專利名稱：用來加強承載結(jié)構的裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權利要求1所述的用來加強承載結(jié)構的裝置和一種相應的根據(jù)權利要求10所述的方法。
在整修現(xiàn)有構造的承載結(jié)構時通常會出現(xiàn)這樣的問題，即承載結(jié)構應當能夠適應新的比以前負載大的負載情況。為了在這種負載情況下不完全置換承載結(jié)構，要尋找加強現(xiàn)有承載結(jié)構的方法和裝置。這些承載結(jié)構可以是橋梁、傳統(tǒng)的由磚砌成的墻、鋼筋混凝土墻、鋼筋混凝土承載體(梁)、木承載體(梁)、塑料承載體(梁)或鋼承載體(梁)。
一直以來，利用事后加設的鋼板來加強這種承載結(jié)構。鋼板，即帶狀鋼板或者鋼片，被粘結(jié)在承載結(jié)構的一個或兩個面上，優(yōu)選被粘結(jié)在承載結(jié)構受拉的一面上。這種方法的優(yōu)點在于，可以相對快速地進行實施，然而對粘結(jié)要求很高，即，需要對部件和粘結(jié)表面進行準備。為了取得理想的效果，粘結(jié)的實施過程必須在精準限定的條件下進行。要對露天狀態(tài)的承載結(jié)構進行加強時，例如橋梁承載體，使用這種方法所帶來的問題特別會出現(xiàn)在銹蝕區(qū)域。考慮到這種鋼片相對較大的重量和制造情況，最大使用長度是受限制的。同時由于空間的原因，如果剛性的鋼片不能被送入相應的空間里，鋼片能否裝入到閉合空間內(nèi)會是個問題。此外，鋼片在加設時必須“從頂上”(über Kopf)被壓緊在需要被加強的承載結(jié)構上，直至粘結(jié)劑完全硬化，這同時也帶來很大的花費。
近來也將碳素片材(CFK片材)粘結(jié)到承載結(jié)構受拉的一側(cè)上，從而通過提高承載抗力和延展性而在事后改善了這種結(jié)構的承載性能。這種碳素片材的應用具有簡單和價廉的優(yōu)點，在重量小得多的情況下，它具有比鋼片高的強度，而且易于安放。同時抗腐蝕性也變好了，因而這種方法也適合用來加強露天的承載結(jié)構。但是碳素片材的端部固定特別成問題。恰恰在這個區(qū)域內(nèi)碳素片材脫落的危險很大，并且從碳素片材端部到承載結(jié)構的力傳遞也是個問題。一種已知的解決方法是，在承載體上設置一個以緩斜角度延伸的孔或者楔形的凹部，CFK片材的端部插入其中，必要的話，借助于卡箍、回環(huán)或平板等等將CFK片材壓緊在承載體上。這就改善了防脫落性能以及從承載結(jié)構到CFK片材的力傳遞。
通常這種類型的CFK片材不進行預緊，即，松弛地粘結(jié)在承載體上。從而這種片的大部分加強潛力沒有被充分利用，因為只有超過基本負載之后，即超過自身有效荷載的負荷之后，CFK片材才開始承載。為了更好地充分利用CFK片材，便產(chǎn)生了這樣的想法，即，將其預緊地粘結(jié)在承載體上。一個相關的已知方法是，在CFK片材端部的兩面上粘結(jié)短的鋼板，鋼板朝相反方向被拉緊，從而CFK片材被預緊，而后這個被預緊的結(jié)構被粘結(jié)到待加強的承載體上。粘結(jié)劑干燥之后，利用平板、回環(huán)等在CFK片材的端部將其壓緊在承載體上，接著將設有鋼板的端部斷開。但這種方法花費很多，而且并不是在所有應用場合都能使用。上面描述的片材端部的固定方式只限于在施工現(xiàn)場的預緊。
根據(jù)EP1007809已知一種承載元件例如混凝土承載體的加強結(jié)構，這種加強結(jié)構使用了CFK片材，其中CFK片材在端部被分開，并且相互之間呈一角度地通過粘結(jié)、楔入或者通過摩擦連接的方式被固定到閉鎖元件的固定槽中。閉鎖元件通過粘結(jié)、楔入或者摩擦連接的方式被固定在承載元件的受拉側(cè)上，或者將閉鎖元件在有或沒有預緊的情況下嵌進承載元件的相應的凹槽中。
這種解決方法的優(yōu)點在于，CFK片材以短小、緊湊的端部固定實現(xiàn)了較大的端部固定力。此外，可以在不使用粘結(jié)劑的情況下實現(xiàn)傳力(摩擦連接)。
這種方法的缺點是，CFK片材必須在工廠里進行預處理或者在工廠中定尺剪切。而且對CFK片材進行分割是個棘手的過程，要求精細作業(yè)。
本發(fā)明的目的在于，提出一種用來加強承載結(jié)構的裝置，其不僅節(jié)約空間，而且特別適合于現(xiàn)場裝配，即在施工現(xiàn)場裝配，有或者沒有預緊都可以，其中裝配過程不僅快速而且要求不高。
本發(fā)明的另外一個目的在于，給出一種相應的方法。
根據(jù)本發(fā)明，上述目的可以通過權利要求1中所述的裝置和權利要求10、11和13中所述的方法來達到。下面借助于附圖對本發(fā)明進行詳細闡述。其中

圖1本發(fā)明的具有CFK片材和閉鎖元件的裝置的示意2本發(fā)明閉鎖元件在打入楔子之前的剖視3在將套筒壓緊在楔子和CFK片材上之前的閉鎖元件實施例的剖視圖。
圖1示出了本發(fā)明具有CFK片材和閉鎖元件的裝置的示意圖。
承載結(jié)構1在上部具有兩個凹部2、2′，它們是為了裝入閉鎖元件3、3′而設置的。一CFK片材4圍攏承載結(jié)構1，并被壓入閉鎖元件3、3′中。凹部2、2′在通常情況下是通過銑或鉆的方式成型在承載結(jié)構上，并且凹部一般具有圓柱體的形狀。閉鎖元件這種類型的布置是節(jié)省空間的，被證明是特別有利的。CFK片材4可以通過一粘結(jié)層與承載結(jié)構完全地或者至少部分地連接在一起。
圖2本發(fā)明閉鎖元件在打入楔子之前的剖視圖。
CFK片材4位于套筒5的中央，被楔子6、6′在中間固定。在圖中示出了伸出于較寬的套筒端部的楔子在未被打入之前的狀態(tài)。在將楔子向套筒的錐形延伸的端部打入時，在CFK上形成了必要的橫向壓力，從而CFK片材被不可移動地固定在套筒內(nèi)(摩擦連接)。CFK片材從套筒中滑出是個已知的問題，本發(fā)明通過設置增附結(jié)構(用以增加附著力的措施)7有效地解決了這個問題，該結(jié)構被加設在CFK片材的至少一面上，優(yōu)選兩面上，從而CFK片材在套筒5的區(qū)域內(nèi)至少部分地覆蓋它。
套筒5，楔子6、6′和增附結(jié)構7構成了閉鎖元件3。
本發(fā)明的裝置可以在有或者沒有預緊力的情況下使用，因此閉鎖元件3可以稱為錨固頭或者夾緊頭。
套筒5由塑料，特別是纖維加強的塑料，鋼或者其它高強度的材料組成。套筒至少在內(nèi)面構造成錐形結(jié)構，并且基本上具有一種圓形、橢圓形、正方形或者矩形的內(nèi)橫截面。套筒的外面形狀與內(nèi)面無關，可以任意選擇，例如圓柱形，但優(yōu)選也是錐形。
楔子6、6′由塑料，特別是纖維加強的塑料，鋼或者其它高強度的材料、陶瓷或者鋁、砂漿、混凝土或者澆鑄材料制成。在最簡單的情況下，這兩塊楔子是一模一樣的。這樣的分配也是可以考慮的，例如2×2的分配方式，楔子有兩塊布置在CFK片材的上方、有兩塊布置在CFK的下方。非對稱的分配方式也是可以考慮的，例如兩塊對三塊。
不過，如果CFK片材通過一個相應的、已經(jīng)與套筒固定連接在一起的配對件在中間得以固定的話，也可以打入單個楔子。
另外，兩楔子中的一個第一楔子例如借助于端部位置上的附著膠被固定在套筒中，據(jù)此，再打入一單個的第二楔子。這種設置具有這樣的優(yōu)點，在只允許一側(cè)進入的情況下，借助于相應的預緊裝置可以產(chǎn)生所需要的預應力。據(jù)此體現(xiàn)了本發(fā)明裝置的一個重要優(yōu)點。
增附結(jié)構7由膠粘劑、由例如大約0.1-1.0mm粒度的摩擦材料、由設有摩擦材料的薄膜、由粉末涂層或者等離子涂層等等組成。它構成了所謂的位于CFK片材4和楔子6、6′之間的‘附著接橋’。增附結(jié)構7不是必須只位于CFK片材上。通常它也可以設置在套筒的內(nèi)面上，而且是全面積地或部分地沿拉伸方向設置的道或者設置成相對拉伸方向繞的螺旋形。重要的是，CFK片材與楔子之間以及必要時相對于套筒的摩擦參數(shù)要大，以及，所需要的、由壓入楔子得到的橫向力要持久地存在。
本發(fā)明的方法，即如何將楔子壓入或者打入到CFK片材上，將在下面論述。箭頭表示楔子被壓入的方向。
圖3是在將套筒壓緊在楔子和CFK片材上之前的閉鎖元件實施例的剖視圖。
錐形構成的套筒5具有50mm和65mm的外直徑。套筒具有一橢圓形橫截面，長度為110mm，壁厚為6.0mm。套筒由一種碳素纖維復合材料(CFK)組成。CFK片材4的橫截面為2.4×60mm，是一種利用碳素纖維加強的塑料(Sika CARBODUR，Sika AG，CH-8048Zürich)。作為增附結(jié)構7，一個雙面覆層的、耐老化的砂紙被加設到套筒區(qū)域內(nèi)的CFK片材4的兩面上。在楔子6、6′與套筒5之間就不再使用增附劑了。兩個楔子6、6′都是采用碳素纖維加強的塑料制成的。楔子可在200kN力的作用下被打入或者壓入套筒中。這樣的一種夾緊頭或者閉鎖元件可以承受至少300kN的測試力。
當然，套筒的構造可以在一個寬的范圍內(nèi)變化，但是這總要以上述片材的橫截面為依據(jù)。
按本發(fā)明，該實施例是一種可選方法，在該方法中套筒被壓緊到楔子和CFK片材上，這在后面有描述。套筒5上的箭頭表示壓緊方向。
下面將描述利用本發(fā)明的裝置來對承載結(jié)構進行加強的方法。
CFK片材可成卷地被運送到工地，并在那里定尺剪切，而后在片材端部不分割的情況下張緊和固定。
在第一步中，在承載結(jié)構1中設置凹部2、2′或者凹槽；即通過挖、銑或者鉆等等方式制得。在凹部2、2′中插入或者嵌入用作傳力元件的、已知類型的所謂“支承件”，并在那里對其準確定位。
在第二步中，將CFK片材4穿入、拉進或者引入，并進行定位，并且是根據(jù)如下次序，依次穿過第一凹部2和第一支承件、穿過第一閉鎖元件3、圍繞承載結(jié)構1、穿過第二凹部2′和第二支承件、穿過第二閉鎖元件3′，直至CFK片材4從第二閉鎖元件3′中伸出。
CFK片材通常成卷地被運送到工地上，并在那里從一個脫卷架上拉下來。必要時，也可以運來經(jīng)過預處理的U形CFK片材供使用。
在第三步中，將增附結(jié)構7加設到CFK片材上，而且是在閉鎖元件3、3′的區(qū)域內(nèi)。
在第四步中，將第二閉鎖元件3′的至少一個楔子6′壓入到第二套筒5′中，其中該過程是在CFK未受拉的情況下實現(xiàn)的。
在此，通過一個位于第一閉鎖元件3上方的預緊裝置將CFK片材預緊。還可以在CFK片材的兩端進行兩面同時張緊，這里，在兩個閉鎖元件3、3′上方各有一個預緊裝置。但是預加載也可以完全取消。
在第五步中，將第一閉鎖元件3的至少一個楔子6打入或者壓入。將CFK片材在第一閉鎖元件3的上方斷開。加強承載結(jié)構的方法到此結(jié)束。
繞著待加強的承載結(jié)構1受拉側(cè)設置的CFK片材4可以至少部分地被粘結(jié)在承載結(jié)構上。
有一種可選方法，與上述方法相比，第一步到第三步是相同的，第四步和第五步作如下改變在第四步中，將第二套筒5′壓緊到第二閉鎖元件3′的至少一個楔子6′上以及CFK片材上，其中該過程是在CFK片材4未受拉力的情況下實現(xiàn)的。
在此，通過一個位于第一閉鎖元件3上方的預緊裝置將CFK片材預緊。但是這種預加載也可以取消。
在第五步中，將第一套筒5壓緊到第一閉鎖元件3的至少一個楔子6連同CFK片材上。此后CFK片材在第一閉鎖元件的上方被斷開。用來加強承載結(jié)構的該可選方法到此結(jié)束。
下面還有一種可選方法，與上述方法相比，第一步到第三步是相同的，第四步和第五步作如下改變在第四步中，將CFK片材4預緊，或者說是過載10-20％，其中至少一個楔子6、6′松動地被置入套筒中，而不是被壓入?？赡艿恼辰Y(jié)劑或者固定裝置將楔子穩(wěn)定地固定在這個位置上。
在第五步中，將預緊力部分釋放，其中將至少一個楔子6、6′以自楔緊的方式拉入或者壓入套筒5中。其中，最后必需的預緊力被保留下來。此后，CFK片材4在第一閉鎖元件3的上方被斷開。該另外一個用來加強承載結(jié)構的可選方法到此結(jié)束。
本發(fā)明的裝置特別適合于混凝土承載結(jié)構的整修，例如屋頂或者橋梁承載體。此外，本發(fā)明的裝置也可以應用在傳統(tǒng)CFK片材的所有已知的應用場合，例如墻體、木承載體、鋼結(jié)構以及抗震加固。簡單的預緊可以最大程度地充分利用CFK片材的強度特性。此外預緊力可以在承載元件的受拉側(cè)產(chǎn)生預力，這對于例如橋梁承載體是有利的。
方法的特點在于其經(jīng)濟性好以及可以實現(xiàn)快速安裝，并且，裝置在待加強的承載結(jié)構上進行布置時具有很高的靈活性。
權利要求
1.具有CFK片材(4)的、用來加強承載結(jié)構(1)的裝置，其特征在于，CFK片材(4)的端部設置有增附結(jié)構(7)，或者說是一附著接橋，CFK片材通入各個閉鎖元件(3、3′)中，所述CFK片材(4)分別通過至少一個楔子(6、6′)壓在所述閉鎖元件中。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，增附結(jié)構(7)至少單面地加設在CFK片材(4)上。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的裝置，其特征在于，增附結(jié)構(7)在閉鎖元件(3)區(qū)域內(nèi)至少部分地將其覆蓋。
4.根據(jù)權利要求1至3之任一項所述的裝置，其特征在于，增附結(jié)構(7)由膠粘劑、由例如大約0.1-1.0mm粒度的摩擦材料、由設有摩擦材料的薄膜、由粉末涂層或者等離子涂層組成。
5.根據(jù)權利要求1至4之任一項所述的裝置，其特征在于，閉鎖元件具有一套筒(5)，套筒至少在內(nèi)面構造成錐形結(jié)構。
6.根據(jù)權利要求5所述的裝置，其特征在于，套筒(5)具有一種基本上呈圓形或者橢圓形的內(nèi)橫截面。
7.根據(jù)權利要求5所述的裝置，其特征在于，套筒(5)具有一種基本上呈正方形或者矩形的內(nèi)橫截面。
8.根據(jù)權利要求1至7之任一項所述的裝置，其特征在于，閉鎖元件(3)由金屬或者塑料制成。
9.根據(jù)權利要求1至8之任一項所述的裝置，其特征在于，增附結(jié)構(7)位于套筒(5)的內(nèi)面和楔子(6、6′)之間，并且至少部分地覆蓋它們。
10.利用如權利要求1至9之任一項所述的裝置來加強承載結(jié)構(1)的方法，其特征在于，1)在承載結(jié)構(1)中設置凹部(2、2′)，在所述凹部中置入支承件，并將其定位，2)根據(jù)如下次序，使CFK片材(4)依次穿過第一凹部(2)和第一支承件、穿過第一閉鎖元件(3)、圍繞承載結(jié)構(1)、穿過第二凹部(2′)和第二支承件、并穿過第二閉鎖元件(3′)，直至CFK片材(4)從第二閉鎖元件中伸出，3)在閉鎖元件(3、3′)區(qū)域內(nèi)，將增附結(jié)構(7)加設到CFK片材上(4)，4)將第二閉鎖元件(3′)的至少一個楔子(6′)壓入到有CFK片材(4)的第二套筒(5′)中，其中該過程是在CFK片材(4)未受拉力的情況下實現(xiàn)的，5)將第一閉鎖元件(3)的至少一個楔子(6)打入或者壓入，并將CFK片材(4)在第一閉鎖元件(3)的上方斷開。
11.利用如權利要求1至9之任一項所述的裝置來加強承載結(jié)構(1)的方法，其特征在于，1)在承載結(jié)構(1)中設置凹部(2、2′)，在所述凹部中置入支承件，并將其定位，2)根據(jù)如下次序，使CFK片材(4)依次穿過第一凹部(2)和第一支承件、穿過第一閉鎖元件(3)、圍繞承載結(jié)構(1)、穿過第二凹部(2′)和第二支承件、并穿過第二閉鎖元件(3′)，直至CFK片材(4)從第二閉鎖元件中伸出，3)在閉鎖元件(3、3′)區(qū)域內(nèi)，將增附結(jié)構(7)加設到CFK片材上(4)，4)將第二套筒(5′)壓緊到第二閉鎖元件(3′)的至少一個楔子(6′)和CFK片材(4)上，其中該過程是在CFK片材(4)未受拉力的情況下實現(xiàn)的，5)將第一套筒(5)壓緊到第一閉鎖元件(3)的至少一個楔子(6)和CFK片材(4)上，并將CFK片材(4)在第一閉鎖元件(3)的上方斷開。
12.根據(jù)權利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述裝置是在有或者沒有預緊的情況下安裝的。
13.利用如權利要求1至9之任一項所述的裝置來加強承載結(jié)構(1)的方法，其特征在于，1)在承載結(jié)構(1)中設置凹部(2、2′)，在所述凹部中置入支承件，并將其定位，2)根據(jù)如下次序，使CFK片材(4)依次穿過第一凹部(2)和第一支承件、穿過第一閉鎖元件(3)、圍繞承載結(jié)構(1)、穿過第二凹部(2′)和第二支承件、并穿過第二閉鎖元件(3′)，直至CFK片材(4)從第二閉鎖元件中伸出，3)在閉鎖元件(3、3′)區(qū)域內(nèi)，將增附結(jié)構(7)加設到CFK片材上(4)，4)將CFK片材(4)預緊，或者說是過載10-20％，其中至少一個楔子(6、6′)松動地被置入套筒(5)中，而不是被壓入，5)將預緊力部分釋放，其中將至少一個楔子(6、6′)在套筒(5)中以自楔緊的方式拉入或者壓入，并將CFK片材(4)在第一閉鎖元件(3)的上方斷開。
14.根據(jù)權利要求10到13之任一項所述的方法，其特征在于，所述CFK片材(4)繞著待加強的承載結(jié)構(1)的受拉側(cè)設置并至少部分地粘結(jié)于其上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有CFK片材(4)的、用來加強承載結(jié)構(1)的裝置，CFK片材(4)通入各個閉鎖元件(3、3′)中，其中，CFK片材(4)的端部設置有增附結(jié)構(7)，或者說是一附著接橋。所述CFK片材(4)分別通過至少一個楔子(6、6′)被壓在所述閉鎖元件中。利用膠粘劑、大約0.1－1.0mm粒度的摩擦材料、設有摩擦材料的薄膜、粉末涂層或者等離子涂層作為增附結(jié)構(7)。本發(fā)明還介紹了利用本發(fā)明的裝置在有或沒有預緊的情況下來加強承載結(jié)構的方法。所述裝置的特點在于在待加強的承載結(jié)構上進行布置時具有很高的靈活性，所述方法的特點在于其經(jīng)濟性好以及可以實現(xiàn)快速安裝。
文檔編號E04C5/07GK1662718SQ03814868
公開日2005年8月31日 申請日期2003年6月25日 優(yōu)先權日2002年6月26日
發(fā)明者G·施韋格勒 申請人:Sika技術股份公司