CN105804425A - 一种采用部分粘结预应力frp加固t梁的施工方法 - Google Patents

一种采用部分粘结预应力frp加固t梁的施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种采用部分粘结预应力FRP加固T梁的施工方法,包括以下步骤：1）、预应力FRP片材的制备：采用专用设备，即用于FRP定量控制自锚式预应力张拉机进行预应力FRP片材的制备；2）、预加固T梁粘贴预应力FRP片材：采用环氧树脂胶将步骤1）制备的预应力FRP片材粘贴到预加固T梁底面的适配位置上；3）、预应力FRP片材的锚固：采用锚固装置至少分别在T梁两端、跨中处对预应力FRP片材进行锚固；本发明由于采用专业化机具，具有施工方法简单、速度快，通用性强等特点，达到众多工序可平行作业等特点，可以最大限度的缩短T梁加固施工周期，同时“湿法”施工范围少，简化了施工程序，具有较好的经济效益和社会效益。

Description

一种采用部分粘结预应力FRP加固T梁的施工方法
技术领域
本发明涉及一种施工方法，尤其涉及一种采用部分粘结预应力FRP加固T梁的施工方法，属于建筑、桥梁领域。
背景技术
我国老、旧公路桥梁多以T梁为主梁，在车辆的长期作用下，桥梁主体结构（T梁梁肋）受到不同程度的损伤，给桥梁结构安全带来很大隐患。因此，研究发明一种性能优越、实用性强的T梁加固施工方法具有重要的现实意义。
FRP片材已广泛应用于桥梁加固领域，特别是预应力FRP片材的使用，它克服了普通FRP材料应变滞后现象，充分发挥及利用了FRP材料的高强性能。但是，其加固方法的核心是以FRP片材一种材料为加固主体，采用大面积“湿法”（涂刷环氧树脂胶）粘贴施工。在应用预应力FRP片材的加固施工中，对FRP片材预应力的施加普遍不具有通用性，对所施加的预应力不能够精确控制，机具往往以原结构梁为反力装置锚固在其上，并只能一次使用；单一粘贴的加固方式主要加强主梁的抗弯能力，对T梁抗剪无任何作用；粘贴施工容易使FRP与混凝土T梁在粘贴层发生剥离脆性破坏，虽然也采用很多锚固措施以防止剥离破坏，但这些锚固措施多采用同种材料的相同施工方法，比如U形FRP条带缠绕粘贴锚固；或采用其他材料，但大多都在T梁梁肋（主受力结构）上钻孔（破坏主梁混凝土，损伤或割断梁内钢筋）后埋设锚固装置来防止剥离，这使已经受损的梁肋又遭到二次损伤。另外，锚固结构本身只作为防止FRP材料与被加固结构剥离的一种措施，对T梁加固毫无贡献；大面积“湿法”施工除具有工期长、受温度影响大等特点外，FRP片材在大面积涂胶后已丧失了原有很多优质特性，而是变得脆性增强、延性降低。
发明内容
本发明就是针对上述问题提出来的，其目的是提供一种简化了施工程序，减少“湿法”施工范围，改善T梁抗弯、抗剪受力性能的一种施工方便、实用性强的一种采用部分粘结预应力FRP加固T梁的施工方法。
为实现上述目的本发明解决技术问题的技术方案是：
一种采用部分粘结预应力FRP加固T梁的施工方法，包括以下步骤：
1）、预应力FRP片材的制备：采用专用设备，即用于FRP定量控制自锚式预应力张拉机进行预应力FRP片材的制备；
2）、预加固T梁粘贴预应力FRP片材：采用环氧树脂胶将步骤1）制备的预应力FRP片材粘贴到预加固T梁底面的适配位置上；
3）、预应力FRP片材的锚固：采用锚固装置至少分别在T梁两端、跨中处对预应力FRP片材进行锚固。
所述的用于FRP定量控制自锚式预应力张拉机，包括机架、千斤顶、波形板夹具、位移计和测力计，其在于千斤顶水平设于机架底部适配位置上，机架上部两端分别设有转向辊子；FRP片材绕过所述的转向辊子，其两端分别夹于波形板夹具Ⅰ、Ⅱ内；机架一端适配位置的固定板上平行设有一对转向滑轮；该端机架立柱的适配位置上设有触针朝上的位移计；机架另一端底部适配位置上设有测力计；该测力计与所述的波形板夹具Ⅱ远离FRP片材一端相连，所述波形板夹具Ⅰ远离FRP片材一端设有一对拉伸滑轮；传力钢丝绳绕过每个拉伸滑轮和转向滑轮，该传力钢丝绳两端分别与所述千斤顶的两个拉杆相连。
步骤3）所述的锚固装置是由所述的预应力FRP片材下端设有压紧板；该压紧板至少由两个上端带有螺纹的U型螺杆托箍，且所述的U型螺杆上端均分别穿过T梁翼板和顶板后，由垫片和螺母紧固构成。
所述的预应力FRP片材与压紧板之间还设有环氧树脂胶。
所述的T梁翼板和顶板之间也设有环氧树脂胶。
所述的环氧树脂胶为碳纤维布浸渍胶。
所述的压紧板，其与U型螺杆接触部位设有形状相配的弧形缺口。
所述的垫片为弹簧垫片。
步骤2）所述的适配位置为设有锚固装置部分的T梁梁肋底粘结预应力FRP片材的位置。
步骤3）之前还需要对预加固T梁进行加固前处理，即对预加固T梁梁底用磨光机或砂轮对混凝土的表面的蜂窝、麻面、腐蚀、剥落、风化、浮浆、不洁物清除干净至混凝土密实面，对梁底表面因施工原因造成的凸出部位，用磨光机或砂轮磨平，高差不得大于1mm；对混凝土表面残缺部分，剔除松散混凝土后用高于预加固T梁混凝土强度的环氧砂浆修补至表面平整，用高压水或压缩空气除净构件表面的粉尘，并使其充分干燥。
还包括放张及防护步骤：即需在预加固T梁梁底涂刷的环氧树脂胶完全固化后，将预应力FRP片材从张拉机上剪断；及对无粘结预应力FRP片材的未设锚固装置处进行防火处理。
本发明与现有技术相比具有如下优点效果：
1、采用本发明人的专利公开（公告）号CN104264998A的先进张拉机“用于FRP定量控制自锚式预应力张拉机”对FRP片材定量施加预应力。该张拉机利用自身作为反力装置，采用自锚方式有效的避免了对加固结构物的二次损伤，使FRP片材的张拉成为独立的工艺；利用千斤顶所施加张拉力，可以灵活施加张拉力，通过张拉机上的量测装置可以准确控制张拉力的数值，并实时显示被张拉FRP片材变形量；张拉机具有万向轮及丝杆升降装置，可水平、垂直移动；机具还可以反复使用，且结构简单，通用性强。
2、采用组合式加固T梁，同时补强“抗弯”、“抗剪”。单一的加固材料多数仅提供“抗弯”补强，由于该施工方法采用组合式对原结构T梁进行加固，既能提高原结构T梁抗弯能力，又能通过U型螺杆改善其抗剪性能；及上下端设有的钢板结构套箍在T梁梁肋上，形成一个封闭的框，使梁在局部处于单轴受压状态，有效约束T梁在外荷载作用下的形变；在工作中既起到锚固部分粘结预应力FRP的作用，又和部分粘结预应力FRP片材一起对主梁起到“抗弯、抗剪”加固补强作用。
3、在T梁翼板钻孔，对T梁两肋无任何损伤。T梁由“梁肋”与“翼板”组成，T梁梁肋为桥梁主体受力结构；翼板为非主体受力结构。T梁上下端设有的钢板结构需要套箍在原结构T梁上，其钻孔位置位于T梁翼板上，竖向钻孔，且单孔孔径一般为50mm以下，对翼板功能无任何影响，对受损T梁梁肋更无任何二次损伤。
4、采用部分粘结预应力FRP片材工艺，保持FRP片材优质特性。在施工中预应力FRP片材仅需在锚固点处涂刷环氧树脂胶，在锚固点以外处于无粘结状态。这种部分粘结施工方法使得预应力FRP片材避免了涂胶后脆性增强、延性降低的特性，而依然保持了FRP片材原有优质特性。
5、本发明由于采用专业化机具，具有施工方法简单、速度快，通用性强等特点，达到众多工序可平行作业等特点，可以最大限度的缩短T梁加固施工周期。另外“湿法”施工范围少，简化了施工程序，受温度等其他影响因素小；同时该施工方法对于所有T梁、“工”字梁均适用，具有较好的经济效益和社会效益。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明采用的用于FRP定量控制自锚式预应力张拉机的结构示意图；
图2是本发明锚固装置的主视结构示意图；
图3是本发明图2的左视结构示意图。
图中主要零件：位移计1，转向滑轮2，波形板夹具Ⅰ3，转向辊子4，FRP片材5，机架6、波形板夹具Ⅱ7、测力计8，移动轮9，千斤顶10，拉杆11，传力钢丝绳12，拉伸滑轮13，压紧板14，U型螺杆15，环氧树脂胶16，T梁梁肋17，T梁翼板18，顶板19。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步详细说明，但本发明的保护范围不受具体的实施例所限制，以权利要求书为准。另外，以不违背本发明技术方案的前提下，对本发明所作的本领域普通技术人员容易实现的任何改动或改变都将落入本发明的权利要求范围之内。
实施例1
一种采用部分粘结预应力FRP加固T梁的施工方法，包括以下步骤：
1）、预应力FRP片材的制备：采用专用设备，即用于FRP定量控制自锚式预应力张拉机进行预应力FRP片材的制备；
2）、预加固T梁粘贴预应力FRP片材：采用环氧树脂胶将步骤1）制备的预应力FRP片材粘贴到预加固T梁底面的适配位置上；
3）、预应力FRP片材的锚固：采用锚固装置至少分别在T梁两端、跨中处对预应力FRP片材进行锚固；
所述的用于FRP定量控制自锚式预应力张拉机，包括机架6、千斤顶10、波形板夹具、位移计1和测力计8，其千斤顶10水平设于机架6底部适配位置上，机架6上部两端分别设有转向辊子4；FRP片材5绕过所述的转向辊子4，其两端分别夹于波形板夹具Ⅰ、Ⅱ3、7内；机架6一端适配位置的固定板上平行设有一对转向滑轮2；该端机架6立柱的适配位置上设有触针朝上的位移计1；机架6另一端底部适配位置上设有测力计8；该测力计8与所述的波形板夹具Ⅱ7远离FRP片材一端相连，所述波形板夹具Ⅰ3远离FRP片材一端设有一对拉伸滑轮13；传力钢丝绳12绕过每个拉伸滑轮13和转向滑轮2，该传力钢丝绳12两端分别与所述千斤顶10的两个拉杆11相连。
步骤2）所述的适配位置为设有锚固装置部分的T梁梁肋17底粘结预应力FRP片材5的位置。
步骤3）所述的锚固装置是由所述的预应力FRP片材5下端设有压紧板14；该压紧板14至少由两个上端带有螺纹的U型螺杆15托箍，且所述的U型螺杆15上端均分别穿过T梁翼板18和顶板19后，由弹簧垫片和螺母紧固构成。
所述的预应力FRP片材5与压紧板14之间还设有碳纤维布浸渍胶16。
所述的T梁翼板18和顶板19之间也设有碳纤维布浸渍胶16。
所述的压紧板14，其与U型螺杆15接触部位设有形状相配的弧形缺口。
步骤3）之前还需要对预加固T梁进行加固前处理，即对预加固T梁梁底用磨光机或砂轮对混凝土的表面的蜂窝、麻面、腐蚀、剥落、风化、浮浆、不洁物清除干净至混凝土密实面，对梁底表面因施工原因造成的凸出部位，用磨光机或砂轮磨平，高差不得大于1mm；对混凝土表面残缺部分，剔除松散混凝土后用高于预加固T梁混凝土强度的环氧砂浆修补至表面平整，用高压水或压缩空气除净构件表面的粉尘，并使其充分干燥。
还包括放张及防护步骤：即需在预加固T梁梁底涂刷的环氧树脂胶完全固化后，将预应力FRP片材从张拉机上剪断；及对无粘结预应力FRP片材的未设锚固装置处进行防火处理。
本发明具体施工过程：
（1）模拟计算
a、应用结构计算软件依据实际工况进行模拟，计算原结构T梁抗弯、抗剪补强所需加固组合材料用量及具体尺寸标准；
（2）施工准备
1）预应力FRP片材的制备
b、依据计算结果选择FRP片材用量，将FRP片材需要被张拉机夹持部分涂刷薄层环氧树脂胶，待树脂胶达到80%固化强度后置于张拉机上；
c、采用本发明人的专利公开（公告）号CN104264998A的“用于FRP定量控制自锚式预应力张拉机”，将FRP片材5两端分别伸入到两侧波形板夹具Ⅰ3、Ⅱ7内，同时缠绕外侧活动单片波形齿板一周，然后旋紧扣紧螺栓夹紧FRP片材5，确保在张拉的过程中FRP片材5不发生滑移、剪切破坏；需要先拉动千斤顶10将夹紧后的FRP片材5拉紧，使测力计8显示一个不大的固定值，然后将位移计1调零，每次张拉前都采用该固定值为位移计1调零的初始值。在张拉过程中缓慢移动千斤顶杠杆，时时观测测力计显示的张拉力值，直至达到张拉力控制值。
机架6底部的千斤顶10在千斤顶杠杆的移动下产生推力拉动传力钢丝绳5-11，传力钢丝绳12在拉伸滑轮13的调节下将拉力均匀、居中的传递给波形板夹具Ⅰ3。由于波形板夹具Ⅱ7固定，夹紧的波形板夹具Ⅰ3在传力钢丝绳12的拉动下拉紧FRP片材5，波形板夹具Ⅰ3移动时带动FRP片材5向下拉紧，当波形板夹具Ⅰ3向下移动并压到位移计1触针上时，通过数据采集***就可以读出变形量，通过波形板夹具Ⅱ7连接的测力计8可即时显示作用在FRP片材5上的张拉力，直至达到张拉设计值，并保持预应力FRP片材5张拉力大小。
2）安装锚固装置
d、在预应力FRP片材5下端设有压紧板14；该压紧板14由两个上端带有螺纹的U型螺杆15托箍，且所述的U型螺杆15上端均分别穿过T梁翼板18和顶板19后，由垫片和螺母紧固；
3）预加固T梁的加固前处理
e、对预加固T梁梁底用磨光机或砂轮对混凝土的表面如蜂窝、麻面、腐蚀、剥落、风化、浮浆、不洁物等清除干净至混凝土密实面。梁底表面，因施工原因造成的凸出部位，用磨光机或砂轮磨平，高差不得大于1mm。对混凝土表面残缺部分，剔除松散混凝土后用高于预加固T梁混凝土强度的环氧砂浆修补至表面平整。用高压水或压缩空气除净构件表面的粉尘，并使其充分干燥。
f、在桥面适宜位置局部清除T梁梁顶面桥面铺装，在梁的顶板19设置处，在翼板垂直方向上沿梁肋两侧钻孔穿过翼板。
（3）加固施工
g、将张拉机上定量张拉、持荷备用的预应力FRP片材5移至预加固T梁梁底，预应力FRP片材5局部适宜位置涂刷环氧树脂胶16，将预应力FRP片材5紧贴到预加固T梁梁底；
h、将锚固装置中压紧板14顶面涂刷环氧树脂胶16后分别设置于预加固T梁两端、跨中预应力FRP片材5底适配位置，具体实施方法为：将带有半圆形缺口的梁底压紧板14水平设于预加固T梁梁底预应力FRP片材5底部适配位置上，将端部铣螺纹U型螺杆15穿过梁底压紧板14预冲压缺口，固定并托住梁底压紧板14，同时套箍在T梁梁肋上，并继续向上穿过T梁翼板预钻孔及梁顶的顶板19预冲压孔；顶板19置于T梁顶面适配位置上；在顶板19上应用螺母及弹簧垫片拧紧伸出的端部铣螺纹U型螺杆15，使其加劲托紧压紧板14，同时环氧树脂胶16填充到梁肋底、预应力FRP片材5及压紧板14间微小空隙内。
（4）放张及防护
i、在预加固T梁梁底适宜位置涂刷的环氧树脂胶16完全固化后，将预应力FRP片材5从张拉机5上剪断；
j、在预加固T梁梁顶适宜位置恢复桥面铺装，顶板19、U型螺杆15伸出T梁翼板部分、螺母被埋入桥面铺装；对T梁翼板下缘外露的压紧板14、U型螺杆15需要进行防锈处理，对设有锚固装置以外无粘结预应力FRP片材5处进行防火处理。

Claims (10)

1.一种采用部分粘结预应力FRP加固T梁的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）、预应力FRP片材的制备：采用专用设备，即用于FRP定量控制自锚式预应力张拉机进行预应力FRP片材的制备；
2）、预加固T梁粘贴预应力FRP片材：采用环氧树脂胶将步骤1）制备的预应力FRP片材粘贴到预加固T梁底面的适配位置上；
3）、预应力FRP片材的锚固：采用锚固装置至少分别在T梁两端、跨中处对预应力FRP片材进行锚固；
所述的用于FRP定量控制自锚式预应力张拉机，包括机架（6）、千斤顶（10）、波形板夹具、位移计（1）和测力计（8），其千斤顶（10）水平设于机架（6）底部适配位置上，机架（6）上部两端分别设有转向辊子（4）；FRP片材（5）绕过所述的转向辊子（4），其两端分别夹于波形板夹具Ⅰ、Ⅱ（3、7）内；机架（6）一端适配位置的固定板上平行设有一对转向滑轮（2）；该端机架（6）立柱的适配位置上设有触针朝上的位移计（1）；机架（6）另一端底部适配位置上设有测力计（8）；该测力计（8）与所述的波形板夹具Ⅱ（7）远离FRP片材一端相连，所述波形板夹具Ⅰ（3）远离FRP片材一端设有一对拉伸滑轮（13）；传力钢丝绳（12）绕过每个拉伸滑轮（13）和转向滑轮（2），该传力钢丝绳（12）两端分别与所述千斤顶（10）的两个拉杆（11）相连。
2.根据权利要求1所述的一种采用部分粘结预应力FRP加固T梁的施工方法，其特征在于：步骤3）所述的锚固装置是由所述的预应力FRP片材（5）下端设有压紧板（14）；该压紧板（14）至少由两个上端带有螺纹的U型螺杆（15）托箍，且所述的U型螺杆（15）上端均分别穿过T梁翼板（18）和顶板（19）后，由垫片和螺母紧固构成。
3.根据权利要求2所述的一种采用部分粘结预应力FRP加固T梁的施工方法，其特征在于所述的预应力FRP片材（5）与压紧板（14）之间还设有环氧树脂胶（16）。
4.根据权利要求2所述的一种采用部分粘结预应力FRP加固T梁的施工方法，其特征在于所述的T梁翼板（18）和顶板（19）之间也设有环氧树脂胶（16）。
5.根据权利要求2或4所述的一种采用部分粘结预应力FRP加固T梁的施工方法，其特征在于所述的环氧树脂胶（16）为碳纤维布浸渍胶。
6.根据权利要求2所述的一种采用部分粘结预应力FRP加固T梁的施工方法，其特征在于所述的压紧板（14），其与U型螺杆（15）接触部位设有形状相配的弧形缺口。
7.根据权利要求2所述的一种采用部分粘结预应力FRP加固T梁的施工方法，其特征在于所述的垫片为弹簧垫片。
8.根据权利要求1所述的一种采用部分粘结预应力FRP加固T梁的施工方法，其特征在于步骤2）所述的适配位置为设有锚固装置部分的T梁梁肋（17）底粘结预应力FRP片材（5）的位置。
9.根据权利要求1所述的一种采用部分粘结预应力FRP加固T梁的施工方法，其特征在于：步骤3）之前还需要对预加固T梁进行加固前处理，即对预加固T梁梁底用磨光机或砂轮对混凝土的表面的蜂窝、麻面、腐蚀、剥落、风化、浮浆、不洁物清除干净至混凝土密实面，对梁底表面因施工原因造成的凸出部位，用磨光机或砂轮磨平，高差不得大于1mm；对混凝土表面残缺部分，剔除松散混凝土后用高于预加固T梁混凝土强度的环氧砂浆修补至表面平整，用高压水或压缩空气除净构件表面的粉尘，并使其充分干燥。
10.根据权利要求1所述的一种采用部分粘结预应力FRP加固T梁的施工方法，其特征在于：还包括放张及防护步骤：即需在预加固T梁梁底涂刷的环氧树脂胶完全固化后，将预应力FRP片材从张拉机上剪断；及对无粘结预应力FRP片材的未设锚固装置处进行防火处理。
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