[发明专利]一种装配式预应力碳纤维板张拉锚固体系及其锚固方法

说明书

所属领域

本发明属于结构加固技术领域，适用于钢结构及钢-混凝土组合结构的加固设计和施工，涉及一种装配式预应力碳纤维板张拉锚固体系及其锚固方法。

背景技术

碳纤维材料是一种性能优异的轻质结构材料，最早应用于航天领域，目前在建筑土木结构的应用相当广泛。作为加固材料，其技术指标已由直接外贴于结构表面的非预应力加固，发展为加固量大、材料利用率高的预应力加固。据文献调研，现有预应力碳纤维加固技术的局限性在于仅针对混凝土结构进行加固，而对钢结构或钢-混凝土组合结构的系统研究极少，不仅没有可应用于工程实践的张拉锚固体系，也缺乏与之配套的施工工艺和理论基础。

申请号为CN201620832372.5的实用新型专利涉及“一种预应力碳纤维张拉装置”，该技术有以下特点：1.结构精巧，所需零件均采用标准化生产，质量可控、成本低廉；2.不依赖碳纤维专用结构胶黏结，可不中断交通实现预应力碳纤维加固施工；3.其安装方法仅适用于混凝土结构加固，对于钢结构及钢-混凝土组合结构加固则难以实现。标题为《用于加固钢结构的碳纤维板张拉装置的研制与试验研究》的论文涉及一种用于加固钢结构的碳纤维板张拉装置，该技术具有以下特点：1.张拉装置采用焊接的方式安装在钢结构表面，可实现在钢结构不开槽和不钻孔的前提下对碳纤维板进行张拉；2.锚具永久遗留在钢结构上，不可拆除和重复利用，经济效益低、实用价值不高。而针对上述问题，研究者亦未进行后续开发。

可靠的锚具是预应力加固技术的前提，锚具开发的不成熟阻碍了预应力碳纤维板加固技术在钢结构领域的发展。而目前应用较多的粘贴钢板加固法相较于碳纤维板加固法具有强度低、重量大、易腐蚀等诸多缺点。钢结构桥梁在现代交通工程中占有重要比例，交通量的日益增大和车辆荷载等级的不断提高，恶劣环境的影响导致钢梁腐蚀，设计缺陷、偶然物理损伤、后期维护不当等因素都使得钢结构加固的需求愈来愈多，可见其开发前景巨大。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种新型的加固钢结构的预应力碳纤维板张拉锚固体系，同时解决以下技术问题：1.采用摩擦型高强螺栓实现锚固装置与钢结构之间的可靠连接，同时避免应力集中和局部屈曲；2.在锚具端部设置转向块，使碳纤维板与钢梁表面密切贴合，形成有黏结加固，有利于结构整体受力；3.通过张拉装置内部的楔形夹板实现对碳纤维板的夹持，基于机械摩阻原理，锚固效率高、预张拉力大；4.张拉锚固体系由零部件组合而成，装配简单，且当加固结束后易于拆分，进而重复利用，使成本大幅降低。

为解决上述技术问题，本发明提供一种装配式预应力碳纤维板张拉锚固体系，包括张拉组件、1个张拉端锚具、2个锚固板和1个固定端锚具，张拉端锚具和固定端锚具分别将碳纤维板的两端固定于需要加固的钢梁上，锚固板包覆于碳纤维板上并与钢梁预紧，一块锚固板靠近张拉端锚具设置，另一块靠近固定端锚具设置，张拉组件与张拉端锚具连接，张拉组件通过对张拉端锚具施加张拉力预张拉碳纤维板，碳纤维板预张拉完成后，锚固板通过锁紧件将碳纤维板紧固于钢梁上。

张拉组件包括外锁紧螺母、穿心式千斤顶和内锁紧螺母；张拉端锚具和固定端锚具结构相似，张拉端锚具包括反力架、螺纹杆、锚具盖板、锚具底板和楔形夹板；锚具盖板和锚具底板通过紧固件构成锚具外壳，楔形夹板嵌入锚具盖板和锚具底板之间的楔形腔内，楔形夹板包括上、下两块夹板，两块夹板的内表面粗糙，外表面光滑，碳纤维板的端部夹持于两块夹板之间，锚具盖板上设有螺纹通孔；反力架包括水平固定底板和两道横向反力板，两道横向反力板均开设有螺纹孔；反力架和锚具外壳均固定于钢梁上，张拉端的螺纹杆依次穿过外锁紧螺母、穿心式千斤顶、反力架的一道横向反力板、内锁紧螺母和反力架的另一道横向反力板与锚具盖板上的螺纹通孔连接，固定端的螺纹杆依次穿过内锁紧螺母和反力架的一道横向反力板与锚具盖板上的螺纹通孔连接。

钢梁上固定有用于限制锚具外壳横向和竖向位移的锚具导轨座。

锚具外壳朝向锚固板一侧设有矩形空腔，矩形空腔内通过销子穿设有转向块，转向块的底面为光滑弧面。

销子为端头呈半球形的圆柱销，销子端头分别嵌入锚具盖板两侧的方形槽内，端头的直径与方形槽的边宽相匹配，方形槽下方设有矩形的转向块压板，转向块压板通过螺栓固定在锚具盖板上。

锚固板为平钢板，两侧各带有一列小直径螺栓，锚固板的下端面设有与碳纤维板宽度相等的纵向浅槽，纵向浅槽朝向锚具壳体的一端设有弧形过渡面，底板朝向锚固板的一端设有过渡斜面。