一種預應力frp片材加固混凝土梁的預應力裝置和施加方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于工程結構加固應用學科領域，尤其涉及一種預應力FRP片材加固混凝 土梁的預應力裝置和施加方法。
【背景技術】
[0002] FRP材料以其輕高強、耐腐蝕、操作方便等特點很早就被人發現并利用。歷史上，早 在20世紀80年代就有人利用FRP材料對鋼筋混凝土梁進行修復。在接下來的幾十年里， FRP材料以及加固它的工具的研究得到飛速發展。在本世紀早些時候，多采用非預應力普 通粘貼FRP，它尚具有明顯的缺點：加固用FRP應變滯后現象明顯，只有在被加固結構二次 受荷發生進一步變形之后才能逐步參與作用，加固效率低；不能調整原結構的受力狀況，對 結構正常使用狀態的性能改善較小。然后，對FRP片材進行預應力加載，可以更加有效的利 用FRP的高強度，對于提高被加固構件的承載力和變形都有良好的效果。預應力的施加使 既有裂縫閉合，延遲了新裂縫的產生。然而，FRP片材的抗剪性能較差，所以在加固錨固方 面仍然存在著挑戰。
【發明內容】
[0003] 本發明針對現有技術的不足，提供一種預應力FRP片材加固混凝土梁的預應力裝 置和施加方法，不僅預應力裝置體型小，重量輕，易于安裝，而且通過此預應力裝置進行施 加的方法增強了加固梁的延性，提高了其承載能力，并降低撓度，抑制裂縫的發展，延緩開 裂的發生。
[0004] 為了解決上述技術問題，本發明提供的技術方案為： 一種預應力FRP片材加固混凝土梁的預應力裝置，所述預應力裝置設置在梁下的墻或 柱上，其包括加載裝置和施力裝置； 加載裝置：包括第一鋼板、長鋼板組、槽鋼組和斜向拉桿組，所述第一鋼板固定在墻或 柱上，所述長鋼板組的一端垂直固定在第一鋼板上，所述槽鋼組的一端垂直固定在長鋼板 組底部，且其與第一鋼板垂直設置，所述斜向拉桿組的一端與長鋼板組的另一端固定連接， 另一端與槽鋼組的另一端固定連接；所述斜向拉桿組、長鋼板組合槽鋼組形成三角形穩定 體系；所述長鋼板組之間由上至下依次固定連接有鋼筒轉軸、錨固鋼板，所述錨固鋼板通過 設置在長鋼板組上的限位塊進行錨固，所述限位塊與錨固鋼板之間設有彈性壓縮墊塊； 施力裝置：包括千斤頂、千斤頂支座和可調式斜向撐桿組，所述千斤頂固定在千斤頂支 座上，所述可調式斜向撐桿組的一端與槽鋼組連接，另一端與千斤頂支座連接；所述千斤頂 支座的底部與槽鋼組的另一端連接。
[0005] 作為本發明的進一步優選，所述長鋼板組與槽鋼組、千斤頂支座的底部與槽鋼組 均通過螺絲固定連接； 作為本發明的進一步優選，所述可調式斜向撐桿組為中間開長孔的長鋼板，所述可調 式斜向撐桿組的另一端通過設置在長孔內的螺母與千斤頂支座連接； 作為本發明的進一步優選，所述千斤頂的頂部設置有一塊弧形加載鋼條； 作為本發明的進一步優選，所述彈性壓縮墊塊采用制作的材料為聚四氟乙烯； 一種預應力FRP片材加固混凝土梁的預應力裝置的施加方法，其特征在于：包括以下 步驟： ⑴根據所選預應力等級，選擇加載角度和安裝高度范圍，通過以下公式進行加載角度 的計算：加載角度的計算公式為：
其中：L一梁的長度，a-加載裝置的高度，P加載裝置的長度，h加載裝置頂端距離 梁底面的距離，〃一千斤頂的角度，一固定在加載裝置內的另一部分FRP材料自由端長 度，e-FRP片材的應變量； ⑵根據選擇的安裝高度，用步驟⑴中計算出的公式進行調節加載角度，并固定住角 度； ⑶將FRP片材的一端固定在遠離加載裝置的梁的底部，另一端繞過加載裝置上的鋼筒 轉軸并固定，加載裝置上設有彈性壓縮墊塊，通過彈性壓縮墊塊的壓縮變形可以準確估算 FRP片材的初始應力； ⑷將FRP片材的兩端安裝完成后，將千斤頂安放在千斤頂支座上，并在千斤頂的頂部 放置一塊弧形加載鋼條； ⑶對千斤頂進行加壓，使直線的FRP片材轉為折線，預應力逐漸產生并增大，直到FRP片材與被加固的梁貼合在一起，停止加載，對FRP片材的端部進行錨固，對加載裝置端的多 余FRP片材進行裁剪，拆除裝置。
[0006] 通過以上技術方案，相對于現有技術，本發明具有以下有益效果： 本發明的預應力裝置體型小，重量輕，易于安裝，施加荷載輕松方便，采用斜向的千斤 頂推FRP片材，將直線FRP片材變折線伸長的方式產生預應力，克服了現有技術不能充分利 用其強度的弊端。同常規加固方法相比，此方法增強了加固梁的延性，提高了其承載能力， 并降低了撓度，抑制裂縫的發展，延緩開裂的發生。
【附圖說明】
[0007] 圖1所示為本發明的千斤頂推FRP預應力加固混凝土梁施加裝置的三維透視圖； 圖2所示為本發明的加載裝置的部分分解示意圖，其中，圖2-a為長鋼板組受力部分的 高度，即加載裝置的高度，圖2-b為槽鋼組受力部分的長度，S卩加載裝置的長度； 圖3中，圖3-a所示為本發明的預應力施加原理示意圖，圖3-b所示為本發明的計算簡 圖； 圖4所示為本發明的預應力裝置安裝在混凝土柱或墻上的左視圖； 圖5所示為本發明的預應力裝置安裝在混凝土柱或墻上的主視圖； 圖6所示為本發明的預應力裝置初始預應力的測量方法示意圖； 圖7所示為本發明的預應力裝置兩端加載的示意圖； 其中：1為第一鋼板，2為長鋼板組，3為槽鋼組，4為斜向拉桿組，5為鋼筒轉軸，6為錨 固鋼板，7為限位塊，8為彈性壓縮墊塊，9為千斤頂，10為千斤頂支座，11為可調式斜向撐桿 組，12為弧形加載鋼條，圖3-b中，HC為梁的長度L，FE為加載裝置的高度a，DE為加載裝置 的長度ACF為加載裝置頂端距離梁底面的距離九FG為固定在加載裝置內的另一部分FRP 片材的自由端長度石
【具體實施方式】
[0008] 附圖非限制性地公開了本發明所涉及優選實施例的結構示意圖；以下將結合附圖 詳細地說明本發明的技術方案。
[0009] 圖1-2所示，一種預應力FRP片材加固混凝土梁的預應力裝置，所述預應力裝置設 置在梁下的墻或柱上，其包括加載裝置和施力裝置； 加載裝置：包括第一鋼板1、長鋼板組2、槽鋼組3和斜向拉桿組4,所述第一鋼板1固定 在墻或柱上，所述長鋼板組2的一端垂直固定在第一鋼板1上，所述槽鋼組3用于承受FRP 片材傳遞的反力，所述槽鋼組3的一端垂直固定在長鋼板組2底部，且其與第一鋼板1垂直 設置，所述斜向拉桿組4的一端與長鋼板組2的另一端固定連接，另一端與槽鋼組3的另一 端固定連接；所述斜向拉桿組4、長鋼板組2合槽鋼組3形成三角形穩定體系；所述長鋼板 組2之間由上至下依次固定連接有鋼筒轉軸5、錨固鋼板6,所述錨固鋼板6通過設置在長 鋼板組2上的限位塊7進行錨固，所述限位塊7與錨固鋼板6之間設有彈性壓縮墊塊8 ; 施力裝置：包括千斤頂9、千斤頂支座10和可調式斜向撐桿組11，所述千斤頂9固定在 千斤頂支座10上，所述可調式斜向撐桿組11的一端與槽鋼組3連接，另一端與千斤頂支座 10連接；所述千斤頂支座10的底部與槽鋼組3的另一端連接；通過此種設置，所述千斤頂 9可以調節角度。
[0010] 圖3所示，加載前根據所需的預應力值，選擇合適的加載角度和預應力裝置的安 裝高度，將預應力裝置固定在梁下的柱或者墻上，FRP片材的一端固定在遠離裝置的梁端底 部，另一端繞過加載裝置上的鋼筒轉軸5,端部粘貼于第一鋼板1與錨固鋼板6之間，通過彈 性壓縮墊塊8的壓縮變形可以準確的估計FRP片材的初始應力。將千斤頂9安裝在千斤頂 支座10上，啟動千斤