专利名称：预应力纤维布加固混凝土柱的横向张拉方法
技术领域：
本发明属于建筑结构工程领域，特别涉及一种预应力纤维布加固混凝土柱 的横向张拉方法。
背景技术：
混凝土柱由于承载能力不足或温度应力等外界作用而产生纵向裂缝时，可 在其环向粘贴纤维布进行加固，以约束纵向裂缝的发展，提高其承载能力和使 用寿命。
纤维布(特别是碳纤维)由于具有优异的物理学性能和良好的粘接性、耐 久性以及耐蚀性，并且具有强度较高、体积小、重量轻等优点，在加固混凝土 抗拉表面方面得到广泛应用，比其他结构加固混凝土结构更有优势。
现有技术中，通常采用将纤维布直接粘贴在混凝土构件表面，工艺简单， 但碳纤维布为被动受力，仅当结构受载而在纤维方向伸长时碳纤维布才起作用， 在正常工作状况下纤维布远不能发挥其高强度的优势，对裂缝开展的抑制效果 不显著。
为解决以上问题，将碳纤维布在施加预应力条件下再粘贴在混凝土构件表 面，可以有效提高纤维布的利用率，同时更好地约束混凝土构件表面裂缝的产 生和发展，利于提高构件的承载能力和延长使用寿命。
现有技术中，对碳纤维布施加预应力的施工方法普遍采用沿纤维布纵向张 拉技术，通过在纤维布两端纵向施加拉力，达到张拉纤维布的目的。这种纵向 张拉技术的施工设备以及施工工艺过于复杂，且较难获得需要较大的张拉力， 以致通常情况下人们均欲避免采用预应力纤维布来加固混凝土结构。
5因此，需要一种预应力纤维布加固混凝土构件的简便张拉施工方法，能够 利用较小的力使纤维布达到较大的纵向张拉力，简化张拉设备和张拉工艺，节 约施工成本，并减小因为张拉纤维布需要而对混凝土结构造成新的损伤。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种预应力纤维布加固混凝土柱的横向张 拉方法，能够施较小的横向张拉力，使纤维布达到较大的纵向张拉力，获得所 需的预应力，达到对混凝土柱加固，更好地抑制混凝土柱纵向裂纹产生和发展 的目的，能够简化张拉设备和张拉工艺，节约施工成本，减小工程风险，縮短 工期，具有显著的技术经济综合效益。
本发明的预应力纤维布加固混凝土柱的横向张拉方法，包括以下步骤
a. 在混凝土柱表面待加固区域沿环向对应设置纤维布，所述纤维布两端部 均与混凝土柱表面之间设定间距并固定设置；
b. 横向跨过纤维布两端部的外表面分别设置横向承载梁；
c. 在混凝土柱表面待加固区域或/和纤维布内表面涂布粘结剂；
d. 对两个横向承载梁施加力使其移动，横向压迫并拉伸纤维布粘贴在混凝 土柱待加固区域的表面；
e. 将纤维布两端部直接固定设置在混凝土柱表面。
进一步，步骤a中，所述纤维布纵向绷紧；步骤e中，纤维布端部通过长 度大于等于纤维布宽度的工作夹具直接固定设置在混凝土柱表面，工作夹具包 括工作夹具底座和工作夹具盖板，所述工作夹具底座横向锚固在砼梁下表面， 工作夹具盖板通过螺栓将纤维布压紧并固定于工作夹具底座；
进一步，步骤a中，所述纤维布端部通过支撑架实现固定设置；还包括工 具夹具和连杆，所述连杆的一端相对于支撑架铰接，另一端连接有长度大于等 于纤维布宽度的工具夹具，包括工具夹具上部和工具夹具下部，所述工具夹具 上部和工具夹具下部通过螺栓将纤维布端部夹紧；支撑架顶住柱表面；
进一步，还包括固定设置的张拉杆，所述张拉杆设置外螺纹并穿过横向承载梁，通过旋在外螺纹上的张拉螺母驱动横向承载梁；使纤维布受拉并逐渐贴 近混凝土柱表面；
进一步，步骤a中，所述支撑架上套有定位件，所述定位件通过径向穿过 定位件壁的螺钉紧顶在支撑架上进行固定，通过旋松和旋紧螺钉，调节定位件 在支撑架上的位置；所述连杆铰接在定位件上；
进一步，所述横向承载梁为杆状结构，所述杆状结构张拉纤维布的杆段外 部套有滚动套筒；
进一步，所述工作夹具底座和工作夹具盖板相对的表面涂有粘接剂；所述 工具夹具上部和工具夹具下部相对的表面分别固定设置塑料层，所述塑料层表 面设置纵向细齿波纹结构；
迸一步，所述混凝土柱的横截面为圆形，所述支撑架还包括与混凝土柱表 面适形的弧形支座，支撑架通过弧形支座顶在混凝土柱表面；所述支撑架为两 个沿混凝土柱轴向并列设置，所述纤维布围住混凝土柱待加固区域后两个端部 分别通过一个工具夹具连接有两个连杆，所述两个连杆沿工具夹具长度方向并 列设置；两个支撑架上的定位件之间通过两根横杆连接，两根横杆设置在与纤 维布的两端部的连杆相对应的定位件两侧，连杆通过与其对应的横杆铰接在定 位件上；
每个支撑架上固定设置一根张拉杆，两根张拉杆沿轴向设置于纤维布两侧， 张拉杆两端分别延伸并穿过两横向承载梁端部；张拉螺母与横向承载梁配合的 端部设置为球头结构，横向承载梁设置与球头结构配合的球形凹槽；
进一步，所述混凝土柱的横截面为矩形，所述支撑架还包括与混凝土柱直 角适形的直角支座，支撑架通过直角支座顶在混凝土柱直角表面；所述支撑架 为对角设置的两组，每组为两个支撑架沿混凝土柱轴向并列设置，每组两个支 撑架上的定位件之间通过横杆连接；两块纤维布围住混凝土柱待加固区域，每 块纤维布的两个端部分别通过一个工具夹具连接两个连杆；与每块纤维布的两 个端部连接的连杆分别通过横杆铰接在对角设置的支撑架定位件上；每个支撑架上固定设置一根张拉杆，两根张拉杆沿轴向设置于纤维布两侧，
张拉杆两端分别延伸并穿过两横向承载梁端部；
进一步，在步骤e后，还包括f.截断工作夹具与工具夹具之间的纤维布，
拆除工具夹具、连杆和支撑架。
本发明的有益效果是本发明的预应力纤维布加固混凝土柱的横向张拉方
法，改传统的纵向张拉纤维布为横向张拉所需横张力仅为纵张力的1/5 1/7即 可达到同等张拉效果，显著降低了张拉设备及工艺要求；可较容易地使纤维布 获得足够大的张拉力，相应地使混凝土柱获得足够大的径向预压应力，达到对 混凝土立柱加固、防止表面纵向裂纹产生和发展的目的，本发明所采用的设备 简单，制造成本低，易于运输和携带，张拉过程纤维布受力均匀，张拉效果好， 张拉操作对原混凝土结构损伤小；可大大节约施工成本，减小工程风险，縮短 工期，具有显著的技术经济综合效益。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。 图1为本发明圆形混凝土柱张拉前结构示意图； 图2为本发明圆形混凝土柱张拉后结构示意图； 图3为图1沿A向示意图4为图3沿B-B向剖视图5为本发明工具夹具结构示意图6为本发明工作夹具结构示意图7为本发明矩形混凝土柱张拉前结构示意图8为本发明矩形混凝土柱张拉后结构示意图9为图7沿C向示意图。
具体实施例方式
实施例一
本实施例中，纤维布为碳纤维布，混凝土柱的横截面为圆形。
图1为本发明圆形混凝土柱张拉前结构示意图，图2为本发明圆形混凝土 柱张拉后结构示意图，图3为图1沿A向示意图，图4为图3沿B-B向剖视图， 图5本发明工具夹具结构示意图，图6为本发明工作夹具结构示意图，如图所 示本实施例的预应力纤维布加固混凝土柱的横向张拉方法，包括以下步骤
a.在混凝土柱1表面与需加固的区域沿环向对应设置纵向绷紧的纤维布2， 采用纵向绷紧的方式，可以縮短横向张拉距离，提高工作效率；纤维布2两端 部均与混凝土柱1表面之间设定间距并固定设置；
纤维布2端部通过支撑架9实现固定设置；还包括工具夹具4、连杆5和定 位件6，定位件6分别套在支撑架9上并通过径向穿过定位件6壁的螺钉14紧 顶在支撑架9上进行固定，通过旋松和旋紧螺钉14调节定位件6在支撑架9上 的位置，可以调整纤维布的张拉距离，从而达到调整预应力的目的；连杆5的 一端铰接在定位件6上，另一端连接有长度等于纤维布宽度的工具夹具4，包括 工具夹具上部41和工具夹具下部42，当然工具夹具4的长度也可以大于纤维布 2宽度，也可实现发明目的；纤维布2的宽度和工具夹具4的长度是指沿柱轴向 的尺寸；工具夹具上部41和工具夹具下部42通过多个螺栓将纤维布2端部夹 紧；工具夹具上部41和工具夹具下部42相对的表面也就是夹持纤维布2的表 面分别固定设置塑料层43，塑料层43表面设置纵向细齿波纹结构，这里的纵向 是指纤维布的长度方向，可增大摩擦力；细齿尖部为圆弧型，防止纤维布的损 坏；
本实施例中，混凝土柱l的横截面为圆形，支撑架9还包括与混凝土柱1 面适形的弧形支座9a，支撑架9通过弧形支座9a通过橡胶垫8顶在混凝土柱1 表面，定位稳定，并可保护表面不受损，结构简单，节约制造成本，操作容易； 支撑架9为两个沿混凝土柱1轴向并列设置，纤维布2围住混凝土柱1待加固区域后两个端部分别通过一个工具夹具4连接有两个连杆5，两个连杆5沿工具 夹具4长度方向并列设置；两个支撑架9上的定位件6之间通过两根横杆7连 接，利于加大支撑架9的整体强度；两根横杆7设置在定位件6两侧与纤维布2 的两端部的连杆5相对应，连杆5通过与其对应的横杆7铰接在定位件6上；
b. 横向跨过纤维布2两端部的外表面分别设置横向承载梁3;本实施例中， 所述横向承载梁3为杆状结构，所述杆状结构的横向承载梁3张拉纤维布2的 杆段外部套有滚动套筒31，滚动套筒31与纤维布2直接接触，横张时靠滚动套 筒31绕杆状结构的横向承载梁3转动来协调纤维布的伸长摩擦阻力，防止张拉 过程中产生应力集中破坏纤维布2，并且使张拉过程顺畅；
每个支撑架9上固定设置一根张拉杆11，两根张拉杆11沿混凝土柱1轴向 并列设置于纤维布2两侧，张拉杆11两端分别延伸并穿过两横向承载梁3端部； 张拉杆ll设置有外螺纹，穿过横向承载梁3的外螺纹上旋有张拉螺母lla，张 拉螺母lla与横向承载梁3配合的端部设置为球头结构，横向承载梁设置与球 头结构配合的球形凹槽，可以适应张拉杆和横向承载梁在进行张拉时夹角的变
c. 在混凝土柱l待加固区域表面涂布粘结剂13;当然，也可以在纤维布2 表面涂布粘结剂13，或者砼梁1下表面承受拉应力的区域表面和纤维布2表面 均涂布粘结剂13，都能达到发明目的；
d. 同时旋转每个张拉杆上的张拉螺母lla对横向承载梁3施加力，驱动两 个横向承载梁3向张拉杆中部移动，同时使纤维布2拉伸并粘贴在混凝土柱1 的表面，产生预应力；采用张拉螺母lla的施力结构，具有设备简单，操作容 易，成本低，利于均匀控制张拉力等优点；当然，也可采用千斤顶等施力设备， 都能达到发明目的；
e. 将纤维布2两端部直接固定设置在混凝土柱1表面，直接固定设置通过 长度等于纤维布2宽度的工作夹具12实现固定设置，当然，也可以采用长度大 于纤维布2宽度的工作夹具，同样可实现发明目的；工作夹具12的长度是指沿柱轴向的尺寸；工作夹具12包括工作夹具底座121和工作夹具盖板122，工作 夹具底座121横向锚固在砼梁1下表面的横向凹槽la内，保证纤维布2紧贴混 凝土柱1表面，工作夹具盖板122通过多个螺栓将纤维布2压紧并固定于工作 夹具底座121，工作夹具底座121和工作夹具盖板122相对的表面也就是夹持纤 维布2的面涂有粘接剂，保证夹持强度，防止纤维布2断裂；采用本结构的工
作夹具，结构简单，成本低，固定可靠；
f.截断工作夹具12与工具夹具4之间的纤维布，拆除工具夹具4、连杆5 和支撑架9。
实施例二
本实施例中，混凝土柱的横截面为矩形。
图7为本发明矩形混凝土柱张拉前结构示意图，图8为本发明矩形混凝土 柱张拉后结构示意图，图9为图7沿C向示意图，如图所示本实施例与实施 例一的区别在于本实施例的混凝土柱的横截面为矩形，本实施例支撑架9的 支座采用与混凝土柱1直角适形的直角支座9a，支撑架9通过直角支座9a顶在 混凝土柱1直角表面；支撑架9为对角设置的两组，每组为两个支撑架9沿混 凝土柱1轴向并列设置，本实施例中，支撑架9采用倒三角结构，倒三角结构 的顶角连接直角支座9a，两侧边分别设置一个定位件6，每组两个支撑架9上 对应侧边的定位件6之间通过横杆7连接；两块纤维布2围住混凝土柱1待加 固区域，每块纤维布2的两个端部分别通过一个工具夹具4连接两个连杆5;与 每块纤维布2的两个端部连接的连杆5分别铰接在对角设置的两个支撑架9的 定位件6上，铰接通过与纤维布2端部相对应的横杆7实现，也就是，连杆5 通过与之位置相对的横杆铰接在定位件上；采用两组支撑架9及两块纤维布的 施工方法，而不采用一块纤维布，利于防止纤维布在拉伸过程中由于直角的作 用造成应力损失；
本实施例的其它结构以及操作步骤都与实施例一相同或相类似，所属领域技术人员结合实施例一，均可实现本实施例，因此不再赘述。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管 参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解， 可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的 宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1. 一种预应力纤维布加固混凝土柱的横向张拉方法，其特征在于包括以下步骤a. 在混凝土柱表面待加固区域沿环向对应设置纤维布，所述纤维布两端部均与混凝土柱表面之间设定间距并固定设置；b. 横向跨过纤维布两端部的外表面分别设置横向承载梁；c. 在混凝土柱表面待加固区域或/和纤维布内表面涂布粘结剂；d. 对两个横向承载梁施加力使其移动，横向压迫并拉伸纤维布粘贴在混凝土柱待加固区域的表面；e. 将纤维布两端部直接固定设置在混凝土柱表面。
2. 根据权利要求1所述的预应力纤维布加固混凝土柱的横向张拉方法，其 特征在于步骤a中，所述纤维布纵向绷紧；步骤e中，纤维布端部通过长度 大于等于纤维布宽度的工作夹具直接固定设置在混凝土柱表面，工作夹具包括 工作夹具底座和工作夹具盖板，所述工作夹具底座横向锚固在砼梁下表面，工 作夹具盖板通过螺栓将纤维布压紧并固定于工作夹具底座。
3. 根据权利要求2所述的预应力纤维布加固混凝土柱的横向张拉方法，其 特征在于步骤a中，所述纤维布端部通过支撑架实现固定设置；还包括工具夹具和连杆，所述连杆的一端相对于支撑架铰接，另一端连接有长度大于等于 纤维布宽度的工具夹具，包括工具夹具上部和工具夹具下部，所述工具夹具上部和工具夹具下部通过螺栓将纤维布端部夹紧；支撑架顶住柱表面。
4. 根据权利要求3所述的预应力纤维布加固混凝土柱的横向张拉方法，其 特征在于还包括固定设置的张拉杆，所述张拉杆设置外螺纹并穿过横向承载 梁，通过旋在外螺纹上的张拉螺母驱动横向承载梁；使纤维布受拉并逐渐贴近 混凝土柱表面。
5. 根据权利要求4所述的预应力纤维布加固混凝土柱的横向张拉方法，其特征在于步骤a中，所述支撑架上套有定位件，所述定位件通过径向穿过定 位件壁的螺钉紧顶在支撑架上进行固定，通过旋松和旋紧螺钉，调节定位件在 支撑架上的位置；所述连杆铰接在定位件上。
6. 根据权利要求5所述的预应力纤维布加固混凝土柱的横向张拉方法，其特征在于所述横向承载梁为杆状结构，所述杆状结构张拉纤维布的杆段外部 套有滚动套筒。
7. 根据权利要求6所述的预应力纤维布加固混凝土柱的横向张拉方法，其 特征在于所述工作夹具底座和工作夹具盖板相对的表面涂有粘接剂；所述工 具夹具上部和工具夹具下部相对的表面分别固定设置塑料层，所述塑料层表面 设置纵向细齿波纹结构。
8. 根据权利要求7所述的预应力纤维布加固混凝土柱的横向张拉方法，其 特征在于所述混凝土柱的横截面为圆形，所述支撑架还包括与混凝土柱表面 适形的弧形支座，支撑架通过弧形支座顶在混凝土柱表面；所述支撑架为两个沿混凝土柱轴向并列设置，所述纤维布围住混凝土柱待加固区域后两个端部分 别通过一个工具夹具连接有两个连杆，所述两个连杆沿工具夹具长度方向并列设置；两个支撑架上的定位件之间通过两根横杆连接，两根横杆设置在与纤维 布的两端部的连杆相对应的定位件两侧，连杆通过与其对应的横杆铰接在定位 件上；每个支撑架上固定设置一根张拉杆，两根张拉杆沿混凝土柱轴向并列设置 于纤维布两侧，张拉杆两端分别延伸并穿过两横向承载梁端部。
9. 根据权利要求8所述的预应力纤维布加固混凝土柱的横向张拉方法，其 特征在于所述混凝土柱的横截面为矩形，所述支撑架还包括与混凝土柱直角 适形的直角支座，支撑架通过直角支座顶在混凝土柱直角表面；所述支撑架为 对角设置的两组，每组为两个支撑架沿混凝土柱轴向并列设置，每组两个支撑 架上的定位件之间通过横杆连接；两块纤维布围住混凝土柱待加固区域，每块 纤维布的两个端部分别通过一个工具夹具连接两个连杆；与每块纤维布的两个端部连接的连杆分别通过横杆铰接在对角设置的支撑架定位件上；每个支撑架上固定设置一根张拉杆，两根张拉杆沿混凝土柱轴向并列设置于纤维布两侧，张拉杆两端分别延伸并穿过两横向承载梁端部；张拉螺母与横 向承载梁配合的端部设置为球头结构，横向承载梁设置与球头结构配合的球形 凹槽。
10.根据权利要求8或9所述的预应力纤维布加固混凝土柱的横向张拉方 法，其特征在于在步骤e后，还包括f.截断工作夹具与工具夹具之间的纤 维布，拆除工具夹具、连杆和支撑架。
全文摘要
本发明公开了一种预应力纤维布加固混凝土柱的横向张拉方法，在混凝土柱表面待加固区域沿环向对应设置纤维布，纤维布两端部均与混凝土柱表面之间设定间距并固定设置；横向跨过纤维布两端部的外表面分别设置横向承载梁；通过移动横向承载梁并涂布粘结剂使纤维布粘贴在混凝土柱表面并直接固定；本发明改传统的纵向张拉纤维布为横向张拉所需横张力仅为纵张力的1/5～1/7即可达到同等张拉效果，显著降低了张拉设备及工艺要求；本发明设备简单，制造成本低，易于运输和携带，张拉过程纤维布受力均匀，张拉效果好，张拉操作对原混凝土结构损伤小；可大大节约施工成本，减小工程风险，缩短工期，具有显著的技术经济综合效益。
文档编号E04G21/12GK101487344SQ20091010319
公开日2009年7月22日 申请日期2009年2月16日 优先权日2009年2月16日
发明者周劲宇, 周志祥 申请人:周劲宇;周志祥