本發明屬于橋梁鋼結構及組合結構加固領域，涉及一種新型預應力CFRP板張拉錨固裝置，尤其適用于工字形鋼板梁橋和鋼箱梁橋的加固設計和施工。

背景技術：

碳纖維片材(Laminate)分為碳纖維布(Sheet)和碳纖維板(Plate)。由于碳纖維布加固量小且質量性能不穩定，逐漸被碳纖維板所取代。將“體外預應力技術”與“粘貼纖維復合材料加固技術”相結合，可以充分發揮材料的高強特性、有效延緩結構開裂、避免過早發生剝離破壞。由于設計理念的改進，該方法己成為國內纖維加固技術的主流。目前，該方法的適用對象尚局限于混凝土結構，相應的張拉、錨固裝置也僅適用混凝土結構。

申請號為200910252181.6的發明專利涉及“一種采用預應力碳纖維板加固梁的方法及裝置”，該方法有以下特點：1.其錨固裝置是平板錨具，需要大量高強螺栓進行錨固裝置的固定和碳纖維板的夾持，而鋼結構的特點決定了不宜在其表面過多開孔；2.其張拉裝置是對碳纖維板橫向張拉，須在跨中增設錨固點，且在錨固點位置存在較大的豎向集中荷載，對被加固梁的局部受力不利；3.碳纖維板呈折線形布置，將會減小橋梁凈空，且預應力水平越高凈空損失量越大。

申請號為201410826947.8的發明專利申請涉及“一種預應力碳纖維板張拉裝置及其用于預應力碳纖維板張拉的方法”，該方法有以下特點：1.錨具安裝過程中，要求在混凝土表面切割挖槽，并使碳纖維板粘貼在結構表面，形成有黏結加固，該項技術不適用于加固鋼梁或組合梁；2.通過螺紋桿傳力，工具擋板帶動張拉擋板產生位移，千斤頂和張拉端支座位于兩側擋板之間，致使張拉端施工空間較大；3.該裝置的各個部件多為長方體，用鋼量較大。

技術實現要素：

發明目的：本發明的目的在于提供一種加固鋼梁及組合梁的預應力CFRP板張拉錨固裝置，同時解決以下技術問題：1.錨具與CFRP板的連接方式不依賴結構膠和化學錨栓，以避免傳統膠粘式錨具的耐久性問題和開孔鋼板的應力集中問題；2.張拉、錨固裝置主要由薄壁鋼板構成，處于以受壓為主的復雜應力狀態，需保證局部穩定；3.優化各個部件的外形尺寸，以減小張拉實施空間、降低錨具生產成本。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明提供一種加固鋼梁及組合梁的預應力CFRP板張拉錨固裝置，包括預應力CFRP板張拉裝置和錨固裝置，所述張拉裝置包括定位鋼角、張拉鋼角、鎖緊螺母、導向螺桿、調節螺母、離合鋼槽、穿心式千斤頂、定位擋板、楔形夾片和高強螺栓，所述錨固裝置包括鋼角支座、楔形夾片和高強螺栓。

所述定位鋼角包括第一水平鋼板和第一豎向鋼板，所述第一豎向鋼板與第一水平鋼板之間設有直角三角形加勁肋，所述水平鋼板上具有螺栓孔，所述第一豎向鋼板上具有用于穿過導向螺桿的第一圓形孔道。所述定位鋼角是橫向分離布置的兩塊，每塊第一豎向鋼板上具有一個第一圓形孔道。

所述張拉鋼角包括第二水平鋼板和第二豎向鋼板，所述第二豎向鋼板與第二水平鋼板之間設有直角三角形加勁肋，所述水平鋼板與被加固梁滑動配合，可沿縱向自由移動，所述第二豎向鋼板上具有用于穿過導向螺桿的第二圓形孔道。所述張拉鋼角是橫向整體布置的一塊，所述第二圓形孔道的數量是兩個。所述定位鋼角和張拉鋼角上均具有通槽，所述通槽與楔形夾片組成夾持式錨具。

具體地，所述的鎖緊螺母是六角形螺母，位于導向螺桿的兩端，分別鎖死定位鋼角和定位擋板。

具體地，所述導向螺桿是細長圓柱體，穿過定位鋼角、張拉鋼角、離合鋼槽、穿心式千斤頂和定位擋板，所述定位鋼角、離合鋼槽和定位擋板所在區段的導向螺桿表面帶外螺紋。

具體地，所述調節螺母是六角形螺母，位于離合鋼槽內部。

具體地，所述離合鋼槽由板鋼、槽鋼兩部分構成，二者依靠縱向頂推力結合，中間的圓形孔道用于穿過導向螺桿。

具體地，所述穿心式千斤頂采用一對小型液壓千斤頂，位于離合鋼槽與定位擋板之間。

具體地，所述定位擋板是帶孔方形鋼板，中間的圓形孔道用于穿過導向螺桿。

具體地，所述楔形夾片是夾持在CFRP板上下表面的兩塊楔形體，張拉鋼角和鋼角支座上通槽作為穿設楔形體的楔形槽，楔形夾片的內表面涂抹有金剛砂；楔形夾片利用摩擦力實現對CFRP板的夾持。

具體地，所述鋼角支座采用蛙式構造，通過高強螺栓與被加固梁連接，豎向鋼板與水平鋼板之間設有三角形加勁肋；所述鋼角支座上具有用于安裝楔形夾片的通槽。

本發明同時提供上述張拉裝置的使用方法，包括以下步驟：

步驟1，利用高強螺栓將張拉裝置和錨固裝置分別安裝在被加固梁的兩端；

步驟2，利用楔形夾片將CFRP板的兩端夾持在張拉鋼角和鋼角支座上；

步驟3，利用穿心式千斤頂拉動導向螺桿，對CFRP板進行同步對稱張拉；步驟4，當達到目標預應力后，通過旋緊調節螺母，定位鋼角的夾持力從定位擋板傳遞到張拉鋼角上；

步驟5，穿心式千斤頂停止供油，縱向頂推力釋放，離合鋼槽內部擠壓力消失，板鋼和槽鋼接觸面分離；

步驟6，將穿心式千斤頂從被加固梁上拆除。

有益效果：由于采用上述技術方案，與現有技術相比，本發明具有以下特點和有益效果：

1.解決了傳統預應力CFRP板錨具在鋼梁及鋼-混凝土組合梁上的錨固問題，拓展了預應力CFRP板加固技術的應用領域；

2.錨具與CFRP板之間的連接方式采用夾片式楔形錨，不依賴結構膠和化學錨栓，避免了傳統膠粘式錨具的耐久性問題和開孔鋼板的應力集中問題；

3.錨具受力原理以機械夾持為主，錨固效率高、質量性能穩定，可充分發揮CFRP板的高強特性；

4.鋼角支座、定位鋼角與被加固梁之間的連接方式采用高強螺栓，避免了采用焊接方法帶來的疲勞隱患，高強螺栓數量精簡、分布合理，避免薄壁鋼板局部失穩；

5.張拉、錨固裝置的構造較多地運用了三角形加勁肋，以提高結構的承載力和穩定性，避免豎向鋼板在強大預加力下發生彎曲；

6.千斤頂的頂推力不是直接作用在定位鋼角上，而是通過導向螺桿作用在定位擋板上，力流的改變使得定位鋼角與張拉鋼角之間的距離大幅縮短；

7.離合鋼槽的存在使得錨固完成之后可以很方便地將千斤頂從張拉裝置上拆除；

8.通過對張拉、錨固裝置各個部件的外形尺寸進行優化，達到改善受力、降低造價的效果。

除了上面所述的本發明解決的技術問題、構成技術方案的技術特征以及由這些技術方案的技術特征所帶來的優點外，本發明的一種加固鋼梁及組合梁的預應力CFRP板張拉錨固裝置所能解決的其他技術問題、技術方案中包含的其他技術特征以及這些技術特征帶來的優點，將結合附圖做出進一步詳細的說明。

附圖說明

圖1是本發明實施例中張拉錨固裝置與被加固梁的整體結構示意圖；

圖2是圖1的仰視圖；

圖3是圖1的結構簡圖；

圖4是圖1中定位鋼角的結構示意圖；

圖5是圖1中張拉鋼角的結構示意圖；

圖6是圖1中鋼角支座的結構示意圖；

圖7是圖1中離合鋼槽的結構示意圖；

圖8是圖7的裝配圖；

圖中，1被加固梁，2定位鋼角，3張拉鋼角，4鎖緊螺母，5導向螺桿，6調節螺母，7離合鋼槽，7-1板鋼，7-2槽鋼，8穿心式千斤頂，9定位擋板，10碳纖維板，11鋼角支座，12高強螺栓。

具體實施方式

實施例：

本實施例的一種加固鋼梁及鋼-混凝土組合梁的預應力CFRP板張拉錨固裝置如圖1、圖2和圖3所示，包括定位鋼角2、張拉鋼角3、鎖緊螺母4、導向螺桿5、調節螺母6、離合鋼槽7、穿心式千斤頂8、定位擋板9、鋼角支座11、高強螺栓12。楔形夾片分別位于張拉鋼角3和鋼角支座11的內部，嵌固其中形成整體。

張拉裝置、錨固裝置的固定分別由定位鋼角2、鋼角支座11實現，二者通過高強螺栓12與被加固梁1連接。定位鋼角2在橫向是分離式的，以便于夾持和安裝，需沿兩側對稱布置。張拉鋼角3在橫向是整體式的，可保證碳纖維板10在張拉過程中做同步位移。張拉鋼角3與被加固梁1下翼緣的接觸面光滑，在預加力下可沿縱向移動，在張拉完成后將縱向自由度鎖死。

如圖4、圖5和圖6所示，定位鋼角2、張拉鋼角3與鋼角支座11采用高強度合金鋼精鑄成型。定位鋼角2與張拉鋼角3的縱向距離根據預應力水平、材料伸長率確定。定位鋼角2、張拉鋼角3與鋼角支座11均設有三角形加勁肋，以防止豎向鋼板在強大預加力作用下發生彎曲。張拉鋼角3、鋼角支座11與碳纖維板10的接觸面需經丙酮溶液清洗和噴氣除塵。導向螺桿5的兩端附近帶外螺紋。定位鋼角2、定位擋板9通過鎖緊螺母4固定于導向螺桿5的兩端。

張拉鋼角3、鋼角支座11與碳纖維板10的連接均由楔形夾片實現。楔形夾片包括上下兩片，分別楔入張拉鋼角3、鋼角支座11相互擠壓共同受力。楔形夾片內表面涂抹金剛砂以提供足夠的摩擦。

如圖7和圖8所示，離合鋼槽7由板鋼7-1和槽鋼7-2兩部分構成，二者依靠縱向頂推力結合，當頂推力消失后接觸面分離。調節螺母位于離合鋼槽7內部，張拉過程中呈放松狀態，張拉完成后再手工旋緊。

本發明張拉結束階段的主要步驟說明如下：

當達到目標預應力后，通過旋緊調節螺母4，定位鋼角2的夾持力從定位擋板9傳遞到張拉鋼角3上。此后穿心式千斤頂8停止供油，縱向頂推力釋放，離合鋼槽7內部擠壓力消失，板鋼和槽鋼接觸面分離，即可很方便地將穿心式千斤頂8從被加固梁1上拆除。

應注意，實施例中的方案并非用以限制本發明的專利保護范圍，凡未脫離本發明所為的等效實施或變更，均包含于本案的專利范圍中。