预应力碳纤维板张拉装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种预应力碳纤维板张拉装置，包括固定端底板、张拉端底板以及分别安装在固定端底板和张拉端底板上的两套锚具，锚具包括矩形板状结构、上夹板和下夹板，在矩形板状结构中部开设有水平的楔形孔，所述上夹板和下夹板均为断面形状是直角梯形的楔形结构，所述上夹板或下夹板的斜面与水平面之间的夹角比楔形孔顶面或者底面与水平面之间的夹角小0.5-1°，其优点在于：通过使用上夹板和下夹板与楔形孔配合夹紧碳纤维板，同时上夹板和下夹板与楔形孔之间存在0.5-1°的角度差，有效防止切口效应，避免在张拉过程中切断碳纤维板，而且本实用新型的固定端和张拉端采用简单结构进行固定，方便施工，而且能够大大提高施工效率。
【专利说明】预应力碳纤维板张拉装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种预应力碳纤维板张拉装置。
【背景技术】
[0002]随着社会的发展，钢结构已经成为工程建设的主要结构形式之一，它们在使用过程中，由于设计施工的失误，自然环境的侵蚀，外部荷载作用、灾害作用以及人为因素的破坏等，会存在各种缺陷、损伤和变形，使结构或构件的承载能力下降，累积到一定程度就会失效。考虑社会资源的稀缺性及工程建设的经济性，这些钢结构或构件不可能一出现损伤就宣告退役，同时，由于结构的损伤具有局部性和多发性的特征，为了确保结构能安全工作、避免资源浪费，必须对损伤的结构或构件进行加固和修复，延长其使用寿命。据统计资料显示，我国有50%的城镇建筑物已步入老化阶段，对结构的修复和加固势在必行。
[0003]钢结构的传统加固方法主要有型钢或钢材焊接、螺栓连接、铆接和粘接等，这些方法虽然能改善了原有结构缺陷部位的受力情况，但同时又会带来一些新的问题，
[0004]比如:焊接时，高温作用使得焊接部位性能劣化，有焊缝缺陷，产生新的裂纹，内部存在焊接残余应力；螺栓连接在母材上开孔，出现新的应力集中，普通螺栓易在动荷载下松动，高强螺栓易产生应力松弛，降低了结构的加固效果。如何采用新材料或者新技术来加固结构，以提高结构的使用性能、延长结构的使用寿命以及降低维护损失是土木工程领域值得研究的问题。
[0005]碳纤维作为一种含碳量90%以上的纤维状无机碳化合物，具有抗拉强度高、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳、导电性好与热膨胀系数小等特性。基于碳纤维优异的各项性能，碳纤维技术能显示出长期的加固效果，主要应用于已建结构的修复、加固、补强和新建结构的增强等，可显著降低综合维护成本。研究表明
[0006]，碳纤维增强复合材料(即CarbonFiber Reinforced Plastics,简称碳纤维板)力口固钢结构有较好的效果，碳纤维板质轻且薄，不增加被加固结构的自重，不影响使用空间，加固后不留痕迹；不锈蚀、耐腐蚀，无需考虑加固部位的防腐；施工简便，没有湿作业，不需要大型施工机具和现场固定设施；而最重要的是能够避免传统的加固钢结构的方法所带来的一系列问题。
[0007]目前，关于碳纤维板加固结构的研究和应用主要集中在混凝土结构上，且获得了较好的研究成果。碳纤维板加固的形式应用比较广泛的是外贴法和嵌入法，考虑钢结构的整体性特点，外贴加固较为合适，但对碳纤维板加固钢结构的研究较少，而且以非预应力碳纤维板加固钢结构为主。与预应力碳纤维板加固钢结构相比，普通的不加预应力的碳纤维板加固钢结构有很多缺陷，如“普通粘贴法” 二次受力带来的不利影响；粘结界面容易发生剥离破坏；在结构的使用荷载内，钢筋达到极限强度，碳纤维板的强度发挥不到20%，无法充分利用片材的高强特点等，这些缺陷从某种程度上限制了碳纤维板加固钢结构的发展和应用。若先对碳纤维板施加预应力，再将张拉后的碳纤维板粘贴到钢结构上，则可以令碳纤维板较早地参加工作，克服以上的缺陷，不仅能提高结构的刚度和抗弯承载力，得到更好的加固效果，还可以充分发挥碳纤维板高强高效的特点，减少材料用量，降低加固成本。
[0008]迄今为止，碳纤维材料是纤维材料中最早应用于工程领域、技术最为成熟、使用量最多的新型高科技材料，碳纤维板在结构工程应用中的性能特点如下:
[0009](I)抗拉强度高。
[0010](2)抗腐蚀性能良好，耐久性好。碳纤维板比普通钢筋有更好的抗腐蚀和耐久性能，如果用来替代普通钢材，可减少钢筋腐蚀，降低由此带来的经济损失。耐高温和低温性能好，另外，碳纤维板还具有耐油、抗辐射等性能。
[0011](3)密度小、质量轻。碳纤维板密度约为钢密度的四分之一，质量约为钢材的五分之一，用于结构的加固维护时几乎不增加结构自重。
[0012](4)有与混凝土相近的热膨胀系数。与钢筋类似，可以保证与混凝土协调工作的能力。
[0013](5)抗剪强度低，不具备弯折性能。抗剪强度远小于其抗拉强度，受力时易发生剪切破坏，故对碳纤维板施加预应力或将其用于预应力结构时，需格外注意锚具、夹具对其性能的影响。
[0014](6)弹性模量小。要碳纤维板发挥高强的特点，需要使其拥有较大的变形，而不施加预应力的碳纤维板无法充分发挥其高强性能，利用率很低。
[0015](7)电磁绝缘性好，传热性和导电性能低。钢筋混凝土结构易对整个结构的电磁场产生一些不利影响，碳纤维板是无磁性材料，替代钢筋可以消除这些影响，将其应用于有特殊要求的结构如交通、通信、地震观测、磁悬浮列车等工程中有重要意义。还可以在一定的温度条件下用作绝热材料。
[0016](8)自感知智能性。在生产碳纤维板的过程中，可以把光纤传感器埋放在碳纤维和树脂中间，通过光纤传感器来实现监测；或者利用碳纤维在受力过程中电阻的变化来获取应力应变情况。
[0017](9)价格昂贵。由于生产商较少，技术要求高，价格较贵，但随着碳纤维板技术的成熟，生产工艺的提高，碳纤维板的价格会有下降空间。
[0018](10)成型工艺灵活，施工速度快，易于安装。碳纤维板的密度仅为钢材的25%左右，质量轻得多，在运输、安装等工序上都比钢构件简单、方便、容易。
[0019]目前针对碳纤维板板开发的锚具中存在一些问题，例如锚具尺寸大、施工不方便等，而国外的锚具设计一般对技术保密，常在施工前已完成了锚具安装，费用高而且不灵活，国内的锚具设计大多采用螺栓把锚具的上、下压板连接起来，施工时要在梁底安装螺栓来连接锚具，工序复杂、施工不便。国外研制生产的碳纤维板用锚具，在性能上基本满足工程实际需要，但在达到极限状态时，锚具常提前于碳纤维板出现失效，说明在碳纤维板锚具的研发上还有待进一步提闻。
实用新型内容
[0020]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种预应力碳纤维板张拉装置，缩小锚具尺寸，现场进行安装，方便施工，结构更加简单，提高施工效率。
[0021]为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是:一种预应力碳纤维板张拉装置，包括固定端底板、张拉端底板以及分别安装在固定端底板和张拉端底板上的两套锚具，所述固定端底板上设有固定端支架，所述固定端支架为水平设置的U形框架结构，其中部固定设有与U形框架底部平行的固定端限位块，所述锚具设于固定端限位块与U形框架形成的封闭空间内，所述固定端限位块中部设有用于穿设碳纤维板板的矩形孔，所述张拉端底板上设有张拉端支架，所述张拉端支架包括两条平行设置的滑道，所述两条滑道中部固定设有张拉端固定块，所述张拉端固定块两侧分设由活动块和支撑块，所述支撑块和张拉端固定块之间设有液压缸，所述活动块与张拉端固定块相对侧设有锚具，所述支撑块和活动块之间设有拉杆。
[0022]所述活动块和支撑块与两条滑道滑动配合，所述拉杆包括两根螺杆，两根螺杆平行设置、且两端分别与活动块和支撑块对应端连接，所述张拉端固定块两端设有水平通孔，所述两根螺杆分别穿过张拉端固定块两端的通孔设置。
[0023]所述锚具包括矩形板状结构、上夹板和下夹板，在矩形板状结构中部开设有水平的楔形孔，所述楔形孔为断面形状是等腰梯形的通孔，所述上夹板和下夹板均为断面形状是直角梯形的楔形结构，所述上夹板和下夹板相对于楔形孔顶面和底面的对称面对称设置，所述上夹板或下夹板的斜面与水平面之间的夹角比楔形孔顶面或者底面与水平面之间的夹角小0.5-1°。
[0024]所述固定端支架和位于张拉端底板上的两条滑道相对一端设有固定端活动板，所述固定端活动板水平设置，其与固定端限位块相对一端借助于水平设置的销轴与固定端支架两侧铰接。
[0025]所述张拉端底板上设置的两条滑道与固定端支架相对端设有张拉端活动板，所述张拉端活动板与活动块相对一端借助于水平设置的销轴与两条滑道内侧铰接。
[0026]所述活动板和支撑板两端均与所述两条滑道内侧滑动配合，所述液压缸底座与张拉端固定板固定连接。
[0027]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:通过使用上夹板和下夹板与楔形孔配合夹紧碳纤维板，同时上夹板和下夹板与楔形孔之间存在0.5-1°的角度差，有效防止切口效应，避免在张拉过程中切断碳纤维板，而且本实用新型的固定端和张拉端采用简单结构进行固定，张拉端采用液压缸作为执行元件，结构简单，方便施工，而且能够大大提高施工效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是本实用新型结构示意图；
[0029]图2是锚具结构示意图；
[0030]在附图中:1、固定端底板；2、固定端支架；3、锚具；4、固定端限位块；5、固定端活动板；6、碳纤维板；7、张拉端底座；8、张拉端活动板；9、活动快；11、张拉端固定块；12、液压缸；13、支撑块；14、拉杆。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明。
[0032]本实用新型公开的是一种如图1所示的预应力碳纤维板张拉装置，包括固定端底板1、张拉端底板7以及分别安装在固定端底板I和张拉端底板7上的两套锚具3，固定端底板I上设有固定端支架2，固定端支架2为水平设置的U形框架结构，其中部固定设有与U形框架底部平行的固定端限位块4，锚具3设于固定端限位块4与U形框架形成的封闭空间内，固定端限位块4中部设有用于穿设碳纤维板板的矩形孔，张拉端底板7上设有张拉端支架，张拉端支架包括两条平行设置的滑道，两条滑道中部固定设有张拉端固定块11，张拉端固定块11两侧分设由活动块9和支撑块13，支撑块13和张拉端固定块11之间设有液压缸12，活动块9与张拉端固定块11相对侧设有锚具3，支撑块13和活动块9之间设有拉杆14，张拉端和固定端的附属装置均安装在底板上，在张拉过程中可以先将地板固定，然后将碳纤维板两端分别与固定端和张拉端的锚具固定即可实现张拉，安装结构简单，方便使用。
[0033]活动块9和支撑块13与两条滑道滑动配合，拉杆14包括两根螺杆，两根螺杆平行设置、且两端分别与活动块9和支撑块13对应端连接，张拉端固定块11两端设有水平通孔，两根螺杆分别穿过张拉端固定块11两端的通孔设置，活动板和支撑板两端均与两条滑道内侧滑动配合，液压缸12底座与张拉端固定板固定连接，在张拉过程中，液压缸向右侦仪左侧和右侧以附图1的位置关系为准)顶推支撑块，由于支撑块与活动块之间通过螺杆连接，因此在支撑块向右侧移动过程中，活动块带动张拉端的锚具向右侧移动，为了能够确保在碳纤维板张拉到一定程度后保持张拉，在螺杆位于张拉端固定块右侧位置配套设置螺母，当张拉完毕后，将螺母项张拉端固定块一侧拧紧即可。
[0034]锚具3包括矩形板状结构、上夹板和下夹板，在矩形板状结构中部开设有水平的楔形孔，楔形孔为断面形状是等腰梯形的通孔，上夹板和下夹板均为断面形状是直角梯形的楔形结构，上夹板和下夹板相对于楔形孔顶面和底面的对称面对称设置，上夹板或下夹板的斜面与水平面之间的夹角比楔形孔顶面或者底面与水平面之间的夹角小0.5-1°，锚具采用上夹板和下夹板结合的方式，由于将上夹板和下夹板安装在楔形孔内，当液压缸驱动支撑块对碳纤维板进行张拉的时候，上夹板和下夹板在楔形孔顶面和底面的作用下逐渐夹紧碳纤维板，为了防止现有张拉锚具所存在的切口效应，将上夹板和下夹板与楔形孔顶面和底面之间设置0.5度的角度差，当张拉到一定程度后上夹板顶面和下夹板底面正好与楔形孔顶面和底面接触，防止损伤碳纤维板。
[0035]固定端支架2和位于张拉端底板7上的两条滑道相对一端设有固定端活动板5，固定端活动板5水平设置，其与固定端限位块4相对一端借助于水平设置的销轴与固定端支架2两侧铰接，张拉端底板7上设置的两条滑道与固定端支架2相对端设有张拉端活动板8，张拉端活动板8与活动块9相对一端借助于水平设置的销轴与两条滑道内侧铰接，固定端活动板和张拉端活动板可以相对于固定端支架和两条滑道转动，而且在固定端活动板和张拉端活动板中部设置矩形通孔，在张拉过程中，将碳纤维板穿设于矩形通孔内，可以辅助进行碳纤维板粘贴。
[0036]总之，本实用新型通过使用上夹板和下夹板与楔形孔配合夹紧碳纤维板，同时上夹板和下夹板与楔形孔之间存在0.5-1°的角度差，有效防止切口效应，避免在张拉过程中切断碳纤维板，而且本实用新型的固定端和张拉端采用简单结构进行固定，张拉端采用液压缸作为执行元件，结构简单，方便施工，而且能够大大提高施工效率。
【权利要求】
1.一种预应力碳纤维板张拉装置，其特征在于:包括固定端底板(I)、张拉端底板(7)以及分别安装在固定端底板(I)和张拉端底板(7)上的两套锚具(3)，所述固定端底板(I)上设有固定端支架(2)，所述固定端支架(2)为水平设置的U形框架结构，其中部固定设有与U形框架底部平行的固定端限位块(4)，所述锚具(3)设于固定端限位块(4)与U形框架形成的封闭空间内，所述固定端限位块(4)中部设有用于穿设碳纤维板的矩形孔，所述张拉端底板(7)上设有张拉端支架，所述张拉端支架包括两条平行设置的滑道，所述两条滑道中部固定设有张拉端固定块(11)，所述张拉端固定块(11)两侧分设由活动块(9)和支撑块(13)，所述支撑块(13)和张拉端固定块(11)之间设有液压缸(14) (12)，所述活动块(9)与张拉端固定块(11)相对侧设有锚具(3)，所述支撑块(13)和活动块(9)之间设有拉杆(14)。
2.根据权利要求1所述的预应力碳纤维板张拉装置，其特征在于:所述活动块(9)和支撑块(13)与两条滑道滑动配合，所述拉杆(14)包括两根螺杆，两根螺杆平行设置、且两端分别与活动块(9)和支撑块(13)对应端连接，所述张拉端固定块(11)两端设有水平通孔，所述两根螺杆分别穿过张拉端固定块(11)两端的通孔设置。
3.根据权利要求2所述的预应力碳纤维板张拉装置，其特征在于:所述锚具(3)包括矩形板状结构、上夹板和下夹板，在矩形板状结构中部开设有水平的楔形孔，所述楔形孔为断面形状是等腰梯形的通孔，所述上夹板和下夹板均为断面形状是直角梯形的楔形结构，所述上夹板和下夹板相对于楔形孔顶面和底面的对称面对称设置，所述上夹板或下夹板的斜面与水平面之间的夹角比楔形孔顶面或者底面与水平面之间的夹角小0.5-1°。
4.根据权利要求3所述的预应力碳纤维板张拉装置，其特征在于:所述固定端支架(2)和位于张拉端底板(7)上的两条滑道相对一端设有固定端活动板(5)，所述固定端活动板(5)水平设置，其与固定端限位块(4)相对一端借助于水平设置的销轴与固定端支架(2)两侧铰接。
5.根据权利要求4所述的预应力碳纤维板张拉装置，其特征在于:所述张拉端底板(7)上设置的两条滑道与固定端支架(2)相对端设有张拉端活动板(8)，所述张拉端活动板(8)与活动块(9)相对一端借助于水平设置的销轴与两条滑道内侧铰接。
6.根据权利要求5所述的预应力碳纤维板张拉装置，其特征在于:所述活动板和支撑板两端均与所述两条滑道内侧滑动配合，所述液压缸(12)底座与张拉端固定板固定连接。
【文档编号】E04G23/02GK204001812SQ201420455721
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月13日 优先权日:2014年8月13日
【发明者】李静, 梁媛, 张璞 申请人:李静