[发明专利]铰式锚及高强度纤维复合材料片材的预应力张拉方法

说明书

一、技术领域

本发明属于高强度纤维复合材料预应力张拉技术领域，具体涉及增强或加固工程结构的高强度纤维复合材料预应力的锚夹具及方法。

二、背景技术

高强度纤维复合材料(英文名称Fiber Reinforced Polymer，简称FRP)，如碳纤维增强塑料、高分子聚合物纤维增强塑料、玻璃纤维增强塑料等，具有自重轻、承载力大、抗疲劳、耐腐蚀等特性，广泛应用于航天航空、飞机制造、体育娱乐用品、船舶、汽车、建筑等领域。特别是经预应力张拉的高强度纤维复合材料片材(简称FRP片材)，能广泛应用于增强或加固土木工程结构(如混凝土结构、钢结构、木结构等)，从而提高工程结构的承载能力，并延长其使用寿命，具有很重要的社会、经济效益。

现有的对FRP片材进行预应力张拉的装置，如专利号为ZL200520051104.1的“碳纤维板材预应力张拉装置”专利，公开的碳纤维布预应力张拉装置，由固定部分和滑动部分等组成，固定部分和滑动部分均设置有对碳纤维板材的永久保留的平板锚具，通过两个千斤顶同步顶推滑动部分的夹具实现对碳纤维板的预应力张拉，该装置主要有以下缺点：

1.用该装置对碳纤维板进行预应力张拉时，对锚固横梁的定位精度要求非常高，施工时很难保证碳纤维板两端的夹具锚精确对中，为张拉时碳纤维板的不均匀张拉埋下了隐患。

2.该张拉装置采用两个液压千斤顶同步顶推，对碳纤维板的张拉时，也很难保持两个千斤顶精确同步，直接造成对碳纤维板的不均匀张拉。

3.碳纤维板预应力张拉完成后，永久保留在被加固结构上的部件多，这些部件只能一次性的使用，从而增加了后期维护费用，相应地也增加了预应力加固的成本。

现有的对FRP片材进行预应力张拉的方法，如申请号为200910103192.8的“预应力纤维布加固混凝土梁的横向张拉方法”专利，公开的张拉方法是：两个支撑架通过螺杆锚固在混凝土梁上，纤维布的两端通过工具夹具和连杆连接在支撑架上；跨过纤维布的端部设横向承载梁，横向承载梁与固定在梁两侧的张拉杆连接，同步旋转梁两侧的张拉螺母，驱动横向承载梁向混凝土梁表面移动，同时使纤维布伸长产生预应力并紧贴于混凝土梁的表面，再将纤维布粘贴在混凝土梁上，并在纤维布的两端用工作夹具将纤维布锚固在混凝土梁上。该方法的主要有以下缺点：

1.该方法是对未浸渍树脂的纤维布进行横向张拉，而未浸渍树脂的纤维布的实际张拉强度是很低的，纤维布的长度越长，实际张拉强度就更低，能够获得的预拉力就十分有限，从而降低了对混凝土梁的加固效果。

2.用该方法进行横向张拉时，若两端支撑架之间的相对变形大，将造成对纤维布中的预拉力损失较大，从而影响对混凝土梁的加固效果。

3.该方法的横向承载梁的移动，受两侧张拉螺母的控制，很难保持同步跟进，纤维布张拉的均匀性很差，影响纤维布的强度发挥。

三、发明内容

本发明的目的是针对现有的对FRP片材进行预应力张拉的装置及方法的不足，提供一种铰式锚及高强度纤维复合材料片材的预应力张拉方法，具有锚具的结构简单，安装方便，成本低廉；张拉方法直观、简单、实用，施工方便，特别是能可靠实现对FRP片材的均匀张拉，能充分发挥FRP片材的高强度等特点。

本发明的机理是将FRP片材的锚夹具(包括波形齿夹具锚、平板夹具锚等)的前端制成凸起的圆弧状(即凸头锚)，并制作一个与之相配合的凹形的圆弧状承压块(即凹形块)，后者的圆弧半径大于前者，并且两者配合在一起形成一个可以在圆弧接触面上相互自由转动的铰连接。在对FRP片材进行预应力张拉时，将纤维片材的两端，用这种凸头锚进行夹持和锚固，然后通过凹形块和凸头锚之间的相对转动自动调整FRP片材预应力张拉方向，能确保FRP片材在两个铰式锚之间形成两点一线，保证FRP片材受拉时的均匀性，提高其张拉预应力，进一步提高增强和加固工程结构的承载力。