本发明属于钢材结构技术领域，具体涉及一种cfrp板多点支撑预应力加固的结构组件及其预应力施加方法。
背景技术：
预应力加固钢结构的有效性在很多工程中得到了证明。在钢结构中施加预应力，可以提高构件或结构的承载能力，减小变形，达到节约钢材、降低工程造价的目的。在实际的工程应用中，可以将预应力施加在某一或某些构件上，也可以施加在整个结构上。
对钢梁而言，对下翼缘进行cfrp板预应力加固，可以通过对截面受拉区施加预压应力，可使结构在使用荷载下不产生裂缝或裂缝宽度减小，而且预应力还会使梁产生反拱作用而减小梁的变形。并且，预应力的使用提高了cfrp的利用率，这是因为cfrp的强度高、弹性模量小，需要很大的变形才能发挥纤维的高强作用，对cfrp施加预拉力，可以使cfrp在结构破坏前充分发挥其强度。同时，预应力的使用也避免剥离破坏。故采用预应力cfrp加固时，降低了梁的竖向相对变形，减小了剥离剪应力，避免了粘结剥离破坏，相对地提高了极限承载力。
对钢柱而言，预应力撑杆柱较为常见。在受压的轴心压杆中通过给两端与之锚固的索施加预应力提前受压，而在荷载作用下，杆件继续受压，两者应力叠加，预应力索却应力降低，同时在构件中设置若干支撑，只要构件在外荷载作用下，预应力高强钢索始终保持绷紧而不松弛的状态，就能通过支撑给构件提供有效的弹性支承点，从而减小构件计算长度，提高构件的稳定承载力。
施加预应力的方法很多，有反拱法、直接张拉法、波纹锚具张拉法等。但是这些方法大多使用千斤顶进行张拉，工艺复杂，在工程上实用性不强。
技术实现要素：
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明旨在提出一种cfrp板多点支撑预应力加固的结构组件，采用简单的结构对结构件施加预应力。
本发明旨在提出一种cfrp板加固结构件多点支撑预应力施加方法。
根据本发明实施例的一种cfrp板多点支撑预应力加固的结构组件，所述结构组件包括：结构件，所述结构件为适于承受载荷的金属结构件；cfrp板，所述cfrp板设在所述结构件上，所述cfrp板上具有至少两个连接在所述结构件上的连接点；支撑装置，所述支撑装置设在所述结构件上且位于两个所述连接点之间，所述支撑装置包括调整螺杆和支撑件，所述调整螺杆可转动地设在所述结构件上，所述支撑件与所述调整螺杆螺纹配合，所述调整螺杆转动时所述支撑件与所述结构件之间的距离可调，所述支撑件支撑在所述cfrp板上，所述支撑件在与所述结构件之间的距离增大时可顶起所述cfrp板朝向远离所述结构件的方向变形。
根据本发明实施例的cfrp板多点支撑预应力加固的结构组件，通过将cfrp板连接在结构件上后，利用支撑装置将cfrp板顶起，不使用千斤顶张拉的复杂工艺，且支撑装置通过调整螺杆的转动调节cfrp板的张拉量，从而实现cfrp板预应力的施加。对有体外预应加固需求的工程，此结构组件结构简单，使用操作方便，施工成本低，实用性强。
在一些实施例中，所述支撑装置包括固定板，所述固定板固定在所述结构件上，所述固定板上设有凹槽，所述凹槽的开口为缩口；同时，所述调整螺杆具有头部凸起和尾部凸起，所述头部凸起用于限位所述支撑件，所述尾部凸起配合在所述凹槽内。
具体地，所述支撑装置具有多个所述调整螺杆，所述支撑件与多个所述调整螺杆分别螺纹连接。
进一步地，所述支撑件的与所述cfrp板接触的表面形成为朝向远离所述结构件的方向凸出的弧面。
在一些实施例中，所述支撑装置为多个，多个所述支撑装置间隔开设在所述结构件上且用于支撑同一块所述cfrp板。
在一些实施例中，所述cfrp板上位于每相邻两个所述支撑装置之间的部分上具有连接在所述结构件上的所述连接点。
在一些实施例中，所述结构组件还包括锚固装置，所述锚固装置包括压板和锚固件，所述压板将所述cfrp板压制在所述结构件上，所述锚固件连接在所述结构件和所述压板之间，所述cfrp板被所述压板压制而与所述结构件相连的部分构成所述连接点。
具体地，所述压板的与所述cfrp板接触的表面形成为朝向所述结构件的方向凸出的弧面。
更具体地，所述锚固装置包括焊接连接在所述结构件上的锚固板，所述锚固件为螺纹连接在所述锚固板上的螺栓。
根据本发明实施例的一种cfrp板加固结构件多点支撑预应力施加方法，包括如下步骤：
步骤1：将支撑装置的固定板焊接连接在结构件上，其中，所述支撑装置还包括调整螺杆和支撑件，所述调整螺杆可转动地设在所述固定板上，所述支撑件与所述调整螺杆螺纹配合，所述支撑装置保持在所述支撑件贴合所述固定板的闭合状态；将多个锚固装置的锚固板间隔开地焊接连接在结构件上；
步骤2：将未张拉的cfrp板置于所述支撑件和多个所述锚固板上，将每个所述锚固装置的压板通过锚固件连接在所述锚固板上，使所述压板和所述锚固板夹住所述cfrp板；
步骤3：旋转所述支撑装置上的所述调整螺杆，使得所述cfrp板被撑起来以产生预拉应力。
根据本发明实施例的cfrp板加固结构件多点支撑预应力施加方法，先锚固后张拉，不使用千斤顶，而使用可人为控制支撑长度的支撑装置和多点支撑(支撑点数为n)的设计，控制cfrp板的张拉长度，从而实现cfrp板预应力的施加。对有体外预应加固需求的钢结构工程，此方法方便使用。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1a是根据本发明一个实施例的结构组件的侧视图，其中cfrp板为单点支撑；
图1b是根据本发明一个实施例的结构组件的侧视图，其中cfrp板为双点支撑；
图1c是根据本发明一个实施例的结构组件的侧视图，其中cfrp板为三点支撑。
图2是根据本发明一个实施例的结构组件的展示步骤施工图，其中，
步骤1：将闭合状态下的支撑装置和中间位锚固装置靠近结构件的一边焊接于结构件上；
步骤2：将未张拉的cfrp板穿过支撑装置和中间位锚固装置，使用端部锚固装置固定cfrp板于结构件的两端，然后将中间位锚固装置的靠近cfrp板的一端固定好；
步骤3：旋转支撑装置上的螺栓，使得cfrp板被撑起来，从而产生预拉应力。
图3a是根据本发明一个实施例的结构组件未设置cfrp板时的立体示意图；
图3b是图3a所示实施例的结构组件设置了cfrp板时的立体示意图。
图4a是根据本发明一个实施例的支撑装置在闭合状态时的立体图；
图4b是图4a所示实施例的支撑装置在张开状态时的立体图。
图5a是根据本发明一个实施例的支撑装置在闭合状态时的正视图；
图5b是图5a所示实施例的支撑装置在张开状态时的正视图。
附图标记：
结构组件100、
结构件1、
cfrp板2、
支撑装置3、调整螺杆31、支撑件32、固定板33、凹槽331、
锚固装置4、压板41、锚固件42、锚固板43、端部锚固装置401、中间位锚固装置402。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例的cfrp板多点支撑预应力加固的结构组件的结构。
根据本发明实施例的一种cfrp板多点支撑预应力加固的结构组件，如图3a和图3b所示，结构组件100包括：结构件1、cfrp板2和支撑装置3。
结构件1适于承载载荷，这里，结构件1为工程上应用的某一构件或某些构件，也可以是整个结构。结构件1可以是受弯梁、受压柱、支撑柱等，结构件1上承受载荷可以是拉力、压力、弯矩、扭矩等。可选地，结构件1为工字型钢、槽钢、角钢等构件，当然，结构件1的材质和形状也可不受上述限制。
cfrp板2设在结构件1上，cfrp板2上具有至少两个连接在结构件1上的连接点。支撑装置3设在结构件1上且位于两个连接点之间，支撑装置3包括调整螺杆31和支撑件32，调整螺杆31可转动地设在结构件1上，支撑件32与调整螺杆31螺纹配合，调整螺杆31转动时支撑件32与结构件1之间的距离可调，支撑件32支撑在cfrp板2上，支撑件32在与结构件1之间的距离增大时可顶起cfrp板2朝向远离结构件1的方向变形。
其中，cfrp板2是由碳纤维与树脂基体混合，经过一定的加工工艺复合而成的非金属材料。cfrp板2具有轻质、高强、施工成型方便、耐腐蚀等显著优点，可张拉，产生较大的预应力。
在将cfrp板2固定在结构件1上后，通过旋转支撑装置3上的调整螺杆31，可以调整支撑件32与结构件1之间的距离。而由于支撑件32顶在cfrp板2上，因此在支撑件32相对结构件1距离调动时，cfrp板2被顶起的部分与结构件1之间的距离a可调，cfrp板2变形幅度发生变化，从而cfrp板2张拉量发生变化。
可以理解的是，当cfrp板2被支撑装置3顶起变形后时，cfrp板2相当于对结构件1施加了预应力。因此，支撑装置3可以直接调节结构件1的预应力大小。该结构组件100上cfrp板2的张拉，属于先锚固后张拉，避免了使用千斤顶进行张拉的复杂工艺，直接调整支撑装置3中的支撑件32在调整螺杆31上配合高度，将cfrp板2支撑起来，使其处于绷紧状态，通过手动(或者采用扳手等工具)扳动调整螺杆31对cfrp板2施加预应力。有的实施例中，结构组件100上预应力大小可通过检测系统测量调整，例如在cfrp板2上设置应变片，根据cfrp板2上应变片的数值，控制cfrp板2施加预应力的大小。
根据本发明实施例的cfrp板多点支撑预应力加固的结构组件，通过将cfrp板2连接在结构件1上后，利用支撑装置3将cfrp板2顶起，且支撑装置3通过调整螺杆31的转动调节cfrp板2的张拉量，从而实现cfrp板2预应力的施加。对有体外预应加固需求的工程，此结构组件100结构简单，使用操作方便，施工成本低，实用性强，可用于钢梁的下翼缘加固、预应力撑杆钢柱加固等。
在一些实施例中，如图1a-图5b所示，支撑装置3包括固定板33，固定板33固定在结构件1上，固定板33上设有凹槽331，凹槽331的开口为缩口。同时，调整螺杆31具有头部凸起和尾部凸起，头部凸起用于限位支撑件32，尾部凸起配合在凹槽331内。这里，在固定板33上的凹槽331设置成具有缩口，可以使调整螺杆31转动时不会相对固定板33移动，而且避免调整螺杆31的尾部凸起从凹槽331内脱出。
可选地，调整螺杆31的头部凸起为六角形，它的作用不仅在于避免支撑件32从调整螺杆31上脱出，还在于可以方便旋转调整螺杆31。
具体地，固定板33为钢板，固定板33焊接连接在结构件1上。当然，固定板33也可以采用其他结构形式(如铆接)固定在结构件1上。具体地，支撑件32为钢板，钢板上设有与调整螺杆31配合的螺纹孔。
进一步地，如图4a-图5b所示，支撑装置3具有多个调整螺杆31，支撑件32与多个调整螺杆31分别螺纹连接，这样与多个调整螺杆31连接后，支撑件32支撑cfrp板2更加稳固。
有的实施例中，支撑件32的与cfrp板2接触的表面形成为朝向远离结构件1的方向凸出的弧面，从而避免cfrp板2在与支撑件32接触处产生过大的应力集中，进而避免cfrp板2受损、折断等。有的实施例中，支撑件32在cfrp板2的长度方向上的两端设有倒圆角，这样当支撑件32顶起cfrp板2时，支撑件32边缘处通过倒圆角的弧面支撑cfrp板2。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“厚度”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在图5a-图5b所示示例中，结构件1为结构件，支撑装置3包括两块钢板和一个可旋转的螺栓，螺栓的尾部凸起与其中一块钢板通过凹槽331连接在一起，两者仅可以在平面内相对运动，该钢板焊接在结构件上。螺栓的螺杆段与另一块钢板通过螺纹连接，旋转螺栓时，该钢板由于螺栓与钢板的相对运动关系，而发生沿螺杆轴向的运动，从而撑起cfrp板2。该支撑装置3的两块钢板在最开始处于闭合状态，在cfrp板2安装好以后，两块钢板通过螺栓旋转而彼此分开，处于张开状态。该支撑装置3，可通过在外侧旋转螺栓，来调节对cfrp板2的支撑长度a，使得cfrp板2被顶离结构件。
当然，在本发明中，支撑装置3也可以为其他结构，例如，可以在结构件1上直接设置凹槽331、穿孔，将调整螺杆31连接在凹槽331、穿孔处。
在一些实施例中，如图2-图3b所示，结构组件100还包括锚固装置4，锚固装置4包括压板41和锚固件42，压板41将cfrp板2压制在结构件1上，锚固件42连接在结构件1和压板41之间，cfrp板2被压板41压制而与结构件1相连的部分构成连接点。也就是说，锚固装置4用压板41和锚固板43夹住cfrp板2，这种固定cfrp板2的方式，可靠性较好，避免cfrp板2上出现较大集中应力导致损坏的情况。
具体地，如图2所示，锚固装置4包括焊接连接在结构件1上的锚固板43，锚固件42为螺纹连接在锚固板43上的螺栓。
可选地，压板41为钢板，压板41上设有与螺栓配合的螺纹孔。有利地，每个锚固装置4具有多个锚固件42，即压板41通过多个螺栓固定在锚固板43上。
在有的实施例中，同一块cfrp板2仅通过一个支撑装置3支撑，此时，cfrp板2的相对两端分别通过锚固装置4固定在结构件1上。
在有的实施例中，还可以根据具体需求，设计多点支撑的个数n。如图1b和图1c所示，支撑装置3为多个，多个支撑装置3间隔开设在结构件1上且用于支撑同一块cfrp板2。如在加固弱轴失稳的工字型截面钢柱时，可以通过控制支撑点数n，控制支撑长度a，从而实现cfrp板2加固后的钢柱截面积外沿不扩大。
具体地，cfrp板2上位于每相邻两个支撑装置3之间的部分上具有连接在结构件1上的连接点。这样，cfrp板2每隔一段就有一处连接在结构件1上，相当于将cfrp板2分成多段，每段分别通过支撑装置3支撑，这样cfrp板2的张拉量可得到进一步扩大。
这里为方便区分，根据锚固装置4的位置，可将位于cfrp端部的锚固装置4称为端部锚固装置401，将位于cfrp板2上相邻两个支撑装置3之间的锚固装置4称为中间位锚固装置402，如图1a-图2所示。
在具有多个锚固装置4的实施例中，至少于中间位锚固装置402上，压板41的与cfrp板2接触的表面形成为朝向结构件1的方向凸出的弧面，锚固板43的与cfrp板2接触的表面形成为朝向结构件1的方向凸出的弧面。从而避免cfrp板2在与锚固装置4接触处产生过大的应力集中，进而避免cfrp板2受损、折断等。
下面参照图2描述根据本发明实施例cfrp板加固结构件多点支撑预应力施加方法。
根据本发明实施例的cfrp板加固结构件多点支撑预应力施加方法，包括如下步骤：
步骤1：将支撑装置3的固定板33焊接连接在结构件1上，其中，支撑装置3还包括调整螺杆31和支撑件32，调整螺杆31可转动地设在固定板33上，支撑件32与调整螺杆31螺纹配合，支撑装置3保持在支撑件32贴合固定板33的闭合状态；将多个锚固装置4的锚固板43间隔开地焊接连接在结构件1上；
步骤2：将未张拉的cfrp板2置于支撑件32和多个锚固板43上，将每个锚固装置4的压板41通过锚固件42连接在锚固板43上，使压板41和锚固板43夹住cfrp板2；
步骤3：旋转支撑装置3上的调整螺杆31，使得cfrp板2被撑起来以产生预拉应力。
这里，结构件1的截面形状、材料类型可不作限制，支撑装置3、锚固结构的具体结构在上文关于cfrp板多点支撑预应力加固的结构组件100的说明中已说明，这里不再赘述。
由此，根据本发明实施例的cfrp板加固结构件多点支撑预应力施加方法，先锚固后张拉，不使用千斤顶，而使用可人为控制支撑长度的支撑装置3和多点支撑(支撑点数为n)的设计，控制cfrp板2的张拉长度，从而实现cfrp板2预应力的施加。对有体外预应加固需求的钢结构工程，此方法方便使用，可用于钢梁的下翼缘加固、预应力撑杆钢柱加固等。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。