[发明专利]一种扩张填塞式体外预应力CFRP材料加固体系及其施工方法

说明书

本发明公开一种扩张填塞式体外预应力CFRP材料加固体系及其施工方法，包括待加固结构件以及CFRP加固件，所述CFRP加固件两端分别通过端部固定机构与所述待加固结构件相连，在所述待加固结构件上设置有至少一个支撑机构，在所述支撑机构与所述CFRP加固件之间设置有垫板和转向块，所述支撑机构上还可拆卸式的设置有预应力调节机构。其效果为：本发明中仅利用一段CFRP加固件实现体外预应力加固，因此只需要在一段CFRP加固件的端部设置固定机构，不仅大量减少了施工所需的锚具数量，而且有利于简化张拉CFRP加固件的过程，在降低施工成本的同时提高了施工效率。

技术领域

本发明涉及土木工程中施加体外预应力的技术领域，尤其涉及一种扩张填塞式体外预应力CFRP材料加固体系及其施工方法。

背景技术

现代建筑、交通、桥梁等工程结构中的混凝土结构件或钢结构件由于环境侵蚀，材料老化，结构功能发生改变而使受荷变化，或因自然灾害的发生而致承载力不足或产生开裂等情况，存在巨大的安全隐患。

目前用于工程构件的加固方法，从作用原理上分为被动加固法和主动加固法两大类。被动加固法是指在构件受拉(或受剪)薄弱区直接增设抗拉(或抗剪)补强材料，例如：粘贴钢板、粘贴高强纤维复合材料(碳纤维、芳纶纤维)等。补强材料只承担活载及后加恒载引起的内力，与原受力构件相比，其应变(应力)相对滞后。特别是采用直接粘贴高强纤维复合材料的方案，补强材料的高抗拉性能很难发挥作用。因此，被动加固法无法减少原结构变形，也不能封闭裂缝。主动加固法是指对布置在构件受拉(或受剪)薄弱区的补强材料施加预应力。补强材料主动受力，从根本上解决了后加补强材料应变(应力)滞后问题，可以充分发挥补强材料的高抗拉性能，提高材料的利用效率，被加固构件的抗弯承载力和正常工作性能均得到显著提升。

中国发明专利ZL201711297399.4公开了一种CFRP板多点支撑预应力加固的结构组件及其预应力施加方法，结构组件包括：结构件，结构件为适于承受载荷的金属结构件；CFRP板，CFRP板设在所述结构件上，CFRP板上具有至少两个连接在所述结构件上的连接点；支撑装置，支撑装置设在所述结构件上且位于两个所述连接点之间，支撑装置包括调整螺杆和支撑件，调整螺杆可转动地设在所述结构件上，支撑件与所述调整螺杆螺纹配合，所述调整螺杆转动时所述支撑件与所述结构件之间的距离可调，支撑件支撑在所述CFRP板上，支撑件在与所述结构件之间的距离增大时可顶起所述CFRP板朝向远离所述结构件的方向变形。

但是，上述结构组件在施加预应力的过程中具有如下缺陷：

(1)螺杆属于细长构件，顶升过程中螺杆受压容易受压失稳，施工具有危险性；

(2)当形成多点支撑时，需要多根螺杆同时顶升，人工操作难以保证同步顶升均匀，易使碳纤维板受力不均；

(3)螺杆顶升力十分有限，不能实现大吨位，工程应用场景受限；

(4)端部采用平板夹持方式，锚固效率低，预应力损失较大；

(5)支撑杆采用螺栓施拧的方式，预应力损失大，施工困难；

(6)端部缺乏转向措施，易使CFRP板发生弯折或扭转而导致CFRP板受损甚至断裂。

有鉴于此，中国发明专利ZL201911310457.1公开了一种CFRP片材组合张弦梁加固安装体系包括梁体、n+1个CFRP片、n个固定支架和2n+2个锚具，n为大于等于1的正整数，梁体水平设置，固定支架向设置在梁体的下表面，固定支架的下端铰接有两个锚具，梁体的下表面两端还设有两个铰接座，固定支架位于两个铰接座之间，两个铰接座分别铰接有一个锚具，铰接座和与其相邻的固定支架之间设有CFRP片，相邻的两个固定支架之间也设有CFRP片，CFRP片的两端夹持在对应的锚具上。该专利通过支架分散竖向载荷，从而缓解结构件局部受力，并利用铰接座使得CFRP片材拉伸过程中应力相对分散，避免了CFRP片材发生剪切破坏，有利于保证CFRP片材均匀受力。