CN107435293A - 用于预制拼装桥墩的预应力frp筋张拉锚固装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于预制拼装桥墩的预应力FRP筋张拉锚固装置及其施工方法，锚固装置包括设置在承台与底节段接缝处的“［”型凹槽、设置在“［”型凹槽内的锚垫板、通过限位螺母固定在锚垫板上的张拉端套筒、通过夹板固定在张拉端套筒上的垫板、安放在垫板上的千斤顶、预埋在墩柱节段内的锚固端套筒、设置在张拉端套筒与锚固端套筒之间的预应力FRP筋。利用本发明可以在桥墩底部对FRP筋进行张拉操作、并将FRP筋牢靠地锚固于墩内，同时还能定期检查FRP筋的预应力损失情况并及时补张。

Description

用于预制拼装桥墩的预应力FRP筋张拉锚固装置及其施工 方法

技术领域

本发明属于土木工程、建筑工程、公路工程和市政工程领域，涉及一种用于预制拼装桥墩的预应力FRP筋张拉锚固装置及其施工方法。

背景技术

节段拼装预制混凝土桥墩具有施工快速、质量可靠、受环境影响小、对交通影响小等优点，在包括杭州湾跨海大桥和美国Seven Miles Bridge在内的一些跨海连岛大桥中得到了工程应用。这一形式的桥墩是将墩身沿竖向分割成若干节段，节段之间采用干接缝连接，由于接缝的存在导致预制拼装桥墩整体性较差、在地震作用下自复位能力较差，为提高其整体性与自复位能力，现有做法是沿墩身方向设置预应力筋。

传统的预应力材料多为钢筋和钢绞线等，在预应力技术应用越来越普遍的背景下，相应地也出现了一些问题，最为突出的问题是钢材耐久性差。FRP筋具有抗拉强度大、比强度高、耐腐性好等优点，它的出现及其在土木工程领域的推广应用，极大拓宽了预应力技术的选材范围。虽然国内外开展了大量相关研究，然而由于FRP筋存在剪切强度低、不易弯折等不足，传统的张拉、锚固装置并不适用于预应力FRP筋，这极大地限制了FRP筋在预应力领域的应用。因此，进一步研究FRP筋的预应力张拉、锚固技术显得尤为重要。

在公开号为CN105178515A的专利文件中，公开了一种内置锚具式预应力FRP筋张拉锚固装置，包括预应力FRP筋、粘结材料、钢套管、螺杆、螺母、环形钢垫片和圆形锚环，预应力FRP筋的两端分别***位于张拉端和锚固端处的钢套管的开口端内，并用粘结材料固定，在张拉端处的钢套管的封闭端焊接一段螺杆，使螺杆穿过张拉端的圆形锚环的环壁，并在圆形锚环内安装与螺杆配套的环形钢垫片和螺母，将锚固端的钢套管的封闭端穿过锚固端的圆形锚环的环壁，并与圆形锚环焊接在一起。该发明仅涉及预应力FRP筋的锚固措施，并未提及张拉装置及方法。

在公开号为CN204357005U的专利文件中，公开了预应力FRP筋张拉锚固装置，该装置分为锚固装置和的张拉装置，其中锚固装置包括套筒、限位螺母和锚垫板，张拉装置包括张拉杆、反力撑脚和施力设备，该专利的施力设备与反力撑脚连接，反力撑脚安装在锚垫板上，反力撑脚与施力设备均设置在锚垫板外侧，而本发明通过设置“［”型凹槽、垫板与夹板将施力设备（千斤顶）安放在锚垫板内侧，这样的设计可以将预应力FRP筋的锚固端尽量向外延伸，在施工空间有限的条件下，增加了预应力施加长度。

综上所述，现有的公开文献中，尚未见适用于预制拼装桥墩底部的预应力FRP筋张拉、锚固装置。

发明内容

技术问题：本发明提供一种用于预制拼装桥墩的预应力FRP筋张拉锚固装置，利用本发明可以在桥墩底部对FRP筋进行张拉操作、并将FRP筋牢靠地锚固于墩内，同时还能定期检查FRP筋的预应力损失情况并及时补张。

技术方案：

一种用于预制拼装桥墩的预应力FRP筋张拉锚固装置，包括设置在承台与最下端墩柱节段底部接缝处的矩形凹腔、横向设置在矩形凹腔内的锚垫板（2）、与锚垫板（2）固定并处于矩形凹腔内的的张拉端套筒（4）、通过夹板（5）固定在张拉端套筒（4）上的垫板（6）、能够安放在垫板（6）上的千斤顶（7）、预埋在墩柱节段内的锚固端套筒（8）、设置在张拉端套筒（4）与锚固端套筒（8）之间的预应力FRP筋（9）；

矩形凹腔通过承台上的“［”型凹槽与墩柱节段底部的“［”型凹槽拼接而成；

张拉端套筒、千斤顶均沿着墩柱节段的轴向设置。

作为本发明的进一步改进，所述矩形凹腔具有三个，沿着周向均匀设置在承台与墩柱节段底部接缝处。

作为本发明的进一步改进，所述张拉端套筒（4）通过限位螺母（3）固定在锚垫板上，张拉端套筒（4）内部设有锥形槽（10）、下端设有进浆口（11）、上端设有出浆口（12）及FRP筋预留孔（13）、侧面刻有与限位螺母（3）相适配的螺纹，预应力FRP筋（9）通过预留孔（13）***张拉端套筒（4）内，粘结材料通过进浆口（11）灌入张拉端套筒（4）的锥形槽（10）。

作为本发明的进一步改进，所述锚固端套筒（8）预埋在墩柱节段内，锚固端套筒（8）内部设有锥形槽（10），下端设有FRP筋预留孔（13）、侧面下部设有进浆管（14）、侧面上部设有出浆管（15）、侧面刻有螺纹，进浆管（14）与出浆管（15）均伸出至墩柱节段以外，预应力FRP筋（9）通过预留孔（13）***张拉端套筒（8）内，粘结材料通过进浆管（14）灌入锚固端套筒（8）的锥形槽（10）。

作为本发明的进一步改进，所述预应力FRP筋（9）采用碳纤维筋、玄武岩纤维筋、芳纶纤维筋或玻璃纤维筋，其截面形状为圆形、方形或矩形，预应力FRP筋（9）下端与张拉端套筒（4）连为一体、上端与锚固端套筒（8）连为一体，上、下端表面用喷砂或研磨的方法进行粗糙处理。

作为本发明的进一步改进，所述夹板（5）分为固定夹板（16）和自由夹板（17），固定夹板（16）焊接在垫板（6）的下表面，自由夹板（17）通过螺栓（18）与固定夹板（16）将张拉端套筒（4）夹紧。

作为本发明的进一步改进，所述垫板（6）上表面用来安放千斤顶（7）、下表面通过夹板（5）与张拉端套筒（4）相连，作为过渡装置将千斤顶（7）的推力传递给张拉端套筒（4）进而传递给FRP筋（9），垫板上设有水准器（19）和套筒通道（20）。

本发明的另一技术目的是提供一种用于预制拼装桥墩的预应力FRP筋张拉锚固装置的施工方法，包括以下步骤：

步骤1、预制承台、墩柱节段

墩柱节段具有若干段，处于最下端的墩柱节段的底部具有“［”型凹槽，处于最上端的墩柱节段中预埋锚固端套筒；

承台上端具有“［”型凹槽；

承台上的“［”型凹槽与墩柱节段底部的“［”型凹槽能够拼接形成矩形凹腔；

矩形凹腔内横向设置锚垫板，采用限位螺母在锚垫板的上方固定张拉端套筒；

各墩柱节段设置有供FRP筋穿过的FRP筋预留孔；

步骤2：安装承台、吊装墩柱节段

先将锚固端套筒以下的墩柱节段依次吊装到承台上方，然后将FRP筋从上部依次穿入各墩柱节段的FRP筋预留孔，直至穿入矩形凹腔后，吊装带有锚固端套筒的墩柱节段；

步骤3：将FRP筋上端***锚固端套筒、下端***张拉端套筒，将粘结材料通过灌浆管灌入锚固端套筒直至出浆管有粘结材料流出、将粘结材料通过灌浆口管灌入张拉端套筒直至出浆口有粘结材料流出，粘结材料为环氧树脂或丙烯酸树脂；

步骤4：利用夹板将垫板夹持在张拉端套筒上，夹板上的螺栓需拧紧，垫板上的水准器需显示水平；

步骤5：将千斤顶安放在垫板之上，千斤顶施加的推力通过垫板传递给张拉端套筒进而传递给FRP筋，“矩形凹腔的顶面为千斤顶提供反力支撑，张拉预应力至设计值；

步骤6：利用限位螺母将张拉端套筒固定于锚垫板，取出千斤顶，松开夹板上的螺栓并将夹板、垫板取出，“［”型凹槽外表面进行临时封闭；至此预应力FRP筋的张拉锚固操作结束。

利用本发明，施工人员可在预制拼装桥墩底部张拉预应力FRP筋，同时养护人员可定期检查FRP筋的预应力损失情况并及时补张。

有益效果：本发明比已有技术具有以下优点：

1.可在预制拼装桥墩底部张拉预应力FRP筋

在公开号为CN103590324A的专利文件中，公开了横向抗剪的节段式自复位桥墩及其施工方法，该桥墩包括横向抗剪墩底节段、多个横向抗剪墩身节段和横向抗剪墩顶节段，还包括通过预留孔道贯穿并锚固于底节段、墩身节段和顶节段的自复位组件，所述自复位组件采用后张拉无粘结预应力钢筋、高强拉杆或FRP拉筋。该发明预应力筋的张拉需在墩顶节段进行，且在盖梁与上部结构施工之后，预应力筋的锚固端被遮盖，当预应力发生损失后补张十分困难。

在公开号为CN104674649A的专利文件中，公开了一种新型薄壁空心桥墩地震损伤控制体系，该发明包括：桥墩底座，设置于桥墩底座上端面的薄壁空心墩，高韧性纤维增强水泥基复合材料扩大截面，无粘结预应力筋和钢耗能件，无粘结预应力筋下部锚固于桥墩底座，上部锚固于由下至上第一个钢耗能件的中心，无粘结预应力筋提供桥墩震后的自复位能力。该发明无粘结预应力筋的上部锚固于薄壁空心墩内部，除非将锚固端以上的结构拆除，否则无法进行预应力补张。

综上，已有的专利文件中尚未见在预制拼装桥墩墩底进行预应力筋张拉锚固的装置，本发明张拉装置设置在墩底的“［”型凹槽内，施工人员可以在地面张拉预应力FRP筋，无需搭设支架、搬运设备，既安全又经济。

2.可定期检查FRP筋的预应力损失情况并及时补张

在前述公开号为CN103590324A、CN104674649A的专利文件中，预应力筋的锚固端在上部结构施工之后都被遮盖，没有为预应力筋的检测与补张留有操作空间。而由于混凝土弹性收缩、混凝土收缩徐变、钢筋松弛、锚具变形、接缝压缩等原因，预应力损失在所难免，在预应力筋损失预应力之后便无法保证预制拼装桥墩的整体性与自复位能力，这对于预制拼装桥墩是非常危险的。

本发明在墩底设有“［”型凹槽，张拉锚固装置均安放在“［”型凹槽内，利用这一设计养护人员可定期检查FRP筋的预应力损失情况并及时补张，为后续管理养护提供方便。

附图说明

图1是本发明实施例构造轴侧图；

图2是本发明实施例张拉端套筒剖视图；

图3是本发明实施例锚固端套筒剖视图；

图4是本发明实施例夹板、垫板轴测图；

图中标号说明：1-“［”型凹槽、2-锚垫板、3限位螺母、4-张拉端套筒、5-夹板、6-垫板、7-千斤顶、8-锚固端套筒、9-预应力FRP筋、10-锥形槽、11-进浆口、12-出浆口、13-预留孔、14-进浆管、15-出浆管、16-固定夹板、17-自由夹板、18-螺栓、19-水准器、20-套筒通道。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。本发明是一种用于预制拼装桥墩的预应力FRP筋张拉锚固装置，包括设置在承台与底节段接缝处的“［”型凹槽1、设置在“［”型凹槽1内的锚垫板2、通过限位螺母3固定在锚垫板2上的张拉端套筒4、通过夹板5固定在张拉端套筒4上的垫板6、安放在垫板6上的千斤顶7、预埋在墩柱节段内的锚固端套筒8、设置在张拉端套筒4与锚固端套筒8之间的预应力FRP筋9。

预制墩柱节段可以是空心墩也可以是实心墩，截面形式可以为圆形、矩形或正方形。现以圆形截面实心墩柱的实施为例进行说明：

一种用于预制拼装桥墩的预应力FRP筋张拉锚固装置的施工方法，包括以下步骤：

步骤1、预制承台、墩柱节段

墩柱节段具有若干段，处于最下端的墩柱节段的底部具有“［”型凹槽，处于最上端的墩柱节段中预埋锚固端套筒；

承台上端具有“［”型凹槽；

承台上的“［”型凹槽与墩柱节段底部的“［”型凹槽能够拼接形成矩形凹腔；

矩形凹腔内横向设置锚垫板，采用限位螺母在锚垫板的上方固定张拉端套筒；

各墩柱节段设置有供FRP筋穿过的FRP筋预留孔；

步骤2：安装承台、吊装墩柱节段

先将锚固端套筒以下的墩柱节段依次吊装到承台上方，然后将FRP筋从上部依次穿入各墩柱节段的FRP筋预留孔，直至穿入矩形凹腔后，吊装带有锚固端套筒的墩柱节段；

步骤3：将FRP筋上端***锚固端套筒、下端***张拉端套筒，将粘结材料通过灌浆管灌入锚固端套筒直至出浆管有粘结材料流出、将粘结材料通过灌浆口管灌入张拉端套筒直至出浆口有粘结材料流出，粘结材料为环氧树脂或丙烯酸树脂；

步骤4：利用夹板将垫板夹持在张拉端套筒上，夹板上的螺栓需拧紧，垫板上的水准器需显示水平；

步骤5：将千斤顶安放在垫板之上，千斤顶施加的推力通过垫板传递给张拉端套筒进而传递给FRP筋，“矩形凹腔的顶面为千斤顶提供反力支撑，张拉预应力至设计值；

步骤6：利用限位螺母将张拉端套筒固定于锚垫板，取出千斤顶，松开夹板上的螺栓并将夹板、垫板取出，“［”型凹槽外表面进行临时封闭；至此预应力FRP筋的张拉锚固操作结束。

通过上述的施工方法，可以得到本发明所述的锚固装置。

上述实施例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，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于预制拼装桥墩的预应力FRP筋张拉锚固装置，其特征在于，包括设置在承台与最下端墩柱节段底部接缝处的矩形凹腔、横向设置在矩形凹腔内的锚垫板（2）、与锚垫板（2）固定并处于矩形凹腔内的张拉端套筒（4）、通过夹板（5）固定在张拉端套筒（4）上的垫板（6）、能够安放在垫板（6）上的千斤顶（7）、预埋在墩柱节段内的锚固端套筒（8）、设置在张拉端套筒（4）与锚固端套筒（8）之间的预应力FRP筋（9）；

矩形凹腔通过承台上的“［”型凹槽与墩柱节段底部的“［”型凹槽拼接而成；

张拉端套筒、千斤顶均沿着墩柱节段的轴向设置。

2.根据权利要求1所述的一种用于预制拼装桥墩的预应力FRP筋张拉锚固装置，其特征在于，所述“矩形凹腔具有三个，沿着周向均匀设置在承台与墩柱节段底部接缝处。

3.根据权利要求1所述的一种用于预制拼装桥墩的预应力FRP筋张拉锚固装置，其特征在于，所述张拉端套筒（4）通过限位螺母（3）固定在锚垫板上，张拉端套筒（4）内部设有锥形槽（10）、下端设有进浆口（11）、上端设有出浆口（12）及FRP筋预留孔（13）、侧面刻有与限位螺母（3）相适配的螺纹，预应力FRP筋（9）通过预留孔（13）***张拉端套筒（4）内，粘结材料通过进浆口（11）灌入张拉端套筒（4）的锥形槽（10）。

4.根据权利要求1所述的一种用于预制拼装桥墩的预应力FRP筋张拉锚固装置，其特征在于，所述锚固端套筒（8）预埋在墩柱节段内，锚固端套筒（8）内部设有锥形槽（10），下端设有FRP筋预留孔（13）、侧面下部设有进浆管（14）、侧面上部设有出浆管（15）、侧面刻有螺纹，进浆管（14）与出浆管（15）均伸出至墩柱节段以外，预应力FRP筋（9）通过预留孔（13）***张拉端套筒（8）内，粘结材料通过进浆管（14）灌入锚固端套筒（8）的锥形槽（10）。

5.根据权利要求1所述的一种用于预制拼装桥墩的预应力FRP筋张拉锚固装置，其特征在于，所述预应力FRP筋（9）采用碳纤维筋、玄武岩纤维筋、芳纶纤维筋或玻璃纤维筋，其截面形状为圆形、方形或矩形，预应力FRP筋（9）下端与张拉端套筒（4）连为一体、上端与锚固端套筒（8）连为一体，上、下端表面用喷砂或研磨的方法进行粗糙处理。

6.根据权利要求1所述的一种用于预制拼装桥墩的预应力FRP筋张拉锚固装置，其特征在于，所述夹板（5）分为固定夹板（16）和自由夹板（17），固定夹板（16）焊接在垫板（6）的下表面，自由夹板（17）通过螺栓（18）与固定夹板（16）将张拉端套筒（4）夹紧。

7.根据权利要求1所述的一种用于预制拼装桥墩的预应力FRP筋张拉锚固装置，其特征在于，所述垫板（6）上表面用来安放千斤顶（7）、下表面通过夹板（5）与张拉端套筒（4）相连，作为过渡装置将千斤顶（7）的推力传递给张拉端套筒（4）进而传递给FRP筋（9），垫板上设有水准器（19）和套筒通道（20）。

8.一种用于预制拼装桥墩的预应力FRP筋张拉锚固装置的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、预制承台、墩柱节段

墩柱节段具有若干段，处于最下端的墩柱节段的底部具有“［”型凹槽，处于最上端的墩柱节段中预埋锚固端套筒；

承台上端具有“［”型凹槽；

承台上的“［”型凹槽与墩柱节段底部的“［”型凹槽能够拼接形成矩形凹腔；

矩形凹腔内横向设置锚垫板，采用限位螺母在锚垫板的上方固定张拉端套筒；

锚固端套筒以下的墩柱节段设置有供FRP筋穿过的FRP筋预留孔；

步骤2：安装承台、吊装墩柱节段

先将锚固端套筒以下的墩柱节段依次吊装到承台上方，然后将FRP筋从上部依次穿入各墩柱节段的FRP筋预留孔，直至穿入矩形凹腔后，吊装带有锚固端套筒的墩柱节段；

步骤3：将FRP筋上端***锚固端套筒、下端***张拉端套筒，将粘结材料通过灌浆管灌入锚固端套筒直至出浆管有粘结材料流出、将粘结材料通过灌浆口管灌入张拉端套筒直至出浆口有粘结材料流出，粘结材料为环氧树脂或丙烯酸树脂；

步骤4：利用夹板将垫板夹持在张拉端套筒上，夹板上的螺栓需拧紧，垫板上的水准器需显示水平；

步骤5：将千斤顶安放在垫板之上，千斤顶施加的推力通过垫板传递给张拉端套筒进而传递给FRP筋，矩形凹腔的顶面为千斤顶提供反力支撑，张拉预应力至设计值；

步骤6：利用限位螺母将张拉端套筒固定于锚垫板，取出千斤顶，松开夹板上的螺栓并将夹板、垫板取出，“［”型凹槽外表面进行临时封闭；至此预应力FRP筋的张拉锚固操作结束。