專利名稱：混凝土梁預應力frp布材加固裝置和加固方法
技術領域：
本發明涉及一種用于采用預應力FRP布材對鋼筋混凝土梁加固的方法和加固裝置，屬于土木工程結構加固與改造、預應力施工技術領域。
背景技術：
混凝土結構是土木工程中應用最廣泛的結構形式。由于結構上荷載的增加、結構用途的改變或是結構設計失誤、結構老化等原因，越來越多的混凝土結構需要進行加固，以提高結構的耐久性或極限承載力，其中混凝土梁加固最為普遍。FRP(纖維增強復合材料)具
有較高的強重比、良好的抗疲勞性能以及優異的耐腐蝕性能，目前已成為混凝土梁的主要加固材料之一。當非預應力FRP布材粘貼在強度不足或是已經破壞的混凝土構件的受拉面時，雖然抗彎強度得到了提高，但在剪力較大區域通常會發生FRP布材的剝離和分層破壞，使得構件的破壞顯現出脆性破壞的特征。而且，現場加固時往往為帶載加固，存在較大的應變滯后現象，導致FRP材料的高強度不能充分利用。影響了 FRP的加固效果。通過對FRP布材施加預應力，能更好的利用材料的性能。但預應力布材在指定的無粘結區域切斷釋放預應力時，由于屬于高應變率的情況下實施的，可能導致FRP布材過早剝離，因此需要采用合理錨固方法。對FRP施加預應力需要使用專門的設備。目前尚未有成熟的適用于現場應用的對FRP施加預應力的方法和設備，已有的方法大多施工不便、設備笨重。
發明內容
為了克服現有的高性能纖維類材料加固混凝土梁時存在強度不能充分利用的缺點，本發明的目的在于提供一種混凝土梁預應力FRP布材加固方法，具有施工方便、成本低的特點，降低對混凝土梁表面的處理要求。本發明的另一個目的在于提供一種混凝土梁預應力FRP布材加固裝置。本發明解決上述問題的技術方案是混凝土梁預應力FRP布材加固裝置，包括一側開口的無蓋殼體，在殼體兩側壁設置滑槽，布材固定軸、加力螺桿的兩端分別穿過滑槽后呈上下分布地固定在滑塊上，滑塊可沿著滑槽上下滑動；在加力螺桿中部設有向下的拉桿，拉桿穿過殼體底板伸出殼體，在殼體外的拉桿上設有螺母；導向軸的兩端分別插入兩塊固定板后軸接在殼體兩側壁的頂部使導向軸可沿著垂直于紙面的方向平行移動。前述的混凝土梁預應力FRP布材加固裝置，布材固定軸由沿截面直徑均分的兩個半圓軸軸向拼合而成。混凝土梁預應力FRP布材加固方法，包括以下步驟(I)使用粘結劑將FRP粘貼在待加固梁一端的底部，并用U型箍固定；(3)將混凝土梁預應力FRP布材加固裝置的殼體開口朝向待加固混合土梁的底部或者混凝土柱的內側壁并固定；
(4)安裝施加預應力的加力螺桿至滑塊上；(5)將FRP布材分次纏繞在布材固定軸的半圓軸、整個布材固定軸上，然后將布材固定軸安裝在滑塊上；(6)將導向軸的兩端穿過固定板后軸接在殼體頂部，向殼體后部的方向壓導向軸，則導向軸下壓FRP布材緊貼在待加固梁的表面；(I)旋緊拉桿上的螺母，對FRP布材施加預應力，根據公式入=4XX，其中F
L"
為施加的預應力，S為拉桿伸長量，L為梁總長，Ef為FRP布的彈性模量，Sf為FPR布的橫 截面面積尺寸，通過控制拉桿向下的位移控制預應力的大小，當施加到預定的預應力后，用粘結劑將FRP布材粘貼在梁的表面，待膠干以后，擰松螺母切斷FRP布材。有益效果本發明的裝置體型小，重量輕，易于安裝，施加荷載輕松方便。以加強柱表面為反力支點，采用預先張拉方法施加預拉力，克服了現有技術不能充分利用強度的弊端。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，并降低撓度，抑制裂縫的發展，延緩開裂的發生。
圖I是本發明混凝土梁預應力FRP布材加固裝置的三維透視圖；圖2是本發明混凝土梁預應力FRP布材加固裝置的分解部件示意圖；圖3是本發明混凝土梁預應力FRP布材加固裝置的一種使用方式示意圖；圖4是本發明混凝土梁預應力FRP布材加固裝置另一種使用方式示意圖。圖中殼體-I、滑槽_2、布材固定軸_3、加力螺桿-4、拉桿-5、螺母_6、滑塊_7、導向軸_8、固定板_9、待加固梁-10、混凝土柱-11、FRP-12。
具體實施例方式下面結合附圖和實例對本發明進一步說明。圖I是本發明混凝土梁預應力FRP布材加固裝置的三維透視圖，圖2是本發明混凝土梁預應力FRP布材加固裝置的分解部件示意圖，參照圖I、2所示，混凝土梁預應力FRP布材加固裝置A，殼體I 一側開口，且無蓋，材質為不銹鋼，相對的兩側壁設置滑槽2，布材固定軸3以及用于施加預應力的加力螺桿4穿過滑槽2用滑塊7固定，滑塊可沿著滑槽上下滑動，在加力螺桿4的中部與布材固定軸相反的方向設有拉桿5,拉桿5穿過殼體底板伸出殼體，拉桿上設有螺母6，則通過旋緊螺母可像下拉動拉桿，帶動固定塊下移，進而布材固定軸下移，拉緊FRP布材。為了防止FRP布材在布材固定軸上打滑，布材固定軸由沿截面直徑均分的兩部分軸向拼合而成，在將FRP布材固定在布材固定軸上時，需將FRP布材首先在任一部分纏繞，然后將兩部分合并為完整的布材固定軸后再纏繞數圈。導向軸8的兩端分別插入兩塊固定板9之后軸接在殼體兩側壁的頂部，使導向軸8可沿著垂直于紙面的方向平行移動，進而可使FRP布材緊貼在待加固梁的表面。圖3是本發明混凝土梁預應力FRP布材加固裝置的一種使用方式示意圖，圖4是將本發明的混凝土梁預應力FRP布材加固裝置另一種使用方式示意圖。參照圖3、4，采用本發明的裝置進行混凝土梁加固時，可將裝置開口朝向待加固混合土梁10的底部(圖3)或者混凝土柱11的內側壁(圖4)，具體包括以下步驟(I)使用粘結劑將FRP12粘貼在待加固梁10 —端的底部，并用U型箍固定；(2)安裝施加預應力的加力螺桿至滑塊上；(3)將FRP布材先纏繞在布材固定軸的半部分，再纏繞在整個布材固定軸上，然后將布材固定軸安裝在滑塊上；(4)將導向鋼軸通過固定板軸接在殼體頂部，向殼體后部的方向壓導向軸，則導向鋼軸壓FRP布材使其緊貼在待加固梁的表面；(5)旋拉桿上的螺母，對FRP布材施加預應力，根據公式通過控制拉桿向下的位移控制預應力的大小，當施加到預定的預應力后，用粘結劑將FRP布材粘貼在梁的表面，待膠干以后，擰松螺母切斷FRP布材。 實例現在對通過本加固裝置施加FRP預應力來加固和未施加預應力來加固的兩種梁進行性能方面比較。梁的截面尺寸為500mm (高)X 300mm (寬)，長6500mm，計算跨徑6m。梁上部配筋為5根直徑20mm的三級熱軋鋼筋，截面積=1571mm2，箍筋為直徑IOmm的三級鋼，混凝土的強度等級為C50。碳纖維布性能指標
權利要求
1.混凝土梁預應力FRP布材加固裝置，其特征在于包括一側開口的無蓋殼體，在殼體兩側壁設置滑槽，布材固定軸、加力螺桿的兩端分別穿過滑槽后呈上下分布地固定在滑塊上，滑塊可沿著滑槽上下滑動；布材固定軸由沿截面直徑均分的兩個半圓軸軸向拼合而成；在加力螺桿中部設有向下的拉桿，拉桿穿過殼體底板伸出殼體，在殼體外的拉桿上設有螺母；導向軸的兩端分別插入兩塊固定板后軸接在殼體兩側壁的頂部使導向軸可沿著垂直于紙面的方向平行移動。
2.混凝土梁預應力FRP布材加固方法包括以下步驟 (1)使用粘結劑將FRP粘貼在待加固梁一端的底部，并用U型箍固定； (2)將混凝土梁預應力FRP布材加固裝置的殼體開口朝向待加固混合土梁的底部或者混凝土柱的內側壁并固定； (3)安裝施加預應力的加力螺桿至滑塊上； (4)將FRP布材纏繞在固定軸上； (5)將導向軸的兩端穿過固定板后軸接在殼體頂部，向殼體后部的方向壓導向軸，則導向軸下壓FRP布材緊貼在待加固梁的表面； (6)旋緊拉桿上的螺母，對FRP布材施加預應力，根據公式F=δ/LX EFX SF，其中F為施 加的預應力，S為拉桿伸長量，L為梁總長，Ef為FRP布的彈性模量，Sf為FPR布的橫截面面積尺寸，通過控制拉桿向下的位移控制預應力的大小，當施加到預定的預應力后，用粘結劑將FRP布材粘貼在梁的表面，待膠干以后，擰松螺母切斷FRP布材。
3.根據權利要求3所述的混凝土梁預應力FRP布材加固方法，其特征在于布材固定軸由沿截面直徑均分的兩個半圓軸軸向拼合而成，步驟(4)中的布材先纏繞在固定軸的半圓軸，然后纏繞整個布材固定軸。
4.根據權利要求3所述的混凝土梁預應力FRP布材加固方法，其特征在于步驟(6)施加的預應力控制在FRP布材料強度的10°/Γ60%。
全文摘要
本發明是一種混凝土梁預應力FRP布材的加固裝置及加固方法。加固裝置的殼體兩側壁設置滑槽，布材固定軸、帶拉桿的加力螺桿并呈上下分布固定在滑塊上，滑塊可沿著滑槽上下滑動；導向軸經固定板軸接在殼體兩側壁的頂部，且可沿著垂直于紙面的方向平行移動。加固時，將FRP布材粘貼在待加固梁一端的底部，固定；將加固裝置開口朝向待加固梁的底部或者混凝土柱的內側壁并固定；安裝加力螺桿；將FRP布材纏繞在固定軸上；安裝并后壓導向軸，將FRP布材緊貼在梁表面；旋緊拉桿上的螺母，對FRP布材施加預應力到預定值后，將FRP布材粘貼在梁表面，膠干之后，擰松螺母切斷FRP布材。本發明通過施加變形預應力加固梁，提高了梁的承載能力。
文檔編號E04G23/02GK102733618SQ201210180910
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月4日 優先權日2012年6月4日
發明者吉伯海, 吳二軍, 姜偉, 蘇海伯, 鄒曄, 陳竹 申請人:河海大學