一种预应力FRP板转向装置及转向方法

技术领域

本发明涉及一种预应力FRP板转向装置，属于土木工程结构增强或加固领域。

背景技术

FRP板是将纤维材料浸渍树脂后经拉挤成型工艺制备而成的刚性片材，具有轻质高强耐腐蚀等优点，常用于工程加固领域。预应力FRP板外贴加固技术将施加预应力后的FRP板利用环氧树脂等胶粘剂外贴于待加固混凝土结构受拉侧，可有效提升结构使用阶段性能、充分发挥混凝土和FRP的材料性能、具有抗剥离破坏和耐疲劳破坏等优点，因而在桥梁等结构加固中取得了广泛应用。

为了防止FRP板剥离及实现FRP板预应力的施加，FRP板两端采用机械锚具进行锚固。常用的锚具类型包括夹板式锚具及夹片式锚具。夹板式锚具通过上下夹板对FRP板的夹持作用实现FRP板的锚固；夹片式锚具包括夹片及锚杯，利用自锁原理实现FRP板的锚固。由于夹板具有较大的厚度，一般大于15 mm，而夹片式锚具，由于夹片的缘故，FRP板距离混凝土底面的距离则更大，往往大于20 mm，乃至更高。故锚具加载端FRP板与混凝土基面具有较大的距离。有粘结预应力体系中，FRP板与混凝土基面通过胶粘剂实现协同工作。假如FRP板与混凝土基面距离过大，则会导致胶层厚度过大，从而造成结构胶的浪费。另外，过大的距离，会造成FRP板与混凝土基面过大的剪应力，容易诱发界面提前失效破坏。因而，减小FRP板与混凝土基面的距离，不仅可以减小FRP板与混凝土界面的剪应力，使粘结性能更可靠；而且还可以降低胶层厚度，减少用胶量，节约成本。

为降低FRP板与混凝土基面的距离，常用的方法包括混凝土基面开槽法及偏心式锚具法。混凝土基面开槽法施工不便，会损害结构本身。偏心式锚具法采用偏心式锚具，使FRP板在锚具加载端处贴近被加固梁基面。偏心式锚具的FRP板锚固长度较大，锚具内FRP板夹持力不均匀，锚固可靠性较差。

发明内容

本发明针对预应力FRP板锚具FRP板与混凝土基面距离过大，现有解决方案无法很好实现减小距离的问题，提出了一种预应力FRP板转向装置及转向方法，可以实现FRP板从锚具加载端至被加固梁基面的平滑转向，对FRP板极限强度影响小，并且具有施工方便、性能可靠等优点。

为了实现上述目的，本发明提供的一种预应力FRP板转向装置，在现有锚具加载端出口处设置转向装置，可实现FRP板的可靠转向，使FRP板贴近被加固梁基面，减小FRP板与被加固梁基面的距离。

本发明的具体方案是：

一种预应力FRP板转向装置，其特征在于，包括：支撑架、第一转向板及第二转向板；所述支撑架包括第一支撑段和第二支撑段；所述第一支撑段内侧设置第一支撑段凹槽；所述第二支撑段内侧设置第二支撑段凹槽；所述第一转向板设置在所述第一支撑段凹槽内；所述第二转向板设置在所述第二支撑段凹槽内；所述第一转向板的上表面为预应力FRP板的导向面；所述第二转向板的下表面为预应力FRP板的导向面，在第二转向板的导向面下方为FRP板通道。

所述第一转向板的导向面包括引入段和导向段，所述引入段与导向段圆滑过渡；所述导向段的曲率半径为200~400 mm；所述第二转向板与所述第一转向板的距离可调，最小距离为100 mm，最大距离为250 mm；所述第二转向板的导向面包括前导向段、中部导向段和后导向段；所述前导向段为光滑弧面，中部导向段为光滑平面，长度10~20 mm，后导向段为光滑弧面；前导向段弧面的曲率半径为200~400 mm，后导向段弧面的曲率半径为200~400mm。

所述第二转向板导向面下方的FRP板通道高度为

所述支撑架还包括横向限位条；所述第一支撑段和第二支撑段为一个整体；左右两个第一支撑段一端通过所述横向限位条连接在一起。

所述第一转向板的引入段为平面，平面段长度为5~15 mm。

所述第一支撑段凹槽，槽深8~15 mm，槽高5~10 mm；所述第二支撑段凹槽，槽深与第一支撑段凹槽一致，槽高10~20 mm。

在所述第二支撑段侧面设置两个螺栓孔；所述第二转向板通过连接在所述螺栓孔内的限位螺栓固定在所述第二支撑段内。

在所述第二支撑段顶面设置两个长圆孔，用于将所述支撑架固定在被加固梁上。

预应力FRP板转向装置安装在距离现有锚具加载端0~150 mm的位置处。

一种预应力FRP板转向方法，采用所述的预应力FRP板转向装置进行转向，方法为：将预应力FRP板沿着所述第一转向板的导向面，第二转向板的导向面，进入第二转向板下方的FRP板通道。

本发明一种预应力FRP板转向装置主要有以下优点：

（1）通过第二转向板使FRP板贴近被加固梁基面，缩小了FRP板与被加固梁基面之间的距离，从而减小用胶量，节约成本；随着胶层厚度的减小，胶层上下表面荷载差值减小，使得胶层剪应力减小，保证良好的界面性能；

（2）所述第一转向板和第二转向板均为可更换部件，可以根据锚具加载端FRP板与混凝土基面的距离选择不同厚度的第一转向板，根据FRP板厚度及胶层厚度选择不同第二转向板限位块厚度的第二转向板，从而实现FRP板平顺转向；

（3）通过调节第二转向板在第二支撑架上的位置，可实现FRP板转向角度的调节。

（4）本转向装置为独立结构，结构简单，质量轻，便携；普遍适用于现有商用锚具，无需对现有锚具进行改造，具有良好的经济效益。

附图说明

图1为本发明一种预应力FRP板转向装置组装完成图。

图2为本发明一种预应力FRP板转向装置的各部件图。

图3为本发明一种预应力FRP板转向装置在被加固梁上的截面图。

图4为本发明一种预应力FRP板转向装置的转向板距离-FRP板应力比结果图。

图5为本发明一种预应力FRP板转向装置的转向板曲率半径-FRP板应力比结果图。

图中有：1、支撑架；2、第一转向板；3、第二转向板；4、FRP板锚具；5、FRP板；6、被加固梁；11、横向限位条；12、第一支撑段；13、第一支撑段凹槽；14、第二支撑段；15、第二支撑段凹槽；16、长圆孔；17、螺栓孔；18、限位螺栓；21、第一转向板下表面；22、第一转向板上表面；23、第一转向板限位块；24、第一转向板限位槽；31、第二转向板下表面；32、第二转向板上表面；33、第二转向板限位块；41、锚具加载端；61、被加固梁基面。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作出进一步详细阐明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

以下结合附图所示实施例对发明做进一步说明：

本发明一种预应力FRP板转向装置，如图1、图2所示，包括支撑架1、第一转向板2和第二转向板3。

支撑架1包括第一支撑段12、第二支撑段14和横向限位条11，第一支撑段12和第二支撑段14为一个整体；左右两个第一支撑段12一端通过横向限位条11连接在一起。第一支撑段12内侧设置第一支撑段凹槽13，槽深8~15 mm，槽高5~10 mm；第二支撑段14内侧设置第二支撑段凹槽15，槽深与第一支撑段凹槽13一致，槽高10~20 mm。第二支撑段14顶面设置两个长圆孔16，长圆孔16内穿过固定在被加固构件内部的化学锚栓，在化学锚栓上拧上螺母，可将支撑架可靠固定在被加固梁6上。第二支撑段14侧面设置两个螺栓孔17，孔径大小6~12mm，拧紧限位螺栓18可限制第二转向板2的纵向位移。

第一转向板上表面22近锚具加载端为平面，平面段长度为5~15 mm，随后为与平面相切的光滑弧面，其曲率半径为200~400 mm；第一转向板2宽度与横向限位条11长度一致。第一转向板2左右侧面均设置与第一支撑段凹槽13相对应的第一转向板限位块23，所述第一转向板2后侧设置与横向限位条11相对应的第一转向板限位槽24。第一转向板下表面21为平面，其厚度与锚具加载端FRP板与被加固梁基面61间的距离相同。

第二转向板上表面32为平面，其宽度与横向限位条11长度一致。第二转向板下表面31近锚具端为光滑弧面，下表面31中间段为光滑平面，长度10~20 mm，下表面31远锚具端亦为光滑弧面，两弧面的曲率半径均为200~400 mm。所述第二转向板2左右侧面均设置与第二支撑段凹槽15相对应的第二转向板限位块33，第二转向板限位块33高度小于等于第二支撑段凹槽15高度，但不应小于10 mm。所述第二转向板下表面31最低处与混凝土底面的距离为

第一转向板2和第二转向板3距离为100~250 mm。

本发明一种预应力FRP板转向装置有限元模拟结果如图4和图5所示，图中，第一转向板应力比和第二转向板应力比分别是FRP板在第一转向板和第一转向板弯折处的最大应力与FRP板水平段应力的比值。有限元模拟结果表明，FRP板应力比随着转向板距离的增大而减小，FRP板应力比随着转向板曲率半径的增大先增大后呈下降趋势。综合考虑转向装置尺寸及FRP板弯折处的强度损失，本发明转向板距离为100~250 mm，转向板曲率半径为200~400 mm。

一种预应力FRP板转向装置使用方法为：

（1）本发明一种预应力FRP板转向装置拟安装在与现有锚具加载端41相距0~150mm的位置处，使FRP板贴近被加固梁基面61；

（2）划线放样后，在被加固梁基面61合适位置处种植化学锚栓，将化学锚栓穿过固定支架长圆孔16，拧上螺帽，固定好固定支架1；

（3）第一转向板2安装在FRP板与被加固梁基面61之间，将第一转向板限位块23依次穿过第二支撑段凹槽15和第一支撑段凹槽13后，第一转向板限位槽23与横向限位条11紧密接触，第一转向板下表面21与被加固梁基面61紧密接触；

（4）第二转向板限位块33穿入第二支撑段凹槽15至合适距离后，使第二转向板限位块33上表面与第二支撑段凹槽15上表面紧密接触，最后拧紧第二支撑段14侧面的限位螺栓18，实现第二转向板2的位置固定；

（5）FRP板转向装置安装完毕后，便可以开始预应力张拉工序。

本发明具有的优势是：使FRP板贴近被加固梁基面，减小用胶量，节约成本；减小胶层剪应力，保证良好的界面性能。另外本转向装置为独立结构，结构简单，质量轻，便携；普遍适用于现有商用锚具，无需对现有锚具进行改造，具有良好的社会经济效益。