本發(fā)明涉及纖維復(fù)合材料加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，尤其涉及一種預(yù)應(yīng)力、機(jī)械錨固外貼碳纖維板材聯(lián)合加固裝置及方法。
背景技術(shù)：
改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)取得高速迅猛發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施投資不斷增大，全國高速路網(wǎng)日趨完善。與此同時，由于交通運(yùn)輸量增大、車輛超載、管養(yǎng)不及時導(dǎo)致的橋梁坍塌事件頻發(fā)，大量橋梁結(jié)構(gòu)病害問題急需解決。因此，研發(fā)有效的維修加固技術(shù)成為保障橋梁結(jié)構(gòu)安全的重要舉措，對于經(jīng)濟(jì)的平穩(wěn)發(fā)展具有重要意義。
碳纖維復(fù)合材料具有強(qiáng)度高和耐久性好的特點(diǎn)，已成為結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域首推的加固材料。但外貼碳纖維復(fù)合材料加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也存在弊端，如：外貼碳纖維復(fù)合材料和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度不協(xié)調(diào)性，無法有效發(fā)揮碳纖維復(fù)合材料的高強(qiáng)性能，對加固結(jié)構(gòu)僅在鋼筋屈服后才能發(fā)揮其高強(qiáng)性能；外貼碳纖維復(fù)合材料在持荷過程中極易發(fā)生剝離，由剝離發(fā)生的脆性破壞無法使碳纖維復(fù)合材料繼續(xù)發(fā)揮加固效果。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提出了一種預(yù)應(yīng)力、機(jī)械錨固外貼碳纖維板材聯(lián)合加固裝置以及方法。為充分發(fā)揮碳纖維板材的高強(qiáng)性能，對材料施加預(yù)應(yīng)力，使其預(yù)先發(fā)揮一定的強(qiáng)度；為增強(qiáng)碳纖維板材的抗剝離性能，將碳纖維板材外貼于加固結(jié)構(gòu)表面并施加機(jī)械錨固措施，使其和加固結(jié)構(gòu)協(xié)同工作，該裝置以及方法能夠?qū)︿摻罨炷两Y(jié)構(gòu)起到最優(yōu)的加固效果。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)手段：
一種預(yù)應(yīng)力、機(jī)械錨固外貼碳纖維板材聯(lián)合加固裝置，包括固定于加固結(jié)構(gòu)表面的固定端基座和張拉端基座，在固定端基座和張拉端基座固定碳纖維板材，且在張拉端安裝有對碳纖維板材進(jìn)行張拉的張拉系統(tǒng)；所述的加固結(jié)構(gòu)與碳纖維板材的接觸表面通過化學(xué)粘結(jié)膠粘結(jié)；同時加固結(jié)構(gòu)還通過機(jī)械錨固結(jié)構(gòu)進(jìn)行錨固。
進(jìn)一步的，所述的碳纖維板材兩端分別用固定端夾具和張拉端夾具錨固并放置于固定端基座和張拉端基座相應(yīng)位置。
進(jìn)一步的，所述的張拉系統(tǒng)包括千斤頂、反力螺桿，所述的反力螺桿的一端穿過張拉夾具，且通過張拉螺母固定；另一端穿過張拉端基座后與一個擋板相連；在擋板上安裝一個千斤頂，千斤頂伸長實(shí)現(xiàn)對碳纖維板材的張拉。
進(jìn)一步的，所述的機(jī)械錨固結(jié)構(gòu)包括鋼板，所述的鋼板通過化學(xué)螺栓對加固結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。
進(jìn)一步的，所述的鋼板位于碳纖維板材的外側(cè)，且鋼板和碳纖維板材接觸面涂抹化學(xué)粘結(jié)膠粘結(jié)。
上述裝置的安裝方法如下：
步驟(1)在加固結(jié)構(gòu)表面固定安裝固定端基座與張拉端基座；
步驟(2)對加固結(jié)構(gòu)表面的進(jìn)行處理；
步驟(3)使用專用固定端夾具和張拉端夾具夾持碳纖維板材；
步驟(4)在加固結(jié)構(gòu)表面和碳纖維板材表面涂抹化學(xué)膠；
步驟(5)在張拉端安裝張拉系統(tǒng)；
步驟(6)在加固結(jié)構(gòu)表面粘貼碳纖維板材，且利用張拉系統(tǒng)對碳纖維板材施加預(yù)應(yīng)力；
步驟(7)安裝機(jī)械錨固裝置。
所述的步驟1的具體方法如下：
對加固結(jié)構(gòu)表面固定端基座和張拉端基座固定位置鑿除一定厚度混凝土，使碳纖維板材安裝后能夠貼緊加固結(jié)構(gòu)表面，用基座錨固高強(qiáng)螺栓將固定端基座和張拉端基座固定。
所述步驟2的具體方法為：
將加固結(jié)構(gòu)表面清理干凈，用打磨機(jī)磨除結(jié)構(gòu)表面的浮漿層，露出堅(jiān)實(shí)的混凝土骨料，對粘貼碳纖維板材區(qū)域用專用鑿毛機(jī)做鑿毛處理。
步驟4的具體方法為：
在待粘貼碳纖維板材的鑿毛位置涂抹化學(xué)粘結(jié)膠底膠；在與加固結(jié)構(gòu)表面接觸的碳纖維板材面層涂抹化學(xué)粘結(jié)膠，表層膠體分布均勻。
步驟5的具體方法為：
將反力螺桿依次穿過張拉端工具擋板、錨固螺母、張拉端基座，張拉端工具擋板處用張拉螺母錨固，張拉端基座和張拉端工具擋板之間放置壓力傳感器和千斤頂。
步驟6的具體方法為：
將夾持好的碳纖維板材粘貼于待加固結(jié)構(gòu)表面，用橡膠滾輪均勻滾壓碳纖維板材，使其完全粘結(jié)；同時將固定端夾具和張拉端夾具安置于錨固位置并將反力螺桿繼續(xù)穿過張拉端夾具，用張拉螺母擰緊固定，然后啟動千斤頂施加作用力，壓力傳感器量測反力，加至目標(biāo)預(yù)應(yīng)力后將錨固螺母用扭力扳手?jǐn)Q緊。
步驟7的具體方法為：
將需要安裝鋼扣件的預(yù)留孔位置劃線定位，用沖擊鉆頭鉆孔，鉆孔后用高壓氣槍對鉆孔進(jìn)行清理，保證孔內(nèi)不留任何雜質(zhì)，然后將化學(xué)螺栓植入預(yù)留孔，待化學(xué)螺栓錨固完成后安裝機(jī)械錨固鋼板，旋入螺母并用扭矩扳手施加大小一致的預(yù)壓力；機(jī)械錨固鋼板和碳纖維板材接觸面亦需涂抹化學(xué)粘結(jié)膠。
本發(fā)明的有益效果是：
本發(fā)明是一種預(yù)應(yīng)力、機(jī)械錨固外貼碳纖維板材聯(lián)合加固技術(shù)，預(yù)應(yīng)力施加技術(shù)使碳纖維板材預(yù)先發(fā)揮一定強(qiáng)度，充分利用材料的高強(qiáng)性能，同時還能改善結(jié)構(gòu)粘結(jié)界面的應(yīng)力分布，延緩了加固層的剝離破壞；化學(xué)粘貼技術(shù)和機(jī)械錨固技術(shù)增強(qiáng)了加固體系使用階段的抗剝離性能；聯(lián)合加固體系能夠在增強(qiáng)碳纖維板材抗剝離性能的同時達(dá)到對結(jié)構(gòu)的主動加固效果，這一加固技術(shù)有望在結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域推廣應(yīng)用。
附圖說明
圖1是本加固發(fā)明技術(shù)的裝置示意圖。
其中，1為固定端夾具，2為基座錨固高強(qiáng)螺栓，3為固定端基座，4為機(jī)械錨固鋼板，5為碳纖維板材，6為化學(xué)螺栓，7為張拉螺母，8為張拉端夾具，9為反力螺桿，10為張拉端基座，11為錨固螺母，12為壓力傳感器，13為千斤頂，14為張拉端工具擋板。
具體實(shí)施方式：
下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明：
本發(fā)明公開的一種預(yù)應(yīng)力、機(jī)械錨固外貼碳纖維板材聯(lián)合加固裝置及方法，包括以下三個方面：
(1)碳纖維板材的預(yù)應(yīng)力施加技術(shù)，將固定端基座和張拉端基座分別用高強(qiáng)螺栓錨固于加固結(jié)構(gòu)表面，碳纖維板材分別用固定端夾具和張拉端夾具錨固并放置于固定端基座和張拉端基座相應(yīng)位置，安裝張拉端工具擋板、反力螺桿、千斤頂、壓力傳感器等組成張拉系統(tǒng)，啟動千斤頂施加作用力并用錨固螺母固定。
(2)碳纖維板材化學(xué)粘貼技術(shù)，將加固結(jié)構(gòu)表面清理干凈并用鑿毛機(jī)做鑿毛處理，預(yù)應(yīng)力施加前在加固結(jié)構(gòu)接觸的碳纖維板材表面均勻涂抹化學(xué)粘結(jié)膠，施加預(yù)應(yīng)力后使膠層和加固結(jié)構(gòu)表面緊密接觸，滾動碾壓使化學(xué)粘結(jié)膠分布均勻。
(3)碳纖維板材的機(jī)械錨固技術(shù)，預(yù)先在加固結(jié)構(gòu)表面鉆孔，清孔后植入化學(xué)螺栓，待碳纖維板材預(yù)應(yīng)力施加并粘貼于結(jié)構(gòu)表面后安裝鋼板并用專用扭矩扳手緊固螺栓，鋼板和碳纖維板材接觸面涂抹化學(xué)粘結(jié)膠。
本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上面的技術(shù)，采用的加固裝置如圖1所示，具體如下：
加固裝置，包括固定于加固結(jié)構(gòu)表面的固定端基座3和張拉端基座10，在固定端基座3和張拉端基座10之間放置有與其相連的碳纖維板材5，且在張拉端基座10側(cè)安裝有對碳纖維板材5進(jìn)行張拉的張拉系統(tǒng)；所述的加固結(jié)構(gòu)與碳纖維板材的接觸表面通過化學(xué)粘結(jié)膠粘結(jié)；同時加固結(jié)構(gòu)還通過機(jī)械錨固結(jié)構(gòu)進(jìn)行錨固。
進(jìn)一步的，碳纖維板材兩端分別用固定端夾具1和張拉端夾具8錨固并放置于固定端基座和張拉端基座相應(yīng)位置。
進(jìn)一步的，張拉系統(tǒng)包括千斤頂13、反力螺桿9，所述的反力螺桿9的一端穿過張拉夾具8，且通過張拉螺母7固定；另一端穿過張拉端基座10后與一個張拉端工具擋板14相連；在擋板上安裝一個千斤頂13，千斤頂13的動力輸出端安裝有壓力傳感器12，千斤頂13伸長實(shí)現(xiàn)對碳纖維板材的張拉。
進(jìn)一步的，機(jī)械錨固結(jié)構(gòu)包括鋼板，所述的鋼板通過化學(xué)螺栓對加固結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。
進(jìn)一步的，鋼板位于碳纖維板材的外側(cè)，且鋼板和碳纖維板材接觸面涂抹化學(xué)粘結(jié)膠粘結(jié)。
該加固裝置具體實(shí)施的方法，包括以下步驟。
(1)安裝固定端基座3與張拉端基座10
對加固結(jié)構(gòu)表面固定端基座3和張拉端基座10固定位置鑿除一定厚度混凝土，保證安裝基座后碳纖維板材5能與加固結(jié)構(gòu)表面接觸良好，用基座錨固高強(qiáng)螺栓2將固定端基座3和張拉端基座10固定。
(2)加固結(jié)構(gòu)表面處理
將加固結(jié)構(gòu)表面清理干凈，用打磨機(jī)磨除結(jié)構(gòu)表面的浮漿層，露出堅(jiān)實(shí)的混凝土骨料，對粘貼碳纖維板材5區(qū)域用專用鑿毛機(jī)做鑿毛處理，鑿毛表面不應(yīng)有灰塵等雜質(zhì)。
(3)夾持碳纖維板材5
使用專用固定端夾具1和張拉端夾具8夾持碳纖維板材5。
(4)涂抹化學(xué)粘結(jié)膠
在待粘貼碳纖維板材5的鑿毛位置涂抹化學(xué)粘結(jié)膠底膠；在與加固結(jié)構(gòu)表面接觸的碳纖維板材5面層涂抹化學(xué)粘結(jié)膠，表層膠體分布均勻。
(5)安裝張拉系統(tǒng)
將反力螺桿9依次穿過張拉端工具擋板14、錨固螺母11、張拉端基座10，張拉端工具擋板14處用張拉螺母7錨固，張拉端基座10和張拉端工具擋板14之間放置壓力傳感器12和千斤頂13。
(6)粘貼碳纖維板材5與張拉預(yù)應(yīng)力
將夾持好的碳纖維板材5粘貼于待加固結(jié)構(gòu)表面，用橡膠滾輪均勻滾壓碳纖維板材5，使其完全粘結(jié)；同時將固定端夾具1和張拉端夾具8安置于錨固位置并將反力螺桿9繼續(xù)穿過張拉端夾具8，用張拉螺母7擰緊固定，然后啟動千斤頂13施加作用力，壓力傳感器12量測反力，加至目標(biāo)預(yù)應(yīng)力后將錨固螺母11用專用扭力扳手?jǐn)Q緊。
(7)安裝機(jī)械錨固鋼板4
將需要安裝鋼扣件的預(yù)留孔位置劃線定位，用沖擊鉆頭鉆孔，鉆孔后用高壓氣槍對鉆孔進(jìn)行清理，保證孔內(nèi)不留任何雜質(zhì)，然后將化學(xué)螺栓6植入預(yù)留孔，待化學(xué)螺栓錨固完成后安裝機(jī)械錨固鋼板4，旋入螺母并用專用扭矩扳手施加大小一致的預(yù)壓力。機(jī)械錨固鋼板4和碳纖維板材5接觸面亦需涂抹化學(xué)粘結(jié)膠。
上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。