CN101781936A - 一种采用预应力碳纤维板加固梁的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用预应力碳纤维板加固梁的方法及装置，其包括以下步骤：1)在一碳纤维板的两端分别固定一个锚固装置，并通过高强螺栓将其固定在被加固梁上；2)在所述两锚固装置之间设置张拉装置，通过对张拉装置的操作在所述碳纤维板上形成预应力；3)调节所述预应力达到设计值时，用混凝土垫块替换所述张拉装置，以保持所述碳纤维板的张拉状态。本发明专门设置了碳纤维板两端的锚固装置，通过张拉装置来调节碳纤维板与被加固梁之间的距离，实现对碳纤维板的横向张拉，不但结构简单，施工操作也方便，它可以广泛应用于各种不同工程结构的加固过程中。
Description
技术领域
本发明涉及一种工程结构加固方法及装置，特别是关于一种采用预应力碳纤维板加固梁的方法及装置。
背景技术
工程结构随着使用时间的增长会导致老化，因为使用功能的改变、工程质量存在问题及遭受自然灾害等原因需要采取补强加固措施。传统的加固方法主要有：加大截面法、外包钢加固法、外部粘钢加固法、预应力加固法、增设支点加固法、裂缝修补法以及喷射混凝土加固法等。与传统的加固法相比，碳纤维复合材料(CFRP，Carbon Fiber Reinforced Polymers)加固法具有强度高、施工便捷高效、抗化学腐蚀能力优异、适用性好等优点，因此，得到了广泛应用。尽管碳纤维复合材料具有很高的强度，但弹性模量较低，其强度的发挥是以变形为代价的，因而其高强度很难得到充分发挥，而预应力碳纤维加固可以很好地解决该问题。但是，由于碳纤维板的抗拉强度很高、表面光滑且其抗剪强度很低，因此预应力碳纤维板加固的张拉锚固问题至今未能很好地解决。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种采用预应力碳纤维板加固梁的方法及装置。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种采用预应力碳纤维板加固梁的方法，其包括以下步骤：1)在一碳纤维板的两端分别设置一个锚固装置，并通过螺栓将两锚固装置固定在被加固梁上；2)在所述两锚固装置之间设置张拉装置，通过对张拉装置的操作在所述碳纤维板上形成预应力；3)调节所述预应力达到设计值时，用混凝土垫块替换所述张拉装置，以保持所述碳纤维板的张拉状态。
在所述步骤1)之后，在所述两锚固装置之间设置一个以上连接被加固梁和碳纤维板的拉接装置；并在所述步骤2)中，在所述两锚固装置之间增设一个以上张拉装置，以在所述锚固装置与所述拉接装置之间或在各拉接装置之间，对所述碳纤维板形成多处张拉。
所述步骤1)中的锚固装置包括上钢夹板、下钢夹板和高强螺栓，所述碳纤维板夹设在所述上钢夹板和下钢夹板之间，通过粘结树脂和高强螺栓与所述上、下钢夹板固定。
所述上钢夹板和下钢夹板为对称结构，均包括前锚固端和后锚固端，所述前锚固端的中线两侧设置夹持螺孔，使位于所述夹持螺孔中的高强螺栓位于所述碳纤维板的两侧；所述后锚固端的中线上设置中线螺孔，使位于所述中线螺孔中的高强螺栓穿过所述碳纤维板。
一种实现所述方法的采用预应力碳纤维板加固梁的装置，其特征在于：它包括将碳纤维板两端固定在被加固梁上的锚固装置，设置在所述两锚固装置之间用于在所述碳纤维板上形成预应力的张拉装置，以及当施加在所述碳纤维板上的预应力达到设计值时，用于替换各所述张拉装置的混凝土垫块。
在两所述锚固装置之间设置有一个以上连接被加固梁和碳纤维板的拉接装置，且在所述两锚固装置之间设置两个以上张拉装置。
所述锚固装置包括上钢夹板、下钢夹板和高强螺栓，所述碳纤维板通过粘结树脂和高强螺栓固定在所述上钢夹板和下钢夹板之间，并通过螺栓固定在所述被加固梁上。
所述上钢夹板和下钢夹板为对称结构，均包括前锚固端和后锚固端；所述前锚固端的中线两侧设置夹持螺孔，固定在两侧所述夹持螺孔中的高强螺栓位于所述碳纤维板的两侧，所述后锚固端的中线上设置中线螺孔，固定在所述中线螺孔中的高强螺栓穿过所述碳纤维板。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于在碳纤维板的两端分别设置一锚固装置，同时将锚固装置采用胶体粘结、钢板夹持和碳纤维板穿孔的混合锚固方式，因此有效地解决了碳纤维板不易锚固的问题。2、本发明通过张拉装置来调节碳纤维板与被加固梁之间的距离，因此可以通过常规计算实现定量张拉碳纤维板的效果。3、本发明由于是对碳纤维板采用横向张拉，因此其施加的张拉力远低于传统纵向张拉力。4、本发明的预应力张拉、锚固装置可根据被加固梁的长度不同，采用分段张拉的方式进行张拉，因此可以避免碳纤维板的横向变形过大。本发明结构简单，施工操作方便，它可以广泛应用于各种不同工程结构的加固过程中。
附图说明
图1是本发明结构示意图
图2是本发明的锚固装置结构示意图
图3是本发明上、下钢夹板连接俯视示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的进行详细的描述。
如图1所示，本发明装置包括分别设置在碳纤维板1两端的锚固装置2，设置在两锚固装置2之间预应力张拉装置3和拉接装置4。
如图2所示，锚固装置2采取胶体粘结、钢板夹持、碳纤维板穿孔的混合锚固方式，其包括上钢夹板21、下钢夹板22和高强螺栓23。如图3所示，上钢夹板21和下钢夹板22的大小和结构相同、厚度可以是10mm的钢板，上钢夹板21和下钢夹板22均为中线对称的结构。以上钢夹板21为例，其可以分为前锚固端24和后锚固端25，前锚固端24沿中线对称设置有两组夹持螺孔26，两组夹持螺孔26分别位于连接后的碳纤维板1两侧，使高强螺栓23不穿过碳纤维板1，不会对碳纤维板1的强度造成影响。后锚固端25的中线上设置多个中线螺孔27，由于中线螺孔27位于碳纤维板1的端部，即使高强螺栓23从碳纤维板1上穿过，对其强度的影响也比较小。本发明将碳纤维板1置于上钢夹板21和下钢夹板22之间，用粘结树脂将上钢夹板21、碳纤维板1和下钢夹板22粘结在一起，并通过高强螺栓23将三者固定。
上述锚固装置2的实施例中，上钢夹板21和下钢夹板22与碳纤维板1的接触部位应进行打磨处理，以增大摩擦力。
上述实施例中，张拉装置3和拉接装置4的个数可以根据碳纤维板1的实际长度确定，比如设置两个拉接装置4，在两个拉接装置4之间的碳纤维板1与被加固梁5之间，就需要增设一张拉装置3。如果拉接装置4的数量继续增多，张拉装置3的数量亦相应增加。
上述实施例中，如果被加固梁5比较短，中部的拉接装置4也可以不设置，而直接在两锚固装置2之间设置一个张拉装置3。另外拉接装置4设置时，可以是在碳纤维板1的底部托一块钢板，而将钢板用螺栓固定在被加固梁上，螺栓不穿过碳纤维板1，而位于碳纤维板1的两侧。
本发明方法的主要步骤包括：
1、在不损伤被加固梁5自身结构的前提下，在被加固位置打孔，将两个锚固装置2通过螺栓固定在被加固梁5上，在两锚固装置2之间不设或设置至少一个拉接装置4(如图1所示)。
2、将碳纤维板1的中部穿过拉接装置4，将碳纤维板1的两端通过锚固装置2锚固在被加固梁5上，如果不设置拉接装置4就直接通过锚固装置2锚固碳纤维板1。
3、在碳纤维板1与被加固梁5之间设置一个(不设拉接装置4的情况下)或一个以上张拉装置3，张拉装置3分别位于两锚固装置2之间(不设拉接装置4的情况下)，或每一锚固装置2与拉接装置4之间，或各拉接装置4之间，通过张拉装置3对碳纤维板1施加与被加固梁5方向相反的作用力，将碳纤维板1拉离被加固梁5。碳纤维板1由于横向变形产生的预应力，可根据其材料的弹性模量结合碳纤维板1相对于被加固梁5的位移进行计算。
4、通过调节张拉装置3调节碳纤维板1应力值达到设计要求后，通过设置在被加固梁5与碳纤维板1之间的混凝土垫块6替代张拉装置3，以保持对碳纤维板1的张拉状态。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，进行的改进和变化不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (9)
1.一种采用预应力碳纤维板加固梁的方法，其包括以下步骤：
1)在一碳纤维板的两端分别设置一个锚固装置，并通过螺栓将两锚固装置固定在被加固梁上；
2)在所述两锚固装置之间设置张拉装置，通过对张拉装置的操作在所述碳纤维板上形成预应力；
3)调节所述预应力达到设计值时，用混凝土垫块替换所述张拉装置，以保持所述碳纤维板的张拉状态。
2.如权利要求1所述的一种采用预应力碳纤维板加固梁的方法，其特征在于：在所述步骤1)之后，在所述两锚固装置之间设置一个以上连接被加固梁和碳纤维板的拉接装置；并在所述步骤2)中，在所述两锚固装置之间增设一个以上张拉装置，以在所述锚固装置与所述拉接装置之间或在各拉接装置之间，对所述碳纤维板形成多处张拉。
3.如权利要求1所述的一种采用预应力碳纤维板加固梁的方法，其特征在于：所述步骤1)中的锚固装置包括上钢夹板、下钢夹板和高强螺栓，所述碳纤维板夹设在所述上钢夹板和下钢夹板之间，通过粘结树脂和高强螺栓与所述上、下钢夹板固定。
4.如权利要求2所述的一种采用预应力碳纤维板加固梁的方法，其特征在于：所述步骤1)中的锚固装置包括上钢夹板、下钢夹板和高强螺栓，所述碳纤维板夹设在所述上钢夹板和下钢夹板之间，通过粘结树脂和高强螺栓与所述上、下钢夹板固定。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种采用预应力碳纤维板加固梁的方法，其特征在于：所述上钢夹板和下钢夹板为对称结构，均包括前锚固端和后锚固端，所述前锚固端的中线两侧设置夹持螺孔，使位于所述夹持螺孔中的高强螺栓位于所述碳纤维板的两侧；所述后锚固端的中线上设置中线螺孔，使位于所述中线螺孔中的高强螺栓穿过所述碳纤维板。
6.一种实现如权利要求1～5任一项所述方法的采用预应力碳纤维板加固梁的装置，其特征在于：它包括将碳纤维板两端固定在被加固梁上的锚固装置，设置在所述两锚固装置之间用于在所述碳纤维板上形成预应力的张拉装置，以及当施加在所述碳纤维板上的预应力达到设计值时，用于替换各所述张拉装置的混凝土垫块。
7.如权利要求6所述的一种采用预应力碳纤维板加固梁的装置，其特征在于：在两所述锚固装置之间设置有一个以上连接被加固梁和碳纤维板的拉接装置，且在所述两锚固装置之间设置两个以上张拉装置。
8.如权利要求6或7所述的一种采用预应力碳纤维板加固梁的装置，其特征在于：所述锚固装置包括上钢夹板、下钢夹板和高强螺栓，所述碳纤维板通过粘结树脂和高强螺栓固定在所述上钢夹板和下钢夹板之间，并通过螺栓固定在所述被加固梁上。
9.如权利要求8所述的一种采用预应力碳纤维板加固梁的装置，其特征在于：所述上钢夹板和下钢夹板为对称结构，均包括前锚固端和后锚固端；所述前锚固端的中线两侧设置夹持螺孔，固定在两侧所述夹持螺孔中的高强螺栓位于所述碳纤维板的两侧，所述后锚固端的中线上设置中线螺孔，固定在所述中线螺孔中的高强螺栓穿过所述碳纤维板。
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