专利名称：一种加固受弯混凝土构件的装置及方法
技术领域：
本发明是一种加固受弯混凝土构件的装置及方法，特别是一种预应力纤维增强复合材料片材加固受弯混凝土构件的装置及方法，属于加固受弯混凝土构件的装置及方法的改造技术。
背景技术：
由于施工缺陷、腐蚀、超载或疲劳等因素引起混凝土的损伤，导致了在役桥梁、隧道、工业厂房和海洋平台等结构存在一定的安全隐患，这些受损混凝土结构通常采用加固补强的方式来达到当前的使用标准。近年来，纤维增强复合材料片材(包含板和布)以其重量轻、刚度和强度高、抗腐蚀性和疲劳性强等优点，在混凝土结构加固工程中得到了广泛的应用。然而，目前实际加固工程中的纤维增强复合材料片材加固方法主要采用的是被动加 固技术，这种技术主要存在下列缺点作为补强材料的高强纤维片材只有在被加固结构二次受力，发生进一步变形之后才能逐步发挥作用，致使纤维片材材料强度不能充分发挥，整体加固效率低；另外，对于既有损伤的混凝土结构，该类外贴纤维增强复合材料片材加固技术并不能恢复已有的损伤，改善原结构变形的能力有限。为解决上述被动加固技术存在的问题，预应力纤维增强复合材料片材加固混凝土结构的新技术应运而生。该技术将纤维增强复合材料片材粘贴加固技术和体外预应力筋加固的长处结合在一起，进一步改善了加固效果，能更好地发挥纤维片材的高强抗拉性能，对加固构件正常使用阶段的裂缝和变形有显著改善，明显提高整体加固效果。在预应力纤维增强复合材料片材加固受弯混凝土构件技术中，纤维增强复合材料片材预应力的施加与锚固是关键问题。目前，纤维增强复合材料预应力施加方法可分为间接法及直接张拉法。其中，间接法由于可提供的预应力较小，通常不被实际工程所采用；而现有的直接张拉技术，则需要特定的装置作为张拉平台，这既增大了施工难度，又提高了工程造价。另外，虽然国内外对预应力纤维增强复合材料加固结构都进行了较多的了研究，但仍然没有很好的解决端部锚固的问题，特别是端部锚固与预应力施加是分步实施，使加固工程增加了工作量。
发明内容
本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种节省材料，降低成本，施工简单的加固受弯混凝土构件的装置。本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种操作简单，方便实用的加固受弯混凝土构件的方法。本发明的技术方案是本发明的加固受弯混凝土构件的装置，包括有纤维增强复合材料片材、第一夹具和第二夹具、第一锚栓和第二锚栓、第一螺栓、搭接钢块、第一钢板和第二钢板、钢铰线、第二螺栓、千斤顶、U型箍，其中被加固混凝土构件的受拉面两端开槽，带预留孔的第一钢板和第二钢板分别顶在被加固混凝土构件的两端，第一钢板和第二钢板的两端分别张拉有使之与被加固混凝土构件形成反力台的钢铰线，第一夹具和第二夹具分别粘结夹持在纤维增强复合材料片材的两端；被加固混凝土构件的两槽之间表面涂抹粘结树脂后，第一夹具和第二夹具嵌入被加固混凝土构件两端所设的槽内；第一锚栓将一端的第一夹具锚固于混凝土中；第一螺栓将搭接钢块与第二夹具连接在一起，第二螺栓穿过第一钢板与搭接钢块连接；千斤顶张拉第二螺栓，给纤维增强复合材料片材施加预应力；纤维增强复合材料片材粘贴于被加固混凝土构件的表面，且第二锚栓将夹持纤维增强材料复合片材的第二夹具植入混凝土内；被加固混凝土构件的两端部粘贴由纤维增强复合材料制作的U型箍。上述待纤维增强复合材料片材粘结胶固化后放张预应力，拆除搭接钢块和第一钢板及第二钢板。上述钢铰线设有4根，4根钢铰线将第一钢板和第二钢板分别固定于被加固混凝土构件的两端，形成预应力张拉反力台。上述第一钢板在对应第二夹具的高度处预留有张拉孔。
上述搭接钢块的高度与第二夹具的高度相同，搭接钢块一侧预留与第二夹具对应的螺栓连接孔，另一侧预留用于连接张拉第二螺栓的螺孔。本发明加固受弯混凝土构件的方法，包括以下步骤
1)在被加固混凝土构件的受拉面两端开槽；
2)将带预留孔的第一钢板和第二钢板分别顶在被加固构件两端，张拉钢铰线使第一钢板和第二钢板与被加固混凝土构件形成反力台；
3)利用第一夹具和第二夹具分别粘结夹持纤维增强复合材料片材两端；
4)在被加固混凝土构件的两槽之间表面涂抹粘结树脂后，将第一夹具和第二夹具嵌入槽内；
5)采用第一锚栓将一端的第一夹具锚固于混凝土中；
6)利用第一螺栓将搭接钢块与第二夹具连接起来；
7)利用千斤顶张拉穿过第一钢板与搭接钢块连接的第二螺栓，给纤维增强材料复合片材施加预应力；
8)将纤维增强材料复合片材粘贴于被加固混凝土构件的表面，并利用第二锚栓把夹具植入混凝土内；
9)在被加固混凝土构件两端部粘贴由纤维增强复合材料制作的U型箍；
10)待粘结胶固化后放张预应力，拆除搭接钢块和第一钢板及第二钢板。本发明在混凝土构件的受拉面两端开槽，将带预留孔的钢板分别顶在构件两端，张拉钢铰线使钢板与混凝土构件形成反力台；接着，将粘结夹持纤维增强复合材料两端的钢夹具嵌入槽内，并采用锚栓将一端的夹具锚固于混凝土中，另一端的夹具则利用螺栓和搭接钢块进行连接；然后，把穿过钢板与搭接钢块连接的高强螺栓作为张拉杆，利用千斤顶对纤维增强复合材料进行张拉；最后，粘贴纤维增强复合材料并把张拉端的夹具锚固于混凝土中，在加固构件的两端粘贴U型箍，待粘结胶固化后逐步分级放张预应力。本发明与现有的其它方法相比，是一种便于实施的纤维增强复合材料片材预应力加固技术，利用被加固的混凝土构件本身作为张拉反力平台，避免了制作复杂的张拉装置，同时较好的解决了纤维增强复合材料预应力的锚固问题，适用于所有利用纤维增强复合材料片材加固的受弯混凝土构件。本发明是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的加固受弯混凝土构件的装置及方法。
图I为本发明利用被加固构件作为反力台进行纤维增强复合材料预应力张拉和锚固的结构示意 图2是张拉端锚固区的局部放大图。
具体实施例方式实施例
本发明的结构示意图如图1、2所示，本发明的加固受弯混凝土构件的装置，包括有纤维增强复合材料片材2、第一夹具3和第二夹具4、第一锚栓5和第二锚栓51、第一螺栓6、搭接钢块7、第一钢板8和第二钢板9、钢铰线10、第二螺栓11、千斤顶12、U型箍13，其中 被加固混凝土构件I的受拉面两端开槽，带预留孔的第一钢板8和第二钢板9分别顶在被加固混凝土构件I的两端，第一钢板8和第二钢板9的两端分别张拉有使之与被加固混凝土构件I形成反力台的钢铰线10，第一夹具3和第二夹具4分别粘结夹持在纤维增强复合材料片材2的两端；被加固混凝土构件I的两槽之间表面涂抹粘结树脂后，第一夹具3和第二夹具4嵌入被加固混凝土构件I两端所设的槽内；第一锚栓5将一端的第一夹具3锚固于混凝土中；第一螺栓6将搭接钢块7与第二夹具4连接在一起，第二螺栓11穿过第一钢板8与搭接钢块7连接；千斤顶12张拉第二螺栓11，给纤维增强复合材料片材2施加预应力；纤维增强复合材料片材2粘贴于被加固混凝土构件I的表面，且第二锚栓51将夹持纤维增强材料复合片材2的第二夹具4植入混凝土内；被加固混凝土构件I的两端部粘贴由纤维增强复合材料制作的U型箍13。上述待纤维增强复合材料片材2粘结胶固化后放张预应力，拆除搭接钢块7和第一钢板8及第二钢板9。上述钢铰线10设有4根，4根钢铰线10将第一钢板8和第二钢板9分别固定于被加固混凝土构件I的两端。本实施例中，上述第一钢板8在对应第二夹具4的高度处预留有张拉孔。上述搭接钢块7的高度与第二夹具4的高度相同，搭接钢块7 —侧预留与第二夹具4对应的螺栓连接孔，另一侧预留用于连接张拉第二螺栓11的螺孔。本发明加固受弯混凝土构件的方法，是利用被加固混凝土构件I本身作为反力平台，采用开槽嵌入的方式将夹持纤维增强复合材料片材2的第一夹具3锚固于混凝土构件中，通过搭接钢块7与第二夹具4的连接，利用千斤顶12张拉搭接钢块7的第二螺栓11，实施对构件进行预应力纤维增强复合材料加固，避免了制定复杂的张拉装置。在实际中的实施方式包括以下具体的步骤
O开槽。根据第一夹具3和第二夹具4的尺寸在被加固混凝土构件I的受拉面两端开槽，第一夹具3和第二夹具4均由预留连接锚栓孔的两部分组成，上下部分的对接面构造成波浪形，上下部分对接能形成整体，开槽的深度刚好使得夹具上下部分的对接面与被加固混凝土构件I的受拉面在同一水平面上。另外，第二夹具4 一侧预留螺栓连接孔，如图2所示；2)形成张拉反力台。将第一钢板8和第二钢板9分别顶在被加固构件I两端，在预留孔穿入4根钢铰线把第一钢板8和第二钢板9连接起来，张拉钢铰线10使第一钢板8和第二钢板9与被加固混凝土构件I形成反力台，其中第一钢板8在对应第二夹具4的高度处预留外接张拉孔，如图I所示；
3)粘结夹持纤维增强复合材料两端。根据被加固混凝土构件尺寸裁剪或现编纤维增强复合材料片材2，然后在第一夹具3和第二夹具4上下部分对接表面涂抹粘结树脂，用第一夹具3和第二夹具4分别粘结夹持纤维增强复合材料片材2的两端；
4)嵌入夹具。涂抹粘结树脂在被加固构件I的两槽之间表面后，把第一夹具3和第二夹具4嵌入槽内，并采用第一锚栓5将第一夹具3锚固于混凝土中；
5)连接搭接钢块。利用第一螺栓6将搭接钢块7与第二夹具4)连接起来，其中，搭接钢块7的高度与第二夹具4高度相同，搭接钢块7 —侧预留与第二夹具4对应的螺栓连接孔，另一侧预留用于连接第二螺栓11的螺孔； 6)张拉纤维增强复合材料。利用12 16mm的高强第二螺栓11穿过第一钢板8与搭接钢块7连接，利用千斤顶12直接张拉第二螺栓11，使纤维增强复合材料片材2获得预应力；
7)粘贴纤维增强复合材料。利用第二锚栓51将第二夹具4植入混凝土内，然后把纤维增强复合材料片材2用树脂浸溃粘贴于被加固混凝土构件I表面，并在被加固混凝土构件I两端靠近夹具区域的侧面涂抹树脂，各端每隔80_粘贴2 3条由纤维增强复合材料制作的U型箍13 ；
8)释放预应力。待粘结胶固化后，分级逐步放张预应力，拆除搭接钢块7、第一钢板8和第二钢板9。
权利要求
1.一种加固受弯混凝土构件的装置，其特征在于包括有纤维增强复合材料片材(2)、第一夹具(3)和第二夹具(4)、第一锚栓(5)和第二锚栓(51)、第一螺栓(6)、搭接钢块(7)、第一钢板(8)和第二钢板(9)、钢铰线(10)、第二螺栓(11)、千斤顶(12)、U型箍(13)，其中被加固混凝土构件(I)的受拉面两端开槽，带预留孔的第一钢板(8)和第二钢板(9)分别顶在被加固混凝土构件(I)的两端，第一钢板(8)和第二钢板(9)的两端分别张拉有使之与被加固混凝土构件(I)形成反力台的钢铰线(10)，第一夹具(3)和第二夹具(4)分别粘结夹持在纤维增强复合材料片材(2)的两端；被加固混凝土构件(I)的两槽之间表面涂抹粘结树脂后，第一夹具(3)和第二夹具(4)嵌入被加固混凝土构件(I)两端所设的槽内；第一锚栓(5)将一端的第一夹具(3)锚固于混凝土中；第一螺栓(6)将搭接钢块(7)与第二夹具(4)连接在一起，第二螺栓(11)穿过第一钢板(8)与搭接钢块(7)连接；千斤顶(12)张拉第二螺栓(11)，给纤维增强复合材料片材(2)施加预应力；纤维增强复合材料片材(2)粘贴于被加固混凝土构件(I)的表面，且第二锚栓(51)将夹持纤维增强材料复合片材(2)的第二夹具(4)植入混凝土内；被加固混凝土构件(I)的两端部粘贴由纤维增强复合材料制作的U型箍(13)。
2.根据权利要求I所述的加固受弯混凝土构件的装置，其特征在于上述待纤维增强复合材料片材(2)粘结胶固化后放张预应力，拆除搭接钢块(7)和第一钢板(8)及第二钢板(9)。
3.根据权利要求I所述的加固受弯混凝土构件的装置，其特征在于上述钢铰线(10)设有4根，4根钢铰线(10)将第一钢板(8)和第二钢板(9)分别固定于被加固混凝土构件(I)的两端，形成预应力张拉反力台。
4.根据权利要求I所述的加固受弯混凝土构件的装置，其特征在于上述第一钢板(8)在对应第二夹具(4)的高度处预留有张拉孔。
5.根据权利要求I所述的加固受弯混凝土构件的装置，其特征在于上述搭接钢块(7)的高度与第二夹具(4)的高度相同，搭接钢块(7)—侧预留与第二夹具(4)对应的螺栓连接孔，另一侧预留用于连接张拉第二螺栓(11)的螺孔。
6.一种加固受弯混凝土构件的方法，其特征在于包括以下步骤 1)在被加固混凝土构件(I)的受拉面两端开槽； 2)将带预留孔的第一钢板(8)和第二钢板(9)分别顶在被加固构件两端，张拉钢铰线(10)使第一钢板(8)和第二钢板(9)与被加固混凝土构件(I)形成反力台； 3)利用第一夹具(3)和第二夹具(4)分别粘结夹持纤维增强复合材料片材(2)的两端； 4)在被加固混凝土构件(I)的两槽之间表面涂抹粘结树脂后，将第一夹具(3)和第二夹具(4)嵌入槽内； 5)采用第一锚栓(5)将一端的第一夹具(3)锚固于混凝土中； 6)利用第一螺栓(6)将搭接钢块(7)与第二夹具(4)连接起来； 7)利用千斤顶(12)张拉穿过第一钢板(8)与搭接钢块(7)连接的第二螺栓(11)，给纤维增强材料复合片材(2)施加预应力； 8)将纤维增强材料复合片材(2)粘贴于被加固混凝土构件(I)的表面，并利用第二锚栓(51)把夹具(4)植入混凝土内； 9)在被加固混凝土构件(I)两端部粘贴由纤维增强复合材料制作的U型箍(13)；10)待粘结胶固化后放张预应力，拆除搭接钢块(7)和第一钢板(8)及第二钢板(9) 。
全文摘要
本发明是一种加固受弯混凝土构件的装置及方法。本发明在被加固混凝土构件的受拉面两端开槽，将带预留孔的钢板分别顶在构件两端，张拉钢铰线使钢板与混凝土构件形成反力台；将粘结夹持纤维增强复合材料片端的钢夹具嵌入槽内，并用锚栓将一端的夹具锚固于混凝土中，另一端的夹具利用螺栓和搭接钢块进行连接；再把穿过钢板与搭接钢块连接的高强螺栓作为张拉杆，利用千斤顶对纤维增强复合材料进行张拉；最后粘贴纤维增强复合材料并把张拉端的夹具锚固于混凝土中，在被加固混凝土构件的两端粘贴U型箍，待粘结胶固化后逐步分级放张预应力。本发明利用被加固混凝土构件本身作为张拉反力平台，避免制作复杂的张拉装置，并解决了纤维增强复合材料预应力的锚固问题。
文档编号E04G23/02GK102926551SQ201210409129
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月24日 优先权日2012年10月24日
发明者谢建和, 李丽娟, 郭永昌, 刘锋 申请人:广东工业大学