一种新型有粘结预应力碳纤维板—钢组合梁结构及其制作方法

一种新型有粘结预应力碳纤维板
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钢组合梁结构及其制作方法
技术领域
1.本发明涉及钢组合梁结构技术领域，特别是涉及一种新型有粘结预应力碳纤维板—钢组合梁结构及其制作方法。


背景技术：

2.钢结构是主要建筑结构类型之一，该结构主要有型钢和钢板等制成的钢柱、钢梁、钢桁架等构件组成，因其自重较轻，施工简便，广泛应用于大型厂房、场馆、超高层等领域。我国进入2000年以后，钢结构建筑逐渐增多，建成了以大埔钢结构机场、场馆、车站和高层建筑。钢结构工程中，梁是结构中经常出现的构件，用来支撑板并承受板传来的各种竖向荷载，是以弯曲变形为主要变形的构件。
3.cfrp板的抗拉强度设计值是钢材的3～5倍，而两者弹性模量接近，当cfrp板和钢梁共同工作时，钢梁达到承载力极限时cfrp板强度利用率较低，造成材料浪费。
4.同时，钢梁与cfrp连接技术一般采用普通外贴方式，粘结界面易剥离，钢与cfrp界面粘结直接影响到碳纤维板连接后结构整体的协同受力性能，结构胶的剪切强度相对于碳纤维板的高抗拉强度来说非常小，一旦碳纤维板和钢梁发生错动引起的剪切应变超过其抗剪强度时，粘贴层极易产生细微裂缝，结构胶固化后呈脆性，微裂缝不断扩展，界面的剥离破坏一旦发生，则结构失效。将预应力cfrp板和钢梁进行粘结锚压形成复合结构，即形成有粘结预应力cfrp板
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钢组合梁结构。通过cfrp板施加预应力后，对钢板产生反向的预拱度，形成组合结构，共同受力。
5.新型有粘结预应力碳纤维板——钢组合梁极大提高了结构的承载能力，减轻了结构的自重，降低了造价的同时也极大地提高了碳纤维板的利用率，充分发挥了其高强材料的优势。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新型有粘结预应力碳纤维板—钢组合梁结构及其制作方法，用以解决背景技术中提到的当钢梁达到承载力极限时cfrp强度利用率较低，材料浪费明显的技术问题，本发明不仅可直接提高结构的承载力，减轻结构本身的自重，充分发挥高强材料的效果，提高材料的利用率。
7.为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.一种新型有粘结预应力碳纤维板—钢组合梁结构，包括：钢梁和碳纤维板，其中，所述碳纤维板为预先经过张拉的预应力碳纤维板，该预应力碳纤维板通过结构胶粘贴在所述钢梁的受拉区域，并且在所述预应力碳纤维板的面层上还设置有多个锚板，所述锚板通过螺栓与所述钢梁的受拉区域固定连接，并且将所述预应力碳纤维板锚固在所述钢梁的受拉区域。
9.进一步的，所述预应力碳纤维板的长度与所述钢梁的收拉区域的长度相同，并且
所述锚板沿着所述预应力碳纤维板的长度方向设置多个。
10.一种新型有粘结预应力碳纤维板—钢组合梁结构，包括：首先将所述钢梁的受拉区域朝上，受压区域朝下，再置于工作操作台上；然后进行体外张拉支架的安装，安装完成之后，对所述预应力碳纤维板采用张拉工法进行张拉，所述张拉工法依次包括如下几个步骤：安装张拉部件、预张拉、涂抹胶层、正式张拉、碳板粘贴和锚压。
11.进一步的，所述安装张拉部件的步骤具体包括：
12.首先将碳纤维板的两端分别放入楔形夹片中；
13.然后再将加持所述碳纤维板的楔形夹片放入两端的张拉仪器的内部；
14.接着在反力钢板和所述体外张拉支架之间设置千斤顶，通过所述千斤顶提供推动反力钢板。
15.进一步的，所述预张拉的步骤具体包括：再进行所述安装张拉部件的操作后，确认各部分接触良好之后，进行预张拉，在预张拉的过程中，需要确保楔形夹片中的碳纤维板与张拉夹持系统紧密咬合，张拉结束后退回千斤顶，对结构进行放张。
16.进一步的，所述涂抹胶层的步骤具体包括：
17.首先将粘贴剂和固化剂搅拌均匀调制成组合胶，然后将组合胶均匀地涂抹在碳纤维板上，且涂抹在钢梁与碳纤维板即将接触的部位。
18.进一步的，所述正式张拉的步骤具体包括：
19.将钢梁放置高度低于碳纤维板的底部，将钢梁上均匀涂抹结构胶；
20.驱动千斤顶对碳纤维板进行张拉，碳纤维板张拉分级，每一级张拉结束后持荷一分钟，直至张拉碳纤维板至设计应力；
21.达到设计应力之后，将张拉支座后的螺母拧紧，千斤顶卸载，张拉结束。
22.进一步的，所述碳板粘贴的步骤具体包括：
23.张拉结束之后，将钢梁与碳纤维板进行粘贴处理。
24.进一步的，所述锚压的步骤具体包括：当所述碳纤维板施加了预应力之后，立即用锚板对碳纤维板进行加压固定，并用螺栓将锚板和钢梁紧密连接，将碳纤维板固定在钢梁上。
25.本发明的有益效果是：
26.本发明采用预应力张拉设备在工厂对碳纤维版进行预张拉，并采用锚压粘结的方式实现预应力碳纤维板与钢梁的传力连接，形成组合结构，不仅提高了结构的承载力，减轻了结构本身的自重，做到重分发挥碳纤维板高强材料的优势，提高材料的利用率，又可以降低工程结构的造价。
附图说明
27.图1为实施例1中提供的碳纤维板—钢组合梁结构的结构示意图。
28.图2为实施例1中提供的碳纤维板—钢组合梁结构的仰视示意图。
29.图中：1
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预应力碳纤维板、2
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腹板、3
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锚板、4
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螺栓、5
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结构胶、6
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钢梁受拉翼缘。
具体实施方式
30.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例
中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.实施例1
32.参见图1和图2，本实施例提供一种新型有粘结预应力碳纤维板—钢组合梁结构，包括：钢梁和碳纤维板，其中，钢梁包括：腹板2和钢梁受拉翼缘6；碳纤维板为预先经过张拉的预应力碳纤维板1，该预应力碳纤维板1通过结构胶5粘贴在钢梁的受拉区域，并且在预应力碳纤维板1的面层上还设置有多个锚板3，锚板3通过螺栓4与钢梁的受拉区域固定连接，并且将预应力碳纤维板1锚固在钢梁的受拉区域。
33.具体的说，预应力碳纤维板1的长度与钢梁的收拉区域的长度相同，并且锚板3沿着预应力碳纤维板1的长度方向设置多个。
34.实施例2
35.本实施例提供一种新型有粘结预应力碳纤维板—钢组合梁结构，包括：
36.钢梁受拉区朝上，受压区朝下，置于工作操作台上。体外张拉支架安装完成后，将完成对预应力碳纤维板的张拉，张拉工法主要分为：安装张拉部件——预张拉——涂抹胶层——正式张拉——碳板粘贴——锚压六个步骤。
37.体外张拉夹具的安装：将碳纤维板两端分别放入张拉端夹片中，将加持碳纤维板的楔形夹片放入两端的夹持楔块内部。千斤顶的安装位置在反力钢板和张拉支架间，千斤顶活塞的作用是推动反力钢板。
38.预张拉：各部分安装完成后对系统进行试张拉，检查各部分接触是否良好，设备的每一个部分是否能够正常接触。确认各部分接触良好后，对系统进行预张拉，确保楔形夹具中碳纤维板与张拉夹持系统紧密咬合，张拉结束后缓慢地退回千斤顶，对结构进行放张。
39.涂抹胶层：将粘贴剂和固化剂按照比例搅拌均匀调制成组合胶，将组合胶均匀地涂抹在钢梁与碳纤维板即将接触的部位。结构胶一般在5～25℃条件下12～24小时固化。
40.正式张拉：钢梁放置高度略低于碳纤维板底部，稳定地驱动千斤顶对碳纤维板进行张拉，碳纤维板张拉分级，每一级张拉结束后持荷1min，观察有无异常状况，张拉碳纤维板至设计应力，将张拉支座后的螺母拧紧，千斤顶缓慢卸载，张拉结束。
41.碳板粘贴：施工预应力后碳纤维板粘贴在钢梁上，将钢梁与碳纤维板进行粘贴。
42.锚压：立即用锚板对碳纤维板进行加压固定，并用螺栓将锚板和钢梁紧密连接，将碳纤维板固定在钢梁上。
43.预应力大小的控制受碳纤维板的伸长量决定，根据碳纤维板的弹性模量计算出需要张拉的预应力大小及碳纤维板的伸长量，在碳纤维板的张拉端安装张拉滑块的限位卡位。考虑预应力的损失，碳纤维板预应力张拉控制力需要适当放大。
44.综上所述，本发明提供的组合梁将预应力碳纤维板设置于钢梁受拉侧，在工厂将碳纤维板进行预张拉，在钢梁和碳纤维板之间涂抹结构胶，并用锚板对碳纤维板进行锚压形成锚压粘结的有粘结预应力碳纤维板——钢组合梁结构。新型组合梁养护完成后，将其运输至施工现场，完成与柱的搭接，使结构成为一个整体。在工厂进行新型组合梁制作时，有足够的空间对碳纤维板进行张拉，可保证碳纤维板与钢梁之间的站街质量，大大降低了
施工现场的操作难度。本发明采用预应力张拉设备在工厂对碳纤维版进行预张拉，并采用锚压粘结的方式实现预应力碳纤维板与钢梁的传力连接，形成组合结构，不仅提高了结构的承载力，减轻了结构本身的自重，做到重分发挥碳纤维板高强材料的优势，提高材料的利用率，又可以降低工程结构的造价。
45.本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。
46.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。