一种预应力frp片材加固混凝土梁的预应力装置和施加方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于工程结构加固应用学科领域，尤其涉及一种预应力FRP片材加固混凝 土梁的预应力装置和施加方法。
【背景技术】
[0002] FRP材料以其轻高强、耐腐蚀、操作方便等特点很早就被人发现并利用。历史上，早 在20世纪80年代就有人利用FRP材料对钢筋混凝土梁进行修复。在接下来的几十年里， FRP材料以及加固它的工具的研究得到飞速发展。在本世纪早些时候，多采用非预应力普 通粘贴FRP，它尚具有明显的缺点：加固用FRP应变滞后现象明显，只有在被加固结构二次 受荷发生进一步变形之后才能逐步参与作用，加固效率低；不能调整原结构的受力状况，对 结构正常使用状态的性能改善较小。然后，对FRP片材进行预应力加载，可以更加有效的利 用FRP的高强度，对于提高被加固构件的承载力和变形都有良好的效果。预应力的施加使 既有裂缝闭合，延迟了新裂缝的产生。然而，FRP片材的抗剪性能较差，所以在加固锚固方 面仍然存在着挑战。
【发明内容】
[0003] 本发明针对现有技术的不足，提供一种预应力FRP片材加固混凝土梁的预应力装 置和施加方法，不仅预应力装置体型小，重量轻，易于安装，而且通过此预应力装置进行施 加的方法增强了加固梁的延性，提高了其承载能力，并降低挠度，抑制裂缝的发展，延缓开 裂的发生。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为： 一种预应力FRP片材加固混凝土梁的预应力装置，所述预应力装置设置在梁下的墙或 柱上，其包括加载装置和施力装置； 加载装置：包括第一钢板、长钢板组、槽钢组和斜向拉杆组，所述第一钢板固定在墙或 柱上，所述长钢板组的一端垂直固定在第一钢板上，所述槽钢组的一端垂直固定在长钢板 组底部，且其与第一钢板垂直设置，所述斜向拉杆组的一端与长钢板组的另一端固定连接， 另一端与槽钢组的另一端固定连接；所述斜向拉杆组、长钢板组合槽钢组形成三角形稳定 体系；所述长钢板组之间由上至下依次固定连接有钢筒转轴、锚固钢板，所述锚固钢板通过 设置在长钢板组上的限位块进行锚固，所述限位块与锚固钢板之间设有弹性压缩垫块； 施力装置：包括千斤顶、千斤顶支座和可调式斜向撑杆组，所述千斤顶固定在千斤顶支 座上，所述可调式斜向撑杆组的一端与槽钢组连接，另一端与千斤顶支座连接；所述千斤顶 支座的底部与槽钢组的另一端连接。
[0005] 作为本发明的进一步优选，所述长钢板组与槽钢组、千斤顶支座的底部与槽钢组 均通过螺丝固定连接； 作为本发明的进一步优选，所述可调式斜向撑杆组为中间开长孔的长钢板，所述可调 式斜向撑杆组的另一端通过设置在长孔内的螺母与千斤顶支座连接； 作为本发明的进一步优选，所述千斤顶的顶部设置有一块弧形加载钢条； 作为本发明的进一步优选，所述弹性压缩垫块采用制作的材料为聚四氟乙烯； 一种预应力FRP片材加固混凝土梁的预应力装置的施加方法，其特征在于：包括以下 步骤： ⑴根据所选预应力等级，选择加载角度和安装高度范围，通过以下公式进行加载角度 的计算：加载角度的计算公式为：
其中：L一梁的长度，a-加载装置的高度，P加载装置的长度，h加载装置顶端距离 梁底面的距离，〃一千斤顶的角度，一固定在加载装置内的另一部分FRP材料自由端长 度，e-FRP片材的应变量； ⑵根据选择的安装高度，用步骤⑴中计算出的公式进行调节加载角度，并固定住角 度； ⑶将FRP片材的一端固定在远离加载装置的梁的底部，另一端绕过加载装置上的钢筒 转轴并固定，加载装置上设有弹性压缩垫块，通过弹性压缩垫块的压缩变形可以准确估算 FRP片材的初始应力； ⑷将FRP片材的两端安装完成后，将千斤顶安放在千斤顶支座上，并在千斤顶的顶部 放置一块弧形加载钢条； ⑶对千斤顶进行加压，使直线的FRP片材转为折线，预应力逐渐产生并增大，直到FRP片材与被加固的梁贴合在一起，停止加载，对FRP片材的端部进行锚固，对加载装置端的多 余FRP片材进行裁剪，拆除装置。
[0006] 通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果： 本发明的预应力装置体型小，重量轻，易于安装，施加荷载轻松方便，采用斜向的千斤 顶推FRP片材，将直线FRP片材变折线伸长的方式产生预应力，克服了现有技术不能充分利 用其强度的弊端。同常规加固方法相比，此方法增强了加固梁的延性，提高了其承载能力， 并降低了挠度，抑制裂缝的发展，延缓开裂的发生。
【附图说明】
[0007] 图1所示为本发明的千斤顶推FRP预应力加固混凝土梁施加装置的三维透视图； 图2所示为本发明的加载装置的部分分解示意图，其中，图2-a为长钢板组受力部分的 高度，即加载装置的高度，图2-b为槽钢组受力部分的长度，S卩加载装置的长度； 图3中，图3-a所示为本发明的预应力施加原理示意图，图3-b所示为本发明的计算简 图； 图4所示为本发明的预应力装置安装在混凝土柱或墙上的左视图； 图5所示为本发明的预应力装置安装在混凝土柱或墙上的主视图； 图6所示为本发明的预应力装置初始预应力的测量方法示意图； 图7所示为本发明的预应力装置两端加载的示意图； 其中：1为第一钢板，2为长钢板组，3为槽钢组，4为斜向拉杆组，5为钢筒转轴，6为锚 固钢板，7为限位块，8为弹性压缩垫块，9为千斤顶，10为千斤顶支座，11为可调式斜向撑杆 组，12为弧形加载钢条，图3-b中，HC为梁的长度L，FE为加载装置的高度a，DE为加载装置 的长度ACF为加载装置顶端距离梁底面的距离九FG为固定在加载装置内的另一部分FRP 片材的自由端长度石
【具体实施方式】
[0008] 附图非限制性地公开了本发明所涉及优选实施例的结构示意图；以下将结合附图 详细地说明本发明的技术方案。
[0009] 图1-2所示，一种预应力FRP片材加固混凝土梁的预应力装置，所述预应力装置设 置在梁下的墙或柱上，其包括加载装置和施力装置； 加载装置：包括第一钢板1、长钢板组2、槽钢组3和斜向拉杆组4,所述第一钢板1固定 在墙或柱上，所述长钢板组2的一端垂直固定在第一钢板1上，所述槽钢组3用于承受FRP 片材传递的反力，所述槽钢组3的一端垂直固定在长钢板组2底部，且其与第一钢板1垂直 设置，所述斜向拉杆组4的一端与长钢板组2的另一端固定连接，另一端与槽钢组3的另一 端固定连接；所述斜向拉杆组4、长钢板组2合槽钢组3形成三角形稳定体系；所述长钢板 组2之间由上至下依次固定连接有钢筒转轴5、锚固钢板6,所述锚固钢板6通过设置在长 钢板组2上的限位块7进行锚固，所述限位块7与锚固钢板6之间设有弹性压缩垫块8 ; 施力装置：包括千斤顶9、千斤顶支座10和可调式斜向撑杆组11，所述千斤顶9固定在 千斤顶支座10上，所述可调式斜向撑杆组11的一端与槽钢组3连接，另一端与千斤顶支座 10连接；所述千斤顶支座10的底部与槽钢组3的另一端连接；通过此种设置，所述千斤顶 9可以调节角度。
[0010] 图3所示，加载前根据所需的预应力值，选择合适的加载角度和预应力装置的安 装高度，将预应力装置固定在梁下的柱或者墙上，FRP片材的一端固定在远离装置的梁端底 部，另一端绕过加载装置上的钢筒转轴5,端部粘贴于第一钢板1与锚固钢板6之间，通过弹 性压缩垫块8的压缩变形可以准确的估计FRP片材的初始应力。将千斤顶9安装在千斤顶 支座10上，启动千斤