专利名称：预应力碳纤维布加固张拉机具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种张拉碳纤维布至构件上的装置。
背景技术：
将碳纤维布拉加固至构件上是一种很有效的预应力加固技术，具有很多优点，但
是一些关键性的技术问题仍没有解决，没有适合施工现场使用的成套张拉机具。
目前国内外学者对碳纤维布施加预应力主要采用以下几种方法 (1)通过液压千斤顶使受弯构件产生反向弯曲，再将碳纤维布粘贴于被加固构件，
待结构胶完全固化将千斤顶撤离被加固构件，从而对碳纤维布间接地施加预应力，这种方
法可称为预弯法，示意图见图1。 预弯法实际上只有在构件已有一定挠度的条件下才能实施，此时采用顶升设备将 构件向上顶起至构件无挠度时粘贴碳纤维布，在移走顶升设备后，构件下挠，碳纤维布有伸 长趋势，才能建立预应力。若构件没有挠度，用顶升设备将构件顶起产生反向弯曲，移走顶 升设备时，构件底面长度縮短，粘贴的碳纤维布是不能建立预应力的。即使在前一种情况 下，预应力值大小还与构件挠度有关，不能准确控制预应力值，建立的预应力也不大，且采 用这种方法需要大型顶升设备，施工费用很高。 (2)采用独立于被加固构件的反力台座通过液压千斤顶张拉碳纤维布后再将碳纤 维布粘贴于被加固构件，待结构胶完全固化将台座撤离被加固构件，这种方法可称为先张 法，示意图见图2; 先张法类似于预制混凝土空心板生产中预应力钢丝的张拉工艺，这种方法需要张 拉台座，可以对碳纤维布建立准确有效的预应力，但只适合在预制构件表面粘贴预应力碳 纤维布，不适合对已有工程中的构件进行加固。先张法张拉机具可以在工程中应用，但必须 有稳固的柱或墙固定机具才可以应用，如对砖混结构中的梁、板加固，固定机具就很困难， 另外，机具张拉碳纤维布后，必须等结构胶完全固化后方可拆除，造成设备的使用效率低， 影响工程应用。 (3)将碳纤维布两端锚固，在碳纤维布中部安装夹具，通过收紧夹具使碳纤维布伸 长达到张拉效果，这种方法可称为先锚后张法，示意图见图3。 先锚后张法先将碳纤维布两端锚固，在碳纤维布中部安装夹具，通过扭力扳手收 紧夹具使碳纤维布伸长达到张拉碳纤维布的效果。该类夹具由两片组成，应用时必须将一 片夹具先固定在构件上，由固定的夹具提供反力，否则无法收紧夹具；因张拉时，碳纤维布 未经结构胶浸渍，铁质夹具与柔软的碳纤维布硬接触，收紧夹具时，碳纤维布容易受损；因 需固定其中一片夹具，夹具具有一定厚度，导致张拉后的碳纤维布与构件混凝土分离，后期 涂胶浸渍及碳纤维布保护困难且张拉后夹具留在构件表面影响美观；建立的预应力值难以 控制。这种方法也不适合工程应用。 (4)利用安装于混凝土梁上的反力装置张拉碳纤维布，待结构胶完全固化后拆除 反力装置，这种方法可称为后张法。[0011] 分析施工时的实际情况，碳纤维布在张拉前采用结构胶浸渍不可行，只有先对碳 纤维布施加预应力，在张拉到控制应力值后，再用结构胶浸渍、粘贴才可行。未浸渍的碳纤 维布，质地柔软，用夹片式锚具锚固十分困难；碳纤维布受拉性能良好，但受压、剪时容易受 到损伤；碳纤维布由许多极细的碳纤维丝编织而成，碳纤维布锚固后进行张拉，丝束容易因 受力不均匀发生逐丝断裂乃至发生全截面破断；碳纤维布张拉到控制应力值后用结构胶粘 贴到构件上，有一段固化时间，如何在卸掉千斤顶后仍保证建立的预应力不减少也是需要 解决的问题。 上述问题现有的碳纤维布张拉设备均无法解决。
发明内容本实用新型的目的则是针对目前现有技术的不足，提供一种装拆方便、适应性好、 制价低，操作简单，张拉控制准确，预应力损失小的预应力碳纤维布加固张拉机具。 本实用新型采用的技术方案如下 一种预应力碳纤维布加固张拉机具，其特征是它包括有两片反力架，两片反力架 通过螺栓固定在构件两侧，在反力架上安装有支承装置，碳纤维布一端绕过支承装置后与 锚具连接，锚具与万向节一端连接，万向节另一端连接拉杆，在拉杆上安装有千斤顶及分别 位于千斤顶两侧的固定螺母和张拉螺母，固定螺母位于两片反力架之间的垫板外侧。 所述两片反力架间的垫板外侧装有钢撑脚，千斤顶通过钢撑脚支撑于反力架外。 所述支承装置包括有分别固定于两侧反力架上的两个固定块，两个固定块上的凹 槽内均活动安装有滑块，滑块上安装有轴承，轴承中装有滚轴，碳纤维布一端从滚轴上绕 过。 所述锚具包括有钢棒，钢棒轴心处设有中心孔，钢棒的侧壁开有连通至中心孔及 钢棒一侧端的水平槽，在中心孔中装有钢条，碳纤维布一端绕过钢条折回后固定于其自身 本体上使碳纤维布包裹于钢条上，钢条的直径大于水平槽的槽宽度，钢棒外壁设有螺孔，钢 棒通过该螺孔中安装的螺杆与万向节的一端固定连接，且螺孔中安装的螺杆受力方向与水 平槽处于同一平面。 所述处于钢棒中心孔及水平槽内的碳纤维布外包有橡胶垫。 所述钢条外包裹有塑料薄膜，碳纤维布包裹在钢条的塑料薄膜外。 所述两侧反力架上安装至构件的螺栓安装孔为椭圆形孔。 本实用新型的有益效果有 1.装拆方便、适应性好 只需2根对穿螺栓(梁宽较小时)或4根锚栓(梁宽较大时)即可固定在梁上，通 过连接螺栓将两块反力架连成整体。梁宽度变化时，只需调整连接螺栓螺母仍可适用。整 套设备机构简单，结构牢固、连接可靠，能适合现场恶劣环境使用。 2.重量轻、制造简单、造价低 整套设备总重约20kg，可拆成散件，最重部件为千斤顶，重约10kg，携带方便。全 部设备中除千斤顶价格较高外，其它设备造价极低，若批量生产，价格更低。 3.操作简单，张拉控制准确，预应力损失小 因采用手动千斤顶，现场使用时不需外接电源，大大方便了施工。采用的滚轴支承机构，大大减小了摩擦损失。 4.重复利用率高 设备中千斤顶在单个构件张拉完后，可以立即卸下进行下一构件的张拉。其它设 备虽然在结构胶完全固化前不能拆卸，但结构胶固化后，所有部件均可重复利用。
图1为现有碳纤维布预弯法加固的结构示意图。 图2为现有碳纤维布先张法加固的结构示意图。 图3为现有碳纤维布先锚后张法加固的结构示意图。 图4为本实用新型的结构示意图。 图5为本实用新型支承装置的正视结构示意图。 图6为本实用新型支承装置的俯视结构示意图。 图7为本实用新型锚具的正视结构示意图。 图8为本实用新型锚具的侧视结构示意图。 图9为本实用新型锚具的立体结构示意图。 图10为本实用新型传力装置的结构示意图。 图11为本实用新型反力架的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步地说明 本实用新型的主体包括有两片反力架l，它们的结构如图11所示，采用10mm钢板 制成，两片反力架1之间用紧固螺栓2连接固定于构件13的两侧。如图4所示，在反力架 1上安装有支承装置3，用于实现碳纤维布12的转向。碳纤维布12固定端的锚固可以直 接用结构胶将碳纤维布粘贴在混凝土构件13上，结构胶固化后，碳纤维布端部自然被锚固 了 ，其粘贴长度及U型箍数量可根据《碳纤维片材加固混凝土结构技术》规程CECS146 :2003 中有关条文及相关文献确定。碳纤维布12的另一端绕过支承装置3与锚具5连接，锚具5 与万向节6 —端连接，万向节6另一端连接拉杆IO，在拉杆10上安装有千斤顶9及分别位 于千斤顶9两侧的固定螺母7和张拉螺母11，固定螺母7位于两片反力架1之间的垫板外 侧。通过千斤顶9的顶升作用，可将碳纤维布12张拉到控制应力值后，再用结构胶浸渍粘 贴至构件13外表面，达到对构件加固的作用，形成整体共同工作， 本实用新型支承装置共两个，对称安装在反力架的两侧上部，起支承碳纤维布作 用并具有调节碳纤维布与构件底部距离的作用。如图5、6所示，支承装置3包括了分别固定 于两侧反力架1上的两个固定块302，两个固定块302上的凹槽内均活动安装有滑块301， 滑块301上安装有轴承303，轴承303中装有滚轴304，碳纤维布12 —端从滚轴304上绕过， 实现转向。在滑块301底部可安装调节螺丝305，顺时针旋转滑块301上升，逆时针旋转滑 块301下降，调节滑块301位置。所述滚轴304由不锈钢棒制作，表面光滑，且滚轴304能 随碳纤维布12伸长而转动，这样，张拉碳纤维布时，碳纤维布与滚轴的摩擦力大大减小，并 可防止碳纤维布与滚轴间存在滑动摩擦布而损伤。碳纤维布12从支承装置3绕过转向后 连接固定至锚具5。本实用新型支承装置起的作用主要有通过滚轴支承张拉端碳纤维布，使碳纤维布转向反力架的斜下方(因梁端部安装反力架后没有张拉操作空间)，便于张拉 操作，并通过调节滑块使张拉端碳纤维布紧贴梁底，使张拉端碳纤维布能可靠粘贴和锚固。 如图7、8所示，本实用新型所述锚具5包括有钢棒501，钢棒501轴心处设有中心 孔502，并在中心孔502中安装了钢条504。钢棒501的侧壁开有连通至中心孔502的水平 槽503，水平槽503在钢棒501 —侧端或两侧端部敞口 ，使钢条504上包裹的碳纤维布12后 可从钢棒501 —侧端部插入水平槽503中。如图9所示，碳纤维布12与钢条504的固定方 式为将碳纤维布12—端绕过钢条504折返，折返搭接长度^ 100mm，再将折返搭接段用结 构胶浸渍，待结构胶固化后，在碳纤维布12外包裹橡胶垫506，水平穿入钢棒501的中心孔 502和水平槽503中，经过上述处理，碳纤维布12就可靠地固定在钢棒501中。在碳纤维布 外包裹橡胶垫起保护作用，可防止碳纤维布受力时与锚具中心孔内壁因挤压、摩擦而受损、 断裂，并且由于钢条使碳纤维布受力均匀，不会出现逐丝断裂的情况。在钢条504外包裹碳 纤维布12前，可将一层塑料薄膜包裹在钢条504上，这样用结构胶浸渍碳纤维布时，碳纤维 布与钢条504不会粘接在一起，张拉结束后，撕掉塑料薄膜就可以抽出钢条重复使用。钢条 504的直径需大于水平槽502的槽宽度，受力时将碳纤维布与橡胶垫卡在中心孔502中，阻 止碳纤维布与橡胶垫脱出，起锚固作用。钢棒501与水平槽503相对的外侧壁上开设螺孔 505，钢棒501通过螺孔505中安装的螺杆与万向节6的一端固定连接，且螺孔505中安装 的螺杆受力方向与水平槽503处于同一平面，即螺杆与水平槽503处于同一水平面。 本实用新型使用千斤顶提供张拉力，可采用恩派克RCH6302千斤顶，能精确反映 张拉力，性能优良。如图10所示，千斤顶9安装在拉杆IO上，其外侧设有张拉螺母11，内侧 设有固定螺母7，固定螺母7和张拉螺母11均安装在拉杆10上。垫板4外侧装有钢撑脚8， 千斤顶9通过钢撑脚8支撑于反力架1外。垫板4安装于两片反力架1之间，上述固定螺 母7位于垫板4与钢撑脚8之间，钢撑脚8与垫板4之间有一定空间，便于拧紧固定螺母7。 拉杆10的内侧端(即图10中的左端)接接万向节6 —端，万向节6另一端连接螺杆14，螺 杆14即是安装于钢棒501侧壁上螺孔505中的螺杆，起传递张拉力作用。万向节6 (球铰) 在一定角度范围内能自由转动，起调整方向、传递张拉力作用，并具有使碳纤维布受力均匀 的功能。本实用新型张拉后，拧紧固定螺母7即能固定拉杆IO，保持张拉力值不变，拉杆10 固定后就可以移走千斤顶9，使千斤顶9可以用于下一构件张拉。千斤顶9拆下后，通过固 定螺母7作用应能保证碳纤维布12在结构胶固化期间不减少先前建立的预应力。 图11为本实用新型反力架1的结构示意图，两侧反力架1上安装至构件13的螺 栓安装孔15为椭圆形孔，便于根据需要调节反力架1的位置，连接螺栓16将两片反力架1 连接固定。 本实用新型张拉端锚具采用的钢条插入式结构巧妙地解决了碳纤维布的锚固问 题，因有100mm左右的搭接段采用结构胶预先浸渍(其余碳纤维张拉前未浸渍)，受力均匀 性大有改善，拉杆顶部的万向节有30°左右的旋转角，可根据受力状况调整角度，使碳纤维 布始终处于均匀受力的状态。试验过程中，多次张拉200宽碳纤维布至55kN(碳纤维布达 到极限强度的70%)未出现碳纤维布逐丝断裂情况。张拉碳纤维布时，支承碳纤维布的滚 轴受力产生下沉，若下沉过大，碳纤维布与梁底面无法粘贴，或因结构胶层厚度过大导致张 拉端粘贴后锚固不可靠；若滚轴紧贴梁底面，张拉碳纤维布与梁底摩擦容易造成碳纤维布 断丝。由滑块支托滚柱轴承，通过调节螺丝的旋转调节滑块位置，从而调节张拉端碳纤维布与梁底面的距离，可以避免上述两种情况发生。 本实用新型涉及的其它未说明部份与现有技术相同。
权利要求一种预应力碳纤维布加固张拉机具，其特征是它包括有两片反力架(1)，两片反力架(1)通过螺栓固定在构件(13)两侧，在反力架(1)上安装有支承装置(3)，碳纤维布(12)一端绕过支承装置(3)后与锚具(5)连接，锚具(5)与万向节(6)一端连接，万向节(6)另一端连接拉杆(10)，在拉杆(10)上安装有千斤顶(9)及分别位于千斤顶(9)两侧的固定螺母(7)和张拉螺母(11)，固定螺母(7)位于两片反力架(1)之间的垫板外侧。
2. 根据权利要求1所述的预应力碳纤维布加固张拉机具，其特征是所述两片反力架 (1)间的垫板外侧装有钢撑脚(8)，千斤顶(9)通过钢撑脚(8)支撑于反力架(1)夕卜。
3. 根据权利要求l所述的预应力碳纤维布加固张拉机具，其特征是所述支承装置(3) 包括有分别固定于两侧反力架(1)上的两个固定块(302)，两个固定块(302)上的凹槽内均 活动安装有滑块(301)，滑块(301)上安装有轴承(303)，轴承中装有滚轴(304)，碳纤维布 (12) —端从滚轴(304)上绕过。
4. 根据权利要求1或3所述的预应力碳纤维布加固张拉机具，其特征是所述锚具(5) 包括有钢棒(501)，钢棒(501)轴心处设有中心孔(502)，钢棒(501)的侧壁开有连通至中 心孔(502)及钢棒(501) —侧端的水平槽(503)，在中心孔(502)中装有钢条(504)，碳纤 维布(12) —端绕过钢条(504)折回后固定于其自身本体上使碳纤维布(12)包裹于钢条 (504)上，钢条(504)的直径大于水平槽(502)的槽宽度，钢棒(501)外壁设有螺孔(505)， 钢棒(501)通过螺孔(505)中安装的螺杆与万向节(6)的一端固定连接，且螺孔(505)中 安装的螺杆受力方向与水平槽(503)处于同一平面。
5. 根据权利要求4所述的预应力碳纤维布加固张拉机具，其特征是所述处于钢棒 (501)中心孔(502)及水平槽(503)内的碳纤维布(12)外包有橡胶垫(506)。
6. 根据权利要求4所述的预应力碳纤维布加固张拉机具，其特征是所述钢条(504)外 包裹有塑料薄膜，碳纤维布(12)包裹在钢条(504)的塑料薄膜外。
7. 根据权利要求5所述的预应力碳纤维布加固张拉机具，其特征是所述钢条(504)外 包裹有塑料薄膜，碳纤维布(12)包裹在钢条(504)的塑料薄膜外。
8. 根据权利要求1所述的预应力碳纤维布加固张拉机具，其特征是所述两侧反力架 (1)上安装至构件(13)的螺栓安装孔为椭圆形孔。
专利摘要本实用新型涉及一种预应力碳纤维布加固张拉机具，其特征是它包括有两片反力架(1)，两片反力架(1)通过螺栓固定在构件(13)两侧，在反力架(1)上安装有支承装置(3)，碳纤维布(12)一端绕过支承装置(3)后与锚具(5)连接，锚具(5)与万向节(6)一端连接，万向节(6)另一端连接拉杆(10)，在拉杆(10)上安装有千斤顶(9)及分别位于千斤顶(9)两侧的固定螺母(7)和张拉螺母(11)，固定螺母(7)位于两片反力架(1)之间的垫板外侧。本实用新型装拆方便、适应性好，操作简单，张拉控制准确，预应力损失小，特别适合工程建筑使用，能提高工程效率。
文档编号E04G21/12GK201521113SQ20092004875
公开日2010年7月7日 申请日期2009年10月28日 优先权日2009年10月28日
发明者李世宏 申请人:江苏省苏科建设技术发展有限公司