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預張拉高強度纖維布加固圓形結(jié)構的施工方法

文檔序號:2263589閱讀:257來源:國知局
專利名稱:預張拉高強度纖維布加固圓形結(jié)構的施工方法
技術領域
本發(fā)明涉及高強度復合材料增強或者加固圓形結(jié)構(構件)的方法,特別涉及一 種通過預張拉高強纖維布來加固筒倉、水塔、冷卻塔、煙 、儲氣罐以及儲油罐等圓形結(jié)構, 或受壓圓形橋墩、圓柱等圓形混凝土構件時的施工方法。
背景技術
圓形結(jié)構(構件)的范疇包括諸如筒倉、水塔、冷卻塔、煙囪、儲氣罐、儲油罐以及 受壓圓形橋墩、圓柱等。具有薄壁圓環(huán)狀截面如筒倉等在內(nèi)壓力作用下,在包含圓環(huán)軸線的 任何徑向截面上,外壁均受到較大拉力;圓形橋墩等實心圓截面構件在軸向壓力作用下,截 面有均勻漲大的趨勢。因此圓形結(jié)構(構件)外壁可能出現(xiàn)混凝土的疏松、坍落、鋼筋外露, 甚至使某些具有儲備功能的圓形結(jié)構(構件)出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象,這對圓形結(jié)構(構件)造成 了重大的安全隱患。對于筒倉等圓形結(jié)構(構件)常用的加固方法有擴大截面加固法、外 包鋼加固法、內(nèi)掛鋼筋網(wǎng)片噴射混凝土法等。但相比纖維復合材料加固法的高強高效、施工 便捷、極佳的耐腐蝕與耐久性能等優(yōu)點,傳統(tǒng)加固方法往往有施工工期長、造價較高、適用 面受限等多種不足。FRP(纖維增強復合塑料)具有耐腐蝕性能好、抗疲勞、可設計性好等特點,特別是 具有質(zhì)量輕而抗拉強度非常高的優(yōu)良特性,使其成為加固補強各種結(jié)構形式的理想材料。 在實際應用中為了充分而合理地利用高強纖維布受拉時輕質(zhì)高強的特點,取得理想的加固 效果,對高強纖維布主動施加預拉應力是一個有效的途徑。但是,在應用高強纖維布為工程結(jié)構的加固補強時,錨具內(nèi)受到較高應力,層間剪 切強度是靠較弱的樹脂來承擔,所以加固效果受到錨固裝置的制約。而目前市場上可靠成 熟的錨具裝置還很少,夾持效果往往不理想,不便于在工程結(jié)構中普遍推廣。而且在工程 中,以往施工方法存在操作步驟多、對施工人員要求高、施加預應力方法復雜且不夠成熟等 問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有高強纖維布預應力張拉和錨固施工方法的上述不足, 提供了一種預張拉高強纖維布加固圓形結(jié)構(構件)的施工方法,本發(fā)明既可用于圓形結(jié) 構(構件)的應急快速加固,如震后結(jié)構或構件的快速加固,也可用于永久加固,如維修改 造工程。通過使用本發(fā)明配套自鎖式錨具可以快速、便捷地施加定量預應力,以提高被加固 圓形構件的極限強度和剛度。本發(fā)明中的預張拉高強度纖維布加固圓形結(jié)構的施工方法包括如下步驟a、裁剪高強纖維布;所述高強纖維布的強度為不小于IOOOMpa(兆帕);b、連接裁剪好的高強纖維布布條與配套錨頭;所述配套錨頭為兩個,分別布置在 高強纖維布布條的兩端;C、將連接好錨頭的高強纖維布圍套在待加固結(jié)構(構件)的預定位置,用兩個螺桿依次穿入兩端錨頭,并用螺母固定,以便連接并鎖住兩個錨頭;d、旋緊螺桿上的螺母,對高強纖維布施加預拉應力,達到預定的設計應力后鎖緊 螺母。所述錨頭的兩個端部截面為方形,中間部分截面為圓形,兩個端部均設置有用于 螺桿穿過的螺紋孔。步驟b)中所述的高強纖維布與錨頭的連接形式為當采用單層高強纖維布布條 圍套圓形結(jié)構(構件)時,高強纖維布的兩個端部浸膠后由錨頭的兩半夾緊,通過螺釘將錨 頭的兩半固定并預夾緊錨頭,將高強纖維布的端部在錨頭的中部纏繞,纏繞的過程中確保 高強纖維布與錨頭之間涂膠并裹緊,待膠體固化后錨頭與高強纖維布連接完畢。步驟b)中所述的高強纖維布與錨頭的連接形式為當采用雙層高強纖維布圍套 圓形結(jié)構(構件)時,高強纖維布的端部搭接后用膠粘合在一起組成一個封閉布圈,將兩個 錨頭放入布圈內(nèi)即可。步驟b)中所述的高強纖維布與錨頭的連接形式為當采用端部雙層中間一層高 強纖維布圍套圓形結(jié)構(構件)時,在纖維布的兩端分別用膠粘合成一個直徑大于錨頭直 徑的布圈,兩個錨頭分別放置在兩個布圈內(nèi)。步驟d)中所述的施加預應力的方法為施加預應力時,一手持扳手抵住高強螺栓 桿的頭部,另一手持扳手旋緊螺母施加預應力,旋緊螺母的過程應在兩根螺桿之間交替進 行,加力的同時觀察扭矩扳手上的讀數(shù),扭矩扳手達到預定設計讀數(shù)時停止施加預應力并 固定和鎖緊螺母。應急快速加固時,待加固結(jié)構(構件)的表面可不進行處理。永久加固時,建議加 固前預先對待加固結(jié)構(構件)表面進行簡單處理,磨去混凝土表面的水泥浮漿,置換疏松 和脫落的混凝土,之后重復上述步驟a、b、c和d。預應力施加完成之后對高強纖維布表面 涂刷浸漬膠,促使自鎖高強纖維布加固體系與原結(jié)構(構件)更好地協(xié)同工作。如果需要 更多的防護,可將綠豆沙均勻涂覆于自鎖高強纖維布加固體系外表面上。本發(fā)明所采用的施工方法,已制作好的實物配套自鎖式錨具與圓形構件經(jīng)過實驗 得到良好的加固效果。既可適用于圓形結(jié)構(構件)的快速加固,也可適用于圓形結(jié)構(構 件)的永久加固;對預應力的施加過程可控、易行;按照最大30%極限強度對高強纖維布進 行預應力張拉,保證材料強度較高利用率的同時,具有足夠的安全儲備。與現(xiàn)有技術相比,本發(fā)明的優(yōu)點是1)本發(fā)明采用我們自己發(fā)明研究的自鎖式錨具成果(一種高強度纖維材料自鎖 式錨固裝置,主要由錨頭、螺桿、螺栓、高強纖維布等組成??刹捎靡粚踊蛘邇蓪痈邚娎w維布 受力方式,分別對應不同制作方法。兩層布受力時,將布在兩端搭接長度范圍內(nèi)用膠粘合, 待膠體固化后,錨頭放入布圈內(nèi)即可。一層布受力時,布的端部可采用浸膠后由錨頭的兩半 夾緊,后纏繞布于錨頭中部一或兩圈,涂膠并裹緊;端部也可采用類似雙層布的套筒方式, 中部一層布),本錨具構造簡單合理、操作方便、夾持效果理想且成本低廉,能快速便捷地對 已有結(jié)構進行加固補強。2)本發(fā)明提供了一種針對圓形結(jié)構(構件)的可以有效夾緊高強纖維布并可對 高強纖維布便捷定量施加預應力的加固施工方法。采用本發(fā)明的施工方法加固補強圓形構 件,不但能充分利用高強度纖維增強復合材料的優(yōu)良特性,還能提高被加固圓形結(jié)構(構
4件)的極限強度和剛度,并能延長其使用壽命等。3)本發(fā)明既可用于圓形結(jié)構(構件)的應急快速加固,如震后快速加固;也可用 于永久加固,如維修改造工程。在實際工程中可操作性強,預應力的施加過程可控、易行,不 需要大型施工設備,保證材料強度較高利用率的同時,具有足夠的安全儲備,有很高的實用 價值。


圖1為本發(fā)明的施工方法指導自鎖高強纖維布加固體系加固圓形結(jié)構(構件)的 示意圖;圖2為本發(fā)明施工步驟中螺桿安裝過程1 ;圖3為本發(fā)明施工步驟中螺桿安裝過程2 ;圖4為本發(fā)明施工步驟中螺桿安裝過程3 ;圖5為本發(fā)明施工步驟中螺桿安裝過程4 ;圖6為本發(fā)明使用單層高強纖維布時的自鎖高強纖維布加固體系的俯視圖;圖7為圖6的A處的局部放大圖;圖8為本發(fā)明使用雙層高強纖維布時的自鎖高強纖維布加固體系的俯視圖;圖9為圖8的B處的局部放大中1-錨頭,2-預應力螺栓孔,3-待加固構件,4-高強纖維布,5-螺桿,6-螺母。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂,下面結(jié)合附圖和具體實 施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。本發(fā)明既可用于圓形結(jié)構(構件)的應急快速加固,如橋墩的震后快速加固;也可 用于永久加固,如維修改造工程。加固時,在高強纖維布的兩端分別固定一個錨頭1,然后 將高強纖維布4圍繞在待加固構件3的外表面,再通過螺桿5、螺母6的配合安裝將兩個錨 頭1固定,通過擰緊螺母6來施加預應力,如圖1所示。錨頭1的結(jié)構如圖2所示,每只錨 頭端部截面呈現(xiàn)方形,中部截面呈現(xiàn)圓形,在錨頭1的方形端部設置有用于螺栓穿過的螺 栓孔2。使用上述構件進行加固時,具體步驟如下a、計算高強纖維布的長度。①當采用單層高強纖維布纏繞圓形結(jié)構(構件)時,如圖6、圖7所示假定待加固混凝土圓柱的直徑為D,自鎖式錨具中部圓輥的直徑為d,施加預應力 前兩錨具之間的凈距為L,施加預應力后,螺帽的旋進深度為s,施加預應力后,錨頭之間富 余的距離為a,故有L = s+a。經(jīng)實驗測定,在施加30%預應力度的情況下,30mm彡s彡40mm, 偏于安全考慮,s取40mm,令a取20mm,故取L = s+a = 40+20 = 60mm。正截面上栓桿對應 的弧長為Γ = 2R*arCSin(a/2R),所需的高強纖維布長度約為L = (jiD-Γ ) + (2^+2)
do②當采用雙層高強纖維布纏繞圓形結(jié)構(構件)時,如圖8、圖9所示假定同上,并補充假定經(jīng)過計算,高強纖維布的搭接粘貼長度不小于b ( 一般情況
5下b不小于20cm),所需高強纖維布的長度約為=L = 2( π D-I' ) + (2 π+2) d+2b③當錨頭與高強纖維布的連接采用端部類似雙層高強纖維布套筒,中部只有一層 的方式時,如圖8所示高強纖維布的搭接粘貼長度不小于b (—般情況下b不小于20cm),所需高強纖維 布的長度約為L = (jiD-Γ ) + (2Ji+2)d+2bb、將裁剪好的高強纖維布與配套錨頭連接。錨頭與高強纖維布的連接形式有三種,可以采用單層高強纖維布纏繞圓形結(jié)構 (構件)、雙層高強纖維布纏繞圓形結(jié)構(構件)或者高強纖維布端部類似雙層高強纖維布 套筒,但中部只有一層的連接形式。采用雙層和端部雙層中間一層兩種連接形式的特點是 錨頭與高強纖維布端部的連接改為套筒連接形式,下面結(jié)合附圖分別對其進行詳細描述。①當采用單層高強纖維布纏繞圓形結(jié)構(構件)時,連接方式如圖6所示。該連接方法中錨頭的結(jié)構為每只錨頭1由對稱的兩半組成,兩半通過螺釘合為 一體,合成后端部截面呈現(xiàn)方形,中部截面呈現(xiàn)圓形,在錨頭1的方形端部設置有用于螺栓 穿過的螺栓孔2。首先,將錨頭夾縫內(nèi)均勻涂膠,將已經(jīng)計算裁剪好的高強纖維布的端部浸漬膠體 后由錨頭夾住,并在夾縫內(nèi)再次灌膠,當確保高強纖維布與錨頭粘貼良好后,用螺栓固定并 預夾緊錨頭。其次,纏繞高強纖維布于已經(jīng)預夾緊的錨頭的中部圓輥處一圈或兩圈,纏繞的過 程中確保高強纖維布與錨頭中部圓輥外表面之間涂膠均勻并裹緊,使高強纖維布時刻保持 張緊狀態(tài)。膠體固化,檢查高強纖維布與錨頭表面粘貼是否密貼牢靠,未浸膠部位補膠,待 膠體固化后錨頭與高強纖維布連接完畢。粘結(jié)牢固后高強纖維布一端的自鎖式錨具即制作完成。最后,重復上述步驟制作高強纖維布另外一端的自鎖式錨具。②當采用雙層高強纖維布纏繞圓形結(jié)構(構件)時,連接方式如圖8所示與單層高強纖維布方式的區(qū)別在于高強纖維布與錨頭的連接方式。只需將已裁剪 好的高強纖維布在兩端搭接長度范圍內(nèi)用膠粘合,形成一個封閉布圈,待膠體固化后,將兩 個錨頭同時直接放入布圈內(nèi)即可。③當錨頭與高強纖維布的連接采用端部類似雙層高強纖維布套筒,中部只有一層 的方式時,連接方式如圖8所示。在已裁剪好的高強纖維布兩端部各用膠粘合出直徑比錨頭直徑稍大的布圈,將兩 個錨頭分別放入兩個布圈中即可,搭接粘接長度一般可取20cm。高強纖維布端部與采用雙 層高強纖維布時的套筒連接方式類似,但中部只有一層。C、將連接好錨頭的高強纖維布圍套在待加固結(jié)構(構件)的預定位置,用兩個螺 桿依次穿入兩端的錨頭,并用螺母固定,以便連接并鎖住兩個錨頭。圖2 圖4表示螺桿的安裝示意過程。圖2表示將自鎖式錨具放置在圓形結(jié)構 (構件)表面,并正在穿過第一個螺栓的過程;圖3表示第一個螺栓已經(jīng)就位;圖4表示通 過用螺母固定第一個螺栓;圖5表示第二個螺栓已經(jīng)就位并由螺母固定。d、旋緊螺桿上的螺母,對自鎖高強纖維布加固體系施加預拉應力,達到預定的設 計應力后鎖緊螺母。
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具體過程如下分別設置兩個高強螺栓于自鎖式錨具兩端部預應力螺栓孔2處。 施加預應力時,一手持普通扳手抵住高強螺栓桿5的頭部,另一手持扭矩扳手對螺母6施加 預應力;旋緊螺母6的過程應在兩根螺桿5之間交替同步進行,以保證兩根螺桿在張拉的過 程中受力均衡;加力的同時觀察扭矩扳手上的讀數(shù),通過簡單計算可由扭矩得知高強纖維 布4所對應的拉力,扭矩扳手達到預定設計讀數(shù)時停止施加預應力并固定和鎖緊螺母6。其 中,尤其注意應交替對兩高強螺桿5加力,通過使兩高強螺栓內(nèi)應力交替均勻上升,盡量避 免錨具兩端螺栓內(nèi)應力出現(xiàn)過大的差值,以保證高強纖維布4沿橫向受力均勻。應急快速加固時,待加固結(jié)構(構件)的表面可不進行處理;永久加固時,建議預 先對待加固結(jié)構(構件)表面進行簡單處理,磨去混凝土表面的水泥浮漿,置換疏松和脫落 的混凝土 ;之后重復上述步驟a、b、c和d ;預應力施加完成之后對高強纖維布表面涂刷浸漬 膠,促使自鎖高強纖維布加固體系與原結(jié)構(構件)更好地協(xié)同工作。如果需要更多的防 護,可將綠豆沙均勻涂覆于自鎖高強纖維布加固體系外表面上。以上對本發(fā)明所提供的一種預張拉高強度纖維布加固圓形結(jié)構的施工方法進行 詳細介紹,本文中應用了具體實施例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述,以上實施例 的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想;同時,對于本領域的一般技術人員, 依據(jù)本發(fā)明的思想,在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處。綜上所述,本說明書內(nèi) 容不應理解為對本發(fā)明的限制。
權利要求
1.一種預張拉高強度纖維布加固圓形結(jié)構的施工方法,其特征在于,該方法包括如下 步驟a、裁剪高強纖維布布條;所述高強纖維布的強度為不小于1000MPA;b、連接裁剪好的高強纖維布布條與配套錨頭;所述配套錨頭為兩個,分別布置在高強 纖維布布條的兩端;C、將連接好錨頭的高強纖維布布條圍套在待加固圓形結(jié)構的預定位置,用兩個螺桿依 次穿入兩端錨頭,并用螺母固定,連接并鎖住兩個錨頭;d、旋緊螺桿上的螺母,對高強纖維布布條施加預拉應力,達到預定的設計應力后鎖緊 螺母。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種預張拉高強度纖維布加固圓形結(jié)構的施工方法,其特征 在于,所述錨頭由對稱的兩半通過螺釘固定連接為一體而成,錨頭的兩個端部截面為方形, 中間部分截面為圓形,兩個端部均設置有用于螺桿穿過的螺紋孔。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種預張拉高強度纖維布加固圓形結(jié)構的施工方法,其特征 在于,步驟b)中所述的高強纖維布與錨頭的連接形式為當采用單層高強纖維布布條加固 圓形結(jié)構或構件時,高強纖維布的兩個端部浸膠后由錨頭的兩半夾緊,通過螺釘將錨頭的 兩半固定并預夾緊錨頭,將高強纖維布的端部在錨頭的中部纏繞,纏繞的過程中確保高強 纖維布與錨頭之間涂膠并裹緊,待膠體固化后錨頭與高強纖維布連接完畢。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種預張拉高強度纖維布加固圓形結(jié)構的施工方法,其特征 在于,步驟b)中所述的高強纖維布與錨頭的連接形式為當采用雙層高強纖維布布條加固 圓形結(jié)構或構件時,將高強纖維布的端部搭接后用膠粘合在一起組成封閉布圈,兩個錨頭 放置在布圈內(nèi)。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種預張拉高強度纖維布加固圓形結(jié)構的施工方法,其特征 在于,步驟b)中所述的高強纖維布與錨頭的連接形式為當采用端部雙層中間一層高強纖 維布布條加固圓形結(jié)構或構件時,在纖維布的兩端分別用膠粘合成一個直徑大于錨頭直徑 的布圈,兩個錨頭分別放置在兩個布圈內(nèi)。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種預張拉高強度纖維布加固圓形結(jié)構的施工方法,其特征 在于,步驟d)中所述的施加預拉應力的方法為施加預應力時,一手持扳手抵住高強螺栓 桿的頭部,另一手持扳手旋緊螺母施加預應力,旋緊螺母的過程應在兩根螺桿之間交替進 行,加力的同時觀察扭矩扳手上的讀數(shù),扭矩扳手達到預定設計讀數(shù)時停止施加預應力并 固定和鎖緊螺母。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種預張拉高強度纖維布加固圓形結(jié)構的施工方法,其特征 在于,永久加固時,施加預應力后,將綠豆沙均勻涂覆于高強纖維布的外表面。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種預張拉高強度纖維布加固圓形結(jié)構的施工方法,其特征 在于,永久加固時,加固前,預先對待加固結(jié)構或構件表面進行處理,磨去混凝土表面的水 泥浮漿,置換疏松和脫落的混凝土。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種預張拉高強度纖維布加固圓形結(jié)構的施工方法,其特征 在于,永久加固時,預應力施加完成之后對高強纖維布表面涂刷浸漬膠。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種預張拉高強度纖維布加固圓形結(jié)構的施工方法,該方法可以用來加固筒倉、水塔、冷卻塔、煙囪、儲氣罐以及儲油罐等圓形結(jié)構,或受壓圓形橋墩、圓柱等圓形混凝土構件時的施工方法。該方法包括如下步驟裁剪高強纖維布;連接裁剪好的高強纖維布與配套錨頭;將連接好錨頭的高強纖維布圍套在待加固結(jié)構的預定位置,將螺桿穿過高強纖維布兩端的錨頭并旋緊螺桿上的螺母,對高強纖維布施加預拉應力,達到預定的設計應力后鎖緊螺母。本發(fā)明既可用于圓形結(jié)構的應急快速加固,也可用于永久加固。本發(fā)明實用性強,預應力的施加過程可控、易行,保證材料強度較高利用率的同時,具有足夠的安全儲備。
文檔編號E01D22/00GK102121316SQ20111000564
公開日2011年7月13日 申請日期2011年1月12日 優(yōu)先權日2011年1月12日
發(fā)明者厲春龍, 周長東, 李季, 田騰, 白曉彬 申請人:北京交通大學
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