技术领域本发明涉及加固混凝土构件的技术领域，特别涉及一种自锚式预应力纤维增强复合材料布加固混凝土装置及方法。
背景技术：
钢筋混凝土结构在交通运输、工业建筑等领域获得了广泛的应用，为了消除由于过载，疲劳等原因带来的安全隐患，必须对损伤结构构件进行加固，延长其使用寿命。纤维增强复合材料由于其体积小、重量轻、强度高、抗腐蚀性好、疲劳性强和施工方便等优点，被广泛应用于受弯混凝土结构加固工程中。然而，传统纤维增强复合材料加固工程中主要采用无预应力加固法，这种加固方法主要存在以下缺点：不能及时恢复原结构的损伤，改变原结构的变形；不能充分发挥纤维增强复合材料的高强度，整体加固效率低。预应力纤维增强复合材料加固混凝土技术结合纤维增强复合材料高性能与预应力技术的优势，能克服传统结构加固技术的缺点，更好地发挥纤维增强复合材料强度高的性能，提高纤维增强复合材料的利用率，有效地改善原结构的静力及疲劳性能，提高受损结构的使用性能和承载能力，控制裂缝与变形，延长其使用寿命。目前，预应力纤维增强复合材料加固方法主要为间接加固法和直接张拉加固法。间接法由于只能提供很小的预应力，且需要特定的装置，在实际工程并不常用；而现有的直接张拉加固技术存在2个主要问题：张拉过程施力不均匀，纤维增强复合材料在张拉过程中过早损伤，导致很难获得较大的预应力；缺少有效的锚固方法，导致在张拉完成后预应力损失过大，降低加固效果。因此，需要一种新的预应力纤维增强复合材料加固混凝土的装置和方法，既能够在张拉过程中使纤维增强复合材料受力均匀，又能有效锚固，保证获得较大的预应力水平，达到良好的加固效果。
技术实现要素：
本发明的目的在于考虑上述问题而提出一种能够提供较大的预应力水平并能较好解决锚固问题的自锚式预应力纤维增强复合材料布加固混凝土装置。本发明的另一目的在于考虑上述问题而提出一种能够提供较大的预应力水平并能较好解决锚固问题的自锚式预应力纤维增强复合材料布加固混凝土的方法。本发明的自锚式预应力纤维增强复合材料布加固混凝土装置，包括纤维布、固定端夹具、固定端夹具锚栓、固定端钢槽、固定端锚栓、固定端固定螺杆、固定端螺母、张拉端夹具、张拉端夹具锚栓、张拉端夹具螺栓、张拉端钢槽、张拉端锚栓、张拉端固定螺杆、张拉端螺母、张拉螺杆、张拉螺杆螺母、第一挡板、第二挡板、第三挡板、千斤顶、力传感器，待加固的混凝土构件在受拉面两端预留锚栓孔，将固定端钢槽及张拉端钢槽分别用固定端锚栓及张拉端锚栓锚固于混凝土构件受拉面，纤维布两端分别用固定端夹具和张拉端夹具夹持，并利用固定端夹具锚栓及张拉端夹具螺栓分别使固定端夹具和张拉端夹具夹紧，且固定端夹具和张拉端夹具分别通过2根固定端固定螺杆和2根张拉端固定螺杆与固定端钢槽、张拉端钢槽连接，并用固定端夹具锚栓将固定端夹具锚固于混凝土构件，同时旋紧固定端螺栓使固定端夹具和固定端钢槽固接，千斤顶放置于第一挡板与第二挡板之间，力传感器放置于第二挡板与第三挡板之间，张拉螺杆穿过张拉端钢槽所设的通孔后再穿过第一挡板、千斤顶、第二挡板、力传感器、第三挡板，且张拉螺杆的端部旋紧张拉螺杆螺母，将第一挡板、千斤顶、第二挡板、力传感器、第三挡板连接在一起，张拉端夹具用张拉端夹具锚栓锚固于待加固的混凝土构件的表面预制孔中，并旋紧张拉端螺母，使张拉端夹具锚固完成。本发明预应力纤维增强复合材料加固混凝土的装置的加固方法，包括以下步骤：1）清除待加固混凝土构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土，露出混凝土结构层，并用修复材料将表面修复平整；2）混凝土表面凹陷部位用找平材料填补平整，对裂缝进行灌浆或封闭处理；3）待加固的混凝土构件在受拉面两端预留锚栓孔，将固定端钢槽及张拉端钢槽分别用固定端锚栓及张拉端锚栓锚固于混凝土构件受拉面；4）在纤维布和混凝土构件接触面上涂抹粘结剂，固定端夹具和张拉端夹具底面和混凝土构件接触面上涂抹粘结剂；5）纤维布两端分别用固定端夹具和张拉端夹具夹持，并利用固定端夹具锚栓及张拉端夹具螺栓分别使固定端夹具和张拉端夹具夹紧；6）固定端夹具和张拉端夹具分别通过2根固定端固定螺杆和2根张拉端固定螺杆与固定端钢槽、张拉端钢槽连接，并用固定端夹具锚栓将固定端夹具锚固于混凝土构件，同时旋紧固定端螺母使固定端夹具和固定端钢槽固接；7）将张拉螺杆穿过张拉端钢槽上的圆形通孔，另一侧安装第一挡板、第二挡板、第三挡板，将千斤顶放置于第一挡板与第二挡板的中间，力传感器放置于第二挡板与第三挡板的中间，旋紧2个张拉螺杆螺母；8）并使用千斤顶顶推第一挡板，将其向内侧推动，带动张拉端夹具做同步位移，对纤维布施加预应力；9）张拉稳定后，将纤维布压粘于混凝土表面，并用沙包持压；10）张拉端夹具用张拉端夹具锚栓锚固于待加固的混凝土构件的表面预制孔中，并旋紧张拉端螺母，使张拉端夹具锚固完成。本发明在混凝土构件的受拉面两端预留锚栓孔；将钢槽和夹持纤维布两端的钢夹具放置在受拉面，将固定端的夹具和钢槽连接固定，并采用锚栓将固定端的夹具锚固于混凝土中，张拉端的夹具则利用螺栓和钢槽进行不固定连接，以待张拉；利用2根高强螺杆将钢槽、3块挡板连接起来；将千斤顶放置挡板与挡板之间、将力传感器放置挡板与挡板之间，对纤维布进行平稳张拉；张拉稳定后，利用树脂将纤维布粘贴于混凝土表面，然后将张拉端的夹具和钢槽进行固定连接，并把张拉端的夹具锚固于混凝土中；张拉完毕后，待粘结胶固化，在所有的金属件表面抹防锈油脂，并粉刷胶黏剂作为纤维布的保护层。由于采取以上技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下特点和有益效果：1、纤维布锚具采用夹片式圆齿面钢锚具，使用锚栓、螺栓进行夹具的组装，使得本发明的锚具效率系数高，而且不易使碳纤维布磨损。2、通过整体锚固达到形成自锚式张拉反力台，节省空间，可以适合各种尺寸的混凝土构件。3、张拉端夹具通过张拉螺杆连接，形成双螺杆对称张拉结构，使张拉时纤维布施力均匀，避免了偏心受拉，可以提供较大水平的预应力。4、固定端夹具通过固定端夹具锚栓锚固混凝土构件，并用固定端固定螺杆、固定端螺母将固定端钢槽与固定端夹具的下部连接固定，使用固定端锚栓将固定端钢条锚固混凝土构件，达到固定端整体锚固；张拉端夹具通过张拉端夹具锚栓锚固于混凝土构件的预制孔中，并用张拉端固定螺杆、张拉端螺母将张拉端钢槽与张拉端夹具的下部连接固定，使用张拉端锚栓将张拉端钢槽锚固于混凝土构件，达到张拉端整体锚固。以上锚固方式极大程度减小了由锚固引起的预应力损失。附图说明图1是本发明预应力纤维增强复合材料加固混凝土构件的装置的整体结构主视图；图2是图1的俯视图；图3是固定端的结构示意图：图4是图3的俯视图；图5是图3的A-A剖视图；图6是张拉端结构示意图：图7是图6的俯视图；图8是图6的B-B剖视图。图中：1-混凝土构件、2-包括纤维布、3-固定端夹具、4-固定端夹具锚栓、5-固定端钢槽、6-固定端锚栓、7-固定端固定螺杆、8-固定端螺母、9-张拉端夹具、10-张拉端夹具锚栓、11-张拉端夹具螺栓、12-张拉端钢槽、13-张拉端锚栓、14-张拉端固定螺杆、15-张拉端螺母、16-张拉螺杆、17-张拉螺杆螺母、18-第一挡板、19-第二挡板、20-第三挡板、21-千斤顶、22-力传感器。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明之一种自锚式预应力纤维增强复合材料布加固混凝土装置及其用于加固混凝土的方法技术特征作进一步的说明。本发明预应力纤维增强复合材料布加固混凝土的装置，包括纤维布2、固定端夹具3、固定端夹具锚栓4、固定端钢槽5、固定端锚栓6、固定端固定螺杆7、固定端螺母8、张拉端夹具9、张拉端夹具锚栓10、张拉端夹具螺栓11、张拉端钢槽12、张拉端锚栓13、张拉端固定螺杆14、张拉端螺母15、张拉螺杆16、张拉螺杆螺母17、第一挡板18、第二挡板19、第三挡板20、千斤顶21、力传感器22，待加固的混凝土构件1在受拉面两端预留锚栓孔，将固定端钢槽5及张拉端钢槽12分别用固定端锚栓6及张拉端锚栓13锚固于混凝土构件1受拉面，纤维布2两端分别用固定端夹具3和张拉端夹具9夹持，并利用固定端夹具锚栓4及张拉端夹具螺栓11分别使固定端夹具3和张拉端夹具9夹紧，且固定端夹具3和张拉端夹具9分别通过2根固定端固定螺杆7和2根张拉端固定螺杆14与固定端钢槽5、张拉端钢槽12连接，并用固定端夹具锚栓4将固定端夹具3锚固于混凝土构件1，同时旋紧固定端螺栓8使固定端夹具3和固定端钢槽5固接，千斤顶21放置于第一挡板18与第二挡板19之间，力传感器22放置于第二挡板19与第三挡板20之间，张拉螺杆16穿过张拉端钢槽12所设的通孔后再穿过第一挡板18、千斤顶21、第二挡板19、力传感器22、第三挡板20，且张拉螺杆16的端部旋紧张拉螺杆螺母17，将第一挡板18、千斤顶21、第二挡板19、力传感器22、第三挡板20连接在一起，张拉端夹具9用张拉端夹具锚栓10锚固于待加固的混凝土构件1的表面预制孔中，并旋紧张拉端螺母15，使张拉端夹具9锚固完成。本实施例中，千斤顶21顶推第一挡板18，将其向内侧推动，带动张拉端夹具9做同步位移，对纤维布2施加预应力，张拉稳定后，所述纤维布2与混凝土构件1的接触面上涂抹粘结剂，将纤维布2压粘于混凝土构件1的表面，并用沙包持压，在固定端夹具3及张拉端夹具9的底面在与混凝土构件1的接触面上涂抹粘结剂，固定端夹具3及张拉端夹具9的底面压粘于混凝土构件1的表面。本实施例中，所述2根张拉端固定螺杆14分别穿过张拉端钢槽12两侧所设的通孔及张拉端夹具9下部所设的通孔将张拉端钢槽12及张拉端夹具9连接在一起，张拉端钢槽12还设有另一个连接孔，张拉螺杆16穿过张拉端钢槽12所设的连接孔与张拉端钢槽12、第一挡板18、第二挡板20、第三挡板21、千斤顶21、力传感器22连接；固定端钢槽5通过固定端锚栓6锚固到混凝土构件1，2根固定端固定螺杆7分别穿过固定端钢槽5两侧通孔及固定端夹具3下部夹具所设的通孔将固定端钢槽5及固定端夹具3连接在一起，固定端夹具3通过固定端夹具锚栓4锚固到混凝土构件1。所述固定端固定螺杆7、张拉端固定螺杆14、张拉螺杆16为高强螺杆。本实施例中，所述固定端夹具3包括有上部及下部，固定端夹具3为2片带圆齿面的楔形体，固定端夹具3上有6个用于安装固定端夹具锚栓4的圆形通孔；固定端夹具3的下部设有2个用于连接固定端固定螺杆7的圆形孔；所述张拉端夹具9包括有上部及下部，张拉端夹具9为2片带圆齿面的楔形体，张拉端夹具9上设有6个用于安装张拉端夹具锚栓10和张拉端夹具螺栓11的圆形孔；张拉端夹具9的下部设有2个用于连接张拉端固定螺杆14的圆形孔。本实施例中，所述固定端钢槽5为U型体，顶面有6个用固定端锚栓6锚固于混凝土构件1上的圆形通孔，另有2个连接固定端固定螺杆7的圆形通孔。本实施例中，所述张拉端钢槽12为U型体，顶面有6个用张拉端锚栓13锚固于混凝土构件1上的圆形通孔，另有2个连接张拉端固定螺杆14的圆形通孔。本实施例中，所述固定端固定螺杆7为圆柱体，两端带外螺纹；所述张拉端固定螺杆14为圆柱体，两端带外螺纹；所述张拉螺杆16为圆柱体，两端带外螺纹。上述固定端夹具3通过固定端夹具锚栓4锚固混凝土构件，并用固定端固定螺杆7、固定端螺母8将固定端钢槽5与固定端夹具3的下部连接固定，使用固定端锚栓6将固定端钢槽5锚固混凝土构件1，达到固定端整体锚固；以上锚固方式极大程度减小了由锚固引起的预应力损失。本实施例中，所述固定端固定螺杆7为圆柱体，两端带外螺纹；所述张拉端固定螺杆14为圆柱体，两端带外螺纹；所述张拉螺杆16为圆柱体，两端带外螺纹。本实施例中，所述张拉端钢槽12有1个圆形通孔使张拉螺杆16穿过；所述第二挡板19、第三挡板20为长方体，各带有1个用于安装张拉螺杆16的圆形通孔，用于固定千斤顶21、力传感器22；所述第一挡板18为长方体，带有1个用于安装张拉螺杆16的圆形通孔，用于张拉时推动张拉端夹具9。上述张拉端夹具9通过张拉螺杆17连接，形成双螺杆对称张拉结构，使张拉时纤维布2施力均匀，避免了偏心受拉，可以提供较大水平的预应力。进行张拉后，张拉端夹具9通过张拉端夹具锚栓10锚固于混凝土构件的预制孔中，并用张拉端固定螺杆14、张拉端螺母15将张拉端钢槽12与张拉端夹具9的下部连接固定，使用张拉端锚栓13将张拉端钢槽12锚固于混凝土1构件，达到张拉端整体锚固，减小锚固引起的预应力损失。张拉端夹具9和张拉端钢槽12通过张拉螺杆17与第一挡板18、第二挡板19、第三挡板20、千斤顶21、力传感器22连接，并在张拉端钢槽12和第三档板20外侧用张拉螺杆螺母17固定，从而使千斤顶21、力传感器22固定。本发明提供一种张拉过程中施力均匀，不会对纤维布造成损伤的加固混凝土构件的装置。将本发明装置用于一种自锚式预应力纤维增强复合材料布加固混凝土的方法如下：A、张拉前准备：①清除待加固混凝土构件1表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土，露出混凝土结构层，并用修复材料将表面修复平整；混凝土表面凹陷部位用找平材料填补平整，对裂缝进行灌浆或封闭处理；②待加固的混凝土构件1在受拉面两端预留锚栓孔，将固定端钢槽5及张拉端钢槽12分别用固定端锚栓6及张拉端锚栓13锚固于混凝土构件1受拉面。③在纤维布2和混凝土构件1接触面上涂抹粘结剂，固定端夹具3和张拉端夹具9底面和混凝土构件1接触面上涂抹粘结剂。④纤维布2两端分别用固定端夹具3和张拉端夹具9夹持，并利用固定端夹具锚栓4及张拉端夹具螺栓11分别使固定端夹具3和张拉端夹具9夹紧。⑤固定端夹具3和张拉端夹具9分别通过2根固定端固定螺杆7和2根张拉端固定螺杆14与固定端钢槽5、张拉端钢槽12连接，并用固定端夹具锚栓4将固定端夹具3锚固于混凝土构件1，同时旋紧固定端螺母8使固定端夹具3和固定端钢槽5固接。⑥将张拉螺杆16穿过张拉端钢槽12上的圆形通孔，另一侧安装第一挡板18、第二挡板19、第三挡板20，将千斤顶21放置于第一挡板18与第二挡板19的中间，力传感器22放置于第二挡板19与第三挡板20的中间，旋紧2个张拉螺杆螺母17。B、安装千斤顶、力传感器，实施张拉：①使用千斤顶21顶推第一挡板18，将其向内侧推动，带动张拉端夹具9做同步位移，对纤维布2施加预应力。②张拉稳定后，将纤维布2压粘于混凝土表面，并用沙包持压。③张拉端夹具9用张拉端夹具锚栓10锚固于待加固的混凝土构件1的表面预制孔中，并旋紧张拉端螺母15，使张拉端夹具9锚固完成。④待粘结胶固化后，拆除张拉端的张拉钢块18，所有的金属件表面抹一层防锈油脂，并粉刷6mm厚胶黏剂作为纤维布2的保护层。