本发明专利涉及预应力结构工程领域，特别是为了解决柔性frp片材在张拉过程中容易在夹具中滑动导致夹持效果不佳并降低预应力水平的一种预应力张拉装置及方法。
背景技术：
采用纤维增强复合材料（fiberreinforcedpolymer，frp）对钢筋混凝土结构、钢结构、木结构、砌体结构等进行加固，是一种先进的加固方法。与粘贴frp进行被动加固的方法相比，利用经预应力张拉的frp片材对结构进行加固，可以较充分地发挥frp的高强特性、改善被加固结构中的应力分布，抑制结构变形和裂纹的萌生及扩展，提高加固效率，最终达到有效地延长结构使用寿命的目的，具有重要的社会和经济效益。
对于预应力frp加固技术，为了达到高效、可靠、耐久、经济和使用方便的目的，要求预应力frp的夹持、张拉、锚固等各主要工序的技术、方法及装置都必须围绕着如何实现“尽可能减少系统的预应力损失、提高预应力水平”这一具体目标。为此，要求相应的夹具具有夹得紧、止滑、不对frp造成损伤、能使frp受力均匀、小巧玲珑等特点；要求张拉方法及装置具有能使frp均匀受力、预应力水平高、应力控制和操作方便等特点；要求锚具牢靠坚固、耐久、防松弛等特点。
按照上述要求，纵观现有frp片材专用锚/夹具，如申请号为02244587.0的“高强度复合材料波形齿夹具锚”专利和申请号为03117814.6的“夹持和锚固高强度复合材料的新方法”专利所述锚夹具，是由上、下两块波形齿板将frp片材吻合夹持，然后通过螺栓将上、下锚板紧密，达到夹紧和锚固效果。该类夹具主要依靠波形齿板与frp片材的摩擦力进行夹持和锚定，在预应力水平较大时夹持和锚定效果不佳，容易打滑。
上述专利发明人在另一专利（申请号为200820097782.5的“一种波形齿夹具锚的压紧装置”）中，将锁紧装置由高强螺栓改为用千斤顶和液压系统进行锁紧上下两块波形齿板，解决了紧固力不足的缺点。但由于增加了千斤顶和液压系统，使得整套装置变得复杂、体型庞大、造价高，不方便操作，也不利于工程推广应用。该专利发明人在其另一专利（申请号为02128047.9的“高强度复合材料预应力张拉和锚固的施工方法”）有关frp片材的张拉方案中，通过在两个锚具之间增加波形齿板夹具强迫frp片材产生变形来施加预应力，但施加的预应力水平较低、且预应力水平大小较难控制。
其它frp片材专用锚/夹具，如申请号为200710035129.6的“楔形变波纹夹片纤维片材专用锚具”专利，是将frp片材穿过外锚壳，并夹在上下两片楔形变波纹夹片之间，通过高强螺栓调整压力盖与外锚壳的距离，从而推动楔形夹片施加压力夹紧frp片材。该专利公开的预应力张拉方法中，该锚具用于后张法预应力施工中需要使用改进后的千斤顶用于夹持frp片材，而千斤顶直接夹持柔性frp片材也存在锚固问题，所以该专利的通用性不好；另外当其用于张拉端时，上下波形夹片会对frp产生较大损伤，而且由于自锁原理压紧的波形夹片不易松开，操作困难。该专利人在另一专利（申请号为200810031451.6的“组合式变波纹纤维片材专用锚具及其预应力张拉”）中将锁紧方式改为采用液压式的顶拉器来调整上波形夹片的位置，便于锚定和松开frp片材。但增加液压系统同样会使得整套装置变得复杂、体型庞大和造价高、操作困难，不利于工程推广应用。
关于对frp片材进行预应力张拉的方法，如申请号为201010137082.0的“frp片材锚具及其锚固方法”专利，是将frp片材穿过波纹管置于上锚板和下锚板之间，上锚板和下锚板将frp片材吻合夹持，然后通过螺栓将上、下锚板紧密。该专利公开的frp片材张拉方案是张拉端采用的夹具是楔形夹具，固定端采用波形夹具，两种夹具的工作原理不一样，而楔形夹具对于柔性frp片材的夹持效果不佳，且容易对frp造成损伤，在加固施工时工艺复杂，正常工作时存在一定的安全隐患。
申请号为201410077668.6的“用于纤维片材的绕回式波形锚及其预张拉方法”专利，是通过绕回式波形锚夹持和锚固frp片材的两端，拉动一端绕回式波形锚，实现frp片材的纵向张拉。该专利公开的frp片材张拉方案的主要缺点有：1）通过拉动绕回式波形锚来实现frp片材的张拉，在张拉过程中，绕回式波形锚的一端弧形凸起会对上、下波形齿板产生分离力，容易使上、下波形齿板产生缝隙，造成片材的滑动，尤其是对于柔性片材本身比较滑，更容易造成张拉过程中的滑动松弛，张拉效率低下；2）碳纤维增强复合材料（cfrp）的抗剪能力弱，采用绕回式夹持，必然要求夹具的绕回端尺寸增大；3）绕回式波形锚与上、下波形齿板分体设计，锚与和上、下波形齿板在接触处的形状吻合精度要高，这样对加工工艺提出了较高的要求。
综上所述，现有frp片材的锚夹具要达到高效、可靠、耐久、经济和使用方便的设计要求还有一定距离。
技术实现要素：
针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种柔性frp片材预应力张拉装置及方法，从而解决在张拉过程中柔性片材在夹具内容易滑动、frp片材受力不均匀的问题，减少在张拉过程中由于滑动而造成的预应力损失，提高张拉效率。
本发明的技术方案如下：
一种柔性frp片材预应力张拉装置，包括两个间隔一定距离相对设置的反力架，每个反力架分别通过螺杆及锁紧螺母连接有frp片材夹具，其中一个连接frp片材夹具的螺杆另一端连接有张拉动力装置，所述的frp片材夹具包括上波板、下波板、圆柱形的卷轴、固定螺栓，所述上波板和下波板相贴合的内表面设置有相互匹配的波纹状凹凸曲面，能对柔性frp片材起到夹持和增加摩擦而止滑的作用。其中，所述上波板和下波板的内表面在靠近螺杆的一端形成有圆柱空腔，所述的卷轴通过定位装置固定设置在所述圆柱空腔内，柔性frp片材在卷轴缠绕粘贴后从卷轴的上方水平伸出，以达到在张拉过程中减少frp片材对上下波板的分离力的作用，所述上波板和下波板通过固定螺栓固定连接。
进一步地，所述的定位装置包括销钉，所述的上波板和卷轴上均贯穿设置有与所述销钉相配合的销钉孔，对卷轴起到定位与固定的作用，防止转动和位移。
进一步地，所述的定位装置包括螺钉，所述的上波板和卷轴上均贯穿设置有与所述螺钉相配合的螺钉孔，对卷轴起到定位与固定的作用，防止转动和位移。
进一步地，所述的张拉动力装置采用千斤顶。
进一步地，所述的反力架通过螺栓固定在底座上。
进一步地，所述frp片材夹具的底部设置有活动式支撑架，防止frp片材夹具因重力而影响受力。
进一步地，所述螺杆一端通过螺纹与所述下波板固定连接，另一端穿过反力架的连接孔后通过锁紧螺母相连接。
一种基于所述装置的柔性frp片材预应力张拉方法，包括步骤：
1)松开固定螺栓，使上波板和下波板分开，将柔性frp片材的一端缠绕粘贴于卷轴，再将缠绕frp片材后的卷轴放入下波板的圆柱空腔内，并将已缠绕粘贴于卷轴的柔性frp片材从卷轴的上方水平伸出，目的是为了减小在张拉过程中产生对上波板的分离力，增加frp片材与波形夹具的摩擦力，并增大frp片材的张拉预应力度；
2)柔性frp片材在下波板平铺并拉紧后，盖上上波板，用定位装置将卷轴和上波板固定在一起，避免卷轴在空腔内转动，然后用固定螺栓将上波板和下波板拧紧；
3)重复步骤1)和2)，将柔性frp片材的另一端与另一frp片材夹具安装和夹持；
4)将两根螺杆的一端分别拧入两个夹具的螺孔内，另一端分别插入到两端的反力架中，再通过锁紧螺母固定连接；
5)通过有张拉动力装置对柔性frp片材张拉预应力，当达到设定的预应力度时，拧紧螺杆与反力架的锁紧螺母。
进一步地，步骤5)中，通过有张拉动力装置对柔性frp片材张拉预应力前，先调整好两个反力架的相对位置使柔性frp片材的张拉控制在张拉动力装置的行程范围内。
相比现有技术，本发明的有益效果是：对柔性frp片材（frp布，纤维薄板等）进行张拉预应力时，通过对frp柔性片材进行端部缠绕和波纹状夹持的双重作用来避免柔性frp片材在夹具内的滑动，增加预应力张拉度，提高张拉效率。整个装置小巧玲珑，安全可靠，操作简单，可以方便地应用于实验室和各种施工现场。
附图说明
图1是本发明夹具及螺杆的结构示意图。
图2是本发明夹具螺杆的结构爆炸图。
图3是本发明装置的使用示意图。
附图标记：1-上波板，2-下波板，3圆柱空腔，4-卷轴，5-固定螺栓，6-螺杆，7-销钉，8-反力架，9-柔性frp片材，10-千斤顶，11-锁紧螺母。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
如图1至图3所示，一种柔性frp片材预应力张拉装置，包括两个间隔一定距离相对设置的反力架8，所述反力架8通过螺栓固定在底座上，每个反力架8分别通过螺杆6及锁紧螺母11连接有frp片材夹具，其中一个连接frp片材夹具的螺杆6另一端连接有张拉动力装置，所述的张拉动力装置采用千斤顶10；所述的frp片材夹具包括上波板1、下波板2、圆柱形的卷轴4、固定螺栓5，所述上波板1和下波板2相贴合的内表面设置有相互匹配的波纹状凹凸曲面，能对柔性frp片材起到夹持和增加摩擦而止滑的作用。其中，所述上波板1和下波板2的内表面在靠近螺杆6的一端形成有圆柱空腔3，所述的卷轴4通过定位装置固定设置在所述圆柱空腔3内，柔性frp片材在卷轴4缠绕粘贴后从卷轴4的上方水平伸出，以达到在张拉过程中减少frp片材对上下波板的分离力的作用，所述上波板1和下波板2通过固定螺栓5固定连接。
所述的定位装置包括两个销钉7，所述的上波板1和卷轴4上均贯穿设置有两个与所述销钉7相配合的销钉孔，安装时，将销钉7插入上波板1和卷轴4上的销钉孔，即可对卷轴起到定位与固定的作用，防止转动和位移。
另外，所述frp片材夹具的底部设置有活动式支撑架，防止frp片材夹具因重力而影响受力。所述螺杆6一端通过螺纹与所述下波板2固定连接，另一端穿过反力架8的连接孔后通过锁紧螺母11相连接。
在本发明另一个可行的实施例中，所述的定位装置包括螺钉，所述的上波板1和卷轴4上均贯穿设置有与所述螺钉相配合的螺钉孔，安装时，将螺钉旋入所述的上波板1和卷轴4上的螺钉孔，即可对卷轴起到定位与固定的作用，防止转动和位移。
一种基于所述装置的柔性frp片材预应力张拉方法，包括步骤：
1)松开固定螺栓5，使上波板1和下波板2分开，将柔性frp片材9的一端缠绕粘贴于卷轴4，再将缠绕frp片材后的卷轴4放入下波板2的圆柱空腔内，并将已缠绕粘贴于卷轴4的柔性frp片材9从卷轴4的上方水平伸出，目的是为了减小在张拉过程中产生对上波板的分离力，增加frp片材与波形夹具的摩擦力，并增大frp片材的张拉预应力度；
2)柔性frp片材9在下波板2平铺并拉紧后，盖上上波板1，用定位装置将卷轴4和上波板1固定在一起，避免卷轴4在空腔3内转动，然后用固定螺栓5将上波板1和下波板2拧紧；
3)重复步骤1)和2)，将柔性frp片材9的另一端与另一frp片材夹具安装和夹持；
4)将两根螺杆6的一端分别拧入两个夹具的螺孔内，另一端分别插入到两端的反力架8中，再通过锁紧螺母11固定连接；
5)通过有张拉动力装置对柔性frp片材9张拉预应力，当达到设定的预应力度时，拧紧螺杆6与反力架8的锁紧螺母11。
另外，所述步骤5)中，通过有张拉动力装置对柔性frp片材9张拉预应力前，先调整好两个反力架8的相对位置使柔性frp片材9的张拉控制在张拉动力装置的行程范围内。
本发明通过对柔性frp片材在张拉过程中的受力特点进行分析，提出了一种针对柔性frp片材预应力张拉装置及方法。上述实施例通过对frp柔性片材进行端部缠绕和波纹状夹持的双重作用来避免柔性frp片材在夹具内的滑动，而且在夹具内设计了圆柱型空腔，使柔性frp片材在圆柱空腔内安置的卷轴内缠绕粘贴固定后水平伸出，在张拉过程中减小了上下波板的分离力，增加了frp片材与上下波板的摩擦力，从而避免了柔性frp片材的滑动，增大了frp片材的张拉预应力度。
其中，上波板1和下波板2内面设计有波纹状曲面，上下凹凸吻合的曲面起到对柔性frp片材的夹持作用。其中，所述上波板1和下波板2的内表面在靠近螺杆6的一端形成有圆柱空腔3，所述的卷轴4通过定位装置固定设置在所述圆柱空腔3内，作为对柔性frp片材端部的缠绕粘贴固定部件。所述圆柱空腔3下沉的设计，使柔性frp片材通过卷轴缠绕后能够水平伸出，减少了在frp张拉过程中对上波板的向上分离力。本发明除了对柔性frp片材进行预应力张拉外，也可应用于其他柔性材料的预应力张拉。
所述卷轴通过两端的销孔采用销钉与上波板固定。上波板1和下波板2通过固定螺栓5进行连接固定。整个预应力张拉装置通过螺杆6与反力架8、千斤顶10和锁紧螺母11进行锚固，完全满足高效、可靠、耐久、经济和使用方便的设计要求。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。