一種預(yù)應(yīng)力frp片材加固混凝土梁的預(yù)應(yīng)力裝置和施加方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于工程結(jié)構(gòu)加固應(yīng)用學(xué)科領(lǐng)域，尤其涉及一種預(yù)應(yīng)力FRP片材加固混凝 土梁的預(yù)應(yīng)力裝置和施加方法。
【背景技術(shù)】
[0002] FRP材料以其輕高強(qiáng)、耐腐蝕、操作方便等特點(diǎn)很早就被人發(fā)現(xiàn)并利用。歷史上，早 在20世紀(jì)80年代就有人利用FRP材料對(duì)鋼筋混凝土梁進(jìn)行修復(fù)。在接下來的幾十年里， FRP材料以及加固它的工具的研究得到飛速發(fā)展。在本世紀(jì)早些時(shí)候，多采用非預(yù)應(yīng)力普 通粘貼FRP，它尚具有明顯的缺點(diǎn)：加固用FRP應(yīng)變滯后現(xiàn)象明顯，只有在被加固結(jié)構(gòu)二次 受荷發(fā)生進(jìn)一步變形之后才能逐步參與作用，加固效率低；不能調(diào)整原結(jié)構(gòu)的受力狀況，對(duì) 結(jié)構(gòu)正常使用狀態(tài)的性能改善較小。然后，對(duì)FRP片材進(jìn)行預(yù)應(yīng)力加載，可以更加有效的利 用FRP的高強(qiáng)度，對(duì)于提高被加固構(gòu)件的承載力和變形都有良好的效果。預(yù)應(yīng)力的施加使 既有裂縫閉合，延遲了新裂縫的產(chǎn)生。然而，F(xiàn)RP片材的抗剪性能較差，所以在加固錨固方 面仍然存在著挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種預(yù)應(yīng)力FRP片材加固混凝土梁的預(yù)應(yīng)力裝 置和施加方法，不僅預(yù)應(yīng)力裝置體型小，重量輕，易于安裝，而且通過此預(yù)應(yīng)力裝置進(jìn)行施 加的方法增強(qiáng)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(fā)展，延緩開 裂的發(fā)生。
[0004] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為： 一種預(yù)應(yīng)力FRP片材加固混凝土梁的預(yù)應(yīng)力裝置，所述預(yù)應(yīng)力裝置設(shè)置在梁下的墻或 柱上，其包括加載裝置和施力裝置； 加載裝置：包括第一鋼板、長(zhǎng)鋼板組、槽鋼組和斜向拉桿組，所述第一鋼板固定在墻或 柱上，所述長(zhǎng)鋼板組的一端垂直固定在第一鋼板上，所述槽鋼組的一端垂直固定在長(zhǎng)鋼板 組底部，且其與第一鋼板垂直設(shè)置，所述斜向拉桿組的一端與長(zhǎng)鋼板組的另一端固定連接， 另一端與槽鋼組的另一端固定連接；所述斜向拉桿組、長(zhǎng)鋼板組合槽鋼組形成三角形穩(wěn)定 體系；所述長(zhǎng)鋼板組之間由上至下依次固定連接有鋼筒轉(zhuǎn)軸、錨固鋼板，所述錨固鋼板通過 設(shè)置在長(zhǎng)鋼板組上的限位塊進(jìn)行錨固，所述限位塊與錨固鋼板之間設(shè)有彈性壓縮墊塊； 施力裝置：包括千斤頂、千斤頂支座和可調(diào)式斜向撐桿組，所述千斤頂固定在千斤頂支 座上，所述可調(diào)式斜向撐桿組的一端與槽鋼組連接，另一端與千斤頂支座連接；所述千斤頂 支座的底部與槽鋼組的另一端連接。
[0005] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述長(zhǎng)鋼板組與槽鋼組、千斤頂支座的底部與槽鋼組 均通過螺絲固定連接； 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述可調(diào)式斜向撐桿組為中間開長(zhǎng)孔的長(zhǎng)鋼板，所述可調(diào) 式斜向撐桿組的另一端通過設(shè)置在長(zhǎng)孔內(nèi)的螺母與千斤頂支座連接； 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述千斤頂?shù)捻敳吭O(shè)置有一塊弧形加載鋼條； 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述彈性壓縮墊塊采用制作的材料為聚四氟乙烯； 一種預(yù)應(yīng)力FRP片材加固混凝土梁的預(yù)應(yīng)力裝置的施加方法，其特征在于：包括以下 步驟： ⑴根據(jù)所選預(yù)應(yīng)力等級(jí)，選擇加載角度和安裝高度范圍，通過以下公式進(jìn)行加載角度 的計(jì)算：加載角度的計(jì)算公式為：
其中：L一梁的長(zhǎng)度，a-加載裝置的高度，P加載裝置的長(zhǎng)度，h加載裝置頂端距離 梁底面的距離，〃一千斤頂?shù)慕嵌?，一固定在加載裝置內(nèi)的另一部分FRP材料自由端長(zhǎng) 度，e-FRP片材的應(yīng)變量； ⑵根據(jù)選擇的安裝高度，用步驟⑴中計(jì)算出的公式進(jìn)行調(diào)節(jié)加載角度，并固定住角 度； ⑶將FRP片材的一端固定在遠(yuǎn)離加載裝置的梁的底部，另一端繞過加載裝置上的鋼筒 轉(zhuǎn)軸并固定，加載裝置上設(shè)有彈性壓縮墊塊，通過彈性壓縮墊塊的壓縮變形可以準(zhǔn)確估算 FRP片材的初始應(yīng)力； ⑷將FRP片材的兩端安裝完成后，將千斤頂安放在千斤頂支座上，并在千斤頂?shù)捻敳?放置一塊弧形加載鋼條； ⑶對(duì)千斤頂進(jìn)行加壓，使直線的FRP片材轉(zhuǎn)為折線，預(yù)應(yīng)力逐漸產(chǎn)生并增大，直到FRP片材與被加固的梁貼合在一起，停止加載，對(duì)FRP片材的端部進(jìn)行錨固，對(duì)加載裝置端的多 余FRP片材進(jìn)行裁剪，拆除裝置。
[0006] 通過以上技術(shù)方案，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果： 本發(fā)明的預(yù)應(yīng)力裝置體型小，重量輕，易于安裝，施加荷載輕松方便，采用斜向的千斤 頂推FRP片材，將直線FRP片材變折線伸長(zhǎng)的方式產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，克服了現(xiàn)有技術(shù)不能充分利 用其強(qiáng)度的弊端。同常規(guī)加固方法相比，此方法增強(qiáng)了加固梁的延性，提高了其承載能力， 并降低了撓度，抑制裂縫的發(fā)展，延緩開裂的發(fā)生。
【附圖說明】
[0007] 圖1所示為本發(fā)明的千斤頂推FRP預(yù)應(yīng)力加固混凝土梁施加裝置的三維透視圖； 圖2所示為本發(fā)明的加載裝置的部分分解示意圖，其中，圖2-a為長(zhǎng)鋼板組受力部分的 高度，即加載裝置的高度，圖2-b為槽鋼組受力部分的長(zhǎng)度，S卩加載裝置的長(zhǎng)度； 圖3中，圖3-a所示為本發(fā)明的預(yù)應(yīng)力施加原理示意圖，圖3-b所示為本發(fā)明的計(jì)算簡(jiǎn) 圖； 圖4所示為本發(fā)明的預(yù)應(yīng)力裝置安裝在混凝土柱或墻上的左視圖； 圖5所示為本發(fā)明的預(yù)應(yīng)力裝置安裝在混凝土柱或墻上的主視圖； 圖6所示為本發(fā)明的預(yù)應(yīng)力裝置初始預(yù)應(yīng)力的測(cè)量方法示意圖； 圖7所示為本發(fā)明的預(yù)應(yīng)力裝置兩端加載的示意圖； 其中：1為第一鋼板，2為長(zhǎng)鋼板組，3為槽鋼組，4為斜向拉桿組，5為鋼筒轉(zhuǎn)軸，6為錨 固鋼板，7為限位塊，8為彈性壓縮墊塊，9為千斤頂，10為千斤頂支座，11為可調(diào)式斜向撐桿 組，12為弧形加載鋼條，圖3-b中，HC為梁的長(zhǎng)度L，F(xiàn)E為加載裝置的高度a，DE為加載裝置 的長(zhǎng)度ACF為加載裝置頂端距離梁底面的距離九FG為固定在加載裝置內(nèi)的另一部分FRP 片材的自由端長(zhǎng)度石
【具體實(shí)施方式】
[0008] 附圖非限制性地公開了本發(fā)明所涉及優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；以下將結(jié)合附圖 詳細(xì)地說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0009] 圖1-2所示，一種預(yù)應(yīng)力FRP片材加固混凝土梁的預(yù)應(yīng)力裝置，所述預(yù)應(yīng)力裝置設(shè) 置在梁下的墻或柱上，其包括加載裝置和施力裝置； 加載裝置：包括第一鋼板1、長(zhǎng)鋼板組2、槽鋼組3和斜向拉桿組4,所述第一鋼板1固定 在墻或柱上，所述長(zhǎng)鋼板組2的一端垂直固定在第一鋼板1上，所述槽鋼組3用于承受FRP 片材傳遞的反力，所述槽鋼組3的一端垂直固定在長(zhǎng)鋼板組2底部，且其與第一鋼板1垂直 設(shè)置，所述斜向拉桿組4的一端與長(zhǎng)鋼板組2的另一端固定連接，另一端與槽鋼組3的另一 端固定連接；所述斜向拉桿組4、長(zhǎng)鋼板組2合槽鋼組3形成三角形穩(wěn)定體系；所述長(zhǎng)鋼板 組2之間由上至下依次固定連接有鋼筒轉(zhuǎn)軸5、錨固鋼板6,所述錨固鋼板6通過設(shè)置在長(zhǎng) 鋼板組2上的限位塊7進(jìn)行錨固，所述限位塊7與錨固鋼板6之間設(shè)有彈性壓縮墊塊8 ; 施力裝置：包括千斤頂9、千斤頂支座10和可調(diào)式斜向撐桿組11，所述千斤頂9固定在 千斤頂支座10上，所述可調(diào)式斜向撐桿組11的一端與槽鋼組3連接，另一端與千斤頂支座 10連接；所述千斤頂支座10的底部與槽鋼組3的另一端連接；通過此種設(shè)置，所述千斤頂 9可以調(diào)節(jié)角度。
[0010] 圖3所示，加載前根據(jù)所需的預(yù)應(yīng)力值，選擇合適的加載角度和預(yù)應(yīng)力裝置的安 裝高度，將預(yù)應(yīng)力裝置固定在梁下的柱或者墻上，F(xiàn)RP片材的一端固定在遠(yuǎn)離裝置的梁端底 部，另一端繞過加載裝置上的鋼筒轉(zhuǎn)軸5,端部粘貼于第一鋼板1與錨固鋼板6之間，通過彈 性壓縮墊塊8的壓縮變形可以準(zhǔn)確的估計(jì)FRP片材的初始應(yīng)力。將千斤頂9安裝在千斤頂 支座10上，啟動(dòng)千斤