橫向張拉預(yù)應(yīng)力碳纖維布與鋼材復(fù)合加固框架梁的方法
【專利摘要】橫向張拉預(yù)應(yīng)力碳纖維布與鋼材復(fù)合加固框架梁的方法，包括以下步驟：將碳纖維片材兩端粘貼固定在L型鋼錨板上，然后安裝在框架梁的兩端；橫向向下拉緊碳纖維片材，塞入鋼墊板，將鋼墊板粘結(jié)固定在框架梁上；通過U型鋼板一次或多次同步對稱橫向向上拉緊碳纖維片材，待碳纖維片材貼緊框架梁底面后，將U型鋼板固定在框架梁上；粘貼梁底鋼板和兩端區(qū)段內(nèi)的U型鋼箍，并采用化學(xué)錨栓錨固。本發(fā)明易于實現(xiàn)可靠張拉錨固和零間隙粘貼，利用碳纖維片材的高強性能對框架梁施加較高水平的預(yù)應(yīng)力，同時綜合利用張拉錨固鋼板提高框架梁抗剪承載力，使碳纖維片材和鋼材性能得以充分發(fā)揮，達到了框架梁抗彎和抗剪承載力協(xié)同增強加固的目的。
【專利說明】橫向張拉預(yù)應(yīng)力碳纖維布與鋼材復(fù)合加固框架梁的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于土木工程結(jié)構(gòu)加固【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種橫向張拉預(yù)應(yīng)力碳纖維布與鋼材復(fù)合加固框架梁的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，采用碳纖維片材對結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力進行增強加固的技術(shù)得到重視，形成了獨具特點的預(yù)應(yīng)力碳纖維片材加固技術(shù)。該技術(shù)的優(yōu)勢是發(fā)揮了碳纖維片材的高強性能，同時對結(jié)構(gòu)施加主動預(yù)應(yīng)力而提高了加固效果；改變了直接粘貼后被動承載的受力狀態(tài)，使材料的有效利用率顯著提高；對于梁式構(gòu)件而言，可顯著提高其抗裂彎矩、延緩裂縫出現(xiàn)、抑制既有裂縫的發(fā)展、顯著減小裂縫寬度，從而改善結(jié)構(gòu)的正常使用性能。
[0003]目前，已有多種縱向張拉碳纖維片材的預(yù)應(yīng)力施加方法，其共同的特點是需要對碳纖維片材施加縱向的張拉力，這不僅需要做好碳纖維片材端部(含張拉端與固定端)的可靠錨固，也需要為張拉施工提供支撐張拉力的縱向反力裝置，從而使得整個預(yù)應(yīng)力張拉體系組成復(fù)雜，降低了張拉施工效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種加工效果佳、可靠性高、張拉施工效率高的橫向張拉預(yù)應(yīng)力碳纖維布與鋼材復(fù)合加固框架梁的方法。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:橫向張拉預(yù)應(yīng)力碳纖維布與鋼材復(fù)合加固框架梁的方法，包括以下具體步驟:
(A)、將碳纖維片材I兩端粘貼固定到L型鋼錨板2上，然后再將L型鋼錨板2安裝固定到框架梁20下表面與框架柱30內(nèi)側(cè)面之間的夾角處。
[0006](B)、橫向向下拉緊碳纖維片材1，在碳纖維片材I上表面與框架梁20下表面之間塞入至少兩個鋼墊板3，將鋼墊板3的上表面粘結(jié)固定在框架梁20的下表面上；
(C)、在每個鋼墊板3的兩側(cè)對稱設(shè)置一個開口朝上的U型鋼板4，向上一次或多次同步橫向向上拉動U型鋼板4，使碳纖維片材I貼緊框架梁20下表面后，將U型鋼板4固定在框架梁20上；
(D)、在U型鋼板4之間的碳纖維片材I下表面粘貼并固定梁底鋼板13;在U型鋼板4與最外側(cè)一個L型鋼錨板2之間設(shè)置將碳纖維片材I向上張拉的U型鋼箍11。
[0007]所述步驟A具體包括以下步驟，
(I)、使用鋼板加工制作L型鋼錨板2，L型鋼錨板2總長度由碳纖維片材I與鋼板粘結(jié)后、再與框架梁20端部底面和框架柱30內(nèi)側(cè)面的混凝土粘結(jié)并通過固定件固定以可靠承受碳纖維片材I張拉力加以確定；
固定件采用一組與L型鋼錨板2焊接的鋼帶15，在鋼帶15上打孔并通過第一化學(xué)錨栓6埋設(shè)固定在框架梁20端部側(cè)面和框架柱30側(cè)面；固定鋼帶15前應(yīng)預(yù)先對鋼帶15與框架梁20、框架柱30的接觸面進行清潔和糙化處理； (2)、碳纖維片材I粘貼區(qū)域的定位與清潔:在L型鋼錨板2、框架梁20底面與框架柱30內(nèi)側(cè)面劃線標(biāo)示出碳纖維片材I粘貼區(qū)域，并進行糙化處治，用酒精擦拭進行清潔處理，然后涂刷底膠層；
(3)、待張拉碳纖維片材I的固定:將裁剪成型的碳纖維片材I鋪平放置，兩端涂膠與L型鋼錨板2粘結(jié)在一起；在L型鋼錨板2尺寸范圍內(nèi)的混凝土表面涂膠，打孔埋設(shè)第一化學(xué)錨栓6將L型鋼錨板2固定。
[0008]所述步驟B中采用如下方法確定鋼墊板3的厚度:根據(jù)設(shè)計的張拉控制預(yù)應(yīng)力值，計算出碳纖維片材初始長度10的伸長值Δ/ ;然后結(jié)合鋼墊板3和U型鋼板4安裝施工過程
中碳纖維片材I初始長度人的長度變化，計算出鋼墊板3的厚度A。
[0009]所述步驟C具體包括以下步驟，
(I )、對于未與樓板40相連的獨立框架梁20，需在框架梁20上表面預(yù)設(shè)鋼橫梁8，鋼橫梁8通過第一緊固螺栓9與U型鋼板4的上端連接向上張緊碳纖維片材I ;對于與樓板40相連的普通框架梁20，需在框架梁20兩側(cè)的樓板40底面向上打孔預(yù)埋第二緊固螺栓10，第二緊固螺栓10與U型鋼板4連接向上張緊碳纖維片材I ;
(2)、多次同步對稱橫向向上拉緊碳纖維片材I過程中，下一次張拉需待上一次張拉錨固且碳纖維片材I粘結(jié)膠硬化達到設(shè)計強度之后再進行；
(3)、在張緊碳纖維片材I之前，應(yīng)在框架梁20、框架柱30的粘結(jié)面的底膠層上涂刷粘結(jié)膠層；在碳纖維片材I張緊之后，再進行滾軸壓平、補注粘接膠工續(xù)，確保碳纖維片材I與框架梁20、框架柱30的可靠粘結(jié)。
[0010]所述步驟D具體包括以下步驟，
(1)、梁底鋼板13與碳纖維片材I之間、碳纖維片材I與框架梁20下表面之間通過涂刷粘結(jié)膠層與框架梁20形成整體連接；并通過在框架梁20底部設(shè)置第二化學(xué)錨栓，或者將梁底鋼板13兩端粘接并固定在U型鋼板4和碳纖維片材I之間加以錨固；
(2)、所述U型鋼箍11在框架梁20底部與側(cè)面粘接區(qū)內(nèi)，通過涂刷粘結(jié)膠層與框架梁20形成整體連接，U型鋼箍11兩側(cè)上部通過第三化學(xué)錨栓12與框架梁20側(cè)面錨固。
[0011]與碳纖維片材I表面直接接觸的L型鋼錨板2、鋼墊板3、U型鋼板4組件的棱邊、棱角部均加工成弧形光滑過渡面。
[0012]采用上述技術(shù)方案，使用L型鋼板將預(yù)應(yīng)力碳纖維片材錨固在框架梁底面和框架柱的內(nèi)側(cè)面上，采用橫向向下拉緊碳纖維片材塞入鋼墊板和通過U型鋼板橫向向上拉緊碳纖維片材的二次橫向張拉方法，在框架梁上建立其可靠的預(yù)應(yīng)力。使得碳纖維片材張拉施工簡單可靠，張拉力較縱向張拉顯著降低；省去了使用油壓千斤頂?shù)葯C械設(shè)備及其安裝拆除等工序，節(jié)省了加固施工費用。同時，施加預(yù)應(yīng)力后的碳纖維片材剩余強度，與鋼材抗拉強度有較好的一致性，可與鋼材協(xié)同受力并使兩種材料的強度得到充分發(fā)揮，也可以起到碳纖維片材與鋼材復(fù)合而形成高強延性材料，保障了框架梁增強加固后的變形能力，有利于提高框架梁的延性抗震性能。
[0013]本發(fā)明提供了一種橫向張拉預(yù)應(yīng)力碳纖維片材與鋼材復(fù)合加固框架梁的方法，同現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
(I)、本發(fā)明將碳纖維片材與L型鋼錨板粘結(jié)為一體后，又與其端部的框架梁、框架柱粘貼在一起，然后通過打孔埋設(shè)在框架梁、框架柱上的錨栓錨固，大大提高了碳纖維片材的端部錨固可靠性。
[0014](2)、本發(fā)明采用二級橫向張拉方法，首先采用橫向向下拉緊碳纖維片材塞入鋼墊板，使得碳纖維片材獲得初始張拉應(yīng)力；然后通過U型鋼板一次或多次同步對稱橫向向上拉緊碳纖維片材，使得鋼墊板二次起到支撐碳纖維片材拉伸的作用；鋼墊板的運用巧妙合理，成為本發(fā)明技術(shù)的關(guān)鍵組件之一。
[0015](3)、本發(fā)明的U型鋼板既起到橫向拉緊碳纖維片材的作用，又可兼具提高框架梁的抗剪承載力的功能，從而實現(xiàn)了材料的多效利用。
[0016](4)、本發(fā)明的橫向拉緊力僅為縱向張拉力的微量分力，可采用簡單的錨栓緊固加以實現(xiàn)，大大降低了張拉施工難度。
[0017](5)、本發(fā)明綜合利用了施加預(yù)應(yīng)力后的碳纖維片材剩余強度與鋼材抗拉強度的協(xié)調(diào)性，使兩種材料的強度得到充分發(fā)揮。碳纖維片材與鋼材復(fù)合形成高強延性材料，保障了框架梁增強加固后的變形能力，有利于提高框架梁的延性抗震性能。
[0018]綜上所述，本發(fā)明設(shè)計新穎獨特、簡單快捷，易于實現(xiàn)碳纖維片材的可靠張拉錨固并與待加固框架梁零間隙粘貼，較好地利用了碳纖維片材的高強性能而對框架梁施加較高水平的預(yù)應(yīng)力，同時綜合利用張拉U型鋼板提高框架梁抗剪承載力，使碳纖維片材和鋼材性能得以充分發(fā)揮，達到了框架梁抗彎和抗剪承載力協(xié)同增強加固的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1中U型鋼板的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是圖2的俯視圖；
圖4是本發(fā)明中固定件采用鋼帶和第二化學(xué)錨栓進行固定連接狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實施方式】
[0020]實施例一:如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明的橫向張拉預(yù)應(yīng)力碳纖維布與鋼材復(fù)合加固框架梁的方法，包括以下具體步驟:
(A)、將碳纖維片材I兩端粘貼固定到L型鋼錨板2上，然后再將L型鋼錨板2安裝固定到框架梁20下表面與框架柱30內(nèi)側(cè)面之間的夾角處。
[0021](B)、橫向向下拉緊碳纖維片材1，在碳纖維片材I上表面與框架梁20下表面之間塞入至少兩個鋼墊板3，將鋼墊板3的上表面粘結(jié)固定在框架梁20的下表面上；
(C)、在每個鋼墊板3的兩側(cè)對稱設(shè)置一個開口朝上的U型鋼板4，向上一次或多次同步橫向向上拉動U型鋼板4，U型鋼板4兩端設(shè)有安裝孔50，使碳纖維片材I貼緊框架梁20下表面后，將U型鋼板4固定在框架梁20上；
(D)、在U型鋼板4之間的碳纖維片材I下表面粘貼并固定梁底鋼板13;在U型鋼板4與最外側(cè)一個L型鋼錨板2之間設(shè)置將碳纖維片材I向上張拉的U型鋼箍11。
[0022]步驟A具體包括以下步驟:
(I)、使用鋼板加工制作L型鋼錨板2，L型鋼錨板2總長度由碳纖維片材I與鋼板粘結(jié)后、再與框架梁20端部底面和框架柱30內(nèi)側(cè)面的混凝土粘結(jié)并通過固定件固定以可靠承受碳纖維片材I張拉力加以確定；固定件采用一組與L型鋼錨板2焊接的鋼帶15，在鋼帶15上打孔并通過第一化學(xué)錨栓6埋設(shè)固定在框架梁20端部側(cè)面和框架柱30側(cè)面；固定鋼帶15前應(yīng)預(yù)先對鋼帶15與框架梁20、框架柱30的接觸面進行清潔和糙化處理；
(2)、碳纖維片材I粘貼區(qū)域的定位與清潔:在L型鋼錨板2、框架梁20底面與框架柱30內(nèi)側(cè)面劃線標(biāo)示出碳纖維片材I粘貼區(qū)域，并進行糙化處治，用酒精擦拭進行清潔處理，然后涂刷底膠層；
(3)、待張拉碳纖維片材I的固定:將裁剪成型的碳纖維片材I鋪平放置，兩端涂膠與L型鋼錨板2粘結(jié)在一起；在L型鋼錨板2尺寸范圍內(nèi)的混凝土表面涂膠，打孔埋設(shè)第一化學(xué)錨栓6將L型鋼錨板2固定。
[0023]步驟B中采用如下方法確定鋼墊板3的厚度:根據(jù)設(shè)計的張拉控制預(yù)應(yīng)力值，計算出碳纖維片材初始長度10的伸長值Δ/ ;然后結(jié)合鋼墊板3和U型鋼板4安裝施工過程中碳纖維片材I初始長度人的長度變化，計算出鋼墊板3的厚度A。
[0024]圖1中的鋼墊板3設(shè)置兩個，以兩塊鋼墊板3為例，7(^27^+7,27%，其中Iw為鋼墊板3到L型鋼錨板2之間的水平距離，72(|為兩塊鋼墊板3之間的水平距離，73(|為鋼墊板3的寬度。[0025]本實施例中的四個U型鋼板4同步拉緊，則鋼墊板3的厚度A=A/ /4。
[0026]為了提高框架梁20跨中區(qū)段的預(yù)應(yīng)力效果，也可以采取分步拉緊方法:首先將兩側(cè)U型鋼板4同步拉緊，待碳纖維片材I在左右兩個Iw和1?Λ段粘貼膠硬化達到設(shè)計強度后，再同步拉緊內(nèi)側(cè)的兩個U型鋼板4 ;此時鋼墊板3的厚度1+Δ/ 2)/2 (其中Λ/ I為
長度271(1+72。+273(|碳纖維片材I的伸長值，ΛΙ 2為長度I20碳纖維片材的伸長值)。
[0027]步驟C具體包括以下步驟:
(I )、對于未與樓板40相連的獨立框架梁20，需在框架梁20上表面預(yù)設(shè)鋼橫梁8，鋼橫梁8通過第一緊固螺栓9與U型鋼板4的上端連接向上張緊碳纖維片材I ;
(2)、多次同步對稱橫向向上拉緊碳纖維片材I過程中，下一次張拉需待上一次張拉錨固且碳纖維片材I粘結(jié)膠硬化達到設(shè)計強度之后再進行；
(3)、在張緊碳纖維片材I之前，應(yīng)在框架梁20、框架柱30的粘結(jié)面的底膠層上涂刷粘結(jié)膠層；在碳纖維片材I張緊之后，再進行滾軸壓平、補注粘接膠工續(xù)，確保碳纖維片材I與框架梁20、框架柱30的可靠粘結(jié)。
[0028]所述步驟D具體包括以下步驟，
(1)、梁底鋼板13與碳纖維片材I之間、碳纖維片材I與框架梁20下表面之間通過涂刷粘結(jié)膠層與框架梁20形成整體連接；并通過在框架梁20底部設(shè)置第二化學(xué)錨栓，或者將梁底鋼板13兩端粘接并固定在U型鋼板4和碳纖維片材I之間加以錨固；
(2)、所述U型鋼箍11在框架梁20底部與側(cè)面粘接區(qū)內(nèi)，通過涂刷粘結(jié)膠層與框架梁20形成整體連接，U型鋼箍11兩側(cè)上部通過第三化學(xué)錨栓12與框架梁20側(cè)面錨固。
[0029]與碳纖維片材I表面直接接觸的L型鋼錨板2、鋼墊板3、U型鋼板4組件的棱邊、棱角部均加工成弧形光滑過渡面。
[0030]實施例二:如圖4所示，該實施例與實施例一的不同之處在于，框架梁20上部設(shè)有樓板40，這就需在框架梁20兩側(cè)的樓板40底面向上打孔預(yù)埋第二緊固螺栓10，第二緊固螺栓10與U型鋼板4連接張緊碳纖維片材I。
[0031]上述實施例并非對本發(fā)明的形狀、材料、結(jié)構(gòu)等作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.橫向張拉預(yù)應(yīng)力碳纖維布與鋼材復(fù)合加固框架梁的方法，其特征在于:包括以下具體步驟， (A)、將碳纖維片材(I)兩端粘貼固定到L型鋼錨板(2)上，然后再將L型鋼錨板(2)安裝固定到框架梁(20)下表面與框架柱(30)內(nèi)側(cè)面之間的夾角處。
2.(B)、橫向向下拉緊碳纖維片材(1)，在碳纖維片材(I)上表面與框架梁(20)下表面之間塞入至少兩個鋼墊板(3)，將鋼墊板(3)的上表面粘結(jié)固定在框架梁(20)的下表面上； (C)、在每個鋼墊板(3)的兩側(cè)對稱設(shè)置一個開口朝上的U型鋼板(4)，向上一次或多次同步橫向向上拉動U型鋼板(4)，使碳纖維片材(I)貼緊框架梁(20)下表面后，將U型鋼板(4)固定在框架梁(20)上； (D)、在U型鋼板(4)之間的碳纖維片材(I)下表面粘貼并固定梁底鋼板(13);在U型鋼板(4)與最外側(cè)一個L型鋼錨板(2)之間設(shè)置將碳纖維片材(I)向上張拉的U型鋼箍(11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向張拉預(yù)應(yīng)力碳纖維布與鋼材復(fù)合加固框架梁的方法，其特征在于:所述步驟A具體包括以下步驟， (1)、使用鋼板加工制作L型鋼錨板(2)，L型鋼錨板(2)總長度由碳纖維片材(I)與鋼板粘結(jié)后、再與框架梁(20)端部底面和框架柱(30)內(nèi)側(cè)面的混凝土粘結(jié)并通過固定件固定以可靠承受碳纖維片材(I)張拉力加以確定； 固定件采用一組與L型鋼錨板(2)焊接的鋼帶(15)，在鋼帶(15)上打孔并通過第一化學(xué)錨栓(6)埋設(shè)固定在框架梁(20)端部側(cè)面和框架柱(30)側(cè)面；固定鋼帶(15)前應(yīng)預(yù)先對鋼帶(15)與框架梁(20)、框架柱(30)的接觸面進行清潔和糙化處理； (2)、碳纖維片材(I)粘貼區(qū)域的定位與清潔:在L型鋼錨板(2)、框架梁(20)底面與框架柱(30)內(nèi)側(cè)面劃線標(biāo)示出碳纖維片材(I)粘貼區(qū)域，并進行糙化處治，用酒精擦拭進行清潔處理，然后涂刷底膠層； (3)、待張拉碳纖維片材(I)的固定:將裁剪成型的碳纖維片材(I)鋪平放置，兩端涂膠與L型鋼錨板(2)粘結(jié)在一起；在L型鋼錨板(2)尺寸范圍內(nèi)的混凝土表面涂膠，打孔埋設(shè)第一化學(xué)錨栓(6)將L型鋼錨板(2)固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向張拉預(yù)應(yīng)力碳纖維布與鋼材復(fù)合加固框架梁的方法，其特征在于:所述步驟B中采用如下方法確定鋼墊板(3)的厚度:根據(jù)設(shè)計的張拉控制預(yù)應(yīng)力值，計算出碳纖維片材初始長度人的伸長值f ;然后結(jié)合鋼墊板(3)和U型鋼板(4)安裝施工過程中碳纖維片材(I)初始長度人的長度變化，計算出鋼墊板(3)的厚度力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向張拉預(yù)應(yīng)力碳纖維布與鋼材復(fù)合加固框架梁的方法，其特征在于:所述步驟C具體包括以下步驟， (1)、對于未與樓板(40)相連的獨立框架梁(20)，需在框架梁(20)上表面預(yù)設(shè)鋼橫梁(8)，鋼橫梁(8)通過第一緊固螺栓(9)與U型鋼板(4)的上端連接向上張緊碳纖維片材(I);對于與樓板(40 )相連的普通框架梁(20 )，需在框架梁(20 )兩側(cè)的樓板(40 )底面向上打孔預(yù)埋第二緊固螺栓(10)，第二緊固螺栓(10)與U型鋼板(4)連接向上張緊碳纖維片材(I); (2)、多次同步對稱橫向向上拉緊碳纖維片材(I)過程中，下一次張拉需待上一次張拉錨固且碳纖維片材(I)粘結(jié)膠硬化達到設(shè)計強度之后再進行； (3)、在張緊碳纖維片材(I)之前，應(yīng)在框架梁(20)、框架柱(30)的粘結(jié)面的底膠層上涂刷粘結(jié)膠層；在碳纖維片材(I)張緊之后，再進行滾軸壓平、補注粘接膠工續(xù)，確保碳纖維片材(I)與框架梁(20)、框架柱(30)的可靠粘結(jié)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫向張拉預(yù)應(yīng)力碳纖維布與鋼材復(fù)合加固框架梁的方法，其特征在于:所述步驟D具體包括以下步驟， (1)、梁底鋼板(13)與碳纖維片材(I)之間、碳纖維片材(I)與框架梁(20)下表面之間通過涂刷粘結(jié)膠層與框架梁(20)形成整體連接；并通過在框架梁(20)底部設(shè)置第二化學(xué)錨栓，或者將梁底鋼板(13)兩 端粘接并固定在U型鋼板(4)和碳纖維片材(I)之間加以錨固； (2)、所述U型鋼箍(11)在框架梁(20)底部與側(cè)面粘接區(qū)內(nèi)，通過涂刷粘結(jié)膠層與框架梁(20 )形成整體連接，U型鋼箍(11)兩側(cè)上部通過第三化學(xué)錨栓(12 )與框架梁(20 )側(cè)面錨固。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的橫向張拉預(yù)應(yīng)力碳纖維布與鋼材復(fù)合加固框架梁的方法，其特征在于:與碳纖維片材(I)表面直接接觸的L型鋼錨板(2)、鋼墊板(3)、U型鋼板(4 )組件的棱邊、棱角部均加工成弧形光滑過渡面。
【文檔編號】E04G23/02GK103912132SQ201410101492
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】李曉克, 李長永, 趙順波, 裴松偉, 楊亞彬 申請人:華北水利水電大學(xué)