一种混凝土桥梁用预应力锚固装置及其施工方法

技术领域

本发明涉及混凝土桥梁加固技术领域，具体涉及一种混凝土桥梁用预应力锚固装置及其施工方法。

背景技术

我国既有桥梁中钢筋混凝土桥梁占较大比重，但其技术状况较差，一方面由于设计标准较低，除按交通部1972年和1982年公布的设计标准建造的桥梁能基本满足近期交通外，在此之前特别是50年代后期和60年代时建造的桥梁，大多数长期承受超过设计荷载的车辆荷载；另一方面由于桥梁设计、施工、养护、管理、周围环境等方面的问题，以及桥梁在使用过程中遭受的意外灾害，如地震、洪水、意外撞击等原因，导致既有钢筋混凝土桥梁承载能力不够，技术状况急剧下降，或是出现老化、破损、裂缝等现象，这造成危桥增加，对行车的影响也越来越大。这使得桥梁变成了公路交通运输的颈口，严重影响整条线路的畅通，也成为交通事故多发地点。

钢筋混凝土桥梁开裂是较为普遍的现象，使用碳纤维布对其进行加固在土木工程中应用较为广泛，碳纤维布加固具有高强、高效、施工便捷、施工功效高、不增加结构自重及截面尺寸、适用面广及耐腐蚀等优点。将碳纤维布粘贴在混凝土外表面，既不会破坏原有的结构形式，还能提高混凝土构件截面的抗弯、抗剪和抗压强度，另外还可以对裂缝的产生和发展具有一定的约束作用。碳纤维布在进行粘贴时，需要保证稳、准、均匀，使碳纤维布不皱、不折，保证展延平滑顺畅，但是现有的碳纤维布张拉锚具结构较为复杂，施工麻烦，难以保证碳纤维布拉伸强度以及高效率地桥梁加固工作。因此，亟需设计一种新的技术方案，以综合解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种混凝土桥梁用预应力锚固装置及其施工方法，能有效解决现有碳纤维布张拉锚具结构复杂、施工麻烦以及难以保证碳纤维布拉伸强度被充分利用和施工效率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：

一种混凝土桥梁用预应力锚固装置，包括安装在桥梁施工面上的框架组件、固定部、张拉部，以及位于固定部和张拉部之间、紧贴桥梁施工面的碳纤维布；

所述框架组件为矩形框架，矩形框架的两侧边沿其长度方向开设有腰型通孔，张拉部位于矩形框架内侧、且通过腰型通孔沿矩形框架长度方向滑动设置；所述固定部锚固在矩形框架长度延长线上的桥梁施工面；

所述固定部和张拉部均包括夹持组件，所述夹持组件包括夹布轴和固定底座，夹布轴设置有两个、且两夹布轴沿其轴向拼接形成一圆柱体，碳纤维布端部夹紧在两夹布轴的相接处；所述固定底座位于两夹布轴的两端，夹持拼接后的两夹布轴并限制两夹布轴的周向转动，固定底座上还开设用于锚固在桥梁施工面的锚孔；

所述张拉部还包括张拉顶板，所述张拉顶板安装在张拉部的夹持组件近固定部的一侧，张拉顶板与矩形框架内侧之间安装千斤顶，千斤顶工作推动张拉顶板向远离固定部方向运动，张拉顶板带动张拉部的夹持组件沿矩形框架长度方向运动，直至碳纤维布被张拉到位；紧固锚栓穿过张拉部固定底座的锚孔，将张拉到位的张拉部夹持组件锚固于桥梁施工面。

优选的，所述矩形框架近桥梁施工面一侧的四个拐角处均设有用于锚接桥梁的支撑腿，所述支撑腿支撑矩形框架，在桥梁施工面与矩形框架之间形成间隙；所述张拉部的两夹布轴位于间隙内，两夹布轴的两端延伸至矩形框架外，夹布轴两端分别套入固定底座且通过固定底座固定在桥梁施工面上。

优选的，张拉顶板内沿矩形框架的宽度方向开设与腰型通孔配合使用的平衡通孔，平衡通孔内插设平衡轴、平衡轴两端延伸至对应的腰型通孔内，所述平衡轴带动张拉顶板沿矩形框架长度方向运动。

优选的，固定底座包括底座本体和设在底座本体两侧、用于连接桥梁施工面的锚固翼板，所述锚孔开设于所述锚固翼板上；所述底座本体与两夹布轴相接处开设方形通孔，两夹布轴形状一致、且其两端均设有方形限位块，两夹布轴拼接后方形限位块容纳于所述方形通孔内。

优选的，方形限位块上还设有连接孔，所述连接孔内插设用于连接两夹布轴的连接螺栓。

优选的，张拉顶板以及矩形框架与千斤顶接触的一面上均设有防止千斤顶移位的凹槽。

优选的，张拉顶板远离千斤顶的一侧设有固定装置，所述固定装置包括轴向与矩形框架长度方向一致的固定螺杆，所述固定螺杆一端固定在张拉顶板上，另一端贯穿矩形框架、且端部螺接有法兰螺母。

上述混凝土桥梁用预应力锚固装置的施工方法，包括以下步骤：

S1.对桥梁施工面进行预处理，将碳纤维布一端夹持在固定部的两夹布轴之间，沿夹布轴周向至少转动一周使碳纤维布固定在夹布轴上，之后在夹布轴两端安装固定底座，并将固定底座锚固在桥梁施工面上；

S2.将碳纤维布另一端夹持在张拉部的两夹布轴之间，沿夹布轴周向至少转动一周使碳纤维布固定在夹布轴上，之后在夹布轴两端安装固定底座，将张拉顶板放置在固定底座上，最后将矩形框架安装在组装好的夹持组件和张拉顶板上；

S3.拉直碳纤维布，将步骤S2中组装好的矩形框架锚固在桥梁施工面，之后在近固定部侧的张拉顶板与矩形框架之间安装千斤顶，千斤顶工作推动张拉顶板向远离固定部方向运动，张拉顶板带动张拉部的夹持组件运动从而张紧碳纤维布；

S4.碳纤维布张紧到位后，将张拉部的固定底座锚固于桥梁施工面，张拉完毕后对碳布进行刷胶，之后拆除固定部、矩形框架和张拉顶板。

上述技术方案中提供的混凝土桥梁用预应力锚固装置，设置框架组件、固定部和张拉部，将碳纤维布固定在张拉部和固定部之间，为了保证对碳纤维布的夹持，设置两个拼接成圆柱体的夹布轴，并通过固定底座对两个夹布轴进行夹紧，保证结构简单的同时还能实现碳纤维布的有效固定；使用时，先将碳纤维布一端绕设在固定部的夹布轴上，并通过固定底座固定在桥梁施工面，之后将碳纤维布另一端绕设在活动部的夹布轴上，并安装固定底座，最后通过在张拉顶板和框架组件之间设置千斤顶，利用千斤顶推动张拉顶板沿矩形框架长度方向运动，直至碳纤维布被张拉到位，将活动部固定在桥梁施工面即可实现碳纤维布的张紧，进而完成碳纤维布的铺设工作，有效发挥碳纤维布的最大强度效果。

对于平整度不够高的桥梁施工面，如果采用面接触，可能会造成连接不稳定的情况，本发明为了解决该问题，在矩形框架近桥梁施工面一侧设置支撑腿，利用四个拐角处的支撑腿与桥梁施工面进行接触，能有效避免桥梁施工面平整度不高引起的面接触不稳定的问题。

本发明为了能够更好地配合矩形框架使用，在张拉顶板内开设平衡通孔，平衡通孔内插设平衡轴，平衡轴位于矩形框架的腰型通孔内，带动张拉顶板沿矩形框架长度方向运动，该结构制作简单，可拆卸性强，极其便于施工完毕后的拆卸工作。同样的，将固定底座的底座本体上开设方形通孔，并在夹布轴两端设置方形限位块，两夹布轴拼接时，方形限位块容纳于方形通孔内，利用方形通孔对其夹紧的同时限制夹布轴沿其周向转动，有效固定了夹紧于夹布轴中的碳纤维布，为后续张拉和粘贴做准备。

最后为了提高拼接成的两夹布轴的连接稳定性和准确性，本发明在夹布轴方形限位块内开设连接孔，通过连接螺栓将两个夹布轴对齐和紧固，进一步提高碳纤维布的夹紧度；另外为了防止千斤顶在使用时发生移位，在张拉顶板与矩形框架上均开设凹槽，能有效保证施工稳定性和安全性。为了进一步提高张拉顶板的平衡性和稳定性，本发明还在张拉顶板远离千斤顶的一侧设置固定螺杆和法兰螺母，以防止张拉顶板移位和增加张拉工序的稳定性。

附图说明

图1为本发明所述混凝土桥梁用预应力锚固装置的结构示意图；

图2为本发明所述框架组件和张拉部的结构示意图；

图3为本发明所述夹持组件的结构示意图；

图4为本发明所述张拉顶板的结构示意图。

图中：1.矩形框架；11.腰型通孔；12.支撑腿；13.间隙；2.张拉部；21.张拉顶板；211.平衡通孔；212.平衡轴；22.固定螺杆；221.法兰螺母；3.碳纤维布；4.固定部；5.夹持组件；51.夹布轴；511.方形限位块；512.连接孔；513.连接螺栓；52.底座本体；521.方形通孔；522.锚固翼板；523.锚孔；6.凹槽。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。

实施例1

本实施例采取的技术方案如图1～4所示，为一种混凝土桥梁用预应力锚固装置，其包括安装在桥梁底部的框架组件、固定部4、张拉部2，以及位于固定部4和张拉部2之间、紧贴桥梁施工面的碳纤维布3。

具体地，固定部4和张拉部2均包括如图3所示的夹持组件5，夹持组件5包括夹布轴51和固定底座，夹布轴51设置有两个、且两夹布轴51沿其轴向拼接形成一圆柱体，碳纤维布3端部夹紧在两夹布轴51的相接处；固定底座位于两夹布轴51的两端，夹持拼接后的两夹布轴51并限制两夹布轴51的周向转动，固定底座上还开设用于锚固在桥梁施工面的锚孔523；固定底座包括底座本体52和设在底座本体52两侧、用于连接桥梁施工面的锚固翼板522，锚孔523开设于锚固翼板522上；底座本体52与两夹布轴51相接处开设方形通孔521，两夹布轴51形状一致、且其两端均设有方形限位块511，两夹布轴51拼接后方形限位块511容纳于方形通孔521内；方形限位块511上还设有连接孔512，连接孔512内插设用于连接两夹布轴51的连接螺栓513；固定部在施工时，是先将碳纤维布夹持在两夹布轴之间，之后转动拼接后的夹布轴一周半，同时将连接螺栓513插设于连接孔512内，连接螺栓与连接孔配合使用不仅能够对夹布轴进行对准，还能实现对两夹布轴的紧固，这里连接螺栓的两端均不超出连接孔两端面，之后将固定底座的方形通孔对准方形限位块插入，并通过化学锚栓插入锚固翼板522上的锚孔523，将整个固定部安装在桥梁施工面。

如图2所示，本实施例的框架组件为一矩形框架1，矩形框架1的两侧边沿其长度方向开设有腰型通孔11，张拉部2位于矩形框架1内侧、且通过腰型通孔11沿矩形框架1长度方向滑动设置；固定部4锚固在矩形框架1长度延长线上的桥梁施工面；为了避免桥梁施工面不平整造成安装不稳定问题，本实施例在矩形框架1近桥梁施工面一侧的四个拐角处均设有用于锚接桥梁的支撑腿12，支撑腿12支撑矩形框架1，在桥梁施工面与矩形框架1之间形成间隙13；张拉部2的两夹布轴51位于间隙13内，两夹布轴51的两端延伸至矩形框架1外，夹布轴51两端分别套入固定底座，且通过固定底座固定在桥梁施工面上；这样可以有效解决施工面不平整的问题，四个拐角的点接触使矩形框架与桥梁施工面的接触更加稳定精确。

结合图1和图4，张拉部2还包括张拉顶板21，张拉顶板21内沿矩形框架1的宽度方向开设与腰型通孔11配合使用的平衡通孔211，平衡通孔211内插设平衡轴212、平衡轴212两端延伸至对应的腰型通孔11内，平衡轴212带动张拉顶板21沿矩形框架1长度方向运动；张拉顶板21具体安装在张拉部固定底座近固定部4一侧的锚固翼板522上，可通过螺栓插接或直接防止于其上，张拉顶板21与矩形框架1内侧之间安装千斤顶，且在张拉顶板21以及矩形框架1与千斤顶接触的一面上均设有防止千斤顶移位的凹槽6，千斤顶工作推动张拉顶板21向远离固定部4方向运动，张拉顶板21带动张拉部2的夹持组件5沿矩形框架1长度方向运动，直至碳纤维布3被张拉到设定值；化学锚栓穿过张拉部2固定底座的锚孔523内，将张拉到位的张拉部2夹持组件5锚固于桥梁施工面。另外，为了防止张拉顶板移位和提高张拉稳定性，在张拉顶板21远离千斤顶的一侧设有轴向与矩形框架长度方向一致的固定螺杆22，固定螺杆22一端固定在张拉顶板21上，另一端贯穿矩形框架、且端部螺接有法兰螺母221，矩形框架上开设略大于固定螺杆的通孔，固定螺杆也在通孔内滑动，并可通过法兰螺母拧紧，实现稳定和防止移位的作用。

本实施例的混凝土桥梁用预应力锚固装置，结构简单，使用方便，各个部件均是可拆卸连接，便于携带和施工后的拆卸工作，同时采用夹布轴对碳纤维布进行大面积的夹持，有效解决现有碳纤维布张拉锚具结构复杂、施工麻烦以及难以保证碳纤维布拉伸强度和施工效率低的问题。

实施例2

本实施例是实施例1混凝土桥梁用预应力锚固装置的施工方法，包括以下步骤：

S1.对桥梁施工面进行预处理，将碳纤维布一端夹持在固定部的两夹布轴之间，沿夹布轴周向转动一周半使碳纤维布固定在夹布轴上，之后在夹布轴两端安装固定底座，并将固定底座通过化学锚栓锚固在桥梁施工面上；

S2.将碳纤维布另一端夹持在张拉部的两夹布轴之间，沿夹布轴周向转动一周半使碳纤维布固定在夹布轴上，之后在夹布轴两端安装固定底座，将张拉顶板放置在固定底座的锚固翼板上，最后将矩形框架安装在组装好的夹持组件和张拉顶板上；

S3.拉直碳纤维布，将步骤S2中组装好的矩形框架锚固在桥梁施工面，之后在近固定部侧的张拉顶板与矩形框架之间安装千斤顶，千斤顶工作推动张拉顶板向远离固定部方向运动，张拉顶板带动张拉部的夹持组件运动从而张紧碳纤维布；

S4.碳纤维布张紧到位后，拧紧法兰螺母，将张拉部的固定底座锚固于桥梁施工面，张拉完毕后对碳布进行刷胶，之后拆除固定部、矩形框架和张拉顶板。

本实施例的施工方法对夹持后的碳纤维布进行拉伸，确保碳纤维布保持在设定值的预应力状态，以发挥最大的强度效果；另外，碳纤维布两端被夹布轴夹持的长度也较短，能够有效避免碳纤维布的浪费；最后所用部件在碳纤维布粘贴完毕后均可拆除，重复利用度高，能够节省大量的施工成本。

上面结合实施例对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在获知本发明中记载内容后，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对其作出若干同等变换和替代，这些同等变换和替代也应视为属于本发明的保护范围。