一种曲线有粘结预应力碳纤维索加固装置及其施工工艺的制作方法

本发明属于结构加固，具体涉及一种曲线有粘结预应力碳纤维索加固装置及其施工工艺。

背景技术：

1、已经投入使用的钢筋混凝土桥梁有很大一部分已接近或超过其设计使用年限，存在梁底开裂，钢筋锈蚀等现象，使原有结构的承载力大大降低，甚至成为危桥。旧桥、危桥的拆除重建会带来极大的经济负担，并且还会影响正常的交通运营，因此通常会对旧桥、危桥采取加固措施，预应力碳纤维板加固桥梁的技术是近年来新兴的加固技术，通过对碳纤维板施加预应力，可以充分发挥和利用其高抗拉强度；与非预应力粘贴碳纤维加固的方式相比，能够有效提高被加固构件的横截面受压区高度，增大构件的承载能力，在很大程度上抵消梁的下挠位移，闭合原有裂缝，并且能够有效避免出现粘结力失效，碳纤维过早剥离的现象。

2、目前，现有的预应力碳纤维板加固装置及施工工艺存在如下缺陷：1、由于碳纤维板其轴向抗拉强度高，但横向抗剪、抗弯折强度低的特性，现有的预应力碳纤维加固装置无法将碳纤维板应用于变截面梁、连续刚构桥等弧形(变截面)构件的加固中；2、预应力碳纤维板张拉吨位受工装尺寸限制，张拉吨位较低，通常为20-30吨；3、现有的预应力碳纤维加固装置需要为碳纤维板的张拉过程预留工作空间，致使张拉座与梁端之间留有较大长度，预应力施加的范围有限，加固效果受限；4、现有的预应力碳纤维加固装置，其张拉工装的千斤顶和张拉杆占用了张拉座种植锚栓的空间，使种植锚栓的施工难度增加；5、当待加固桥梁的跨径大，预应力碳纤维板伸长量大的时候，需要定制较长的张拉杆，成本较高；6、碳纤维板偏心受拉易撕裂，现有的偏心调节措施为弧面接触，调节范围有限。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种曲线有粘结预应力碳纤维索加固装置及其施工工艺，以解决现有的预应力碳纤维加固装置无法应用于变截面梁、连续刚构桥等弧形(变截面)构件的加固的技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

3、一种曲线有粘结预应力碳纤维索加固装置，包括碳纤维索、固定端锚固组件、张拉端锚固组件、张拉工装、若干空心千斤顶和若干转向约束器；

4、碳纤维索设置于固定端锚固组件和张拉端锚固组件之间，碳纤维索的两端分别固定有锚具，碳纤维索包括多层叠合的碳纤维板；

5、固定端锚固组件用于安装锚具，实现张拉过程自动对中找平，固定端锚固组件包括固定座和框式板，固定座能够固定于待加固构件表面，框式板固定在固定座上，框式板用于安装锚具；

6、张拉端锚固组件用于安装张拉工装和锚具，张拉端锚固组件包括张拉座、凸块、约束杆和铰式连接板，张拉座能够固定于待加固构件表面，凸块固定于张拉座上，约束杆有若干根，约束杆的一端固定在铰式连接板上，约束杆的另一端贯穿并滑动安装在凸块上，约束杆的端部设有防止约束杆脱离凸块的螺母，铰式连接板位于张拉座和固定座之间，铰式连接板用于安装锚具；

7、张拉工装用于反向张拉碳纤维索施加预应力，张拉工装包括第一连接件、第二连接件和若干张拉杆，第一连接件与凸块和张拉座固定连接，第二连接件与铰式连接板固定连接，若干张拉杆对称设置在第一连接件和第二连接件上，张拉杆依次贯穿且滑动安装在第一连接件、第二连接件和空心千斤顶上，张拉杆的两端均设有螺母；

8、空心千斤顶用于带动第二连接件向张拉座移动；

9、若干转向约束器安装在张拉座和固定座之间，碳纤维索依次穿过若干转向约束器，转向约束器用于在指定范围内自适应调节碳纤维索的角度，使碳纤维索的角度过渡平滑，紧密贴合于待加固构件表面。

10、本发明的技术原理为：

11、将碳纤维索、固定座、张拉座、张拉工装、空心千斤顶和若干转向约束器等安装好后，启动空心千斤顶，空心千斤顶的输出端推动张拉工装的第二连接件在张拉杆上向张拉座方向滑动，第二连接件带动与其相连的锚具、约束杆向张拉座移动，碳纤维索在空心千斤顶和若干转向约束器的作用下逐渐绷紧并贴合于待加固构件表面。

12、进一步地，所述转向约束器包括弧形槽板和两块固定板，弧形槽板的外弧面能够与待加固构件的表面贴合，弧形槽板的外弧面设有与碳纤维索匹配的沟槽，碳纤维索可嵌入沟槽内，弧形槽板的内弧面设有加劲板，两块固定板对称设置在弧形槽板的两侧，两块固定板和加劲板通过销轴连接，弧形槽板和两块固定板能够通过锚栓固定在待加固构件表面。

13、进一步地，所述锚具包括多层夹片，每层夹片夹持一片或多片碳纤维板，夹片和每片碳纤维板之间涂抹结构胶，并且通过螺栓压紧。

14、进一步地，所述固定座和框式板之间榫卯焊接连接，一个锚具通过销轴固定在固定座和框式板之间。

15、进一步地，所述第一连接件扣合于凸块上，第一连接件通过螺栓与凸块与张拉座固定；第二连接件扣合于铰式连接板上，第二连接件通过螺栓与铰式连接板固定。

16、一种曲线有粘结预应力碳纤维索加固装置的施工工艺，包括以下步骤：

17、步骤一：在待加固构件表面定位防线，对待加固构件表面进行处理；

18、步骤二：在待加固构件的两端种植锚栓并安装张拉端锚固组件和固定端锚固组件；

19、步骤三：将两个锚具分别安装在固定端锚固组件和张拉端锚固组件上；

20、步骤四：将碳纤维索的两端分别安装在两个锚具上；

21、步骤五：根据实际工况设计各个转向约束器的间距，并将转向约束器安装在待加固构件表面，将碳纤维索依次穿过各个转向约束器；

22、步骤六：将张拉工装和空心千斤顶安装在张拉端锚固组件上；

23、步骤七：启动空心千斤顶进行预张拉，观察碳纤维索与待加固构件表面间隙和碳纤维索是否有明显的弯折现象，若间隙合理，则进行下一步骤，若间隙不合理，则重新调整各个转向器的位置后重复步骤七；

24、步骤八：预张拉无误后，空心千斤顶的输出端退回，松开碳纤维索，在每层碳纤维板之间以及碳纤维索与待加固构件的贴合面涂抹结构胶；

25、步骤九：张拉，空心千斤顶顶升的同时，同步旋进约束杆上的螺母；

26、步骤十：张拉结束后，通过种植锚栓将各个转向约束器固定在待加固构件的表面，拆卸张拉工装。

27、进一步地，每个转向约束器之间的间距为1-3m。

28、进一步地，碳纤维索与待加固构件表面的间隙为3-5mm。

29、与现有技术相比，本发明具有以下有益技术效果：

30、1、本发明适用于碳纤维索加固弧形(变截面)构件，通过设置转向约束器在指定范围内调节碳纤维索的角度，使碳纤维索的角度过渡平滑，能够紧贴弧形(变截面)待加固构件的表面，不会对碳纤维索造成弯折、损坏，实现曲线预应力的有效施加。

31、2、本发明通过改进张拉工装的结构，使其可根据实际工况，调整张拉工装上的千斤顶数量，使其具备大吨位预应力张拉的条件，扩大了预应力碳纤维索加固装置的适用范围；并且，改进后的张拉工装结构更加紧凑，安全性好，方便施工，生产成本低。

32、3、本发明采用反向张拉的方式，与现有技术相比，无需为碳纤维索张拉过程预留工作空间，张拉座可紧邻待加固构件的端部，扩大了预应力施加的范围，提升碳纤维索的加固效果。

33、4、本发明在施工过程中，张拉工装的千斤顶和张拉杆不占用张拉座和固定座种植锚栓的位置，降低了施工难度，提升了锚栓锚固可靠性。

34、5、本发明适用于各种跨径的梁桥加固，张拉杆的长度不受梁桥跨径限制，并且张拉杆能够重复利用，大大降低了施工成本。

35、6、本发明中的锚具采用耳板式锚具，锚具通过销轴与固定座连接，能够大范围自适应调节对中，消除偏心角度。