用多層纏繞張拉帶對柱形體結(jié)構(gòu)施加箍緊力的加固方法

用多層纏繞張拉帶對柱形體結(jié)構(gòu)施加箍緊力的加固方法
【專利摘要】一種用多層纏繞張拉帶對柱形體結(jié)構(gòu)施加箍緊力的加固方法，包括：（1）對要纏繞張拉帶的那一段柱形體進行表面處理，使整體形狀、表面平整度、表面清潔程度、表面強度等滿足要求。表面處理方法是下列方法之一或若干組合：對柱形體表面打磨，拋光，去除污漬和浮塵，增加表面強度。（2）把張拉帶纏繞在所述結(jié)構(gòu)的所述部位上，纏繞匝數(shù)大于或等于2匝。（3）利用張拉機具，分別把拉力施加到張拉帶的內(nèi)端和外端，對張拉帶施加預(yù)緊力。如果需要，還對張拉帶進行鎖定：采用膠結(jié)、焊接、鉚接、螺栓聯(lián)接等方法，永久性地把張拉帶的外端聯(lián)接到內(nèi)端聯(lián)接裝置上，或者聯(lián)接到固定在柱形體上的聯(lián)接裝置上；或者用脹鉚螺栓或化學(xué)螺栓把張拉帶與柱形體錨固在一起。
【專利說明】用多層纏繞張拉帶對柱形體結(jié)構(gòu)施加箍緊力的加固方法
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:本發(fā)明涉及建筑、交通運輸領(lǐng)域，具體地說，涉及對于柱形體施加側(cè)向壓力的加固裝置和方法。
技術(shù)背景:
[0002]橋墩、筒倉、建筑物柱子等在本專利中統(tǒng)稱為柱形體。柱形體加固中主要方法是在柱形體側(cè)面施加壓力，具體方法是在柱形體側(cè)面纏繞加固材料。按照形狀劃分，加固材料可分為條帶狀材料和線狀材料。按照施加壓力的階段劃分，加固方法可分為有預(yù)緊力的加固和無預(yù)緊力的加固。
[0003]無預(yù)緊力的加固方法相對簡單，最常用的方法是在柱形體側(cè)面粘貼各種纖維布，如碳纖維布、玻璃纖維布、芳綸纖維布等，當(dāng)然這其中也包括用條帶狀纖維布纏繞著粘貼在柱形體上。
[0004]有預(yù)緊力的加固方法主要包括兩種:
[0005](I)用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線
[0006]用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線纏繞在柱形體側(cè)面，把兩端分別錨固在柱形體上的一條或若干條縱向肋上，這些肋通常是為了錨固鋼絞線專門制作的。這種方法有如下限制。
[0007]a.當(dāng)柱形體的最小曲率半徑比較小時，這中加固方法不適用。這是因為鋼絞線的自身的直徑有一定的范圍，纏繞時彎曲的曲率太大就會進入塑性階段，對鋼絞線的強度會有影響，同時拉伸過程也非常困難。
[0008]b.當(dāng)柱形體的周長特別大時，如大型糧倉，需要在把一周的鋼絞線截成若干段，每一段都要再用錨具錨固兩端，并且分段張拉。這是因為:鋼絞線施加在其無粘結(jié)保護層上的壓力很大，如果鋼絞線過長，在張拉過程中，鋼絞線與保護層之間的摩擦力會造成拉力在鋼絞線中分布不均勻，鋼絞線難以拉緊；如果張拉過程保護層損傷或損壞，鋼絞線將更難拉緊。
[0009]除了以上限制之外，采用鋼絞線的另一個缺點是，鋼絞線對柱形體施加的壓力是線分布的；而理想的箍緊壓力最好分布在整個柱形體的側(cè)面。
[0010](2)用條帶材料
[0011]把條帶材料兩端聯(lián)接在卡具上，條帶加上卡具正好為柱形體的周長，纏繞一周之后把條帶兩端的卡具聯(lián)接到一起，然后拉緊張拉帶。拉緊方法很多，比如，用螺栓聯(lián)接條帶兩端的卡具，擰緊螺栓就可對條帶施加預(yù)緊力；再比如，對于纏繞在柱形體上的已經(jīng)拉緊的封閉條帶，在其與柱形體之間打入楔子。這一類加固方法一般只能纏繞一層條帶，當(dāng)希望既施加有預(yù)緊力又多層纏繞時，無法實現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]一種用多層纏繞張拉帶對柱形體結(jié)構(gòu)施加箍緊力的加固方法，包括
[0013](I)對要纏繞張拉帶的那一段柱形體進行表面處理，使整體形狀、表面平整度、表面清潔程度、表面強度等滿足要求；表面處理方法是下列方法之一或若干組合，對柱形體表面打磨，拋光，去除污潰和浮塵，增加表面強度；
[0014](2)把張拉帶纏繞在所述結(jié)構(gòu)的所述部位上，纏繞匝數(shù)大于或等于2匝；
[0015](3)利用張拉機具，分別把拉力施加到張拉帶的內(nèi)端和外端，對張拉帶施加預(yù)緊力；
[0016](4)如果需要，還要鎖定張拉帶和卸掉張拉機具。
[0017]1.柱形體主要包括以下幾種:
[0018](I)圓柱體、棱柱體或橢圓斷面柱體；
[0019]( 2 )截面圖形無內(nèi)凹的三維幾何體，其垂直于軸線的各個截面形狀相同，截面外輪廓線由直線和外凸曲線組成；
[0020]( 3 )截面圖形有內(nèi)凹的三維幾何體，但是，其垂直于軸線的各個截面的外輪廓線的包絡(luò)線沿著軸線的投影是重合的或幾乎是重合的。
[0021]柱形體可以是實心的，也可以是有空腔的。如果有空腔，則上面所說的“截面圖形無內(nèi)凹”和“截面圖形有內(nèi)凹”是指柱形體外部表面與截面交線所得圖形的特征。
[0022]2.張拉帶
[0023]張拉帶是一種能夠承受拉力，但不承受或幾乎不承受彎矩的帶狀材料。
[0024]3.減摩裝置和減摩方法
[0025]多層纏繞的張拉帶，各圈之間的接觸面需要進行減少摩擦力的處理。有兩種處理方法
[0026](I)對于表面光滑的張拉帶，涂潤滑劑、或有潤滑作用的物質(zhì)、或在張拉帶的一面鋪設(shè)潤滑帶；
[0027](2)對于表面不光滑的張拉帶(如纖維編織網(wǎng)或編織布)，在張拉帶的一面或兩面設(shè)置潤滑帶。潤滑帶是具有潤滑作用的帶狀物質(zhì)，寬度大于或等于張拉帶的寬度，在使用之前已經(jīng)制作好。
[0028]4.張拉帶結(jié)構(gòu)以及導(dǎo)向裝置和導(dǎo)向方法
[0029]A型張拉帶
[0030]A型張拉帶，是指稱等厚等寬表面平整的張拉帶。
[0031]A型張拉帶在纏繞之后受到拉力作用時，會出現(xiàn)側(cè)向滑動，特別是在涂有潤滑劑的情況下。
[0032]A型張拉帶采用兩側(cè)導(dǎo)向方法來防止側(cè)滑，即，在張拉帶的寬度方向兩側(cè)設(shè)置獨立的導(dǎo)向裝置。最常用的兩側(cè)導(dǎo)向裝置是導(dǎo)向板和導(dǎo)向桿。導(dǎo)向板可以是一個整塊板，也可以是若干塊板，如果是一塊整版，導(dǎo)向板面向張拉帶的一面要求與柱形體軸線垂直；如果是由若干個板組成，則在面向張拉帶的一面，要求它們處在一個共同的垂直于柱形體軸線的平面上。導(dǎo)向桿是固定在張拉帶兩側(cè)的垂直于柱形體的桿狀物體，所有緊挨著同一個張拉帶的導(dǎo)向桿應(yīng)該處在同一平面上。導(dǎo)向板或?qū)驐U布置在每條張拉帶的兩側(cè)，兩個相鄰的張拉帶可共用一個導(dǎo)向板或?qū)驐U。導(dǎo)向板或?qū)驐U使得在其之間的張拉帶就像電影交卷纏繞在交卷盤中一樣。
[0033]B型張拉帶
[0034]B型張拉帶，是指本身具有向功能的張拉帶，其上有走向順著長度方向的凸棱和溝槽，當(dāng)纏繞時一面的凸棱正好落在另一面的溝槽中。這種張拉帶的橫截面由等間距的直線和/或等間距曲線組成。
[0035]5.張拉帶的常用材料包括:
[0036](I)連續(xù)的均質(zhì)金屬材料、連續(xù)的均質(zhì)高分子材料、其它連續(xù)的均質(zhì)材料，
[0037](2)編織材料，如
[0038]金屬纖維網(wǎng)或金屬纖維布，
[0039]碳纖維網(wǎng)或碳纖維布，
[0040]玻璃纖維網(wǎng)或玻璃纖維布，
[0041]化學(xué)纖維網(wǎng)或化學(xué)纖維布，
[0042](3)復(fù)合材料，如
[0043]碳纖維塑料布或碳纖維橡膠布，
[0044]玻璃纖維塑料布或玻璃纖維橡膠布，
[0045]金屬纖維塑料布或金屬纖維橡膠布，
[0046]化學(xué)纖維塑料布或化學(xué)纖維橡膠布，
[0047]以及以碳纖維、玻璃纖維、金屬纖維和化學(xué)纖維之一或某些組合作為增強材料的層狀復(fù)合材料，
[0048]其基體可以是金屬材料、高分子材料、無機非金屬材料等。
[0049]6.張拉帶的聯(lián)接裝置和聯(lián)接方法
[0050]內(nèi)端和外端:內(nèi)端和外端分別是指張拉帶的內(nèi)端和外端，當(dāng)張拉帶向膠卷一樣地纏繞多層之后，處在最內(nèi)層的端頭稱為內(nèi)端，處在最外層的端頭稱為外端。當(dāng)拉緊張拉帶時，實際上就是把拉力同時施加到張拉帶的內(nèi)端和外端。
[0051]對張拉帶施加拉力的兩種方法:
[0052](I)間接法:張拉機具施加的拉力主要通過柱形體傳遞到張拉帶的內(nèi)端和外端，其特征是，張拉帶的端部的拉力幾乎全部或絕大部分成為作用在柱形體上的與切線平行的力。
[0053](2)直接法:張拉機具施加的拉力主要通過聯(lián)接裝置直接傳遞到張拉帶的內(nèi)端和外端，張拉帶內(nèi)層端部的拉力幾乎沒有或只有很小一部分轉(zhuǎn)化成對柱形體施加的、平行于其切線方向的作用力。
[0054]7.間接法施加拉力時張拉帶的聯(lián)接裝置和加載裝置
[0055](I)內(nèi)端與柱形體的聯(lián)接方法:
[0056]a.用粘結(jié)劑直接把內(nèi)端附近的張拉帶與柱形體進行粘結(jié)。
[0057]b.借助內(nèi)端聯(lián)接裝置把張拉帶固定在柱形體上，如圖1和圖2。在圖1中，I為張拉帶，6.3為螺栓，6.1為弧形聯(lián)接裝置，5為混凝土筒倉墻壁。在圖2中，6.21為粘接張拉帶I與弧形聯(lián)接裝置6.1的膠黏劑，6.22為粘接張拉帶I與柱形體混凝土 5的膠黏劑。
[0058](2)外端與柱形體之間的聯(lián)接方法:
[0059]張拉帶的外端聯(lián)接在張拉機具的一端上，張拉機具的另一端聯(lián)接在柱形體上或者聯(lián)接在固定在柱形體上的其它物體上。(張拉機具的兩端是指張拉機具與外界聯(lián)接的兩個部件，當(dāng)張拉機具工作時，這兩個部件之間的間距發(fā)生變化。)
[0060]張拉機具的一個例子如圖3。柱形體是混凝土構(gòu)件，張拉帶的外端I通過兩個加強板2.1聯(lián)接到螺桿3 (張拉機具)的一端，螺桿3的另一端穿過U形板3.1上的孔，再套上螺母3.2。U形板用螺栓3.3聯(lián)接到槽鋼4的兩腿上，槽鋼4的腹板通過螺栓4.1聯(lián)接到柱形體5上。對張拉帶施加拉力時，只需要擰緊螺母3.2即可。
[0061 ] 8.直接法施加拉力時張拉帶的聯(lián)接裝置和加載裝置
[0062]直接法加載時內(nèi)端聯(lián)接裝置的兩個作用:
[0063]( I)幫助把張拉帶聯(lián)接在柱形體上，以便施工纏繞時對張拉帶定位和固定；
[0064](2)在張拉時直接把張拉帶內(nèi)端的拉力傳遞到張拉機具上。
[0065]內(nèi)端聯(lián)接裝置的一例如圖4，槽鋼4和螺栓4.1均為內(nèi)端聯(lián)接裝置。注意，每隔一定的間距，槽鋼4的每個腿上就開一個缺口 4.2，一直到腿的根部，這樣處理是為了使槽鋼的腹部更容易跟隨柱形體的表面發(fā)生變形，與之緊密接觸。
[0066]9.張拉機具，是對張拉帶施加拉力的裝置。它有三個部分，分別是:
[0067](1)外端聯(lián)接部分，該部分聯(lián)接到張拉帶的外端；
[0068](2)內(nèi)端聯(lián)接部分，該部分直接聯(lián)接到張拉帶的內(nèi)端聯(lián)接裝置上，或者聯(lián)接到柱形體上，再通過柱形體把拉力傳遞到張拉帶的內(nèi)端或內(nèi)端聯(lián)接裝置上。
[0069](3)拉緊裝置，該部分能夠改變外端聯(lián)接部分與內(nèi)端聯(lián)接部分的間距，從而施加拉力。張拉機具的外端聯(lián)接部分和內(nèi)端聯(lián)接部分，也稱為張拉機具的兩端。
[0070]張拉機具的兩種常見形式。
[0071]方案1.[0072]如圖4，張拉機具包括三部分:
[0073](I)與張拉帶外端聯(lián)接的部件，見圖4中的加強板2.1和螺栓2.2 ；
[0074](2)與張拉帶內(nèi)端聯(lián)接裝置相連的部件，U形板3.1 ；
[0075](3)拉緊裝置，見圖4中的螺桿3和螺母3.2。
[0076]如果張拉帶較寬，螺桿的個數(shù)可不限于I個。
[0077]方案2.[0078](I)內(nèi)端聯(lián)接部分，與方案I相似；
[0079](2)外端聯(lián)接部分，與方案I相似，
[0080](3)拉緊裝置，采用液壓機具張拉，用錨具固定來維持拉力。
[0081]10.鎖定張拉帶和卸掉張拉機具
[0082]對張拉帶施加的拉力達到設(shè)計值之后，將采取方法鎖定張拉帶。方法包括
[0083]( I)直接使用張拉機具進行鎖定，張拉機具不再卸掉。采用一次性的張拉機具，把張拉機具保留在受力狀態(tài)，圖3和圖4中的張拉螺桿3不再卸掉。
[0084](2)當(dāng)采用直接施加拉力的方法時，在維持著拉力的條件下，把張拉帶的外端與內(nèi)端聯(lián)接裝置固定在一起，然后卸掉張拉機具。如圖4，把與張拉帶外端保持聯(lián)接的加強板
2.1固定在內(nèi)端聯(lián)接裝置4上。聯(lián)接方法可選:
[0085]a.用膠結(jié)材料把二者澆筑在一起；
[0086]b.用焊接的方法把二者聯(lián)接在一起；
[0087]c.用螺栓聯(lián)接的方法聯(lián)接二者，只是這時要求把加強板2.1做成有兩腿的槽鋼形狀，加強板的兩腿與內(nèi)端聯(lián)接裝置的兩腿聯(lián)接在一起，參見圖5。
[0088](3)當(dāng)采用間接施加拉力的方法時，在維持著拉力的條件下，把張拉帶的最外層或外端以及張拉帶的最內(nèi)層或內(nèi)端分別聯(lián)接到柱形體上，然后卸掉張拉帶機具。具體聯(lián)接方法種類很多，比如采用類似于上述第(2)條中的方法。
[0089](4)在維持著拉力的條件下，對張拉帶進行加溫，使其各層之間的粘結(jié)劑快速固化，然后卸掉張拉帶機具。
[0090](5)在維持著拉力的條件下，按照某種分布規(guī)則確定張拉帶上的錨固點，在這些點上對張拉帶鉆孔，然后用鉚釘把設(shè)計要求錨固的那些層張拉帶錨固在一起。采用這種方法時，在施加拉力的過程中，張拉帶的層間減摩可直接采用潤滑劑來進行。
[0091](6)在維持著拉力的條件下，按照某種分布規(guī)則確定張拉帶上的錨固點，在這些點上對張拉帶鉆孔，一直鉆入到柱形體內(nèi)部一定深度；把錨固裝置(如化學(xué)錨固螺栓、脹鉚螺栓等)穿入張拉帶的鉆孔，并錨固在柱形體上的鉆孔中；如果必要，在錨固裝置的外端加裝墊片和螺母，并擰緊螺母。采用這種方法時，在施加拉力的過程中，張拉帶的層間減摩可直接采用潤滑劑來進行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0092]圖1張拉帶最內(nèi)層或內(nèi)端與柱形體之間的聯(lián)接方法[0093]圖2張拉帶最內(nèi)層或內(nèi)端與柱形體之間的聯(lián)接方法局部放大圖C圖3張拉機具分別與張拉帶外端和與柱形體之間的聯(lián)接方法
[0094]圖4張拉機具分別與張拉帶的內(nèi)端和外端的聯(lián)接方法
[0095]圖5張拉帶鎖定方法——用槽鋼作為增強版，與用作內(nèi)端聯(lián)接裝置的槽鋼聯(lián)接到一起
【具體實施方式】
[0096]1.例子 1:
[0097]某混凝土筒倉外徑10.0m,厚度30cm，高度為15m，混凝土棱柱體抗壓強度35MPa。筒倉出現(xiàn)多條豎向裂縫，要求對筒倉采用施加環(huán)向預(yù)應(yīng)力的方法進行加固。
[0098]解:
[0099]1.參數(shù)設(shè)計計算
[0100]采用帶鋼作為張拉帶來加固。設(shè)計張拉帶對混凝土筒倉墻壁產(chǎn)生的環(huán)向壓應(yīng)力為10.0MPa，按照薄壁筒公式近似計算，得到筒倉墻壁的縱向線分布壓力為
0.3mX 10.0MPa=3MPa.m=3MN/m,它應(yīng)該近似等于各圈張拉帶合起來產(chǎn)生的線分布拉力。
[0101]張拉帶取為帶鋼，其厚度為1.0mm，寬度為300mm，容許使用的拉應(yīng)力值為500MPa。
張拉帶的匝數(shù)為
[0102]
【權(quán)利要求】
1.用多層纏繞張拉帶對柱形體結(jié)構(gòu)施加箍緊力的加固方法，包括 (1)對要纏繞張拉帶的那一段柱形體進行表面處理，使整體形狀、表面平整度、表面清潔程度、表面強度等滿足要求；表面處理方法是下列方法之一或若干組合，對柱形體表面打磨，拋光，去除污潰和浮塵，增加表面強度； (2)把張拉帶纏繞在所述結(jié)構(gòu)的所述部位上，纏繞匝數(shù)大于或等于2匝； (3)利用張拉機具，分別把拉力施加到張拉帶的內(nèi)端和外端，對張拉帶施加預(yù)緊力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征為，所述張拉帶為A型張拉帶和B型張拉帶， 當(dāng)選擇的張拉帶是A型張拉帶使，由于其自身沒有導(dǎo)向功能，在張拉帶寬度方向的兩側(cè)要事先安裝導(dǎo)向裝置； 當(dāng)選擇的張拉帶是B型張拉帶時，由于其自身就具有導(dǎo)向功能，可不設(shè)置兩側(cè)導(dǎo)向裝置；B型張拉帶在順著長度方向加工有出凸棱和溝槽，纏繞時一面的凸棱正好落入另一面的凹槽中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1至2之一所述方法，其特征為，對所述張拉帶，在纏繞之前，或者在纏繞過程中，或者在纏繞完成之后張拉開始之前，讓減摩物質(zhì)或者具有減摩作用的粘結(jié)劑附著在其表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征為，所述對張拉帶施加預(yù)緊力的方法為:把張拉帶的內(nèi)端直接固定在柱形體上，或者聯(lián)接到固定在柱形體上的物體上；把張拉機具分別聯(lián)接到張拉帶的外端和柱形體上，或者分別聯(lián)接到張拉帶的外端和固定在柱形體上的其它物體上；用張拉機具施加拉力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征為，所述對使張拉帶施加預(yù)緊力的方法為:把張拉帶的內(nèi)端連接在內(nèi)端聯(lián)接裝置上，把張拉機具分別聯(lián)接在內(nèi)端聯(lián)接裝置上和張拉帶的外端上或外端聯(lián)接裝置上；然后用張拉機具施加拉力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征為，所述對使張拉帶施加預(yù)緊力的方法為:處在張拉帶寬度方向的一側(cè)或者兩側(cè)設(shè)有傳力介質(zhì)，它在張拉機具與張拉帶內(nèi)端之間的傳遞拉力。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述方法，其特征為，所述與內(nèi)端聯(lián)接裝置制作成一體的張拉帶一側(cè)或兩側(cè)的傳力介質(zhì)，都至少有一部分高出纏繞的張拉帶的最外圈，張拉機具分別聯(lián)接在所述高出部分和張拉帶的外端。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述方法，其特征為，所述與內(nèi)端聯(lián)接裝置制作成一體的張拉帶一側(cè)或兩側(cè)的傳力介質(zhì)，每隔一定的間距就開有一個缺口(4.2)，以便于使所述內(nèi)端聯(lián)接裝置跟隨柱形體表面進行彎曲。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征為，所述對張拉帶施加拉力之后，要對張拉帶進行鎖定，然后卸去張拉機具；鎖定方法是下面所列方法之一，或者若干種的組合: (1)在維持著拉力的條件下，把張拉帶的最外層和張拉帶的最內(nèi)層或內(nèi)端分別聯(lián)接到一個聯(lián)接裝置，當(dāng)卸掉張拉帶機具時，該裝置把張拉機具承擔(dān)的拉力分擔(dān)過來； (2)在維持著拉力的條件下，把張拉帶的最外層和張拉帶的最內(nèi)層或內(nèi)端分別聯(lián)接到柱形體的表面，當(dāng)卸掉張拉帶機具時，其承擔(dān)的拉力改由柱形體結(jié)構(gòu)來承擔(dān)； (3)在維持著拉力的條件下，對張拉帶進行加溫，使其各層之間的粘結(jié)劑快速固化，然后卸掉張拉帶機具；(4)在維持著拉力的條件下，按照某種分布規(guī)則確定張拉帶上的錨固點，在這些點上對張拉帶鉆孔，然后用鉚釘把設(shè)計要求錨固的那些層張拉帶錨固在一起； (5)在維持著拉力的條件下，按照某種分布規(guī)則確定張拉帶上的錨固點，在這些點上對張拉帶鉆孔，一直鉆入到(經(jīng)過表面處理的)柱形體內(nèi)部一定深度；把錨固裝置(如螺栓、脹鉚螺栓等)穿入張拉帶的鉆孔，并錨固在柱形體上的鉆孔中；如果必要，在錨固裝置的外端加裝螺母，并擰緊。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征為，所述張拉機具是一次性的，在完成對張拉帶施加拉力之后，將被鎖死，保留在原處對張拉帶施加持久的拉力。
【文檔編號】E04G23/02GK103835520SQ201210470695
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月20日
【發(fā)明者】王哲 申請人:王哲