专利名称：预应力碳纤维板张拉系统及张拉加固方法
技术领域：
本发明属于土木结构工程领域，特别涉及一种预应力碳纤维板张拉系统及张拉加固方法。
背景技术：
混凝土构件由于具有在承载能力不足或温度变化、疲劳或冲击等外界作用而产生横向裂缝的特点，一般采用在负弯矩表面纵向粘贴加固材料等进行加固，以约束横向裂缝的产生和发展，提高其承载能力和使用寿命。碳纤维板和碳纤维布由于具有很高的抗拉强度，在混凝土等构件的加固中得到广泛的应用，由于单位宽度内碳纤维板纤维含量远高于单层碳纤维布的纤维含量，因此碳纤维板的极限拉力显著高于同等宽度碳纤维布的极限拉力，能够能充分发挥碳纤维的强度和弹性模量，施工后也较碳纤维布的强度利用率高。但是，由于碳纤维板本身具有较高的强度，加固施工普遍采用直接粘贴的方法，普通粘贴碳纤维板由于二次受力、裂缝、挠度以及剥离破坏的影响，正常使用状态下碳纤维板的应力通常不足标准强度的5%，有效承载力条件下碳纤维材料的应力通常不足标准强度的20% ；使得碳纤维板不能充分发挥其应有的作用。为解决上述问题，出现了将碳纤维板张拉产生预应力后粘贴于加固构件上的技术，可以使碳纤维板在正常使用条件下的应力保持较高的水平，明显改善构件的工作性能。但是，由于碳纤维板本身所具有的物理特性，张拉施工过程较为复杂，施工后的强度利用依然没有达到期望的标准。并且，现有的张拉设备体积较大、结构复杂，占用面积较大，不利于施工， 导致施工效率较低；不能满足现场施工的要求。因此，需要一种预应力碳纤维板的张拉系统，适用于混凝土等构件的预应力碳纤维板加固施工，能够使碳纤维板以设定的预应力粘贴并锚固于被加固构件表面，充分利用碳纤维板本身所具有的优点，结构以及张拉过程较为简单，工作效率高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种预应力碳纤维板张拉系统及张拉加固方法， 适用于混凝土等构件的预应力碳纤维板加固施工，能够使碳纤维板以设定的预应力粘贴并锚固于被加固构件表面，充分利用碳纤维板本身所具有的优点，结构以及张拉过程较为简
单，工作效率高。本发明的预应力碳纤维板张拉系统，包括预应力张拉组件、转向组件和固定设置在被加固构件的机架；所述预应力张拉组件包括张拉设备、碳纤维板夹具、张拉杆和转轴，所述转轴横向设置并以可绕自身轴线转动的方式设置于机架，张拉杆杆体以可滑动的方式沿径向穿过转轴且张拉杆前端与碳纤维板夹具连接，所述张拉设备用于对张拉杆施加张拉力，所述碳纤维板夹具用于夹持需张拉碳纤维板；所述转向组件包括转向驱动设备和转向构件，所述转向构件横跨需张拉碳纤维板设置于外侧，所述需张拉碳纤维板被张拉至预定张拉力后转向构件位于碳纤维板夹具前侧；转向驱动设备对转向构件施加将其压向需张拉碳纤维板的压力。进一步，所述转向组件还包括分列于需张拉碳纤维板横向两侧并铰接于机架的两根导向杆，所述转向构件包括转向器、转向轴和承载导向块，所述转向器横跨于需张拉碳纤维板，所述承载导向块为两个，两根导向杆一一对应滑动配合穿过两个承载导向块，转向器位于两个承载导向块之间并通过转向轴与两个承载导向块以可绕转向轴轴线转动的方式转动配合；所述转向器以转向轴轴线为支点形成杠杆结构，转向器前端正对需张拉碳纤维板，尾端端面由转向驱动设备施加向需张拉碳纤维板的压力；进一步，转向组件还包括锁紧组件，所述锁紧组件包括转向锁紧门形块和转向锁紧螺母，所述转向锁紧门形块滑动配合外套于导向杆且其开口端固定连接于承载转向块， 转向锁紧螺母位于转向锁紧门形块的开口内旋于导向杆设置的外螺纹上，所述转向锁紧螺母的高度小于转向锁紧门形块的开口深度；所述张拉设备通过滑动配合外套于张拉杆的张拉门形块对转轴施加张拉反作用力，张拉杆设有外螺纹并且位于张拉门形块开口内旋有张拉锁紧螺母，所述张拉锁紧螺母的高度小于张拉门形块的开口深度；进一步，所述张拉设备为张拉穿心千斤顶，所述张拉杆尾端穿过张拉穿心千斤顶并锁紧，张拉穿心千斤顶通过张拉门形块顶住转轴；所述两个导向杆尾端设置有转向承力梁形成门形结构，所述转向驱动设备为转向千斤顶，所述转向千斤顶一端顶住转向承力梁， 另一端顶住转向器尾端端面；进一步，所述转向器与需张拉碳纤维板相对的一侧面沿张拉方向上为外凸的平滑曲面，尾端端面为平面；进一步，所述机架为槽状结构，所述转轴两端转动配合支撑于槽状结构的两侧。本发明还公开了一种应用预应力碳纤维板张拉系统的张拉加固方法，其特征在于包括以下步骤a.在被加固构件表面开出用于粘贴需张拉碳纤维板的注浆槽，在设定位置设置碳纤维板锚具底板，在需张拉碳纤维板两端分别布置一套预应力碳纤维板张拉系统，根据设定要求设置需张拉碳纤维板，将需张拉碳纤维板两端部分别固定于两套预应力碳纤维板张拉系统碳纤维板夹具；b.两套预应力碳纤维板张拉系统的张拉设备同时或者其中之一对需张拉碳纤维板施加张拉力，张拉过程中根据张拉位移旋转移动张拉锁紧螺母，以避免干涉，达到预定张拉力后锁紧张拉锁紧螺母，通过转向千斤顶将转向器顶向张拉后碳纤维板，使张拉后碳纤维板靠近被加固构件表面，并留有注浆间隙，锁紧转向锁紧螺母；c.安装碳纤维板锚具盖板，并使张拉后碳纤维板通过粘贴胶与碳纤维板锚具底板和碳纤维板锚具盖板粘结，对碳纤维板锚具内用于粘贴的胶体加温固化；d.拆除预应力张拉组件的张拉设备和转向组件的转向千斤顶和转向承力梁，密封张拉后碳纤维板边缘与被加固构件表面之间的缝隙，并预留注浆孔，通过注浆孔对张拉后碳纤维板与被加固构件表面之间的缝隙注浸渍胶；e.拆除两套预应力碳纤维板张拉系统余下设备并对张拉后碳纤维板及碳纤维板锚具进行防护处理。
进一步，步骤c中，所述碳纤维板锚具底板和碳纤维板锚具盖板之间位于张拉后碳纤维板横向两侧分别设有密封块，张拉后碳纤维板通过灌注浸渍胶与碳纤维板锚具底板和碳纤维板锚具盖板粘结；或者，张拉后碳纤维板通过涂胶与碳纤维板锚具底板和碳纤维板锚具盖板粘结。本发明的有益效果是本发明的预应力碳纤维板张拉系统及张拉加固方法，采用张拉组件和转向组件相配合的结构，通过简单的张拉以及转向过程即能够使张拉后的预应力碳纤维板均勻粘贴于被加固件的表面，适用于混凝土等构件的预应力碳纤维板加固施工，能够使碳纤维板以设定的预应力粘贴并锚固于被加固构件表面，充分利用碳纤维板本身所具有的优点，结构以及张拉过程较为简单，工作效率高；加固过程中，预应力碳纤维板在锚具内的部分同样具有预应力后粘贴，使其承载力分布均勻，极大的增加了锚固部分的承载能力，提高碳纤维板的使用寿命，改善预应力碳纤维板的加固效果；不同于现有技术中先锚固后张拉的技术方案；张拉后的预应力碳纤维板能够对现有裂纹起到闭合作用，用于新构件较现有的张拉设备相比能够增大构件的承载能力；本发明的张拉系统不受跨度限制，除变更张拉杆长度外，张拉系统在任何跨度条件下不需调整设计；张拉简单快捷；不需在构件上开凿任何多余沟槽作为夹具运动的通道，转向组件容易实现碳纤维板与粘贴面靠近，使碳纤维板锚固方便，张拉完成后可立即拆除张拉设备和转向千斤顶，转入下一条碳纤维板的张拉与安装，提高施工效率。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。图1为本发明结构示意图；图2为本发明张拉过程结构示意图；图3为本发明转向过程结构示意图；图4为张拉并锚固后结构示意图；图5为张拉加固完成后结构示意图；图6为图1沿A向视图；图7为图1沿B向视图；图8为锚具锚固横向截面示意图。
具体实施例方式图1为本发明结构示意图，图6为图1沿A向视图，图7为图1沿B向视图，如图所示本实施例的预应力碳纤维板张拉系统包括包括预应力张拉组件、转向组件和固定设置在被加固构件1的机架；所述预应力张拉组件包括张拉设备3、碳纤维板夹具12、张拉杆7和转轴6，所述转轴6横向设置并以可绕自身轴线转动的方式设置于机架2，可采用现有技术已有的转动配合方式；张拉杆7杆体以可滑动的方式沿转轴6径向穿过转轴6且张拉杆7前端与碳纤维板夹具12连接，前端是与张拉力方向相反的端部；所述张拉设备3用于对张拉杆7施加张拉力，张拉设备3可以采用现有技术中能够实现张拉的设备，包括千斤顶或者螺纹张拉设备； 所述碳纤维板夹具12用于夹持需张拉碳纤维板14，碳纤维板夹具12可以采用现有技术中能够固定夹持需张拉碳纤维板14的任何结构。所述转向组件包括转向驱动设备9和转向构件，所述转向构件横跨需张拉碳纤维板设置于外侧，外侧是碳纤维板与被加固件表面相背的一侧；所述需张拉碳纤维板14被张拉至预定张拉力后转向构件位于碳纤维板夹具12前侧，前侧是指与张拉方向相反的一侧； 转向驱动设备对转向构件施加将其压向需张拉碳纤维板的压力，需要施加转向力时没驱动转向构件，使转向构件压向需张拉碳纤维板14并使其贴向被加固件1表面。本实施例中，所述转向组件还包括分列于需张拉碳纤维板14横向两侧并铰接于机架2的两根导向杆(导向杆11和导向杆Ila)，铰接方式可以是现有技术的任何铰接方式，本实施例中采用沿纵向截面转动的方式进行铰接；所述转向构件包括转向器10、转向轴18和承载导向块，所述转向器10横跨于需张拉碳纤维板14，所述承载导向块为两个(承载导向块17和承载导向块17a)，两根导向杆(导向杆11和导向杆Ila) —一对应滑动配合穿过两个承载导向块(承载导向块17和承载导向块17a)，转向器10位于两个承载导向块(承载导向块17和承载导向块17a)之间并通过转向轴18与两个承载导向块以可绕转向轴轴线转动的方式转动配合，如图所示，转向轴两端分别对应穿过承载导向块17和承载导向块17a，所述导向杆11和导向杆Ila同时也对应穿过转向轴18两端，所述转向器与转向轴18之间转动配合；所述转向器10以转向轴轴线为支点形成杠杆结构，转向器10前端正对需张拉碳纤维板，尾端端面101由转向驱动设备9施加向需张拉碳纤维板的压力；本结构由于转向器10为可沿纵向平面转动的结构，因而具有一定的自适应性，转向压力始终沿导向杆的导引方向，不会出现偏心，也就保护导向杆不会出现偏磨，延长使用寿命的同时降低附加干扰力，节约驱动能源；同时利于保护导向杆上的螺纹不被破坏。本实施例中，转向组件还包括锁紧组件，所述锁紧组件包括转向锁紧门形块16和转向锁紧螺母19，所述转向锁紧门形块16滑动配合外套于导向杆11且其开口端固定连接于承载转向块17，也就是导向杆11滑动配合穿过转向锁紧门形块16 ；转向锁紧螺母19位于转向锁紧门形块16的开口内旋于导向杆11设置的外螺纹上，所述转向锁紧螺母19的高度小于转向锁紧门形块16的开口深度；如图所示，由于具有两根导向杆，因此，同样包括结构相同另一锁紧组件，包括转向锁紧门形块16a和转向锁紧螺母19a，所述转向锁紧门形块 16a滑动配合外套于导向杆Illla且其开口端固定连接于承载转向块17a，转向锁紧螺母 19a位于转向锁紧门形块16a的开口内旋于导向杆11设置的外螺纹上，所述转向锁紧螺母 19a的高度小于转向锁紧门形块16a的开口深度；便于转向后锁紧张拉螺杆，防止回缩；在张拉后的后续工作中，可拆除主要转向设备用于下步张拉转向，提高工作效率，使工作空间增大，便于下步施工。所述张拉设备3通过滑动配合外套于张拉杆的张拉门形块对转轴6施加张拉反作用力，张拉杆7设有外螺纹并且位于张拉门形块4开口内旋有张拉锁紧螺母5，所述张拉锁紧螺母5的高度小于张拉门形块4的开口深度；便于张拉后锁紧张拉螺杆，防止回缩；张拉后的后续工作中，可拆除主要张拉设备用于下步张拉，提高工作效率，使工作空间增大，便于下步施工。本实施例中，所述张拉设备3为张拉穿心千斤顶，所述张拉杆7尾端穿过张拉穿心千斤顶并锁紧，张拉穿心千斤顶通过张拉门形块4顶住转轴6;所述导向杆11和导向杆Ila 尾端设置有转向承力梁8形成门形结构，如图所示，所述导向螺杆尾端穿过承力梁8并位于承力梁后侧旋有连接螺母，所述转向驱动设备9为转向千斤顶，所述转向千斤顶一端顶住转向承力梁8，另一端顶住转向器尾端101端面；本实施例中，所述转向器10与需张拉碳纤维板14相对的一侧面沿张拉方向上为外凸的平滑曲面，尾端端面为平面；转向过程中，利用转向千斤顶的端面与转向器尾端端面之间的配合，约束转向器的转动自由度，同时，利用碳纤维板与转向器之间的摩擦力作用， 使转向器不至于偏离压力轨迹，并利用平滑曲面的自适应性能，保证转向压力与碳纤维布对转向器施加的合力方向相对，保证导向杆不受偏磨。本实施例中，所述机架2为槽状结构，所述转轴6两端转动配合支撑于槽状结构的两侧；便于布置转轴以及张拉设备，避免出现施工干涉，提高工作效率。图2为本发明张拉过程结构示意图，图3为本发明转向过程结构示意图，图4为张拉并锚固后结构示意图，图5为张拉加固完成后结构示意图，如图所示本实施例的应用预应力碳纤维板张拉系统的张拉加固方法，包括以下步骤a.在被加固构件1表面开出用于粘贴需张拉碳纤维板14的注浆槽，在设定位置设置碳纤维板锚具底板13，该位置通过计算碳纤维板的张拉位移而得出，该锚具采用的是常用的板或部锚具结构，即底板加上盖板结构；在需张拉碳纤维板14两端分别布置一套预应力碳纤维板张拉系统，根据设定要求设置需张拉碳纤维板，将需张拉碳纤维板两端部分别固定于两套预应力碳纤维板张拉系统碳纤维板夹具；实际应用中，可以是一端张拉，也可以是两端张拉；b.两套预应力碳纤维板张拉系统的张拉设备3同时或者其中之一对需张拉碳纤维板14施加张拉力，张拉过程中根据张拉位移旋转移动张拉锁紧螺母5，以避免干涉，达到预定张拉力后锁紧张拉锁紧螺母5，通过转向千斤顶9将转向构件10顶向张拉后碳纤维板 (即需张拉碳纤维板14)，使张拉后碳纤维板靠近被加固构件1表面，并留有注浆间隙，锁紧转向锁紧螺母18和转向锁紧螺母18a ；c.安装碳纤维板锚具盖板15，即通过锚固螺栓进行安装；并使张拉后碳纤维板通过浸渍胶与碳纤维板锚具底板13和碳纤维板锚具盖板15粘结，对碳纤维板锚具内用于粘贴的胶体加温固化，锚具内胶体加温固化，可提前拆除机架等设备，提高施工效率；d.拆除预应力张拉组件的张拉设备3和转向组件的转向千斤顶9和转向承力梁 8，密封张拉后碳纤维板边缘与被加固构件表面之间的缝隙，并预留注浆孔，通过注浆孔对张拉后碳纤维板与被加固构件1表面之间的缝隙注浸渍胶；e.拆除两套预应力碳纤维板张拉系统余下设备并对张拉后碳纤维板及碳纤维板锚具进行防护处理。本实施例中，步骤c中，所述碳纤维板锚具底板13和碳纤维板锚具盖板15之间位于张拉后碳纤维板横向两侧分别设有密封块19，如图8所示；张拉后碳纤维板通过灌注浸渍胶与碳纤维板锚具底板13和碳纤维板锚具盖板15粘结；利用两侧密封后有限空间进行注胶粘贴，碳纤维板与加固件表面之间的间隙采用浸渍胶灌注，减少基层处理工作量，降低胶体损耗，节约用胶量并能起到较好的粘贴效果。当然，亦可以再用张拉后碳纤维板通过涂胶与碳纤维板锚具底板和碳纤维板锚具盖板粘结。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种预应力碳纤维板张拉系统，其特征在于包括预应力张拉组件、转向组件和固定设置在被加固构件的机架；所述预应力张拉组件包括张拉设备、碳纤维板夹具、张拉杆和转轴，所述转轴横向设置并以可绕自身轴线转动的方式设置于机架，张拉杆杆体以可滑动的方式沿径向穿过转轴且张拉杆前端与碳纤维板夹具连接，所述张拉设备用于对张拉杆施加张拉力，所述碳纤维板夹具用于夹持需张拉碳纤维板；所述转向组件包括转向驱动设备和转向构件，所述转向构件横跨需张拉碳纤维板设置于外侧，所述需张拉碳纤维板被张拉至预定张拉力后转向构件位于碳纤维板夹具前侧；转向驱动设备对转向构件施加将其压向需张拉碳纤维板的压力。
2.根据权利要求1所述的预应力碳纤维板张拉系统，其特征在于所述转向组件还包括分列于需张拉碳纤维板横向两侧并铰接于机架的两根导向杆，所述转向构件包括转向器、转向轴和承载导向块，所述转向器横跨于需张拉碳纤维板，所述承载导向块为两个，两根导向杆一一对应滑动配合穿过两个承载导向块，转向器位于两个承载导向块之间并通过转向轴与两个承载导向块以可绕转向轴轴线转动的方式转动配合；所述转向器以转向轴轴线为支点形成杠杆结构，转向器前端正对需张拉碳纤维板，尾端端面由转向驱动设备施加向需张拉碳纤维板的压力。
3.根据权利要求2所述的预应力碳纤维板张拉系统，其特征在于转向组件还包括锁紧组件，所述锁紧组件包括转向锁紧门形块和转向锁紧螺母，所述转向锁紧门形块滑动配合外套于导向杆且其开口端固定连接于承载转向块，转向锁紧螺母位于转向锁紧门形块的开口内旋于导向杆设置的外螺纹上，所述转向锁紧螺母的高度小于转向锁紧门形块的开口深度；所述张拉设备通过滑动配合外套于张拉杆的张拉门形块对转轴施加张拉反作用力， 张拉杆设有外螺纹并且位于张拉门形块开口内旋有张拉锁紧螺母，所述张拉锁紧螺母的高度小于张拉门形块的开口深度。
4.根据权利要求3所述的预应力碳纤维板张拉系统，其特征在于所述张拉设备为张拉穿心千斤顶，所述张拉杆尾端穿过张拉穿心千斤顶并锁紧，张拉穿心千斤顶通过张拉门形块顶住转轴；所述两个导向杆尾端设置有转向承力梁形成门形结构，所述转向驱动设备为转向千斤顶，所述转向千斤顶一端顶住转向承力梁，另一端顶住转向器尾端端面。
5.根据权利要求4所述的预应力碳纤维板张拉系统，其特征在于所述转向器与需张拉碳纤维板相对的一侧面沿张拉方向上为外凸的平滑曲面，尾端端面为平面。
6.根据权利要求5所述的预应力碳纤维板张拉系统，其特征在于所述机架为槽状结构，所述转轴两端转动配合支撑于槽状结构的两侧。
7.一种应用权利要求6预应力碳纤维板张拉系统的张拉加固方法，其特征在于包括以下步骤a.在被加固构件表面开出用于粘贴需张拉碳纤维板的注浆槽，在设定位置设置碳纤维板锚具底板，在需张拉碳纤维板两端分别布置一套预应力碳纤维板张拉系统，根据设定要求设置需张拉碳纤维板，将需张拉碳纤维板两端部分别固定于两套预应力碳纤维板张拉系统碳纤维板夹具；b.两套预应力碳纤维板张拉系统的张拉设备同时或者其中之一对需张拉碳纤维板施加张拉力，张拉过程中根据张拉位移旋转移动张拉锁紧螺母，以避免干涉，达到预定张拉力后锁紧张拉锁紧螺母，通过转向千斤顶将转向器顶向张拉后碳纤维板，使张拉后碳纤维板靠近被加固构件表面，并留有注浆间隙，锁紧转向锁紧螺母；c.安装碳纤维板锚具盖板，并使张拉后碳纤维板通过粘贴胶与碳纤维板锚具底板和碳纤维板锚具盖板粘结，对碳纤维板锚具内用于粘贴的胶体加温固化；d.拆除预应力张拉组件的张拉设备和转向组件的转向千斤顶和转向承力梁，密封张拉后碳纤维板边缘与被加固构件表面之间的缝隙，并预留注浆孔，通过注浆孔对张拉后碳纤维板与被加固构件表面之间的缝隙注浸渍胶；e.拆除两套预应力碳纤维板张拉系统余下设备并对张拉后碳纤维板及碳纤维板锚具进行防护处理。
8.根据权利要求7所述的张拉加固方法，其特征在于步骤c中，所述碳纤维板锚具底板和碳纤维板锚具盖板之间位于张拉后碳纤维板横向两侧分别设有密封块，张拉后碳纤维板通过灌注浸渍胶与碳纤维板锚具底板和碳纤维板锚具盖板粘结；或者，张拉后碳纤维板通过涂胶与碳纤维板锚具底板和碳纤维板锚具盖板粘结。
全文摘要
本发明的预应力碳纤维板张拉系统及张拉加固方法，包括预应力张拉组件、转向组件和固定设置在被加固构件的机架；通过简单的张拉以及转向过程即能够使张拉后的预应力碳纤维板均匀粘贴于被加固件的表面，能够使碳纤维板以设定的预应力粘贴并锚固于被加固构件表面，充分利用碳纤维板本身所具有的优点，系统结构以及张拉过程较为简单，工作效率高；不受跨度限制，除变更张拉杆长度外，张拉系统在任何跨度条件下不需调整设计；张拉简单快捷；不需在构件上开凿任何多余沟槽作为夹具运动的通道，转向组件容易实现碳纤维板与粘贴面靠近，使碳纤维板锚固方便，张拉完成后可立即拆除张拉设备和转向驱动设备，转入下一条碳纤维板的张拉与安装，提高施工效率。
文档编号E04G21/12GK102322152SQ201110295530
公开日2012年1月18日 申请日期2011年9月29日 优先权日2011年9月29日
发明者全学友, 王仁燕 申请人:重庆大学