[发明专利]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

说明书

技术领域

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

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

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。

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。

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—梁的长度，a—加载装置的高度，b—加载装置的长度，h—加载装置顶端距离梁底面的距离，α—千斤顶的角度，l_F2—固定在加载装置内的另一部分FRP材料自由端长度，—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；

⑸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。

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