用多层缠绕张拉带对柱形体结构施加箍紧力的加固方法
【专利摘要】一种用多层缠绕张拉带对柱形体结构施加箍紧力的加固方法，包括：（1）对要缠绕张拉带的那一段柱形体进行表面处理，使整体形状、表面平整度、表面清洁程度、表面强度等满足要求。表面处理方法是下列方法之一或若干组合：对柱形体表面打磨，抛光，去除污渍和浮尘，增加表面强度。（2）把张拉带缠绕在所述结构的所述部位上，缠绕匝数大于或等于2匝。（3）利用张拉机具，分别把拉力施加到张拉带的内端和外端，对张拉带施加预紧力。如果需要，还对张拉带进行锁定：采用胶结、焊接、铆接、螺栓联接等方法，永久性地把张拉带的外端联接到内端联接装置上，或者联接到固定在柱形体上的联接装置上；或者用胀铆螺栓或化学螺栓把张拉带与柱形体锚固在一起。
【专利说明】用多层缠绕张拉带对柱形体结构施加箍紧力的加固方法
[0001]【技术领域】:本发明涉及建筑、交通运输领域，具体地说，涉及对于柱形体施加侧向压力的加固装置和方法。
技术背景:
[0002]桥墩、筒仓、建筑物柱子等在本专利中统称为柱形体。柱形体加固中主要方法是在柱形体侧面施加压力，具体方法是在柱形体侧面缠绕加固材料。按照形状划分，加固材料可分为条带状材料和线状材料。按照施加压力的阶段划分，加固方法可分为有预紧力的加固和无预紧力的加固。
[0003]无预紧力的加固方法相对简单，最常用的方法是在柱形体侧面粘贴各种纤维布，如碳纤维布、玻璃纤维布、芳纶纤维布等，当然这其中也包括用条带状纤维布缠绕着粘贴在柱形体上。
[0004]有预紧力的加固方法主要包括两种:
[0005](I)用无粘结预应力钢绞线
[0006]用无粘结预应力钢绞线缠绕在柱形体侧面，把两端分别锚固在柱形体上的一条或若干条纵向肋上，这些肋通常是为了锚固钢绞线专门制作的。这种方法有如下限制。
[0007]a.当柱形体的最小曲率半径比较小时，这中加固方法不适用。这是因为钢绞线的自身的直径有一定的范围，缠绕时弯曲的曲率太大就会进入塑性阶段，对钢绞线的强度会有影响，同时拉伸过程也非常困难。
[0008]b.当柱形体的周长特别大时，如大型粮仓，需要在把一周的钢绞线截成若干段，每一段都要再用锚具锚固两端，并且分段张拉。这是因为:钢绞线施加在其无粘结保护层上的压力很大，如果钢绞线过长，在张拉过程中，钢绞线与保护层之间的摩擦力会造成拉力在钢绞线中分布不均匀，钢绞线难以拉紧；如果张拉过程保护层损伤或损坏，钢绞线将更难拉紧。
[0009]除了以上限制之外，采用钢绞线的另一个缺点是，钢绞线对柱形体施加的压力是线分布的；而理想的箍紧压力最好分布在整个柱形体的侧面。
[0010](2)用条带材料
[0011]把条带材料两端联接在卡具上，条带加上卡具正好为柱形体的周长，缠绕一周之后把条带两端的卡具联接到一起，然后拉紧张拉带。拉紧方法很多，比如，用螺栓联接条带两端的卡具，拧紧螺栓就可对条带施加预紧力；再比如，对于缠绕在柱形体上的已经拉紧的封闭条带，在其与柱形体之间打入楔子。这一类加固方法一般只能缠绕一层条带，当希望既施加有预紧力又多层缠绕时，无法实现。
【发明内容】
[0012]一种用多层缠绕张拉带对柱形体结构施加箍紧力的加固方法，包括
[0013](I)对要缠绕张拉带的那一段柱形体进行表面处理，使整体形状、表面平整度、表面清洁程度、表面强度等满足要求；表面处理方法是下列方法之一或若干组合，对柱形体表面打磨，抛光，去除污溃和浮尘，增加表面强度；
[0014](2)把张拉带缠绕在所述结构的所述部位上，缠绕匝数大于或等于2匝；
[0015](3)利用张拉机具，分别把拉力施加到张拉带的内端和外端，对张拉带施加预紧力；
[0016](4)如果需要，还要锁定张拉带和卸掉张拉机具。
[0017]1.柱形体主要包括以下几种:
[0018](I)圆柱体、棱柱体或椭圆断面柱体；
[0019]( 2 )截面图形无内凹的三维几何体，其垂直于轴线的各个截面形状相同，截面外轮廓线由直线和外凸曲线组成；
[0020]( 3 )截面图形有内凹的三维几何体，但是，其垂直于轴线的各个截面的外轮廓线的包络线沿着轴线的投影是重合的或几乎是重合的。
[0021]柱形体可以是实心的，也可以是有空腔的。如果有空腔，则上面所说的“截面图形无内凹”和“截面图形有内凹”是指柱形体外部表面与截面交线所得图形的特征。
[0022]2.张拉带
[0023]张拉带是一种能够承受拉力，但不承受或几乎不承受弯矩的带状材料。
[0024]3.减摩装置和减摩方法
[0025]多层缠绕的张拉带，各圈之间的接触面需要进行减少摩擦力的处理。有两种处理方法
[0026](I)对于表面光滑的张拉带，涂润滑剂、或有润滑作用的物质、或在张拉带的一面铺设润滑带；
[0027](2)对于表面不光滑的张拉带(如纤维编织网或编织布)，在张拉带的一面或两面设置润滑带。润滑带是具有润滑作用的带状物质，宽度大于或等于张拉带的宽度，在使用之前已经制作好。
[0028]4.张拉带结构以及导向装置和导向方法
[0029]A型张拉带
[0030]A型张拉带，是指称等厚等宽表面平整的张拉带。
[0031]A型张拉带在缠绕之后受到拉力作用时，会出现侧向滑动，特别是在涂有润滑剂的情况下。
[0032]A型张拉带采用两侧导向方法来防止侧滑，即，在张拉带的宽度方向两侧设置独立的导向装置。最常用的两侧导向装置是导向板和导向杆。导向板可以是一个整块板，也可以是若干块板，如果是一块整版，导向板面向张拉带的一面要求与柱形体轴线垂直；如果是由若干个板组成，则在面向张拉带的一面，要求它们处在一个共同的垂直于柱形体轴线的平面上。导向杆是固定在张拉带两侧的垂直于柱形体的杆状物体，所有紧挨着同一个张拉带的导向杆应该处在同一平面上。导向板或导向杆布置在每条张拉带的两侧，两个相邻的张拉带可共用一个导向板或导向杆。导向板或导向杆使得在其之间的张拉带就像电影交卷缠绕在交卷盘中一样。
[0033]B型张拉带
[0034]B型张拉带，是指本身具有向功能的张拉带，其上有走向顺着长度方向的凸棱和沟槽，当缠绕时一面的凸棱正好落在另一面的沟槽中。这种张拉带的横截面由等间距的直线和/或等间距曲线组成。
[0035]5.张拉带的常用材料包括:
[0036](I)连续的均质金属材料、连续的均质高分子材料、其它连续的均质材料，
[0037](2)编织材料，如
[0038]金属纤维网或金属纤维布，
[0039]碳纤维网或碳纤维布，
[0040]玻璃纤维网或玻璃纤维布，
[0041]化学纤维网或化学纤维布，
[0042](3)复合材料，如
[0043]碳纤维塑料布或碳纤维橡胶布，
[0044]玻璃纤维塑料布或玻璃纤维橡胶布，
[0045]金属纤维塑料布或金属纤维橡胶布，
[0046]化学纤维塑料布或化学纤维橡胶布，
[0047]以及以碳纤维、玻璃纤维、金属纤维和化学纤维之一或某些组合作为增强材料的层状复合材料，
[0048]其基体可以是金属材料、高分子材料、无机非金属材料等。
[0049]6.张拉带的联接装置和联接方法
[0050]内端和外端:内端和外端分别是指张拉带的内端和外端，当张拉带向胶卷一样地缠绕多层之后，处在最内层的端头称为内端，处在最外层的端头称为外端。当拉紧张拉带时，实际上就是把拉力同时施加到张拉带的内端和外端。
[0051]对张拉带施加拉力的两种方法:
[0052](I)间接法:张拉机具施加的拉力主要通过柱形体传递到张拉带的内端和外端，其特征是，张拉带的端部的拉力几乎全部或绝大部分成为作用在柱形体上的与切线平行的力。
[0053](2)直接法:张拉机具施加的拉力主要通过联接装置直接传递到张拉带的内端和外端，张拉带内层端部的拉力几乎没有或只有很小一部分转化成对柱形体施加的、平行于其切线方向的作用力。
[0054]7.间接法施加拉力时张拉带的联接装置和加载装置
[0055](I)内端与柱形体的联接方法:
[0056]a.用粘结剂直接把内端附近的张拉带与柱形体进行粘结。
[0057]b.借助内端联接装置把张拉带固定在柱形体上，如图1和图2。在图1中，I为张拉带，6.3为螺栓，6.1为弧形联接装置，5为混凝土筒仓墙壁。在图2中，6.21为粘接张拉带I与弧形联接装置6.1的胶黏剂，6.22为粘接张拉带I与柱形体混凝土 5的胶黏剂。
[0058](2)外端与柱形体之间的联接方法:
[0059]张拉带的外端联接在张拉机具的一端上，张拉机具的另一端联接在柱形体上或者联接在固定在柱形体上的其它物体上。(张拉机具的两端是指张拉机具与外界联接的两个部件，当张拉机具工作时，这两个部件之间的间距发生变化。)
[0060]张拉机具的一个例子如图3。柱形体是混凝土构件，张拉带的外端I通过两个加强板2.1联接到螺杆3 (张拉机具)的一端，螺杆3的另一端穿过U形板3.1上的孔，再套上螺母3.2。U形板用螺栓3.3联接到槽钢4的两腿上，槽钢4的腹板通过螺栓4.1联接到柱形体5上。对张拉带施加拉力时，只需要拧紧螺母3.2即可。
[0061 ] 8.直接法施加拉力时张拉带的联接装置和加载装置
[0062]直接法加载时内端联接装置的两个作用:
[0063]( I)帮助把张拉带联接在柱形体上，以便施工缠绕时对张拉带定位和固定；
[0064](2)在张拉时直接把张拉带内端的拉力传递到张拉机具上。
[0065]内端联接装置的一例如图4，槽钢4和螺栓4.1均为内端联接装置。注意，每隔一定的间距，槽钢4的每个腿上就开一个缺口 4.2，一直到腿的根部，这样处理是为了使槽钢的腹部更容易跟随柱形体的表面发生变形，与之紧密接触。
[0066]9.张拉机具，是对张拉带施加拉力的装置。它有三个部分，分别是:
[0067](1)外端联接部分，该部分联接到张拉带的外端；
[0068](2)内端联接部分，该部分直接联接到张拉带的内端联接装置上，或者联接到柱形体上，再通过柱形体把拉力传递到张拉带的内端或内端联接装置上。
[0069](3)拉紧装置，该部分能够改变外端联接部分与内端联接部分的间距，从而施加拉力。张拉机具的外端联接部分和内端联接部分，也称为张拉机具的两端。
[0070]张拉机具的两种常见形式。
[0071]方案1.[0072]如图4，张拉机具包括三部分:
[0073](I)与张拉带外端联接的部件，见图4中的加强板2.1和螺栓2.2 ；
[0074](2)与张拉带内端联接装置相连的部件，U形板3.1 ；
[0075](3)拉紧装置，见图4中的螺杆3和螺母3.2。
[0076]如果张拉带较宽，螺杆的个数可不限于I个。
[0077]方案2.[0078](I)内端联接部分，与方案I相似；
[0079](2)外端联接部分，与方案I相似，
[0080](3)拉紧装置，采用液压机具张拉，用锚具固定来维持拉力。
[0081]10.锁定张拉带和卸掉张拉机具
[0082]对张拉带施加的拉力达到设计值之后，将采取方法锁定张拉带。方法包括
[0083]( I)直接使用张拉机具进行锁定，张拉机具不再卸掉。采用一次性的张拉机具，把张拉机具保留在受力状态，图3和图4中的张拉螺杆3不再卸掉。
[0084](2)当采用直接施加拉力的方法时，在维持着拉力的条件下，把张拉带的外端与内端联接装置固定在一起，然后卸掉张拉机具。如图4，把与张拉带外端保持联接的加强板
2.1固定在内端联接装置4上。联接方法可选:
[0085]a.用胶结材料把二者浇筑在一起；
[0086]b.用焊接的方法把二者联接在一起；
[0087]c.用螺栓联接的方法联接二者，只是这时要求把加强板2.1做成有两腿的槽钢形状，加强板的两腿与内端联接装置的两腿联接在一起，参见图5。
[0088](3)当采用间接施加拉力的方法时，在维持着拉力的条件下，把张拉带的最外层或外端以及张拉带的最内层或内端分别联接到柱形体上，然后卸掉张拉带机具。具体联接方法种类很多，比如采用类似于上述第(2)条中的方法。
[0089](4)在维持着拉力的条件下，对张拉带进行加温，使其各层之间的粘结剂快速固化，然后卸掉张拉带机具。
[0090](5)在维持着拉力的条件下，按照某种分布规则确定张拉带上的锚固点，在这些点上对张拉带钻孔，然后用铆钉把设计要求锚固的那些层张拉带锚固在一起。采用这种方法时，在施加拉力的过程中，张拉带的层间减摩可直接采用润滑剂来进行。
[0091](6)在维持着拉力的条件下，按照某种分布规则确定张拉带上的锚固点，在这些点上对张拉带钻孔，一直钻入到柱形体内部一定深度；把锚固装置(如化学锚固螺栓、胀铆螺栓等)穿入张拉带的钻孔，并锚固在柱形体上的钻孔中；如果必要，在锚固装置的外端加装垫片和螺母，并拧紧螺母。采用这种方法时，在施加拉力的过程中，张拉带的层间减摩可直接采用润滑剂来进行。
【专利附图】
【附图说明】
[0092]图1张拉带最内层或内端与柱形体之间的联接方法[0093]图2张拉带最内层或内端与柱形体之间的联接方法局部放大图C图3张拉机具分别与张拉带外端和与柱形体之间的联接方法
[0094]图4张拉机具分别与张拉带的内端和外端的联接方法
[0095]图5张拉带锁定方法——用槽钢作为增强版，与用作内端联接装置的槽钢联接到一起
【具体实施方式】
[0096]1.例子 1:
[0097]某混凝土筒仓外径10.0m,厚度30cm，高度为15m，混凝土棱柱体抗压强度35MPa。筒仓出现多条竖向裂缝，要求对筒仓采用施加环向预应力的方法进行加固。
[0098]解:
[0099]1.参数设计计算
[0100]采用带钢作为张拉带来加固。设计张拉带对混凝土筒仓墙壁产生的环向压应力为10.0MPa，按照薄壁筒公式近似计算，得到筒仓墙壁的纵向线分布压力为
0.3mX 10.0MPa=3MPa.m=3MN/m,它应该近似等于各圈张拉带合起来产生的线分布拉力。
[0101]张拉带取为带钢，其厚度为1.0mm，宽度为300mm，容许使用的拉应力值为500MPa。
张拉带的匝数为
[0102]
【权利要求】
1.用多层缠绕张拉带对柱形体结构施加箍紧力的加固方法，包括 (1)对要缠绕张拉带的那一段柱形体进行表面处理，使整体形状、表面平整度、表面清洁程度、表面强度等满足要求；表面处理方法是下列方法之一或若干组合，对柱形体表面打磨，抛光，去除污溃和浮尘，增加表面强度； (2)把张拉带缠绕在所述结构的所述部位上，缠绕匝数大于或等于2匝； (3)利用张拉机具，分别把拉力施加到张拉带的内端和外端，对张拉带施加预紧力。
2.根据权利要求1所述方法，其特征为，所述张拉带为A型张拉带和B型张拉带， 当选择的张拉带是A型张拉带使，由于其自身没有导向功能，在张拉带宽度方向的两侧要事先安装导向装置； 当选择的张拉带是B型张拉带时，由于其自身就具有导向功能，可不设置两侧导向装置；B型张拉带在顺着长度方向加工有出凸棱和沟槽，缠绕时一面的凸棱正好落入另一面的凹槽中。
3.根据权利要求1至2之一所述方法，其特征为，对所述张拉带，在缠绕之前，或者在缠绕过程中，或者在缠绕完成之后张拉开始之前，让减摩物质或者具有减摩作用的粘结剂附着在其表面。
4.根据权利要求1所述方法，其特征为，所述对张拉带施加预紧力的方法为:把张拉带的内端直接固定在柱形体上，或者联接到固定在柱形体上的物体上；把张拉机具分别联接到张拉带的外端和柱形体上，或者分别联接到张拉带的外端和固定在柱形体上的其它物体上；用张拉机具施加拉力。
5.根据权利要求1所述方法，其特征为，所述对使张拉带施加预紧力的方法为:把张拉带的内端连接在内端联接装置上，把张拉机具分别联接在内端联接装置上和张拉带的外端上或外端联接装置上；然后用张拉机具施加拉力。
6.根据权利要求1所述方法，其特征为，所述对使张拉带施加预紧力的方法为:处在张拉带宽度方向的一侧或者两侧设有传力介质，它在张拉机具与张拉带内端之间的传递拉力。
7.根据权利要求6所述方法，其特征为，所述与内端联接装置制作成一体的张拉带一侧或两侧的传力介质，都至少有一部分高出缠绕的张拉带的最外圈，张拉机具分别联接在所述高出部分和张拉带的外端。
8.根据权利要求7所述方法，其特征为，所述与内端联接装置制作成一体的张拉带一侧或两侧的传力介质，每隔一定的间距就开有一个缺口(4.2)，以便于使所述内端联接装置跟随柱形体表面进行弯曲。
9.根据权利要求1所述方法，其特征为，所述对张拉带施加拉力之后，要对张拉带进行锁定，然后卸去张拉机具；锁定方法是下面所列方法之一，或者若干种的组合: (1)在维持着拉力的条件下，把张拉带的最外层和张拉带的最内层或内端分别联接到一个联接装置，当卸掉张拉带机具时，该装置把张拉机具承担的拉力分担过来； (2)在维持着拉力的条件下，把张拉带的最外层和张拉带的最内层或内端分别联接到柱形体的表面，当卸掉张拉带机具时，其承担的拉力改由柱形体结构来承担； (3)在维持着拉力的条件下，对张拉带进行加温，使其各层之间的粘结剂快速固化，然后卸掉张拉带机具；(4)在维持着拉力的条件下，按照某种分布规则确定张拉带上的锚固点，在这些点上对张拉带钻孔，然后用铆钉把设计要求锚固的那些层张拉带锚固在一起； (5)在维持着拉力的条件下，按照某种分布规则确定张拉带上的锚固点，在这些点上对张拉带钻孔，一直钻入到(经过表面处理的)柱形体内部一定深度；把锚固装置(如螺栓、胀铆螺栓等)穿入张拉带的钻孔，并锚固在柱形体上的钻孔中；如果必要，在锚固装置的外端加装螺母，并拧紧。
10.根据权利要求1所述方法，其特征为，所述张拉机具是一次性的，在完成对张拉带施加拉力之后，将被锁死，保留在原处对张拉带施加持久的拉力。
【文档编号】E04G23/02GK103835520SQ201210470695
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年11月20日 优先权日:2012年11月20日
【发明者】王哲 申请人:王哲