一種預應力纖維片材組合裝配式張拉裝置及其施工方法與流程

本發明屬于土木工程結構加固修復技術領域，尤其涉及一種預應力纖維片材組合裝配式張拉裝置及其施工方法。

背景技術：

近年來纖維片材（包括碳纖維、玄武巖纖維等）以其輕質高強、耐腐蝕、施工方便的獨特優點，成為了土木工程結構加固修復領域的研究與應用熱點。傳統粘貼纖維片材加固技術的主要不足之處，在于無法發揮纖維片材的高強度特性。大量研究表明，粘貼纖維片材前預先施加預應力能夠有效克服這一缺陷，即纖維片材施加預應力后可大幅度提高纖維片材強度利用率。

現有預應力纖維片材加固技術中，存在以下突出問題：1）纖維片材張拉過程中張拉絲桿重心與纖維片材重心之間存在偏心，易損傷纖維片材；2）張拉反力架結構笨重，操作復雜繁瑣，加固施工結束后需要整體留置在結構上不能重復利用，并且影響結構美觀。

技術實現要素：

為了解決現有預應力纖維片材張拉端施工方法中的不足之處，本發明提供了一種結構緊湊、裝配簡單、張拉反力架便于拆裝重復利用且能夠避免張拉過程偏心受力問題的預應力纖維片材組合裝配式張拉裝置及其施工方法。

為實現上述目的，本發明的具體方案如下：一種預應力纖維片材組合裝配式張拉裝置，包括張拉端錨具、張拉反力架、張拉導桿7、張拉擋板12和千斤頂11；

預應力纖維片材1右端夾持在張拉端錨具內，張拉導桿7沿左右水平方向平行設有兩根，張拉端錨具、張拉反力架和張拉擋板12，自左向右依次穿套在兩根張拉導桿7上，張拉導桿7的兩端分別螺紋連接有左鎖緊螺母2和右鎖緊螺母13，左鎖緊螺母2右端與張拉端錨具左端面接觸，右鎖緊螺母13左端與張拉擋板12左側表面接觸；千斤頂11的本體和活塞桿的端部分別與張拉反力架右端和張拉擋板12左側表面頂壓配合；

張拉端錨具右側和張拉反力架左側之間對應設置有錨固連接結構；

張拉端錨具包括U型板19、上錨固板14和下錨固板15，預應力纖維片材1右端夾持在上錨固板14和下錨固板15之間，上錨固板14和下錨固板15之間通過若干個陣列布置的第一高強螺栓5緊固連接，U型板19的開口端水平向右設置，U型板19的前部和后部沿左右水平方向均設有一條用于穿設張拉導桿7的左導向孔3，上錨固板14和下錨固板15位于U型板19內，U型板19的U型內壁開設有U型定位槽23，上錨固板14和下錨固板15的左側邊沿、前側邊沿和后側邊沿分別位于U型定位槽23內，U型板19的中部上側面開設有用于穿過預應力纖維片材1的凹槽20，上錨固板14下表面和下錨固板15的上表面均勻設置有若干條防滑齒紋，每條防滑齒紋的長度方向均與預應力纖維片材1的長度方向垂直，防滑齒紋深為0.5mm，相鄰兩條防滑齒紋間距為4.8mm。

張拉反力架包括連接板21、固定板17和承壓板18，連接板21的前部和后部沿左右水平方向均設有一條用于穿設張拉導桿7的右導向孔16，連接板21通過第二高強螺栓10固定連接在土木工程結構梁的下表面，固定板17的右端邊沿與承壓板18的上端邊沿固定連接構成的L型板狀結構，固定板17通過第三高強螺栓22固定設置在連接板21的下表面，承壓板18的右側表面與千斤頂11的活塞桿端部頂壓配合。

錨固連接結構包括一組腰型孔6和一組帶內攻絲的圓孔8，上錨固板14和和下錨固板15的左側邊沿對齊，上錨固板14的長度小于下錨固板15的長度，一組腰型孔6自前而后開設在下錨固板15的右側部，每個腰型孔6的長度方向均沿左右水平方向設置，一組圓孔8自前而后開設在連接板21左側部，每個腰型孔6均與一個圓孔8左右對應設置。

一種預應力纖維片材組合裝配式張拉裝置的施工方法，包括以下步驟：

1）、截取預應力纖維片材1：根據土木工程結構梁的長度裁剪合適長度的預應力纖維片材1，預應力纖維片材1尺寸規格為：寬度50mm、厚度1.4mm；

2）、加工制作張拉端錨具的U型板19、上錨固板14和下錨固板15，上錨固板14的長度為220mm，下錨固板15的長度為240mm，上錨固板14和下錨固板15的厚度均為12mm；

加工制作張拉反力架的連接板21、固定板17和承壓板18，張拉反力架的固定板17和承壓板18構成的L型板狀結構一體折彎而成；

加工制作兩根張拉導桿7，張拉導桿7直徑與長度分別為12mm、1m；

3）、使用固定錨具將預應力纖維片材1的左端夾持到土木工程結構梁的左側下表面；將預應力纖維片材1的左端放置到張拉端錨具的上錨固板14和下錨固板15之間，上錨固板14和下錨固板15表面的防滑齒紋中分增強與預應力纖維片材1的緊固摩擦力，擰上第一高強螺栓5使上錨固板14和下錨固板15夾緊預應力纖維片材1，把上錨固板14和下錨固板15由U型板19右端敞口處向左推入到U型定位槽23內，預應力纖維片材1穿過預應力纖維片材1中部上側的凹槽20；

然后安裝張拉反力架：對于張拉反力架位置的確定，設定對預應力纖維片材1施加預應力值為極限強度的30%，預應力纖維片材1的伸長率1.7%，通過計算得出預應力纖維片材1實際伸長量為，以張拉端錨具靠近千斤頂11的一端起始位置，沿向右張拉方向測量出5.1cm，該位置即為張拉反力架的安裝位置，先使用第二高強螺栓10把連接板21固定連接在土木工程結構梁的下表面，然后再使用第三高強螺栓22把固定板17固定設置在連接板21的下表面；

4）、安裝張拉端動力驅動機構：將兩根張拉導桿7穿到左導向孔3和右導向孔16內，再把張拉擋板12穿到兩根張拉導桿7右端，將千斤頂11放置在承壓板18與張拉擋板12之間，在兩根張拉導桿7的左端擰上左鎖緊螺母2，在兩根張拉導桿7的右端擰上右鎖緊螺母13；

5）、張拉預應力纖維片材1：千斤頂11通過液壓管路連接到液壓站，驅動千斤頂11，千斤頂11頂推張拉擋板12，張拉擋板12通過張拉導桿7帶動張拉端錨具的U型板19向右移動，上錨固板14和下錨固板15在U型板19的U型定位槽23的限位下隨著U型板19同步向右移動，實現對預應力纖維片材1的張拉，張拉過程中發現張拉端錨具的下錨固板15上的一組腰型孔6覆蓋在張拉反力架的固定板17上的一組圓孔8時，查看液壓站上的液壓表讀數并同步對千斤頂11進行加壓或卸載來微調拉力值，校對無誤后即完成對預應力纖維片材1的預應力施加；

6）、固定張拉端錨具：保持千斤頂11處于持荷狀態，照準張拉端錨具上預留的腰型孔6與連接板21上的圓孔8重合位置，使用第四高強螺栓與圓孔8進行連接，擰緊第四高強螺栓后，腰型孔6內的多余部分用U形鍵填充，完成對張拉端錨具的固定，然后卸載并拆除千斤頂11、U型板19、張拉導桿7和張拉擋板12。

綜上所述，本發明適用于土木工程結構修復領域，與現有預應力纖維片材張拉端施工方法相比具有以下突出優點：

1、本發明利用預應力纖維片材張拉力與伸長量之間的線性關系，定位并安裝張拉反力架；所采用的張拉端錨固裝置通過預應力纖維片材伸長量控制實現預應力張拉的有效控制，使得纖維片材預應力施加過程更加便捷。

2、本發明的張拉端錨具不依靠張拉導桿進行固定，而是對張拉端錨具的下錨固板上預設腰型孔，纖維片材施加預應力結束后使用第四高強螺栓將張拉端錨具與張拉反力架的固定板預留的內攻絲圓孔連接。采用該施工方法纖維片材長期預應力能夠得到有效保證，施工方法更加穩定可靠，纖維片材預應力張拉結束后即可拆除張拉導桿，克服了現有預應力纖維片材張拉端張拉導桿施工方法普遍存在的耐久性不足問題，有效解決了張拉導桿長期服役易受到外界環境影響，一旦銹蝕將導致纖維片材預應力損失過大的問題。

3、預應力纖維片材在張拉過程中常常會遇到張拉導桿重心與預應力纖維片材重心之間存在偏心，損傷預應力纖維片材的情況，本申請所采用的U型板將張拉導桿放置在張拉端錨具外側，通過U型板裝配張拉端錨具來實現對碳纖維板的張拉，使張拉導桿重心與預應力纖維片材重心基本保持一致，有效解決了預應力纖維片材張拉過程中偏心受力問題。

4、本發明張拉反力架采用分體裝配式設計，張拉反力架由連接板以及固定板與承壓板構成的L型板狀結構裝配式連接，張拉預應力纖維片材結束后支架板可拆除，重復利用，降低了工程成本。

5、本發明所述U型板與張拉端錨具為裝配式連接，安裝便捷，張拉預應力纖維片材結束后U型板可拆除，重復利用，降低了工程成本。U型定位槽的設置，限定張拉端錨具的位置，避免在張拉作業時張拉端錨具脫離U型板。

附圖說明

圖1是本發明在錨固前的仰視結構示意圖；

圖2是圖1的仰視圖；

圖3是圖1中U型板的放大圖；

圖4是圖3中A-A剖視圖；

圖5是圖3中B-B剖視圖；

圖6是本發明中連接板的放大圖；

圖7是圖6中C-C剖視圖

圖8是本發明中固定板和承壓板的放大圖；

圖9是圖8中D-D剖視圖；

圖10是本發明中上錨固板和下錨固板的水平截面示意圖。

具體實施方式

如圖1-10所示，本發明的一種預應力纖維片材組合裝配式張拉裝置，包括張拉端錨具、張拉反力架、張拉導桿7、張拉擋板12和千斤頂11；

預應力纖維片材1右端夾持在張拉端錨具內，張拉導桿7沿左右水平方向平行設有兩根，張拉端錨具、張拉反力架和張拉擋板12，自左向右依次穿套在兩根張拉導桿7上，張拉導桿7的兩端分別螺紋連接有左鎖緊螺母2和右鎖緊螺母13，左鎖緊螺母2右端與張拉端錨具左端面接觸，右鎖緊螺母13左端與張拉擋板12左側表面接觸；千斤頂11的本體和活塞桿的端部分別與張拉反力架右端和張拉擋板12左側表面頂壓配合；

張拉端錨具右側和張拉反力架左側之間對應設置有錨固連接結構；

張拉端錨具包括U型板19、上錨固板14和下錨固板15，預應力纖維片材1右端夾持在上錨固板14和下錨固板15之間，上錨固板14和下錨固板15之間通過若干個陣列布置的第一高強螺栓5緊固連接，U型板19的開口端水平向右設置，U型板19的前部和后部沿左右水平方向均設有一條用于穿設張拉導桿7的左導向孔3，上錨固板14和下錨固板15位于U型板19內，U型板19的U型內壁開設有U型定位槽23，上錨固板14和下錨固板15的左側邊沿、前側邊沿和后側邊沿分別位于U型定位槽23內，U型板19的中部上側面開設有用于穿過預應力纖維片材1的凹槽20，上錨固板14下表面和下錨固板15的上表面均勻設置有若干條防滑齒紋，每條防滑齒紋的長度方向均與預應力纖維片材1的長度方向垂直，防滑齒紋深為0.5mm，相鄰兩條防滑齒紋間距為4.8mm。

張拉反力架包括連接板21、固定板17和承壓板18，連接板21的前部和后部沿左右水平方向均設有一條用于穿設張拉導桿7的右導向孔16，連接板21通過第二高強螺栓10固定連接在土木工程結構梁的下表面，固定板17的右端邊沿與承壓板18的上端邊沿固定連接構成的L型板狀結構，固定板17通過第三高強螺栓22固定設置在連接板21的下表面，承壓板18的右側表面與千斤頂11的活塞桿端部頂壓配合。

錨固連接結構包括一組腰型孔6和一組帶內攻絲的圓孔8，上錨固板14和和下錨固板15的左側邊沿對齊，上錨固板14的長度小于下錨固板15的長度，一組腰型孔6自前而后開設在下錨固板15的右側部，每個腰型孔6的長度方向均沿左右水平方向設置，一組圓孔8自前而后開設在連接板21左側部，每個腰型孔6均與一個圓孔8左右對應設置。

一種預應力纖維片材組合裝配式張拉裝置的施工方法，包括以下步驟：

1）、截取預應力纖維片材1：根據土木工程結構梁的長度裁剪合適長度的預應力纖維片材1，預應力纖維片材1尺寸規格為：寬度50mm、厚度1.4mm；

2）、加工制作張拉端錨具的U型板19、上錨固板14和下錨固板15，上錨固板14的長度為220mm，下錨固板15的長度為240mm，上錨固板14和下錨固板15的厚度均為12mm；

加工制作張拉反力架的連接板21、固定板17和承壓板18，張拉反力架的固定板17和承壓板18構成的L型板狀結構一體折彎而成；

加工制作兩根張拉導桿7，張拉導桿7直徑與長度分別為12mm、1m；

3）、使用固定錨具將預應力纖維片材1的左端夾持到土木工程結構梁的左側下表面；將預應力纖維片材1的左端放置到張拉端錨具的上錨固板14和下錨固板15之間，上錨固板14和下錨固板15表面的防滑齒紋中分增強與預應力纖維片材1的緊固摩擦力，擰上第一高強螺栓5使上錨固板14和下錨固板15夾緊預應力纖維片材1，把上錨固板14和下錨固板15由U型板19右端敞口處向左推入到U型定位槽23內，預應力纖維片材1穿過預應力纖維片材1中部上側的凹槽20；

然后安裝張拉反力架：對于張拉反力架位置的確定，設定對預應力纖維片材1施加預應力值為極限強度的30%，預應力纖維片材1的伸長率1.7%，通過計算得出預應力纖維片材1實際伸長量為，以張拉端錨具靠近千斤頂11的一端起始位置，沿向右張拉方向測量出5.1cm，該位置即為張拉反力架的安裝位置，先使用第二高強螺栓10把連接板21固定連接在土木工程結構梁的下表面，然后再使用第三高強螺栓22把固定板17固定設置在連接板21的下表面；

4）、安裝張拉端動力驅動機構：將兩根張拉導桿7穿到左導向孔3和右導向孔16內，再把張拉擋板12穿到兩根張拉導桿7右端，將千斤頂11放置在承壓板18與張拉擋板12之間，在兩根張拉導桿7的左端擰上左鎖緊螺母2，在兩根張拉導桿7的右端擰上右鎖緊螺母13；

5）、張拉預應力纖維片材1：千斤頂11通過液壓管路連接到液壓站，驅動千斤頂11，千斤頂11頂推張拉擋板12，張拉擋板12通過張拉導桿7帶動張拉端錨具的U型板19向右移動，上錨固板14和下錨固板15在U型板19的U型定位槽23的限位下隨著U型板19同步向右移動，實現對預應力纖維片材1的張拉，張拉過程中發現張拉端錨具的下錨固板15上的一組腰型孔6覆蓋在張拉反力架的固定板17上的一組圓孔8時，查看液壓站上的液壓表讀數并同步對千斤頂11進行加壓或卸載來微調拉力值，校對無誤后即完成對預應力纖維片材1的預應力施加；

6）、固定張拉端錨具：保持千斤頂11處于持荷狀態，照準張拉端錨具上預留的腰型孔6與連接板21上的圓孔8重合位置，使用第四高強螺栓與圓孔8進行連接，擰緊第四高強螺栓后，腰型孔6內的多余部分用U形鍵填充，完成對張拉端錨具的固定，然后卸載并拆除千斤頂11、U型板19、張拉導桿7和張拉擋板12。

以上實施例僅用以說明而非限制本發明的技術方案，盡管參照上述實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解：依然可以對本發明進行修改或者等同替換，而不脫離本發明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。