框架梁横向张拉预应力碳纤维片材加固方法

摘要

框架梁横向张拉预应力碳纤维片材加固方法，包括以下主要具体步骤：将碳纤维片材两端粘贴固定在L型钢锚板上，然后安装在框架梁的两端；横向向下拉紧碳纤维片材，在框架梁底与碳纤维片之间塞入至少两个钢垫板，将钢垫板粘结固定在框架梁上；通过U型钢板，一次或多次同步对称横向向上拉紧碳纤维片材，待碳纤维片材贴紧框架梁底面后，将U型钢箍固定在框架梁上。本发明设计新颖独特、简单快捷，易于实现碳纤维片材的可靠张拉锚固并与待加固框架梁零间隙粘贴，较好地利用了碳纤维片材的高强性能而对框架梁施加较高水平的预应力，达到了高效增强加固的目的；同时，张拉力显著减小，张拉施工简便可靠，节省了油压张拉设备及其支撑装置。

说明书

技术领域

本发明属于土木工程结构加固技术领域，尤其涉及一种框架梁横向张拉预应力碳纤维片材加固方法。

背景技术

近年来，采用碳纤维片材对结构施加预应力进行增强加固的技术得到重视，形成了独具特点的预应力碳纤维片材加固技术。该技术的优势是发挥了碳纤维片材的高强性能，同时对结构施加主动预应力而提高了加固效果；改变了直接粘贴后被动承载的受力状态，使材料的有效利用率显著提高；对于梁式构件而言，可显著提高其抗裂弯矩、延缓裂缝出现、抑制既有裂缝的发展、显著减小裂缝宽度，从而改善结构的正常使用性能。

目前，已有多种纵向张拉碳纤维片材的预应力施加方法，其共同的特点是需要对碳纤维片材施加纵向的张拉力，这不仅需要做好碳纤维片材端部（含张拉端与固定端）的可靠锚固，也需要为张拉施工提供支撑张拉力的纵向反力装置，从而使得整个预应力张拉体系组成复杂，降低了张拉施工效率。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种加工效果佳、可靠性高、张拉施工效率高的框架梁横向张拉预应力碳纤维片材加固方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：框架梁横向张拉预应力碳纤维片材加固方法，包括以下具体步骤：

A、先将碳纤维片材1两端粘贴固定到L型钢锚板2上，然后再将L型钢锚板2安装固定到框架梁20下表面与框架柱30内侧面之间的夹角处；

B、横向向下拉紧碳纤维片材1，在碳纤维片材1上表面与框架梁20下表面之间塞入至少两个钢垫板3，将钢垫板3的上表面粘结固定在框架梁20的下表面上；

C、在每个钢垫板3的两侧对称设置一个开口朝上的U型钢板4，向上一次或多次同步横向向上拉动U型钢板4，使碳纤维片材1贴紧框架梁20下表面后，将U型钢板4固定在框架梁20上。

所述步骤A具体包括以下步骤，

（1）、使用钢板加工制作L型钢锚板2，L型钢锚板2总长度由碳纤维片材1与钢板粘结后、再与框架梁20端部底面和框架柱30内侧面的混凝土粘结并通过固定件固定以可靠承受碳纤维片材1的张拉力加以确定；

固定件采用如下任一形式：直接打孔埋设在框架梁20端部底面和框架柱侧面的一组第一化学锚栓6；一组与L型钢锚板2焊接的钢带15，在钢带15上打孔并通过第二化学锚栓7埋设固定在框架梁20端部侧面和框架柱30侧面；

采用钢带15附加第二化学锚栓7形式时，应预先对钢带15与框架梁20、框架柱30的接触面进行清洁和糙化处理；

（2）、碳纤维片材1粘贴区域的定位与清洁：在L型钢锚板2、框架梁20底面与框架柱30内侧面划线标示出碳纤维片材1粘贴区域，并进行糙化处治，用酒精擦拭进行清洁处理，然后涂刷底胶层；

（3）、待张拉碳纤维片材1的固定：将裁剪成型的碳纤维片材1铺平放置，两端涂胶与L型钢锚板2粘结在一起；在L型钢锚板2尺寸范围内的混凝土表面涂胶，打孔埋设第一化学锚栓6或第二化学锚栓7将L型钢锚板2固定。

所述步骤B中采用如下方法确定钢垫板3的厚度：根据设计的张拉控制预应力值，计算出碳纤维片材初始长度l₀的伸长值                                                ；然后结合钢垫板3和U型钢板4安装施工过程中碳纤维片材1初始长度l₀的长度变化，计算出钢垫板3的厚度h。

所述步骤C具体包括以下步骤，

（1）、对于未与楼板40相连的独立框架梁20，需在框架梁20上表面预设钢横梁8，钢横梁8通过第一紧固螺栓9与U型钢板4的上端连接向上张紧碳纤维片材1；对于与楼板40相连的普通框架梁20，需在框架梁20两侧的楼板40底面向上打孔预埋第二紧固螺栓10，第二紧固螺栓10与U型钢板4连接张紧碳纤维片材1；

（2）、多次同步对称横向向上拉紧碳纤维片材1过程中，下一次张拉需待上一次张拉锚固且碳纤维片材1粘结胶硬化达到设计强度之后再进行；

（3）、在张紧碳纤维片材1之前，应在框架梁20、框架柱30的粘结面的底胶层上涂刷粘结胶层；在碳纤维片材1张紧之后，再进行滚轴压平、补注粘接胶工续，确保碳纤维片材1与框架梁20、框架柱30的可靠粘结。

与碳纤维片材1表面直接接触的L型钢锚板2、钢垫板3、U型钢板4组件的棱边、棱角部均加工成弧形光滑过渡面。

采用上述技术方案，使用L型钢板将预应力碳纤维片材锚固在框架梁底面和框架柱的内侧面上，采用横向向下拉紧碳纤维片材的方式，在碳纤维片材与框架梁底面直接塞入钢垫板，再通过U型钢板横向向上拉紧碳纤维片材进行二次横向张拉，在框架梁上建立其可靠的预应力。使得碳纤维片材张拉施工简单可靠，张拉力较纵向张拉显著降低；省去了使用油压千斤顶等机械设备及其安装拆除等工序，节省了加固施工费用。

本发明同现有技术相比具有以下优点：

（1）、本发明将碳纤维片材与L型钢锚板粘结为一体后，又与其端部的框架梁、框架柱粘贴在一起，然后通过打孔埋设在框架梁、框架柱上的锚栓锚固，大大提高了碳纤维片材的端部锚固可靠性。

（2）、本发明采用二级横向张拉方法，首先采用横向向下拉紧碳纤维片材，在框架梁底与碳纤维片之间塞入钢垫板，使碳纤维片材获得初始张拉应力；然后通过U型钢板一次或多次同步对称横向向上拉紧碳纤维片材，使得钢垫板二次起到支撑碳纤维片材拉伸的作用；钢垫板的运用巧妙合理，成为本发明技术的关键组件之一。

（3）、本发明的U型钢板既起到横向拉紧碳纤维片材的作用，又可兼具提高框架梁抗剪承载力的功能，从而实现了材料的多效利用。

（4）、本发明的横向拉紧力仅为纵向张拉力的微量分力，可采用简单的螺栓紧固加以实现，大大降低了张拉施工难度。

综上所述，本发明设计新颖独特、简单快捷，易于实现碳纤维片材的可靠张拉锚固并与待加固框架梁零间隙粘贴，较好地利用了碳纤维片材的高强性能而对框架梁施加较高水平的预应力，达到了增强加固的目的。

附图说明

图1是本发明实施例一的结构示意图；

图2是图1中A向视图；

图3是图1中B向视图；

图4是图1中U型钢板的结构示意图；

图5是图4的俯视图；

图6是本发明中固定件采用钢带和第二化学锚栓进行固定连接状态的结构示意图；

图7是图6中的C向视图；

图8是图6中的D向视图；

图9是本发明实施例二的结构示意图。

具体实施方式

实施例一：如图1-图8所示，本发明的框架梁横向张拉预应力碳纤维片材加固方法，包括以下具体步骤：

A、先将碳纤维片材1两端粘贴固定到L型钢锚板2上，然后再将L型钢锚板2安装固定到框架梁20下表面与框架柱30内侧面之间的夹角处；

B、横向向下拉紧碳纤维片材1，在碳纤维片材1上表面与框架梁20下表面之间塞入至少两个钢垫板3，将钢垫板3的上表面粘结固定在框架梁20的下表面上；

C、在每个钢垫板3的两侧对称设置一个开口朝上的U型钢板4，U型钢板4两端设有安装孔50，向上一次或多次同步横向向上拉动U型钢板4，使碳纤维片材1贴紧框架梁20下表面后，将U型钢板4固定在框架梁20上。

所述步骤A具体包括以下步骤：

（1）、使用钢板加工制作L型钢锚板2，L型钢锚板2总长度由碳纤维片材1与钢板粘结后、再与框架梁20端部底面和框架柱30内侧面的混凝土粘结并通过固定件固定以可靠承受碳纤维片材1的张拉力加以确定；

图1中的固定件采用以下形式：直接打孔埋设在框架梁20端部底面和框架柱侧面的一组第一化学锚栓6；当然，固定件也可以采用如图6-8所示的结构形式：一组与L型钢锚板2焊接的钢带15，在钢带15上打孔并通过第二化学锚栓7埋设固定在框架梁20端部侧面和框架柱30侧面；

采用钢带15附加第二化学锚栓7形式时，应预先对钢带15与框架梁20、框架柱30的接触面进行清洁和糙化处理；

（2）、碳纤维片材1粘贴区域的定位与清洁：在L型钢锚板2、框架梁20底面与框架柱30内侧面划线标示出碳纤维片材1粘贴区域，并进行糙化处治，用酒精擦拭进行清洁处理，然后涂刷底胶层；

（3）、待张拉碳纤维片材1的固定：将裁剪成型的碳纤维片材1铺平放置，两端涂胶与L型钢锚板2粘结在一起；在L型钢锚板2尺寸范围内的混凝土表面涂胶，打孔埋设第一化学锚栓6或第二化学锚栓7将L型钢锚板2固定。

步骤B中采用如下方法确定钢垫板3的厚度：根据设计的张拉控制预应力值，计算出碳纤维片材初始长度l₀的伸长值；然后结合钢垫板3和U型钢板4安装施工过程中碳纤维片材1初始长度l₀的长度变化，计算出钢垫板3的厚度h。

图1中的钢垫板3设置两个，以两块钢垫板3为例，l₀=2l₁₀+l₂₀+2l₃₀，其中l₁₀为钢垫板3到L型钢锚板2之间的水平距离，l₂₀为两块钢垫板3之间的水平距离，l₃₀为钢垫板3的宽度。

本实施例中的四个U型钢板4同步拉紧，则钢垫板3的厚度h=/4。

为了提高框架梁20跨中区段的预应力效果，也可以采取分步拉紧方法：首先将两侧U型钢板4同步拉紧，待碳纤维片材1在左右两个l₁₀和l₃₀段粘贴胶硬化达到设计强度后，再同步拉紧内侧的两个U型钢板4；此时钢垫板3的厚度h=(₁+₂)/2（其中₁为长度2l₁₀+l₂₀+2l₃₀碳纤维片材1的伸长值，₂为长度l₂₀碳纤维片材的伸长值）。

步骤C具体包括以下步骤：

（1）、图1所示的是独立的框架梁20，需在框架梁20上表面预设钢横梁8，钢横梁8通过第一紧固螺栓9与U型钢板4的上端连接向上张紧碳纤维片材1；

（2）、多次同步对称横向向上拉紧碳纤维片材1过程中，下一次张拉需待上一次张拉锚固且碳纤维片材1粘结胶硬化达到设计强度之后再进行；

（3）、在张紧碳纤维片材1之前，应在框架梁20、框架柱30的粘结面的底胶层上涂刷粘结胶层；在碳纤维片材1张紧之后，再进行滚轴压平、补注粘接胶工续，确保碳纤维片材1与框架梁20、框架柱30的可靠粘结。

与碳纤维片材1表面直接接触的L型钢锚板2、钢垫板3、U型钢板4组件的棱边、棱角部均加工成弧形光滑过渡面。

实施例二：如图9所示，该实施例与实施例一的不同之处在于，框架梁20上部设有楼板40，这就需在框架梁20两侧的楼板40底面向上打孔预埋第二紧固螺栓10，第二紧固螺栓10与U型钢板4连接张紧碳纤维片材1。

上述实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。