架空构件施加环向预应力纤维布的装置的制作方法

本发明涉及架空建筑梁、架空管道等架空构件的加固修复设备，具体为对架空构件施加环向预应力纤维布的机械化施工设备。

二、

背景技术：

纤维布具有轻质高强、耐腐蚀、抗疲劳等独特优势，最早是应用于航空航天领域以及船舶结构的补强，进入90年代，随着土木工程行业的飞速发展，由于桥梁和高层建筑的抗震、加固补强的需要，粘贴纤维布加固法作为一种新型加固修复的方法被广泛应用到钢筋混凝土、砌体等结构加固领域，然而我国在粘贴纤维布加固修复技术方面的研究起步较晚，且这种粘贴技术主要发展是在理论分析方法方面，在应用研究领域还有所欠缺。近些年，伴随着基础设施设计开始从钢筋混凝土向钢结构方向发展，且纤维布加固法也渐渐被行业所熟知，粘贴纤维布加固技术因其施工简便、效果显著等优点，用来加固修复结构具有显著优势，故也有诸多学者开始从事这方面的研究。

国内外虽然已有对纤维布施加预应力进行加固的先列，但是大都是针对构件的局部损伤点进行修复加固，特别是对于环向施加预应力纤维布是非常少的，而且仅有的环向施加预应力装置都是以人工方式进行施加，人工施加方式并不能保证初始预应力的均匀分布和精度；并且人工操作所需要的人力成本太高。

申请号为CN201510416732.3的中国专利申请公开了本申请人此前申请的一种承压管道损伤修复工艺，该工艺按如下步骤进行：预备碳纤维布(4)，修补剂，粘结剂，扭矩扳手(15)，张紧装置(1)；对承压管道(5)进行损伤定位，清理障碍物；除去损伤部位异物，划定待修复区域；在待修复区域涂刷修补剂后再涂刷粘结剂；将碳纤维布(4)贴在粘结剂上，用张紧装置(1)将碳纤维布(4)的左右两端紧定；将扭矩扳手(15)夹紧在轴头(10)上，搬动扭矩扳手(15)使指针盘(16)中指针达到预定扭力；旋紧所有的锁紧螺钉(3)，碳纤维布(4)的预应力被恒定；在碳纤维布(4)表面均匀涂刷粘结剂；待粘结剂达到规定凝固期后拆除张紧装置(1)，完成一次修复过程。但该技术仅能实现对局部损伤进行修复，存在无法实现对管道缠绕至少一整圈纤维布施加环向预应力的缺陷。

三、

技术实现要素：

本发明的目的是研制出一种机械化的环向预应力的张拉牵引装置，以满足日益增多的补强修复和工业化的要求，进一步推广预应力纤维布加固技术以及增加其准确性和可靠性，减少人为误差。

本发明的基本思路是：设计一种架空构件施加环向预应力纤维布的装置，该装置固定在需要加固或修复的架空构件的加固或修复段两端，将纤维布的一端用结构胶粘贴到架空构件的修复段上，待粘贴的纤维布固化后，再在纤维布涂上结构胶，由该装置牵引纤维布的另一端围绕架空构件转动至少一圈即使纤维布至少在架空构件上至少缠绕一圈后施加预应力至设定的预应力值，待缠绕的纤维布固化在架空构件上后，拆除该装置即完成用环向预应力纤维布修复加固架空构件的工作。

本发明所述环向预应力纤维布是指缠绕在架空构件上的纤维布沿整个圆周都产生有相同的预应力。

本发明是这样实现的：

一种架空构件施加环向预应力纤维布的装置，其特征在于该装置包括上骨架和下骨架，其中：

上骨架两端都设有半圆形外圈骨架，两端的外圈骨架上沿圆周都均布有螺杆，两端的外圈骨架内侧壁都固定有轨道架，轨道架端部固定有与外圈骨架同圆心的半圆形轨道，轨道上装有半圆形工作齿轮；两端的外圈骨架上都沿径向向外固定有支架，支架内侧壁上装有传动齿轮轴，传动齿轮轴上装有传动齿轮；有一电机座固定在两端的外圈骨架上，电机座中间固定有电机，电机上装有电机控制器；电机为带双向输出轴的电机，电机两侧的输出轴端部都装有主动齿轮，主动齿轮与相应的传动齿轮配合；有一连杆两端固定在相应的工作齿轮上，连杆上按中心对称装有一对调节杆，两调节杆之间装有牵引杆，且其中一个调节杆上装有扭力表；

下骨架两端都设有半圆形外圈骨架，两端的外圈骨架上沿圆周都均布有螺杆，两端的外圈骨架内侧壁都固定有轨道架，轨道架端部固定有与外圈骨架同圆心的半圆形轨道，轨道上装有半圆形工作齿轮；

上骨架和下骨架通过连接件连接，上骨架上的半圆形工作齿轮和下骨架上的半圆形工作齿轮也通过连接件连接；

上骨架和下骨架通过连接件连接后，上骨架上的半圆形外圈骨架与下骨架上的半圆形外圈骨架形成完整的圆形外圈骨架，相应的两个半圆形轨道也组合成完整的圆形轨道，两个半圆形工作齿轮也组合成完整的与传动齿轮相配合的圆形工作齿轮。

进一步的方案是：轨道中装有滚珠。此构造的设计原理同于轴承设计原理。其中带滚珠轨道最好每隔一段要设置隔板，并且两端封口，以防滚珠掉落。

本发明中：

连接件可以是卡扣件、螺栓、插销等多种形式的固定连接件。

电机控制器应根据纤维布预应力设定值及时停止电机工作，电机控制器可按常规设计成自动控制，也可人工观察启闭电机控制器。

由于纤维布具有很强的抗拉强度，以及较小的伸缩量。所以就需要电机有比较大的扭矩和较慢的转速，以保证可以张拉纤维布的同时并保证其精度。

根据电机的扭矩及转速公式：

转速公式：

n＝60f/P(其中n—转速，f—电源频率，P—磁极对数)

扭矩公式：

T＝9550P/n(其中T—扭矩，P—输出功率，n—电机转速)

由公式可知，转速和扭矩成反比，在相同的电源频率和输出功率下，可使电机的磁极对数更大，以满足本发明所需要的电机的要求。

传力路径是：工作时，纤维布一端粘贴固化在架空构件待修复区域，另一端固定(可以是导装等多种固定方式)在牵引杆上，电机带动主动齿轮转动，主动齿轮又带动传动齿轮转动，传动齿轮带动工作齿轮转动，由于连杆与工作齿轮是固定连接在一起的，所以会跟着工作齿轮一起转动，连杆带动调节杆转动，调节杆又带动牵引杆转动，牵引杆会拉扯纤维布，从而完成初始预应力的施加。

本发明的优点及效果是：采用了分离式骨架，方便拆卸安装；为满足尽可能的被加固构件的尺寸范围，特设计可伸缩的调节杆，以节约该装置的生产成本和加大应用范围；扭力表可方便准确的知道所施加的初始预应力值并将设定的最大值通过传感器等传递给电机控制器；类轴承式轨道，此处模仿的是轴承的转动方式，在轨道内设置滚珠，使得工作齿轮可以在此滑动并尽量减小摩擦力；其它主要部件也都采用可分离设计，方便拆卸安装和储运。

四、附图说明

图1是本发明实施例的加固组装示意图的主视图；

图2是本发明实施例的加固组装示意图的侧视图；

图3是本发明实施例的上骨架主视图；

图4是本发明实施例的上骨架侧视图；

图5是本发明实施例的下骨架主视图；

图6是本发明实施例的下骨架侧视图；

图7是本发明的左边传动齿轮与外圈骨架的连接主视图；

图8是本发明的左边传动齿轮与外圈骨架的连接侧视图；

图9是本发明的牵引装置的主视图；

图10是本发明的牵引装置的侧视图；

图11是本发明的牵引装置的上半部分侧视图；

图12是本发明的牵引装置的下半部分侧视图；

图13是图2中的A-A截面图；

图14是图12中的B-B截面图；

图15是本发明中支撑杆的主视图；

图16是本发明中支撑杆的侧视图。

图中：1—主动齿轮；2—传动齿轮；3—工作齿轮；4—支架；5—电机；6—电机座；701—上骨架；702—下骨架；8—螺杆；9—外圈骨架；10—连接件；11—连杆；12—调节杆；13—电机控制器；14—扭力表；15—轨道架；16—牵引杆；17—被加固件；18—连接孔；19—传动齿轮轴；20—轨道；21—滚珠。

五、具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

如图1至图16，一种架空构件施加环向预应力纤维布的装置，其特征在于该装置包括上骨架701和下骨架702，其中：

上骨架701两端都设有半圆形外圈骨架9，两端的外圈骨架9上沿圆周都均布有螺杆8，两端的外圈骨架9内侧壁都固定有轨道架15，轨道架15端部固定有与外圈骨架9同圆心的半圆形轨道20，轨道20上装有半圆形工作齿轮3；两端的外圈骨架9上都沿径向向外固定有支架4，支架4内侧壁上装有传动齿轮轴19，传动齿轮轴19上装有传动齿轮2；有一电机座6固定在两端的外圈骨架9上，电机座6中间固定有电机5，电机5上装有电机控制器13；电机5为带双向输出轴的电机5，电机5两侧的输出轴端部都装有主动齿轮1，主动齿轮1与相应的传动齿轮2配合；有一连杆11两端固定在相应的工作齿轮3上，连杆11上按中心对称装有一对调节杆12，两调节杆12之间装有牵引杆16，且其中一个调节杆12上装有扭力表14；

下骨架702两端都设有半圆形外圈骨架9，两端的外圈骨架9上沿圆周都均布有螺杆8，两端的外圈骨架9内侧壁都固定有轨道架15，轨道架15端部固定有与外圈骨架9同圆心的半圆形轨道20，轨道20上装有半圆形工作齿轮3；

上骨架701和下骨架702通过连接件10连接，上骨架701上的半圆形工作齿轮3和下骨架702上的半圆形工作齿轮3也通过连接件10连接；

上骨架701和下骨架702通过连接件10连接后，上骨架701上的半圆形外圈骨架9与下骨架702上的半圆形外圈骨架9形成完整的圆形外圈骨架9，相应的两个半圆形轨道20也组合成完整的圆形轨道20，两个半圆形工作齿轮3也组合成完整的与传动齿轮2相配合的圆形工作齿轮3。

轨道20中装有滚珠21。

施工步骤可以是：

①先确定被加固件17的周长以及所需要的初始预应力大小和纤维布的搭接长度，从而确定截取纤维布的长度；

②在截取好的纤维布上，一端折叠刷胶并预留牵引杆16可插入的孔洞，另一端通过结构胶刷固在被加固件17上(注意保证其搭接长度满足计算要求)；

③等结构胶凝固好之后，将上骨架701和下骨架702通过螺杆8固定安装在被加固件17上，然后通过连接件10连接上骨架701和下骨架702，注意保证每根螺杆8调节的长度，以保证轨道20与被加固件17的距离是均等的，从而固定整个装置；

④调转工作齿轮3，使得连杆11在初始位置；

⑤调节调节杆12与被加固件17的距离，使调节杆12距离被加固件17尽可能的近。将牵引杆16穿过调节杆12前端的螺孔并导入纤维布一端折叠刷胶后的孔洞；

⑥给纤维布粘贴面整体刷胶；

⑤打开电机6并注意观察扭力表14刻度值，待达到纤维布指定初始预应力值后，启动电机控制器13，以防止其再次转动或者反转。

⑥待纤维布上的胶完全凝固之后，即可拆卸该架空构件施加环向预应力纤维布的装置，加固完成。