对钢结构局部加固的预应力纤维布无损加固装置及方法

本发明涉及工程结构加固领域，尤其涉及一种对钢结构局部加固的预应力纤维布无损加固装置，本发明还涉及一种对钢结构局部加固的预应力纤维布无损加固方法。

背景技术：

1、钢结构已广泛应用于建筑和交通基础设施中，在长期服役荷载作用下，很多钢结构面临疲劳开裂的威胁，极大降低了钢结构的耐久性和服役安全，因此需要对钢结构的关键区域进行抗疲劳加固，提高钢结构局部细节的疲劳性能。与混凝土和钢材等传统的加固材料相比，纤维布(比如碳纤维布、玄武岩纤维布等)具有质量轻、强度高、耐腐蚀性好的优点，但在使用纤维布进行结构加固时，其高强特性并不能得到发挥，导致正常使用阶段的加固效果不明显以及材料强度的极大浪费。相比于非预应力加固，预应力加固不仅能够大幅提高加固材料的强度利用率，而且可以显著提高正常使用阶段和极限状态下的加固效果。尤其是，采用预应力纤维布进行钢结构的抗疲劳加固时，可以显著提高疲劳性能不足区域的疲劳抗力，即使对于已经开裂的区域，也可以有效降低钢结构疲劳裂纹的扩展速率，甚至达到完全止裂的效果。

2、然后，采用既有的预应力纤维布或纤维板加固方法进行加固时，由于固定锚具和张拉预应力的需要，通常在结构表面钻孔，然而钻孔将损伤钢结构截面，更严重的是，孔边是应力集中区，可能在钻孔区产生新的疲劳裂纹。另一方面，由于单层纤维布很薄，对钢结构进行加固通常需要多层纤维布，然而既有的锚固装置缠绕方式复杂，导致施工效率低，不便于工程应用。因此，面对钢结构疲劳损伤等引起的局部加固需求，如何进行预应力纤维布无损加固是亟需解决的重要技术问题。

技术实现思路

1、发明目的：针对现有技术中存在的不足之处，本发明提出一种对钢结构局部加固的预应力纤维布无损加固装置及方法，通过进行多层预应力纤维布同时张拉，且无需对钢结构进行打孔锚固，方便且高效地实现了预应力纤维布对钢结构的无损加固。

2、技术方案：本发明对钢结构局部加固的预应力纤维布无损加固装置，包括钢架、上锚板、固定轴、下锚板、张拉轴、张拉螺杆和纤维布；

3、钢架上开设有第一槽口、第二槽口，以及腰形孔；固定轴的两端卡入第一槽口，张拉轴的两端卡入第二槽口；固定轴的侧面设有通缝；

4、上锚板位于钢架内固定轴的上方；下锚板位于钢架内固定轴的下方；张拉螺杆穿过钢架上的腰形孔后与张拉轴连接。

5、固定轴设有伸长端、螺纹通孔和通缝；伸长端卡入钢架的槽口内，以便固定轴与钢架连接。

6、张拉轴设有伸长端和圆轴；伸长端与圆轴之间连接有矩形块。

7、张拉轴上开设有穿过张拉螺杆的圆形通孔。

8、下锚板上设有沉头孔，下锚板通过沉头孔与固定轴连接，沉头孔的作用是便于隐藏安装的螺栓的螺帽，减小安装误差。

9、上锚板上开设有圆形通孔，上锚板通过圆形通孔与固定轴连接。

10、固定轴上的通缝为矩形通缝。

11、还包括磁力固定器，磁力固定器的下表面与钢架的下表面平齐。

12、本发明对钢结构局部加固方法，采用对钢结构局部加固的预应力纤维布无损加固装置来实施，加固方法包括以下步骤：

13、步骤(1)，在钢架上安装磁力固定器，并将磁力固定器的下表面与钢架的下表面平齐；

14、步骤(2)，将纤维布的一端放置在下锚板的起点，将下锚板旋转致使纤维布的一端绕下锚板缠绕多圈后，将下锚板固定在固定轴的下表面；

15、步骤(3)，将纤维布绕过张拉轴的圆轴并穿过固定轴的通缝，进行1层纤维布的缠绕；重复步骤(3)直至纤维布达到设定的缠绕层数；将纤维布的另一端终点放置在上锚板的下表面，将上锚板旋转致使纤维布的另一端绕上锚板缠绕多圈后，将上锚板固定在固定轴的上表面；

16、步骤(4)，将张拉螺杆穿过张拉轴的圆形通孔和钢架的腰型孔后，将张拉螺杆和张拉轴与钢架连接固定；通过上锚板、固定轴、下锚板、张拉轴、张拉螺杆的自重带动纤维布向下滑动，使得钢架的下表面与纤维布的最外层表面处在同一平面上；通过两个扭力扳手同步旋转钢架外侧的螺母对纤维布施加预应力；

17、步骤(5)，对待加固区域进行预处理，用浸渍胶涂抹在待加固区域的粘贴区域；

18、步骤(6)，对下侧已施加预应力的纤维布涂抹浸渍胶，在纤维布的浸渍区域与待加固区域的涂胶区域重合后，通过磁力固定器将无损加固装置吸附到待加固区域表面；

19、步骤(7)，待浸渍胶养护至所需强度后，使用扳手同时旋转钢架外侧的螺母，将预应力释放，然后将多余的纤维布裁剪掉，通过磁力固定器取下无损加固装置，完成对钢结构的预应力纤维布无损加固。

20、步骤(5)中，对待加固区域进行去除油污、除锈、干燥的表面预处理，并用浸渍胶涂抹在待加固区域的粘贴区域。

21、工作原理：本发明的钢架上设有两个槽口以及腰形孔，两个槽口用来连接固定轴和张拉轴，腰形孔用来使张拉螺杆穿过，固定轴、张拉轴和张拉螺杆沿两个槽口和腰形孔移动，达到调整纤维布位置的目的。

22、上锚板设有圆形通孔和圆角；下锚板设有沉头孔和圆角；上锚板和下锚板分别通过螺栓和内六角螺栓固定在固定轴上。张拉轴插入到钢架的槽口中，张拉螺杆穿过钢架上的腰形孔与张拉轴连接。

23、本发明在进行加固时，固定轴的伸长端伸入到钢架的对应槽口中，并实现固定轴在槽口内上下滑动但前后不能滑动的目的。张拉轴的伸长端伸入到钢架的槽口中，并能够上下和左右滑动；张拉螺杆依次穿过钢架上的腰形孔和张拉轴上的圆形通孔，并通过螺母连接；在纤维布的张拉过程中，各层纤维布在张拉力作用下实现了内应力自调节，达到各层纤维布应力均匀的目的。

24、有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

25、(1)通过磁力固定器将本发明无损加固装置吸附在需要加固的钢结构表面，整个加固过程无需在钢结构上打孔，实现了预应力纤维布的无损加固。

26、(2)加固完成后，只留下用于加固的预应力纤维布，加固装置的其他部件均可取下重复利用，节约了加固成本。

27、(3)通过将纤维布在加固装置的固定轴和张拉轴之间往复缠绕，便于进行多层预应力纤维布加固，同时在张拉过程中，各层纤维布在张拉力作用下实现“内应力自调节”，达到各层纤维布应力均匀的目的。

28、(4)纤维布两端均通过缠绕在锚板上并通过螺栓与固定轴形成挤压力的方式实施锚固，实现了锚固的方便高效。

29、(5)预应力的施加方便，加固装置在钢结构上的安装及拆下方式便捷，实现了加固施工的高效率。

技术特征：

1.一种对钢结构局部加固的预应力纤维布无损加固装置，其特征在于：包括钢架(1)、上锚板(2)、固定轴(3)、下锚板(4)、张拉轴(5)、张拉螺杆(6)和纤维布(7)；

2.根据权利要求1所述的对钢结构局部加固的预应力纤维布无损加固装置，其特征在于：所述固定轴(3)设有伸长端(3-1)、螺纹通孔(3-2)和通缝(3-3)；所述伸长端(3-1)卡入钢架(1)的槽口(1-1)内。

3.根据权利要求1所述的对钢结构局部加固的预应力纤维布无损加固装置，其特征在于：所述张拉轴(5)设有伸长端(5-1)和圆轴(5-4)；所述伸长端(5-1)与圆轴(5-4)之间连接有矩形块(5-2)。

4.根据权利要求1所述的对钢结构局部加固的预应力纤维布无损加固装置，其特征在于：所述张拉轴(5)上开设有穿过张拉螺杆(6)的圆形通孔(5-3)。

5.根据权利要求1所述的对钢结构局部加固的预应力纤维布无损加固装置，其特征在于：所述下锚板(4)上设有沉头孔(4-1)，所述下锚板(4)通过沉头孔(4-1)与固定轴(3)连接。

6.根据权利要求1所述的对钢结构局部加固的预应力纤维布无损加固装置，其特征在于：所述上锚板(2)上开设有圆形通孔(2-1)，所述上锚板(2)通过圆形通孔(2-1)与固定轴(3)连接。

7.根据权利要求1所述的对钢结构局部加固的预应力纤维布无损加固装置，其特征在于：所述固定轴(3)上的通缝(3-3)为矩形通缝。

8.根据权利要求1所述的对钢结构局部加固的预应力纤维布无损加固装置，其特征在于：还包括磁力固定器(8)，所述磁力固定器(8)的下表面与钢架(1)的下表面平齐。

9.一种对钢结构局部加固方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的对钢结构局部加固的预应力纤维布无损加固装置来实施，所述加固方法包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的对钢结构局部加固方法，其特征在于：步骤(5)中，对待加固区域进行去除油污、除锈、干燥的表面预处理，并用浸渍胶涂抹在待加固区域的粘贴区域。

技术总结
本发明公开了一种对钢结构局部加固的预应力纤维布无损加固装置及方法，加固装置包括钢架、上锚板、固定轴、下锚板、张拉轴、张拉螺杆和纤维布；上锚板和下锚板连接在固定轴上，固定轴和张拉轴插入到钢架的槽口中，张拉螺杆与张拉轴和钢架连接。本发明在加固时，将纤维布一端通过下锚板固定在固定轴下部，然后将纤维布绕张拉轴和固定轴缠绕至所需层数，并将另一端通过上锚板固定在固定轴上部；施加预应力后，进行表面处理和涂胶；通过磁力固定器将加固装置固定到钢结构表面，待浸渍胶养护后，裁剪多余纤维布，取下加固装置。本发明施工简便，加固效率高，无需对钢结构进行打孔锚固，实现了预应力纤维布对钢结构的无损加固。

技术研发人员：王海涛,刘显杰
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/23