面和框架柱(30)側面。
3.根據權利要求1或2所述的橫向張拉預應力碳纖維布與鋼材複合加固框架梁結構，其特徵在於:所述梁底鋼板(13)與碳纖維片材(I)之間、碳纖維片材(I)與框架梁(20)下表面之間通過塗刷粘結膠層與框架梁(20)形成整體連接；並通過在框架梁(20)底部設置第二化學錨栓，或者將梁底鋼板(13)兩端粘接並固定在U型鋼板(4)和碳纖維片材(I)之間加以錨固；所述U型鋼箍(11)在框架梁(20)底部與側面粘接區內，通過塗刷粘結膠層與框架梁(20 )形成整體連接，U型鋼箍(11)兩側上部通過第三化學錨栓(12 )與框架梁(20 )側面錨固。
4.根據權利要求3所述的橫向張拉預應力碳纖維布與鋼材複合加固框架梁結構，其特徵在於:所述框架梁(20)上表面垂直設有鋼橫梁(8)，鋼橫梁(8)通過第一緊固螺栓(9)與U型鋼板(4)的上端連接向上張緊碳纖維片材(I)。
5.根據權利要求3所述的橫向張拉預應力碳纖維布與鋼材複合加固框架梁結構，其特徵在於:所述框架梁(20)上表面設有樓板(40)，樓板(40)底面向上打孔預埋第二緊固螺栓(10)，第二緊固螺栓(10)與U型鋼板(4)上端連接張緊碳纖維片材(I)。
6.根據權利要求3所述的橫向張拉預應力碳纖維布與鋼材複合加固框架梁結構，其特徵在於:與碳纖維片材(I)表面直接接觸的L型鋼錨板(2)、鋼墊板(3)、U型鋼板(4)組件的稜邊、稜角部均加工成弧形光滑過渡面。
【文檔編號】E04G23/02GK203783175SQ201420124234
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年3月19日 優先權日:2014年3月19日
【發明者】李曉克, 李長永, 趙順波, 裴松偉, 楊亞彬 申請人:華北水利水電大學