專利名稱：鋼筋混凝土板體外frp筋的預(yù)應(yīng)力施加裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及土木工程中鋼筋混凝土板的體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋼筋混凝土板體外FRP筋的預(yù)應(yīng)力施加裝置。
背景技術(shù)：
纖維增強(qiáng)塑料(Fiber Reinforced Polymer,簡稱FRP)復(fù)合材料以其輕質(zhì)、高強(qiáng)、不銹蝕和抗疲勞性能好等優(yōu)點(diǎn)，已應(yīng)用于實(shí)際工程中。以纖維增強(qiáng)塑料筋(即FRP筋)作為預(yù)應(yīng)力筋用于鋼筋混凝土板的體外預(yù)應(yīng)力加固，既能克服傳統(tǒng)鋼絞線、高強(qiáng)鋼絲或粗鋼筋的易腐蝕問題，又能充分發(fā)揮體外預(yù)應(yīng)力加固的效果。FRP筋由纖維和聚合物基體兩部分組成，纖維的抗拉強(qiáng)度和彈性模量都較聚合物基體高，是纖維塑料筋中的承載成份。聚合物基體是粘結(jié)成份，用來把纖維單絲粘結(jié)約束在 一起，也起保護(hù)纖維、維持纖維塑料筋尺寸穩(wěn)定的作用。因此，F(xiàn)RP筋截面性質(zhì)和受力性能與傳統(tǒng)鋼絞線、高強(qiáng)鋼絲或粗鋼筋有很大的差異，對壓力、剪力及筋表面的變形(如壓痕、凸肋、螺紋等)更加敏感，難以采用適用于鋼絞線、高強(qiáng)鋼絲或粗鋼筋的傳統(tǒng)方法對其施加預(yù)應(yīng)力。現(xiàn)有的FRP筋預(yù)應(yīng)力施加裝置無法實(shí)現(xiàn)在預(yù)應(yīng)力施加過程中對FRP筋自身應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)的監(jiān)控，例如中國發(fā)明專利，專利號為CNlO 1922240A公開了一種FRP筋張拉錨固裝置，其特征在于張拉錨固裝置包括用于錨固FRP筋的錨固裝置和用于張拉FRP筋的張拉裝置。錨固裝置包括錨固架、套筒和限位構(gòu)件，錨固架固定連接在待加固構(gòu)件端部的錨固區(qū)，套筒穿置在錨固架上用于錨固FRP筋，限位構(gòu)件連接在套筒上用于張拉FRP筋后對套筒限位。張拉裝置包括施力設(shè)備和軟索，施力設(shè)備通過軟索與套筒相連，用于施加張拉力。該項(xiàng)發(fā)明為FRP筋提供了一種施加預(yù)應(yīng)力的方法，但該發(fā)明未涉及在預(yù)應(yīng)力施加過程中如何對FRP筋進(jìn)行預(yù)應(yīng)力的精確控制和施加，有可能導(dǎo)致FRP筋的超張拉現(xiàn)象。因此，開發(fā)一種適合FRP筋性能特點(diǎn)，又可以精確控制預(yù)拉應(yīng)力的體外FRP筋預(yù)應(yīng)力施加裝置，對促進(jìn)FRP筋在體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本實(shí)用新型提供了一種能夠精確、方便地對鋼筋混凝土板體外的多根FRP筋同時(shí)或逐一施加預(yù)拉應(yīng)力，并且使預(yù)拉應(yīng)力在每根FRP筋中均勻分布，在施加過程中還可以通過數(shù)據(jù)采集儀對施加過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的鋼筋混凝土板體外FRP筋的預(yù)應(yīng)力施加裝置。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的鋼筋混凝土板體外FRP筋的預(yù)應(yīng)力施加裝置，包括錨固系統(tǒng)，與錨固系統(tǒng)連接的加載裝置，以及連接錨固系統(tǒng)與加載裝置的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)；所述的錨固系統(tǒng)包括角鋼1，角鋼I通過角鋼錨具10固定在鋼筋混凝土板9上，鋼筋混凝土板9的兩端部位置用沖擊鉆鉆有孔，角鋼I上設(shè)置有FRP筋穿孔，F(xiàn)RP筋11穿過FRP筋穿孔，通過底端錨具12錨固在角鋼I上；在張拉端，底端錨具2靠近角鋼I的一端上擰有錨固螺帽3，底端錨具2的另一端通過連接螺栓4與張拉鋼板8相連；所述的底端錨具2采用粘結(jié)型套筒式錨具，粘結(jié)材料采用環(huán)氧系粘結(jié)樹脂；所述的錨固系統(tǒng)中組成部件的中心線位于同一平面內(nèi)；所述的加載裝置包括位于角鋼I與張拉鋼板8之間的千斤頂6，以及與連接螺栓4連接的張拉螺帽5 ；所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括位于張拉鋼板8與千斤頂6之間的力傳感器7、粘貼在FRP筋11上的應(yīng)變片12，連接力傳感器7與應(yīng)變片12的數(shù)據(jù)采集儀13，數(shù)據(jù)采集儀13同時(shí)連接有計(jì)算機(jī)14 ；所述的錨固系統(tǒng)及加載裝置中的設(shè)備的中心線位于同一平面內(nèi)，且沿FRP筋軸線安裝。積極有益效果(I)雙側(cè)角鋼對孔布置，可將FRP筋按預(yù)定位置準(zhǔn)確安裝，保證了FRP筋的布置方向同鋼筋混凝土板保持平行。(2)FRP筋的底端錨具采用連接螺栓同張拉鋼板相連。首先可以確保張拉力沿FRP筋的中心線施加，避免了 FRP筋因偏心受拉產(chǎn)生的剪力影響到抗拉強(qiáng)度的發(fā)揮；其次，通過擰緊或者松開連接螺栓，可以方便地隨時(shí)對FRP筋全部、選擇性或逐根實(shí)施預(yù)應(yīng)力的施加。(3)千斤頂兩側(cè)對稱布置，頂在同一塊張拉鋼板上，通過監(jiān)控力傳感器測得的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)兩側(cè)千斤頂?shù)耐郊虞d。千斤頂將外張荷載施加在同一塊張拉鋼板上，張拉鋼板通過張拉螺帽將張拉荷載傳遞錨固系統(tǒng)，再由錨固系統(tǒng)將張拉力傳遞給每一根FRP筋，實(shí)現(xiàn)了張拉應(yīng)力在所有預(yù)應(yīng)力FRP筋中均勻傳遞。(4)采用錨固螺栓在張拉后的張拉端對FRP筋進(jìn)行緊固，操作簡便，且預(yù)應(yīng)力損失較小。(5)通過監(jiān)測到的每根FRP筋的應(yīng)力和應(yīng)變信息，適時(shí)通過調(diào)節(jié)錨固螺帽確保每根FRP筋中應(yīng)力均勻。

圖I是本實(shí)用新型實(shí)施例I的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I中的角鋼細(xì)部示意圖；圖3為實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)板尺寸和配筋；圖4為荷載-位移曲線；圖中為角鋼I、底端錨具2、錨固螺帽3、連接螺栓4、張拉螺帽5、千斤頂6、力傳感器7、張拉鋼板8、混凝土板9、角鋼錨具10、FRP筋11、應(yīng)變片12、數(shù)據(jù)采集儀13、計(jì)算機(jī)14、水泥砂漿找平層15。
具體實(shí)施方式
下面根據(jù)附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明錨固系統(tǒng)原理先在鋼筋混凝土板兩端部設(shè)定位置上用沖擊鉆分別鉆取預(yù)留孔，通過預(yù)留孔用螺栓把已制作好帶有FRP筋張拉穿孔的角鋼緊緊地固定在鋼筋混凝土板上，再把FRP筋錨固在角鋼上。FRP筋的錨具采用粘結(jié)型套筒式錨具，粘結(jié)材料采用環(huán)氧系粘結(jié)樹脂。角鋼I立面的預(yù)留孔，對于非張拉端其孔徑大小使得FRP筋穿過，而套管不能穿過；對于張拉端的鋼板孔徑大小和錨固套筒外徑相同。張拉端的錨固套筒兩端均有螺紋，靠近角鋼一端帶錨固螺帽，用于張拉后的錨固；套管的另一端螺紋通過螺栓與張拉鋼板緊緊固定在一起。所有錨固張拉裝置的中心線應(yīng)位于同一平面內(nèi)。加載系統(tǒng)千斤頂放置在角鋼和張拉鋼板之間，關(guān)于鋼筋混凝土板的中心線平行對稱布置。張拉過程中，張拉端的角鋼作為千斤頂?shù)姆戳ρb置。千斤頂將外張荷載施加在張拉鋼板上，張拉鋼板通過張拉螺帽將張拉荷載傳遞錨固系統(tǒng)，再由錨固系統(tǒng)將張拉力維持在控制預(yù)應(yīng)力水平。力傳感器置于張拉鋼板和千斤頂之間，保持與千斤頂在同一中心線上，兩端與千斤頂和張拉鋼板緊貼。在FRP筋的適當(dāng)位置上粘貼應(yīng)變片，應(yīng)變片與力傳感器同數(shù)據(jù)采集儀相連。數(shù)據(jù)采集儀連接計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)中的控制分析軟件控制并記錄張拉力的大小，并對加載過程實(shí)時(shí)監(jiān)控每根FRP筋的應(yīng)力和應(yīng)變量。實(shí)施例I如圖I、圖2所示，圖中本實(shí)例鋼筋混凝土板體外FRP筋的預(yù)應(yīng)力施加裝置由角鋼
I、底端錨具2、錨固螺帽3、連接螺栓4、張拉螺帽5、千斤頂6、力傳感器7、張拉鋼板8、混凝土板9、角鋼錨具10、FRP筋11、應(yīng)變片12、數(shù)據(jù)采集儀13、計(jì)算機(jī)14、水泥砂漿找平層15聯(lián)接構(gòu)成，由于FRP筋抗剪能力較差，張拉設(shè)備應(yīng)嚴(yán)格沿FRP筋軸線安裝，且所有錨固張拉設(shè)備的中心線應(yīng)位于同一平面。本實(shí)施例的錨固系統(tǒng)由角鋼I、底端錨具2、錨固螺帽3、連接螺栓4、混凝土板9、角鋼錨具10、FRP筋11聯(lián)接而成。先在鋼筋混凝土板9兩端部設(shè)定位置上用沖擊鉆分別鉆孔，在預(yù)留孔口處把預(yù)留好FRP筋穿孔的角鋼I用角鋼錨具10緊緊地固定在鋼筋混凝土板9上。將FRP筋11穿過FRP筋穿孔，通過底端錨具2錨固在角鋼I上。在張拉端，底端錨具2靠近角鋼I的一端擰上錨固螺帽3 ;底端錨具2的另一端通過連接螺栓4與張拉鋼板8相連。所有錨固裝置的中心線應(yīng)位于同一平面內(nèi)。本實(shí)施例的加載系統(tǒng)由張拉螺帽5、千斤頂6、張拉鋼板8組成，兩臺千斤頂6放置在角鋼I和張拉鋼板8之間，關(guān)于混凝土板9的中心線平行對稱布置。張拉過程中，張拉端的角鋼I作為千斤頂6的反力裝置。千斤頂6將外張荷載施加在張拉鋼板8上，張拉鋼板8通過張拉螺帽5將張拉荷載傳遞給錨固系統(tǒng)，再由錨固系統(tǒng)將張拉力施加給每一根FRP筋。當(dāng)FRP筋中的預(yù)拉應(yīng)力穩(wěn)定達(dá)到張拉控制應(yīng)力，擰緊錨固螺帽3，以填補(bǔ)錨固螺帽3與角鋼I的距離，放張、卸載；如此重復(fù)，直到放張后FRP筋達(dá)到張拉控制應(yīng)力。本實(shí)施例的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由力傳感器7、應(yīng)變片12、數(shù)據(jù)采集儀13和計(jì)算機(jī)14連接而成。力傳感器7將所接收到千斤頂6與張拉鋼板8之間的荷載信號轉(zhuǎn)換成電信號通過數(shù)據(jù)電纜傳遞數(shù)據(jù)采集儀，應(yīng)變片12將所接收到FRP筋11的應(yīng)變信號轉(zhuǎn)換成電信號通過數(shù)據(jù)電纜傳遞給數(shù)據(jù)采集儀，數(shù)據(jù)采集儀13將輸入的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入到計(jì)算機(jī)14，計(jì)算機(jī)14能通過控制及分析軟件將張拉過程中的荷載和應(yīng)變信號進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、記錄和保存，并將結(jié)果進(jìn)行分析處理。其它實(shí)施例。改變角鋼I與混凝土板9的聯(lián)接方式及具體規(guī)格和結(jié)構(gòu)，改變底端錨具2的形式，改變底端錨具2與張拉鋼板8的連接方式，改變千斤頂6的數(shù)量，以及改變應(yīng)變片11的布置方式等均能組成多個(gè)實(shí)施例，均為本實(shí)用新型的常見變化。試驗(yàn)驗(yàn)證[0034]鄭州大學(xué)新型建材與結(jié)構(gòu)研究中心應(yīng)用本實(shí)用新型的鋼筋混凝土板體外FRP筋的預(yù)應(yīng)力施加裝置進(jìn)行了體外預(yù)應(yīng)力FRP筋加固水閘橋板受彎性能研究，得到了較好的試驗(yàn)結(jié)果。本實(shí)例中采用的是GFRP筋，試驗(yàn)共設(shè)計(jì)4塊板式構(gòu)件，分別配置0、2、3、4根GFRP筋，混凝土強(qiáng)度為C30，尺寸為2000_X500_X 100mm，板底部配有4根Φ8 (HPB235級)縱向受力筋，8根同等級別的橫向分布鋼筋Φ80250，保護(hù)層厚度15mm，GFRP加固距離定為板跨中1200mm范圍內(nèi)，試驗(yàn)板如圖3，具體方案見表I。試驗(yàn)得到的荷載位移曲線和承載力表格如圖4和表2，從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，利用本實(shí)用新型的鋼筋混凝土板體外FRP筋的預(yù)應(yīng)力施加裝置施加預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力施加的大小和均勻程度符合要求，對混凝土板的加固的效果顯著。表I加固方案
權(quán)利要求1.鋼筋混凝土板體外FRP筋的預(yù)應(yīng)力施加裝置，其特征在于包括錨固系統(tǒng)，與錨固系統(tǒng)連接的加載裝置，以及連接錨固系統(tǒng)與加載裝置的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋼筋混凝土板體外FRP筋的預(yù)應(yīng)力施加裝置，其特征在于所述的錨固系統(tǒng)包括角鋼(1)，角鋼(I)通過角鋼錨具(10)固定在鋼筋混凝土板(9)上，鋼筋混凝土板(9 )的兩端部位置用沖擊鉆鉆有孔，角鋼(I)上設(shè)置有FRP筋穿孔，F(xiàn)RP筋(11)穿過FRP筋穿孔，通過底端錨具(12)錨固在角鋼(I)上；在張拉端，底端錨具(2)靠近角鋼(O的一端上擰有錨固螺帽(3)，底 端錨具(2)的另一端通過連接螺栓(4)與張拉鋼板(8)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋼筋混凝土板體外FRP筋的預(yù)應(yīng)力施加裝置，其特征在于所述的底端錨具(2)采用粘結(jié)型套筒式錨具，粘結(jié)材料采用環(huán)氧系粘結(jié)樹脂。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋼筋混凝土板體外FRP筋的預(yù)應(yīng)力施加裝置，其特征在于所述的錨固系統(tǒng)中組成部件的中心線位于同一平面內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋼筋混凝土板體外FRP筋的預(yù)應(yīng)力施加裝置，其特征在于所述的加載裝置包括位于角鋼(I)與張拉鋼板(8)之間的千斤頂(6)，以及與連接螺栓(4)連接的張拉螺帽(5)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋼筋混凝土板體外FRP筋的預(yù)應(yīng)力施加裝置，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括位于張拉鋼板(8)與千斤頂(6)之間的力傳感器(7)、粘貼在FRP筋(11)上的應(yīng)變片(12)，連接力傳感器(7)與應(yīng)變片(12)的數(shù)據(jù)采集儀(13)，數(shù)據(jù)采集儀(13)同時(shí)連接有計(jì)算機(jī)(14)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋼筋混凝土板體外FRP筋的預(yù)應(yīng)力施加裝置，其特征在于所述的錨固系統(tǒng)及加載裝置中的設(shè)備的中心線位于同一平面內(nèi)，且沿FRP筋(11)軸線安裝。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋼筋混凝土板體外FRP筋的預(yù)應(yīng)力施加裝置，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)能在加載過程實(shí)時(shí)監(jiān)控每根FRP筋的應(yīng)力和應(yīng)變量，并能對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種鋼筋混凝土板體外FRP筋的預(yù)應(yīng)力施加裝置，包括錨固系統(tǒng)，與錨固系統(tǒng)連接的加載裝置，以及連接錨固系統(tǒng)與加載裝置的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)；雙側(cè)角鋼對孔布置，可將FRP筋按預(yù)定位置準(zhǔn)確安裝，保證了FRP筋的布置方向同鋼筋混凝土板保持平行；FRP筋的底端錨具采用連接螺栓同張拉鋼板相連。首先可以確保張拉力沿FRP筋的中心線施加，避免了FRP筋因偏心受拉產(chǎn)生的剪力影響到抗拉強(qiáng)度的發(fā)揮；其次，通過擰緊或者松開連接螺栓，可以方便地隨時(shí)對FRP筋全部、選擇性或逐根實(shí)施預(yù)應(yīng)力的施加；采用錨固螺栓在張拉后的張拉端對FRP筋進(jìn)行緊固，操作簡便，且預(yù)應(yīng)力損失較小。
文檔編號E04G21/12GK202745405SQ20122042741
公開日2013年2月20日 申請日期2012年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月27日
發(fā)明者高丹盈, 祝玉斌, 湯寄予, 房棟, 朱海堂 申請人:鄭州大學(xué)