一种加固钢梁及组合梁的预应力CFRP板张拉锚固装置的制作方法

本发明属于桥梁钢结构及组合结构加固领域，涉及一种新型预应力CFRP板张拉锚固装置，尤其适用于工字形钢板梁桥和钢箱梁桥的加固设计和施工。

背景技术：

碳纤维片材(Laminate)分为碳纤维布(Sheet)和碳纤维板(Plate)。由于碳纤维布加固量小且质量性能不稳定，逐渐被碳纤维板所取代。将“体外预应力技术”与“粘贴纤维复合材料加固技术”相结合，可以充分发挥材料的高强特性、有效延缓结构开裂、避免过早发生剥离破坏。由于设计理念的改进，该方法己成为国内纤维加固技术的主流。目前，该方法的适用对象尚局限于混凝土结构，相应的张拉、锚固装置也仅适用混凝土结构。

申请号为200910252181.6的发明专利涉及“一种采用预应力碳纤维板加固梁的方法及装置”，该方法有以下特点：1.其锚固装置是平板锚具，需要大量高强螺栓进行锚固装置的固定和碳纤维板的夹持，而钢结构的特点决定了不宜在其表面过多开孔；2.其张拉装置是对碳纤维板横向张拉，须在跨中增设锚固点，且在锚固点位置存在较大的竖向集中荷载，对被加固梁的局部受力不利；3.碳纤维板呈折线形布置，将会减小桥梁净空，且预应力水平越高净空损失量越大。

申请号为201410826947.8的发明专利申请涉及“一种预应力碳纤维板张拉装置及其用于预应力碳纤维板张拉的方法”，该方法有以下特点：1.锚具安装过程中，要求在混凝土表面切割挖槽，并使碳纤维板粘贴在结构表面，形成有黏结加固，该项技术不适用于加固钢梁或组合梁；2.通过螺纹杆传力，工具挡板带动张拉挡板产生位移，千斤顶和张拉端支座位于两侧挡板之间，致使张拉端施工空间较大；3.该装置的各个部件多为长方体，用钢量较大。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的在于提供一种加固钢梁及组合梁的预应力CFRP板张拉锚固装置，同时解决以下技术问题：1.锚具与CFRP板的连接方式不依赖结构胶和化学锚栓，以避免传统胶粘式锚具的耐久性问题和开孔钢板的应力集中问题；2.张拉、锚固装置主要由薄壁钢板构成，处于以受压为主的复杂应力状态，需保证局部稳定；3.优化各个部件的外形尺寸，以减小张拉实施空间、降低锚具生产成本。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供一种加固钢梁及组合梁的预应力CFRP板张拉锚固装置，包括预应力CFRP板张拉装置和锚固装置，所述张拉装置包括定位钢角、张拉钢角、锁紧螺母、导向螺杆、调节螺母、离合钢槽、穿心式千斤顶、定位挡板、楔形夹片和高强螺栓，所述锚固装置包括钢角支座、楔形夹片和高强螺栓。

所述定位钢角包括第一水平钢板和第一竖向钢板，所述第一竖向钢板与第一水平钢板之间设有直角三角形加劲肋，所述水平钢板上具有螺栓孔，所述第一竖向钢板上具有用于穿过导向螺杆的第一圆形孔道。所述定位钢角是横向分离布置的两块，每块第一竖向钢板上具有一个第一圆形孔道。

所述张拉钢角包括第二水平钢板和第二竖向钢板，所述第二竖向钢板与第二水平钢板之间设有直角三角形加劲肋，所述水平钢板与被加固梁滑动配合，可沿纵向自由移动，所述第二竖向钢板上具有用于穿过导向螺杆的第二圆形孔道。所述张拉钢角是横向整体布置的一块，所述第二圆形孔道的数量是两个。所述定位钢角和张拉钢角上均具有通槽，所述通槽与楔形夹片组成夹持式锚具。

具体地，所述的锁紧螺母是六角形螺母，位于导向螺杆的两端，分别锁死定位钢角和定位挡板。

具体地，所述导向螺杆是细长圆柱体，穿过定位钢角、张拉钢角、离合钢槽、穿心式千斤顶和定位挡板，所述定位钢角、离合钢槽和定位挡板所在区段的导向螺杆表面带外螺纹。

具体地，所述调节螺母是六角形螺母，位于离合钢槽内部。

具体地，所述离合钢槽由板钢、槽钢两部分构成，二者依靠纵向顶推力结合，中间的圆形孔道用于穿过导向螺杆。

具体地，所述穿心式千斤顶采用一对小型液压千斤顶，位于离合钢槽与定位挡板之间。

具体地，所述定位挡板是带孔方形钢板，中间的圆形孔道用于穿过导向螺杆。

具体地，所述楔形夹片是夹持在CFRP板上下表面的两块楔形体，张拉钢角和钢角支座上通槽作为穿设楔形体的楔形槽，楔形夹片的内表面涂抹有金刚砂；楔形夹片利用摩擦力实现对CFRP板的夹持。

具体地，所述钢角支座采用蛙式构造，通过高强螺栓与被加固梁连接，竖向钢板与水平钢板之间设有三角形加劲肋；所述钢角支座上具有用于安装楔形夹片的通槽。

本发明同时提供上述张拉装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤1，利用高强螺栓将张拉装置和锚固装置分别安装在被加固梁的两端；

步骤2，利用楔形夹片将CFRP板的两端夹持在张拉钢角和钢角支座上；

步骤3，利用穿心式千斤顶拉动导向螺杆，对CFRP板进行同步对称张拉；步骤4，当达到目标预应力后，通过旋紧调节螺母，定位钢角的夹持力从定位挡板传递到张拉钢角上；

步骤5，穿心式千斤顶停止供油，纵向顶推力释放，离合钢槽内部挤压力消失，板钢和槽钢接触面分离；

步骤6，将穿心式千斤顶从被加固梁上拆除。

有益效果：由于采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下特点和有益效果：

1.解决了传统预应力CFRP板锚具在钢梁及钢-混凝土组合梁上的锚固问题，拓展了预应力CFRP板加固技术的应用领域；

2.锚具与CFRP板之间的连接方式采用夹片式楔形锚，不依赖结构胶和化学锚栓，避免了传统胶粘式锚具的耐久性问题和开孔钢板的应力集中问题；

3.锚具受力原理以机械夹持为主，锚固效率高、质量性能稳定，可充分发挥CFRP板的高强特性；

4.钢角支座、定位钢角与被加固梁之间的连接方式采用高强螺栓，避免了采用焊接方法带来的疲劳隐患，高强螺栓数量精简、分布合理，避免薄壁钢板局部失稳；

5.张拉、锚固装置的构造较多地运用了三角形加劲肋，以提高结构的承载力和稳定性，避免竖向钢板在强大预加力下发生弯曲；

6.千斤顶的顶推力不是直接作用在定位钢角上，而是通过导向螺杆作用在定位挡板上，力流的改变使得定位钢角与张拉钢角之间的距离大幅缩短；

7.离合钢槽的存在使得锚固完成之后可以很方便地将千斤顶从张拉装置上拆除；

8.通过对张拉、锚固装置各个部件的外形尺寸进行优化，达到改善受力、降低造价的效果。

除了上面所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外，本发明的一种加固钢梁及组合梁的预应力CFRP板张拉锚固装置所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点，将结合附图做出进一步详细的说明。

附图说明

图1是本发明实施例中张拉锚固装置与被加固梁的整体结构示意图；

图2是图1的仰视图；

图3是图1的结构简图；

图4是图1中定位钢角的结构示意图；

图5是图1中张拉钢角的结构示意图；

图6是图1中钢角支座的结构示意图；

图7是图1中离合钢槽的结构示意图；

图8是图7的装配图；

图中，1被加固梁，2定位钢角，3张拉钢角，4锁紧螺母，5导向螺杆，6调节螺母，7离合钢槽，7-1板钢，7-2槽钢，8穿心式千斤顶，9定位挡板，10碳纤维板，11钢角支座，12高强螺栓。

具体实施方式

实施例：

本实施例的一种加固钢梁及钢-混凝土组合梁的预应力CFRP板张拉锚固装置如图1、图2和图3所示，包括定位钢角2、张拉钢角3、锁紧螺母4、导向螺杆5、调节螺母6、离合钢槽7、穿心式千斤顶8、定位挡板9、钢角支座11、高强螺栓12。楔形夹片分别位于张拉钢角3和钢角支座11的内部，嵌固其中形成整体。

张拉装置、锚固装置的固定分别由定位钢角2、钢角支座11实现，二者通过高强螺栓12与被加固梁1连接。定位钢角2在横向是分离式的，以便于夹持和安装，需沿两侧对称布置。张拉钢角3在横向是整体式的，可保证碳纤维板10在张拉过程中做同步位移。张拉钢角3与被加固梁1下翼缘的接触面光滑，在预加力下可沿纵向移动，在张拉完成后将纵向自由度锁死。

如图4、图5和图6所示，定位钢角2、张拉钢角3与钢角支座11采用高强度合金钢精铸成型。定位钢角2与张拉钢角3的纵向距离根据预应力水平、材料伸长率确定。定位钢角2、张拉钢角3与钢角支座11均设有三角形加劲肋，以防止竖向钢板在强大预加力作用下发生弯曲。张拉钢角3、钢角支座11与碳纤维板10的接触面需经丙酮溶液清洗和喷气除尘。导向螺杆5的两端附近带外螺纹。定位钢角2、定位挡板9通过锁紧螺母4固定于导向螺杆5的两端。

张拉钢角3、钢角支座11与碳纤维板10的连接均由楔形夹片实现。楔形夹片包括上下两片，分别楔入张拉钢角3、钢角支座11相互挤压共同受力。楔形夹片内表面涂抹金刚砂以提供足够的摩擦。

如图7和图8所示，离合钢槽7由板钢7-1和槽钢7-2两部分构成，二者依靠纵向顶推力结合，当顶推力消失后接触面分离。调节螺母位于离合钢槽7内部，张拉过程中呈放松状态，张拉完成后再手工旋紧。

本发明张拉结束阶段的主要步骤说明如下：

当达到目标预应力后，通过旋紧调节螺母4，定位钢角2的夹持力从定位挡板9传递到张拉钢角3上。此后穿心式千斤顶8停止供油，纵向顶推力释放，离合钢槽7内部挤压力消失，板钢和槽钢接触面分离，即可很方便地将穿心式千斤顶8从被加固梁1上拆除。

应注意，实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。