牽引式預應力碳纖維筋張拉裝置及施工方法

牽引式預應力碳纖維筋張拉裝置及施工方法
【專利摘要】本發明公開一種預應力碳纖維張拉裝置及施工方法。所述的裝置包括：千斤頂、錨固底板、鎖固板、反力架、錨具、碳纖維筋和牽引螺栓。所述錨固底板與混凝土結構連接；所述的錨具夾持碳纖維筋；所述牽引螺栓與錨具連接；所述的反力架與錨固底板連接；所述的鎖固板與錨固底板連接；所述錨具牽引螺栓與反力架和千斤頂之間、錨具牽引螺栓與鎖固板之間設置有三維自助調節組合墊圈。本發明結構設計精巧，所需構件均采取工廠標準化生產，不但質量可靠而且成本低廉，而且使得碳纖維筋內纖維受力均衡，避免在對碳纖維筋施加張拉預應力時產生破裂的狀況。
【專利說明】
牽引式預應力碳纖維筋張拉裝置及施工方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種用于橋梁建筑的不中斷交通的牽引式預應力碳纖維張拉裝置及施工方法。
【背景技術】
[0002]目前，運用于橋梁混凝土結構加固工程中用的預應力碳纖維板主要采用的是寬度為10mm或50mm，厚度為Imm?3mm的長方形薄板，其施加張拉預應力加固方法常規使用有先張法或后張法兩種。因施加張拉預應力時碳纖維長方形薄板易產生受力不均而破裂現象，所以，這兩種方式實施時不但可靠性和安全性較差，而且張拉控制應力只能發揮材料標準值的40?50%，碳纖維的高強度特性未得到有效發揮，對結構加固補強的效能也較低。
[0003]碳纖維長方形薄板采用單向纖維(長度受力方向)經高溫拉擠復合成型，抗拉強度高，但抗彎折、擠壓強度較低，當施工安裝難于保證兩端錨夾具在同一軸線受力或同一水平面受力時，結構通車加荷載后也容易產生碳纖維板橫截面纖維受力不均衡或寬度方向出現扭曲現象而導致碳纖維板破裂，無論是先張法或后張法為克服這種蔽端，均需采用在碳纖維板與混凝土結構層之間填充環氧結構膠粘結的方式減少碳纖維板破裂現象。環氧結構膠的耐久性受濕、熱、紫外線等諸多因素影響，在現有技術中如采取有效防護措施最多也只能滿足三十年耐久性要求，對于橋梁混凝土結構使用上又存在動荷載疲勞等諸多不利因素，依賴于環氧結構膠的加固方法顯然不能滿足橋梁耐久性要求。
[0004]橋梁多采用預應力鋼筋混凝土結構，現有技術中碳纖維板施加張拉應力后，碳纖維板與混凝土結構層之間需采用填充厚度達10?60mm(跨中厚兩端薄)的環氧結構膠粘結，如此厚的膠層不但因環氧結構膠彈模低不利于結構受力傳遞，而且環氧結構膠輔材成本昂貴，遠高于碳纖維主材，因其性價比差的缺點嚴重影響了該項加固技術的推廣應用。
[0005]此外，橋梁預應力鋼筋混凝土結構在動荷載下具有5?18赫茲振動下燒頻率的特性，現有技術中環氧結構膠的固化期常溫25°C養護條件下為7天，養護固化內被加固結構處于頻繁振動下撓狀態下，直接會對固化強度及粘結性造成嚴重破壞，因此現有的采用環氧結構膠常規預應力碳纖維加固施工技術均采取中斷交通的施工方法，常造成公路交通堵塞。

【發明內容】

[0006]針對上述現有預應力碳纖維加固技術中的缺點，本發明的目的是提供一種不中斷交通的預應力碳纖維張拉裝置及施工方法。
[0007]本發明提出的預應力碳纖維張拉裝置包括:
張拉端錨固底板和固定端錨固底板，其上開設有呈陣列分布的多個通孔和多個凹槽；固定端鎖固板，其上開設有一平行于維筋受力方向的通孔和多個垂直于維筋受力方向的通孔，所述固定端鎖固板的一側邊設有至少一個凹槽或起銷鍵作用的凸臺；
張拉端鎖固板，其上開設有一平行于維筋受力方向的半圓型通槽和多個垂直于維筋受力方向的通孔，所述半圓型通槽的兩側設有凹槽或起銷鍵作用的凸臺；
反力架(2)，呈[形，其側壁設有采用呈陣列分布的多個通孔和凹槽，下部水平邊設有半圓通孔，上部水平邊設有圓形通孔；
碳纖維筋，碳纖維矩形筋條、筋板，或圓形筋棒；
所述張拉端錨固底板和固定端錨固底板分別采用螺栓和螺母錨固于混凝土結構中，所述的固定端錨具鎖固板與所述固定端錨固底板，以及張拉端鎖固板與張拉端錨固底板通過銷鍵和螺栓實現固定連接，所述的反力架通過銷鍵和螺栓與張拉端錨固底板固定連接，所述的碳纖維筋兩端各安裝有一只錨具，各錨具與一牽引螺栓連接，固定端牽引螺栓穿過固定端鎖固板上的通孔及三維自調節組合墊圈后旋入螺母實現固定端錨具鎖固，張拉端牽引螺栓穿過張拉端鎖固板上的半圓型通槽及三維自調節組合墊圈后旋入螺母實現張拉端錨具鎖固，然后通過螺紋套筒接長并穿過反力架的半圓通孔并旋入螺母，再穿過反力架的圓形通孔并套上三維自調節組合墊圈后旋入螺母鎖固，最后安裝千斤頂后實施牽引張拉。
[0008]本發明提出的預應力碳纖維張拉裝置采用的施工方法包括下列步驟:
步驟A、碳纖維筋材與錨具安裝
(Al)在鋁合金薄板的一面刷涂柔性環氧薄膜，在柔性環氧薄膜上均勻布撒細金剛砂粘附固化后備用；柔性環氧薄膜為A組分和B組分按重量比3:1比例均勻混合的液體環氧粘合劑，其中:A組分聚氨脂改性環氧樹脂85份、活性環氧稀釋劑5份，B組分改性聚醚胺固化劑30份；
(A2)將鋁合金薄板粘附細金剛砂的一面緊貼碳纖維筋表面，用夾板粗糙平直面緊貼鋁合金薄板，然后將夾板、碳纖維筋材及鋁合金薄板同步進入錨具外殼楔形錐孔后，采用液壓擠壓機整體擠壓至設計深度完成錨具的安裝，碳纖維筋與錨具的安裝既可在工廠預制也可在施工現場實施；
步驟B、安裝預應力碳纖維張拉裝置
(BI)在被加固的結構安裝位置放線，在混凝土上張拉端錨固底板和固定端錨固底板的安裝位置用機械切割人工開鑿淺溝槽，按線鉆植膠錨螺栓；
(B2)在張拉端錨固底板和固定端錨固底板與混凝土結構接觸面之間鋪設一層環氧結構膠，膠錨螺栓穿過圓形通孔后調平張拉端錨固底板和固定端錨固底板并壓實，使環氧結構膠填充密閉張拉端錨固底板和固定端錨固底板的周邊與混凝土結構之間的間隙；
(B3)將錨具與牽引螺栓通過牽引螺紋套筒或牽引板實現連接后，牽引螺栓穿過固定端錨具鎖固板的圓形通孔及三維自調節組合墊圈后旋入螺母，固定端錨具鎖固板的鍵槽嵌入固定端錨固底板上的銷鍵，通過螺栓穿過圓形通孔與固定端錨固底板實現固定端錨具鎖固安裝；
(B4)反力架底部的鍵槽嵌入張拉端錨固底板上的銷鍵，通過螺栓與張拉端錨固底板實現固定，張拉端牽引螺栓套上三維自調節組合墊圈后，通過螺紋套筒(標準件)接長并穿過反力架半圓通孔并套上三維自調節組合墊圈后旋入螺母，再穿過反力架圓形通孔，人工旋緊螺母暫時固定張拉端錨具；
步驟C、安裝千斤頂實施預應力張拉:
(C I)反力架圓形通孔前端牽引螺栓上放置一組三維自調節組合墊圈，牽引螺栓穿過中空千斤頂后旋入螺母； (C 2)手壓油栗使千斤頂I使活塞伸長，活塞推動螺母帶動牽引螺栓前行，牽引螺栓通過錨具把千斤頂的推力傳遞給碳纖維筋實現預應力張拉；
(C 3)當千斤頂的推力值和碳纖維筋的伸長量滿足設計要求后，旋緊反力架半圓通孔前放置的螺母暫時鎖固；止時用張拉端錨具鎖固板的半圓通孔騎跨牽引螺栓，底部的鍵槽嵌入張拉端錨固底板上的銷鍵，通過螺栓穿過圓形通孔與張拉端錨固底板實現固定，旋轉螺母壓緊三維自調節組合墊圈與張拉端錨固底板后實現錨具鎖固，完成預應力碳纖維筋張拉；
(C 4)松開反力架上的螺母，千斤頂卸載活塞后退后拆除千斤頂及反力架，重復上述B、C施工步驟，實施第二束?第η束碳纖維筋預應力張拉；
(C 5)重新安裝反力架，重復上述C施工步驟，可實施第二次碳纖維筋材預應力張拉。
[0009]與現有預應力碳纖維加固技術相比較，本發明具有以下優點:
I.所需材料或零件均采用工廠標準化生產，質量可控、成本低廉；
2.錨固底板開槽嵌入、小螺栓群錨、銷鍵傳遞拉剪應力、無應力集中薄弱點；
3.筋材單束兩點一線自助調受拉中心，安裝便捷張拉時無碳纖維破裂安全隱患；
4.筋材受力特性好、錨固系數多0.95、強度利用率高、張拉應力多0.65ob;
5.錨具和筋材均不依賴價格昂貴的碳纖維專用環氧結構膠粘結，可不中斷交通實現預應力碳纖維加固施工;當采用外防護罩構造可實現橋梁應急搶險快速加固。
[0010]6.碳纖維筋(板)既可單束使用，也可多束成組使用，每束筋材張拉控制應力均能單獨實現初裝時可檢、可驗、可控，營運維修時可量化監檢測并實現二次張拉。
【附圖說明】
[0011]圖1-1是本發明第一實例的俯視圖；
圖1-2是本發明第一實例中碳纖維筋的剖面圖；
圖1-3是本發明第一實例的立面剖示圖；
圖1-4是本發明第一實例中張拉端錨固底板的結構圖；
圖1-5是本發明第一實例中固定端錨固底板的結構圖；
圖1-6是本發明第一實例中張拉端鎖固板的結構圖；
圖1-7是本發明第一實例中固定端鎖固板的結構圖；
圖2-1是本發明第一實例的碳纖維筋張拉前的俯視圖；
圖2-2是本發明第一實例的碳纖維筋張拉后的俯視圖；
圖3-1是本發明第二實例的俯視圖；
圖3-2是本發明第二實例中碳纖維筋的剖面圖；
圖3-3是本發明第二實例的立面剖示圖；
圖3-4是本發明第二實例中張拉端錨固底板的結構圖；
圖3-5是本發明第二實例中固定端錨固底板的結構圖；
圖3-6是本發明第二實例中張拉端鎖固板的結構圖；
圖3-7是本發明第二實例中固定端鎖固板的結構圖；
圖4-1是本發明第三實例的俯視圖；
圖4-2是本發明第三實例中碳纖維筋的剖面圖； 圖4-3是本發明第三實例的立面剖示圖；
圖4-4是本發明第三實例中張拉端錨固底板的結構圖；
圖4-5是本發明第三實例中固定端錨固底板的結構圖；
圖4-6是本發明第三實例中張拉端鎖固板的結構圖；
圖4-7是本發明第三實例中固定端鎖固板的結構圖；
圖5-1是本發明碳纖維筋(圓棒)錨具構結剖視圖；
圖5-2是本發明碳纖維筋(圓棒)錨具結構示意圖；
圖5-3是本發明碳纖維筋(圓棒)錨具鋁薄板(金剛砂)的示意圖；
圖6-1是本發明碳纖維筋(矩形板)錨具結構的剖視圖；
圖6-2是本發明碳纖維筋(矩形板)錨具結構的示意圖；
圖6-3是本發明碳纖維筋(矩形板)錨具鋁薄板(金剛砂)的示意圖；
圖7-1是本發明碳纖維筋錨具與牽引螺紋連接示意圖；
圖7-2是本發明碳纖維筋錨具牽引螺紋套筒結構示意圖；
圖8-1是本發明碳纖維筋錨具與牽引螺栓連接的示意圖；
圖8-2是本發明碳纖維筋錨具牽引板結構的示意圖；
圖9-1?9-4是本發明千斤頂反力架的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。
[0013]圖1-1?圖1-7展示了本發明的第一實施例，在第一實施例中，預應力碳纖維張拉裝置包括依次設置的千斤頂1、千斤頂反力架2、三維自調節組合墊圈3、牽引螺栓4、螺母5、張拉端錨具鎖固板6、錨具7、碳纖維筋8(矩形筋板)、固定端錨具鎖固板10、膠錨螺栓11、銷鍵12、環氧結構膠13、張拉端銷固底板15、固定端銷固底板16、定位板9和薄型鋼板壓制的防護罩17。
[0014]如圖1-4和圖1-5所示，張拉端錨固底板15和固定端錨固底板16采用Q235/Q345低炭合金鋼制造，用于分別鎖固兩端錨具7。張拉端錨固底板15和固定端錨固底板16上開有呈陣列分布的多個垂直于筋材受力方向的腰型長槽通孔101。錨固底板采用膠錨螺栓群錨方式把錨具承擔的水平拉應力和鎖固所產生的彎距，通過多個螺栓均勻傳遞至原結構。張拉端錨固底板15和固定端錨固底板16外表面上還設有腰型銷鍵凹槽102或矩形凹槽107，用于安裝鎖固板和反力架。長槽通孔101數量為I?100個，寬度為5 mm?30 mm，長度為1mm?500mm。垂直于筋材受力方向的腰型銷鍵凹槽102數量為I?50個，寬度為5mm?20mm，長度為10mm?500mm，深度為2mm?10mm。垂直于筋材受力方向的矩形凹槽107數量為I?10個，寬度為50mm ?200mm，長度為50mm ?500mm，深度為2mm ?10mm。
[0015]采用上述構造的目的:通過多個小直徑螺栓群錨方式改善現有技術中傳統4?6根大直徑螺栓錨固拉剪應力集中對原結構造成損壞的現象，不但原結構受力均勻、安裝實施便捷，而且，垂直于筋材受力方向的腰型長槽通孔可減少施工鉆孔時對原結構的破壞;采用切鑿淺槽及環氧結構膠坐平填實錨固方式，其受力作用基本等同于預埋，對碳纖維筋施加張拉應力時，錨具鎖固板和反力架通過銷鍵把拉應力傳遞至錨固底板后，可發揮混凝土強度優勢承受張拉應力。
[0016]如圖4-6和圖4-7所示，張拉端鎖固板6上開有平行于筋材受力方向的半圓型長通槽105和多個垂直于筋材受力方向的腰型長槽通孔103。張拉端鎖固板6與張拉端錨固底板15接觸底部有銷鍵凹槽102或銷鍵作用的凸臺104。固定端鎖固板10上開有平行于筋材受力方向的腰型長槽通孔106和多個垂直于筋材受力方向的腰型長槽通孔103。固定端鎖固板10與固定端錨固底板16接觸底部有銷鍵凹槽102或銷鍵作用的凸臺104。
[0017]錨具7外形可以采用圓柱體結構，如如圖5-1和圖5-2所示，或矩形長方體結構，如圖6-1和圖6-2所示。銷具7由錨具外殼20和夾板21組成，圓柱體或矩形長方體錨具外殼內有一貫穿全長的楔形錐孔，夾板為分體式兩片楔形組成，夾板內平直面或平直孔面有交叉紋路齒形粗糙面，外錐形面為光滑面。夾板21里面還可以設一層鋁合金薄板22，有利于增大機械摩擦阻力的鋁合金薄板及均勻分布的細金剛砂。鋁合金薄板22緊貼碳纖維筋的表面上刷涂柔性環氧薄膜，其上粘附有利于增大機械摩擦阻力而均勻分布的細金剛砂23，如圖5-3和圖6-3所示。細金剛砂23粒徑為I目?100目。柔性環氧薄膜為A組分和B組分按重量比3:1比例均勻混合的液體環氧粘合劑，其中:A組分聚氨脂改性環氧樹脂85份、活性環氧稀釋劑5份，B組分改性聚醚胺固化劑30份。
[0018]采用上述構造的目的:鋁合金薄板強度低但延性好，刷涂柔性環氧薄膜粘附細金剛砂的作用是鋁合金薄板按夾板剪裁大小或按筋材外形包裹纏繞時，細金剛砂始終保持均勻粘附在鋁合金板表面而不脫落；當夾板、碳纖維筋及鋁合金薄板同步擠壓進入錨具外殼楔形錐孔產生徑向壓力時，柔性環氧粘附的細金剛砂自然貼緊碳纖維筋形成較大摩擦阻力接觸面，因碳纖維筋強度高于鋁合金板，細金剛砂被反作用力擠壓嵌入鋁合金薄板內而不會嵌入碳纖維筋;夾板內平直面或平直孔面有交叉紋路齒形粗糙面受壓嵌入鋁合金薄板同理。上述構造的進一步優點在于錨具采用純機械摩擦錨固，克服現有技術依賴環氧結構膠粘結強度實現錨固而無法快速夾持錨固的缺點。
[0019]碳纖維筋按形狀分為:通過矩形或圓形模具加熱拉擠復合的矩形筋條(板)和圓形筋棒。因筋材寬厚比較小、纖維集中度高，克服了現有技術使用中薄板纖維受力不均施加張拉應力易破裂的缺點，可實現最大張拉控制應力多65%碳纖維強度標準值的要求，摒棄現有技術必須采用環氧結構膠輔助粘結碳纖維的蔽端，無環氧結構膠耐久性問題且實施性價比高。碳纖維矩形筋條(板)厚度為Imm?5mm，寬度為5mm?50mm。碳纖維矩形筋條(板)安裝方式分為垂直于被加固結構表面豎直安裝和平行于被加固結構表面水平安裝。碳纖維圓形筋棒直徑為3mm?20_。
[0020]如圖7-1、圖7-2、圖8-1、圖8-2所示，牽引螺栓4與錨具7連接是采用牽引板25及螺栓間接連接；或螺紋套筒24直接連接。牽引螺栓4的直徑為M6?M30，其強度等級為8.8級、10.9級、12.9級。螺紋套筒24與錨具7連接螺紋直徑108為MlO?MlOO，螺距為0.5 mm?5 mm。牽引板25與錨具7接觸面有矩形凹槽109，牽引板25與錨具7連接采用外六角螺栓或內六角螺栓，螺栓數量為I?8個，螺栓直徑為M5?M20。牽引螺栓4與螺紋套筒24或牽引板25可采用分體式或整體式結構。
[0021]如圖9-1?9-4所示，反力架(2)呈[形結構，其側壁設有采用呈陣列分布的多個通孔，和垂直于筋材受力方向的腰型銷鍵凹槽102，下部水平邊設有半圓通孔(110)，上部水平邊設有圓形通孔(111)。反力架2通過螺栓和螺母與張拉端錨固底板15固定并可多次重復安裝。腰型銷鍵凹槽102數量為I?50個，寬度為5 mm?20 mm，長度為1mm?500mm，深度為2 mm?1Omm η
[0022]如圖1-1和圖1-3所示，混凝土結構14安裝位置上開鑿淺槽并鉆植膠錨螺栓11，張拉端錨固底板15和固定端錨固底板16分別安裝在淺槽位置。張拉端錨固底板15和固定端錨固底板16與混凝土結構14之間鋪設一層環氧結構膠13，螺栓11穿過張拉端錨固底板15和固定端錨固底板16呈陣列分布的多個圓形通孔101后用螺母固定于混凝土結構14中。銷鍵12緊配嵌入錨固底板的鍵槽102中，銷鍵12嵌入鍵槽102的深度為其厚度的1/2。碳纖維筋8(矩形筋板)兩端各安裝有一只錨具7，各錨具7與牽引螺栓4通過牽引螺紋套筒24或牽引板25實現連接。固定端錨具鎖固板10的鍵槽102嵌入安裝在固定端錨固底板16上的銷鍵12，通過螺栓穿過圓形通孔103與固定端錨固底板16實現固定連接。牽引螺栓4穿過固定端鎖固板上的圓形通孔106及三維自調節組合墊圈3后旋入螺母5實現固定端錨具鎖固。所述的反力架2側壁的鍵槽102嵌入安裝在張拉端錨固底板15上的銷鍵12，通過螺栓與張拉端錨固底板15實現固定連接。張拉端牽引螺栓4套上三維自調節組合墊圈3后，通過螺紋套筒(標準件)接長并穿過反力架2上半圓通孔110并旋入螺母5，再穿過反力架2圓形通孔111并套上三維自調節組合墊圈3，安裝千斤頂1(中空)后實施牽引張拉。
[0023]圖2-1、圖2-2展示了本發明的第一實施例張拉前和張拉后的示意圖。當千斤頂I實施牽引張拉達到設計要求的控制應力值和理論伸長量后，螺母5在反力架2上旋緊固定，張拉端錨具鎖固板6底部的鍵槽102嵌入張拉端錨固底板15上的銷鍵12，通過螺栓穿過圓形通孔103與張拉端錨固底板15實現固定，止時牽引螺栓4穿過半圓通孔105，旋轉螺母5壓緊三維自調節組合墊圈3與張拉端錨固底板15后實現錨具鎖固。松開反力架2上的螺母5，千斤頂I卸載后拆除千斤頂反力架2，完成預應力碳纖維筋材的張拉。然后，安裝碳纖維筋定位板9，并在定位板9外安裝薄型鋼板壓制的防護罩17。定位板作用在于限制碳纖維筋上下或左右位移，保持與被加固結構同一振幅頻率。防護罩為薄鋼板壓制成型或玻璃纖維預制成型外罩，其作用為保護碳纖維筋免于外力碰撞破損，同時防止紫外線侵蝕。
[0024]圖3-1?圖3-7展示了本發明的第二實施例。在第二實施例中，預應力碳纖維張拉裝置包括依次設置的千斤頂1、千斤頂反力架2、三維自調節組合墊圈3、牽引螺栓4、螺母5、張拉端錨具鎖固板6、錨具7、碳纖維筋8(矩形筋板)、固定端錨具鎖固板10、螺栓11、銷鍵12、環氧結構膠13、張拉端銷固底板15、固定端銷固底板16、聚合物砂楽18。
[0025]本發明的第一實施例和第二實施例大至相似，不同之處在于:第一實施例的張拉端錨具鎖固板6、固定端錨具鎖固板10與張拉端錨固底板15、固定端錨固底板16之間傳遞拉剪應力是通過標準件銷鍵12實現;第二實施例的張拉端錨具鎖固板6、固定端錨具鎖固板10與張拉端錨固底板15、固定端錨固底板16之間傳遞拉剪應力是通過張拉端錨具鎖固板6、固定端錨具鎖固板10自有凸臺104實現。第一實施例預應力碳纖維筋材張拉完成后，外防護采用定位板9和薄型鋼板壓制的防護罩17。第二實施例預應力碳纖維筋材張拉完成后，外防護采用碳纖維筋8(矩形筋板)外表面涂抹環氧樹脂粘附干燥河砂糙化處理，制模灌注聚合物砂漿。其具體步驟如下:在碳纖維筋外表面采用市售常用的環氧樹脂涂抹一層薄膜，粘附干燥河砂形成粗糙面利于聚合物砂漿粘結包裹，制模后壓力灌注聚合物砂漿，待聚合物砂漿固結后使碳纖維筋與原結構形成一體，不但對碳纖維筋提供了更好的防護，而且解決了常規碳纖維加固無法提高結構剛度的問題。
[0026]圖4-1?圖4-7展示了本發明的第三實施例，在第三實施例中預應力碳纖維張拉裝置包括依次設置的千斤頂1、千斤頂反力架2、三維自調節組合墊圈3、牽引螺栓4、螺母5、張拉端錨具鎖固板6、錨具7、碳纖維筋8(圓形筋棒)、固定端錨具鎖固板10、螺栓11、銷鍵12、環氧結構膠13、張拉端銷固底板15、固定端銷固底板16、定位板9、玻璃鋼預制的防護罩19。
[0027]本發明的第一實施例和第三實施例大至相似，不同之處在于:第一實施例的碳纖維筋材為矩形筋板8且安裝方式為豎直受力，第三實施例的碳纖維筋8的材料為圓形筋棒。第一實施例的張拉端錨具鎖固板6、固定端錨具鎖固板10與張拉端錨固底板15、固定端錨固底板16之間傳遞拉剪應力是通過標準件銷鍵12實現，第三實施例的張拉端錨具鎖固板6、固定端錨具鎖固板10拉剪應力傳遞是通過安裝在張拉端錨固底板15、固定端錨固底板16自有的長方形凹槽107內實現。第一實施例預應力碳纖維筋材張拉完成后，外防護采用定位板9和薄型鋼板壓制的防護罩17，第三實施例預應力碳纖維筋材張拉完成后，外防護采用定位板9和預制玻璃鋼的防護罩19。
[0028]本發明提出飛預應力碳纖維張拉裝置應用施工方法的步驟如下:
步驟A、碳纖維筋材與錨具安裝
(Al)在鋁合金薄板22(如圖5-3、6-3所示)的一面刷涂柔性環氧薄膜，在柔性環氧薄膜上均勻布撒細金剛砂23粘附固化后備用；柔性環氧薄膜為A組分和B組分按重量比3:1比例均勻混合的液體環氧粘合劑，其中:A組分聚氨脂改性環氧樹脂85份、活性環氧稀釋劑5份，B組分改性聚醚胺固化劑30份；
(A2)將鋁合金薄板22粘附細金剛砂23的一面緊貼碳纖維筋材8表面，用夾板21粗糙平直面緊貼鋁合金薄板22，然后將夾板21、碳纖維筋材8及鋁合金薄板22同步進入錨具外殼20楔形錐孔后，采用液壓擠壓機整體擠壓至設計深度完成錨具7的安裝，碳纖維筋與錨具的安裝既可在工廠預制也可在施工現場實施；
步驟B、安裝預應力碳纖維張拉裝置
(BI)在被加固的結構安裝位置放線，在混凝土 14上張拉端錨固底板15和固定端錨固底板16的安裝位置用機械切割人工開鑿淺溝槽，按線鉆植膠錨螺栓11;
(B2)在張拉端錨固底板15、固定端錨固底板16與混凝土結構14接觸面之間鋪設一層環氧結構膠13，膠錨螺栓11穿過圓形通孔101后調平張拉端錨固底板15和固定端錨固底板16并壓實，使環氧結構膠13填充密閉張拉端錨固底板15和固定端錨固底板16的周邊與混凝土結構14之間的間隙；
(B3)錨具7與牽引螺栓4通過牽引螺紋套筒24或牽引板25實現連接后，牽引螺栓4穿過固定端錨具鎖固板10的圓形通孔106及三維自調節組合墊圈3后旋入螺母5，固定端錨具鎖固板10的鍵槽102嵌入固定端錨固底板16上的銷鍵12，通過螺栓穿過圓形通孔103與固定端錨固底板16實現固定端錨具鎖固安裝；
(B4)反力架2底部的鍵槽102嵌入張拉端錨固底板15上的銷鍵12，通過螺栓與張拉端錨固底板15實現固定，張拉端牽引螺栓4套上三維自調節組合墊圈3后，通過螺紋套筒(標準件)接長并穿過反力架2半圓通孔110并套上三維自調節組合墊圈3后旋入螺母5，再穿過反力架2圓形通孔111，人工旋緊螺母5暫時固定張拉端錨具；
步驟C、安裝千斤頂實施預應力張拉:
(C I)反力架2圓形通孔111前端牽引螺栓4上放置一組三維自調節組合墊圈3，牽引螺栓4穿過中空千斤頂I后旋入螺母5; (C 2)手壓油栗使千斤頂I使活塞伸長，活塞推動螺母5帶動牽引螺栓4前行，牽引螺栓4通過錨具7把千斤頂I的推力傳遞給碳纖維筋8實現預應力張拉；
(C 3)當千斤頂I的推力值和碳纖維筋8的伸長量滿足設計要求后，旋緊反力架2半圓通孔110前放置的螺母5暫時鎖固；止時用張拉端錨具鎖固板6的半圓通孔105騎跨牽引螺栓4，底部的鍵槽102嵌入張拉端錨固底板15上的銷鍵12，通過螺栓穿過圓形通孔103與張拉端錨固底板15實現固定，旋轉螺母5壓緊三維自調節組合墊圈3與張拉端錨固底板15后實現錨具鎖固，完成預應力碳纖維筋材張拉；
(C 4)松開反力架2上的螺母5，千斤頂I卸載活塞后退后拆除千斤頂I及反力架2，重復上述B、C施工步驟，實施第二束?第η束碳纖維筋預應力張拉；
(C 5)重新安裝反力架2，重復上述C施工步驟，可實施第二次碳纖維筋預應力張拉。
[0029]本發明結構設計精巧，所需構件均采取工廠標準化生產，不但質量可靠而且成本低廉，通過牽引螺栓單一軸線受力及三維自助調節組合墊圈實現兩點一線受拉方式，使得碳纖維筋內纖維受力均衡，從而保證碳纖維高強度性能的有效發揮，同時，避免在對碳纖維筋施加張拉預應力時產生破裂的狀況。
[0030]以上的具體實施例僅用以舉例說明本發明的構思而非限制，本領域的普通技術人員在本發明的構思下可以做出多種變形或等同替換，這些變形或等同替換均包括在本發明的權利要求范圍內。
【主權項】
1.一種預應力碳纖維張拉裝置，其特征在于，包括: 張拉端錨固底板(15)和固定端錨固底板(16)，其上開設有呈陣列分布的多個通孔(101)和多個凹槽(102，107); 固定端鎖固板(10)，其上開設有一平行于維筋受力方向的通孔(106)和多個垂直于維筋受力方向的通孔(103)，所述固定端鎖固板(10)的一側邊設有至少一個凹槽(102)或起銷鍵作用的凸臺(104); 張拉端鎖固板(6)，其上開設有一平行于維筋受力方向的半圓型通槽(105)和多個垂直于維筋受力方向的通孔(103)，所述半圓型通槽的兩側設有凹槽(102)或起銷鍵作用的凸臺(104)； 反力架(2)，呈[形，其側壁設有采用呈陣列分布的多個通孔和凹槽(102)，下部水平邊設有半圓通孔(110)，上部水平邊設有圓形通孔(111); 碳纖維筋(8)，碳纖維矩形筋條、筋板，或圓形筋棒； 所述張拉端錨固底板(15)和固定端錨固底板(16)分別采用螺栓和螺母錨固于混凝土結構中，所述的固定端錨具鎖固板(10)與所述固定端錨固底板(16)，以及張拉端鎖固板(6)與張拉端錨固底板(15)通過銷鍵(12)和螺栓實現固定連接，所述的反力架(2)通過銷鍵(12)和螺栓與張拉端錨固底板(15)固定連接，所述的碳纖維筋(8)兩端各安裝有一只錨具(7)，各錨具與一牽引螺栓(4)連接，固定端牽引螺栓(4)穿過固定端鎖固板(10)上的通孔(106)及三維自調節組合墊圈(3)后旋入螺母實現固定端錨具鎖固，張拉端牽引螺栓(4)穿過張拉端鎖固板(6)上的半圓型通槽(105)及三維自調節組合墊圈(3)后旋入螺母實現張拉端錨具鎖固，然后通過螺紋套筒接長并穿過反力架(2)的半圓通孔(110)并旋入螺母，再穿過反力架(2)的圓形通孔(111)并套上三維自調節組合墊圈(3)后旋入螺母鎖固，最后安裝千斤頂(I)后實施牽引張拉。2.如權利要求1所述的預應力碳纖維張拉裝置，其特征在于，所述的固定端錨固底板和張拉端錨固底板采用Q235/Q345低炭合金鋼制作，其上呈陣列分布的通孔(101)采用腰型長槽孔，數量為1?100個，寬度為5皿1?30皿1，長度為10皿1?500皿1;所述的凹槽(102，)米用腰型銷鍵槽，數量為I?50個，寬度為5mm?20mm，長度為1mm?500mm，深度為2mm?1mm ；或采用矩形凹槽(107)，數量為I?10個，寬度為50_?200_，長度為50_?500_，深度為2_?1 OiiiTTin3.如權利要求1所述的預應力碳纖維張拉裝置，其特征在于，所述的碳纖維筋采用模具加熱拉擠成型的矩形筋條、筋板，或筋棒，筋條或筋板的厚度為Imm?5mm，寬度為5mm?50皿I;筋棒的直徑為3mm?20mmo4.如權利要求1所述的預應力碳纖維張拉裝置，其特征在于，所述的錨具(7)外形為圓柱體或矩形長方體，由外殼(20)和夾板(21)組成，外殼內有一貫穿全長的楔形錐孔，夾板為分體式兩片楔形組成，夾板內面為粗糙面，外錐形面為光滑面，夾板(21)里面還可以設一層招合金薄板(22)。5.如權利要求4所述的預應力碳纖維張拉裝置，其特征在于，所述的鋁合金薄板(22)緊貼碳纖維筋的表面上刷涂柔性環氧薄膜粘，其上附有利于增大機械摩擦阻力而均勻分布的細金剛砂(23)，所述的細金剛砂粒徑為I目?100目。6.如權利要求5所述的預應力碳纖維張拉裝置，其特征在于，所述柔性環氧薄膜是A組分和B組分按重量比3:1比例均勻混合的液體環氧粘合劑，其中:A組分包括聚氨脂改性環氧樹脂85份、活性環氧稀釋劑5份，B組分為改性聚醚胺固化劑30份。7.如權利要求1所述的預應力碳纖維張拉裝置，其特征在于，所述碳纖維筋上安裝有定位板(9)，所述定位板外安裝有防護罩(17)。8.如權利要求1所述的預應力碳纖維張拉裝置，其特征在于，所述的牽引螺栓(4)與錨具(7)的連接采用螺紋套筒(24)直接連接或采用牽引板(25)及螺栓間接連接。9.如權利要求1所述的預應力碳纖維張拉裝置，其特征在于，所述反力架(2)上的凹槽(102)數量為1?50個，寬度為5皿1?20皿1，長度為10皿1?500皿1，深度為2皿1?10皿1。10.一種預應力碳纖維張拉施工方法，其特征在于，包括下列步驟: 步驟A、碳纖維筋與錨具安裝， (Al)在鋁合金薄板(22)的一面刷涂柔性環氧薄膜，在柔性環氧薄膜上均勻布撒細金剛砂(23)粘附固化后備用，柔性環氧薄膜為A組分和B組分按重量比3:1比例均勻混合的液體環氧粘合劑，其中:A組分包括聚氨脂改性環氧樹脂85份、活性環氧稀釋劑5份，B組分為改性聚醚胺固化劑30份； (A2)將鋁合金薄板(22)粘附細金剛砂(23)的一面緊貼碳纖維筋材(8)表面，用夾板(21)粗糙平直面緊貼鋁合金薄板(22)，然后將夾板、碳纖維筋及鋁合金薄板同步進入錨具外殼(20)的楔形錐孔后，采用液壓擠壓機整體擠壓至設計深度完成錨具(7)的安裝； 步驟B、安裝預應力碳纖維張拉裝置， (BI)在混凝土 14上被加固的結構安裝位置放線，用機械切割人工開鑿淺溝槽，按線鉆植膠錨螺栓(11); (B2)在張拉端錨固底板(15)、固定端錨固底板(16)與混凝土結構(14)接觸面之間鋪設一層環氧結構膠(13)，螺栓(11)穿過圓形通孔(101)后將張拉端銷固底板(15)和固定端銷固底板(16)調平并壓實，使環氧結構膠填充密閉張拉端錨固底板(15)和固定端錨固底板(16)周邊與混凝土結構之間的間隙； (B3)錨具(7)與牽引螺栓(4)通過牽引螺紋套筒(24)或牽引板(25)實現連接后，使牽引螺栓穿過固定端錨具鎖固板(10)上的圓形通孔(106)及三維自調節組合墊圈(3)后旋入螺母(5)，將銷鍵嵌入固定端錨具鎖固板(10)的鍵槽(102)和固定端錨固底板(16)上的銷槽(102 )中，通過螺栓穿過通孔(103)與固定端銷固底板(16)實現固定端銷具鎖固安裝； (B4)將銷鍵(12)嵌入反力架(2)底部的鍵槽(102)和張拉端錨固底板(15)上的鍵槽(102)中，通過螺栓與張拉端錨固底板(15)實現固定，張拉端牽引螺栓(4)套上三維自調節組合墊圈(3)后，通過螺紋套筒接長并穿過反力架(2)上半圓通孔(110)并套上三維自調節組合墊圈(3)后旋入螺母(5)，再穿過反力架(2)上的通孔(111)，人工旋緊螺母(5)暫時固定張拉端錨具； 步驟C、安裝千斤頂實施預應力張拉， (Cl)在反力架2上通孔(111)前端牽引螺栓(4)上放置一組三維自調節組合墊圈(3)，牽引螺栓穿過中空千斤頂(I)后旋入螺母(5); (C2)手壓油栗使千斤頂(I)使活塞伸長，活塞推動螺母(5)帶動牽引螺栓(4)前行，牽引螺栓通過錨具把千斤頂的推力傳遞給碳纖維筋(8)實現預應力張拉； (C3)當千斤頂的推力值和碳纖維筋材的伸長量滿足設計要求后，旋緊反力架(2)上的半圓通孔(110)前放置的螺母(5)暫時鎖固；止時用張拉端錨具鎖固板(6)的半圓通孔(105)騎跨牽引螺栓，使底部的鍵槽(102)嵌入張拉端錨固底板(15)的銷鍵(12)，通過螺栓穿過通孔(103)與張拉端錨固底板(15)實現固定，旋轉螺母壓緊三維自調節組合墊圈與張拉端錨固底板(15)后實現錨具鎖固，完成預應力碳纖維筋材張拉； (C4)松開反力架(2)上的螺母，千斤頂卸載活塞后退后拆除千斤頂及反力架，重復上述步驟B、C施工，實施第二束?第η束碳纖維筋材預應力張拉； (C5)重新安裝反力架(2)，重復上述步驟C施工，可實施第二次碳纖維筋預應力張拉。
【文檔編號】E01D22/00GK106049300SQ201610627719
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月3日
【發明人】宋世剛
【申請人】深圳市威士邦建筑新材料科技有限公司