技术领域
[0001] 本发明涉及工程结构加固领域，尤其涉及一种对钢结构局部加固的预应力纤维布无损加固装置，本发明还涉及一种对钢结构局部加固的预应力纤维布无损加固方法。
相关背景技术
[0002] 钢结构已广泛应用于建筑和交通基础设施中，在长期服役荷载作用下，很多钢结构面临疲劳开裂的威胁，极大降低了钢结构的耐久性和服役安全，因此需要对钢结构的关键区域进行抗疲劳加固，提高钢结构局部细节的疲劳性能。与混凝土和钢材等传统的加固材料相比，纤维布(比如碳纤维布、玄武岩纤维布等)具有质量轻、强度高、耐腐蚀性好的优点，但在使用纤维布进行结构加固时，其高强特性并不能得到发挥，导致正常使用阶段的加固效果不明显以及材料强度的极大浪费。相比于非预应力加固，预应力加固不仅能够大幅提高加固材料的强度利用率，而且可以显著提高正常使用阶段和极限状态下的加固效果。尤其是，采用预应力纤维布进行钢结构的抗疲劳加固时，可以显著提高疲劳性能不足区域的疲劳抗力，即使对于已经开裂的区域，也可以有效降低钢结构疲劳裂纹的扩展速率，甚至达到完全止裂的效果。
[0003] 然后，采用既有的预应力纤维布或纤维板加固方法进行加固时，由于固定锚具和张拉预应力的需要，通常在结构表面钻孔，然而钻孔将损伤钢结构截面，更严重的是，孔边是应力集中区，可能在钻孔区产生新的疲劳裂纹。另一方面，由于单层纤维布很薄，对钢结构进行加固通常需要多层纤维布，然而既有的锚固装置缠绕方式复杂，导致施工效率低，不便于工程应用。因此，面对钢结构疲劳损伤等引起的局部加固需求，如何进行预应力纤维布无损加固是亟需解决的重要技术问题。
具体实施方式
[0045] 如图1至图12所示，采用本发明对钢结构局部加固的预应力纤维布无损加固装置及加固方法对正交异性钢桥面板的U肋9焊缝连接处进行加固，以提高该位置的抗疲劳性能。
[0046] 在本实施例中，正交异性钢桥面板U肋9由于长期承受风荷载、温度效应的作用，在焊缝10的位置处出现了局部裂纹，采用该发明的预应力纤维布无损加固装置对其进行局部加固，以减小已有裂纹宽度，减缓裂纹发展速率，有效提高其抗疲劳性能，延长了服役寿命。
[0047] 如图2所示，本发明对钢结构局部加固的预应力纤维布无损加固装置包括钢架1、上锚板2、固定轴3、下锚板4、张拉轴5、张拉螺杆6和纤维布7。
[0048] 如图3所示，钢架1上开设有第一槽口1‑1和第二槽口1‑2，以及两个腰形孔1‑3，固定轴3的两端卡入第一槽口1‑1，张拉轴5的两端卡入第二槽口1‑2。张拉螺杆6穿过腰形孔1‑3。
[0049] 如图4所示，固定轴3上设有伸长端3‑1、螺纹通孔3‑2和通缝3‑3。固定轴3通过两端的伸长端3‑1卡入到钢架1的第一槽口1‑1中进行连接，第一槽口1‑1的宽度与伸长端3‑1的宽度相同，第一槽口1‑1的高度高于伸长端3‑1的高度，以便于固定轴3沿槽口1‑1上下滑动。通缝3‑3的边缘加工有圆角3‑4。本实施例中，通缝3‑3为矩形通缝。
[0050] 如图5所示，张拉轴5上设有伸长端5‑1和圆轴5‑4，伸长端5‑1与圆轴5‑4之间连接有矩形块5‑2。张拉轴5通过两端的伸长端5‑1卡入到钢架1的第二槽口1‑2中进行连接，第二槽口1‑2的高度高于伸长端5‑1的高度，以满足张拉轴5沿第二槽口1‑2上下滑动的需求。第二槽口1‑2的宽度大于伸长端5‑1的宽度，以便于预应力施加时张拉轴5的左右滑动。张拉轴5的侧面开设有圆形通孔5‑3。
[0051] 在对钢架1制作加工时，将固定轴3的两端卡入第一槽口1‑1内，将张拉轴5卡入到钢架1的第二槽口1‑2内，如图6所示。
[0052] 如图7至10所示，下锚板4的表面开设有沉头孔4‑1，下锚板4的侧面加工有圆角4‑2。纤维布7的一端绕下锚板4缠绕后，将下锚板4的上表面4‑3与固定轴3的下表面3‑6接触后，采用内六角螺栓连接固定，从而将纤维布7的端部夹在下锚板4和固定轴3之间，以实现纤维布7端部的锚固，内六角螺栓的螺帽隐藏到沉头孔4‑1中。
[0053] 上锚板2设有圆形通孔2‑1和圆角2‑2，纤维布7的另一端绕上锚板2缠绕后，将上锚板2的下表面2‑4与固定轴3的上表面3‑5接触并通过螺栓连接固定，从而将纤维布7的另一端夹在上锚板2和固定轴3之间，以实现纤维布7另一端的锚固。
[0054] 如图10所示，上锚板2和下锚板4的宽度≧固定轴3的宽度，最佳方式为三者的宽度相等。上锚板2和下锚板4的长度≦固定轴3不包括伸长端3‑1的长度，以保证上锚板2和下锚板4安装进钢架1之中。
[0055] 如图11所示，在缠绕锚固纤维布7时，纤维布7的一端放置在起点位置，将下锚板4按照“a”路径顺时针旋转720°，从而将纤维布7的一端在下锚板4上缠绕2圈，将下锚板4固定到固定轴3的下表面3‑6上；然后按照“b”和“c”路径在固定轴3和张拉轴5之间缠绕纤维布7至所需层数；之后按照“d”路径将纤维布7的另一端终点放置在上锚板2的下表面2‑4，将上锚板2按照“e”路径逆时针旋转720°，从而将纤维布7的另一端在上锚板2上缠绕2圈，并将上锚板2使用螺栓固定到固定轴3的上表面3‑5上，即完成纤维布7的缠绕和锚固。
[0056] 如图2所示，完成纤维布7的缠绕和锚固后，使用两个扭力扳手同时转动钢架1外侧的两个螺母，在转动螺母的同时观察扭力扳手的扭矩值，当达到设计扭矩值时停止转动扭力扳手，即张拉至所需预应力水平。
[0057] 如图1和图12所示，为了实现无损加固，本实施例通过磁力固定器8将加固装置固定到待加固的钢桥面板U肋9上。磁力固定器8上设有旋钮8‑1和“ON””与“OFF”指示标识。磁力固定器8与钢架1的短边通过焊接或胶接方式相连接，在连接时，使钢架1的下表面1‑5与磁力固定器8的下表面8‑2平齐。通过转动旋钮8‑1来控制磁力固定器8的磁力开关。
[0058] 本发明采用预应力纤维布无损加固装置对钢结构局部加固方法包括以下步骤：
[0059] (1)在钢架1上采用焊接或者胶接方式安装磁力固定器8，安装时将磁力固定器8的下表面8‑2与钢架1的下表面1‑5平齐；
[0060] (2)将纤维布7的一端放置在如图11所示下锚板4的起点位置，将下锚板4按照“a”路径顺时针旋转720°，从而将纤维布7的一端在下锚板4上缠绕2圈，然后将下锚板4通过内六角螺栓固定到固定轴3的下表面3‑6上，同时内六角螺栓隐藏到下锚板4的沉头孔4‑1中；
[0061] (3)将纤维布7按照“b”和“c”路径，依次绕过张拉轴5的圆轴5‑4和穿过固定轴3的矩形通缝3‑3，在固定轴3和张拉轴5之间缠绕至所需层数，之后按照“d”路径将纤维布7的另一端终点放置在上锚板2的下表面2‑4，将上锚板2按照“e”路径逆时针旋转720°，从而将纤维布7的另一端在上锚板2上缠绕2圈，并将上锚板2使用螺栓固定到固定轴3的上表面3‑5上，完成纤维布7的缠绕和锚固；
[0062] (4)将两根张拉螺杆6依次穿过张拉轴5的圆形通孔5‑3和钢架1的腰形孔1‑3，并通过螺母将张拉螺杆6、张拉轴5和钢架1连接，然后将加固装置放置于一个平面上，通过上锚板2、固定轴3、下锚板4、张拉轴5、张拉螺杆6的自重作用带动纤维布7向下轻微滑动，从而使得钢架1的下表面1‑5与纤维布7的最外层表面处在同一平面上；通过两个扭力扳手同步旋转钢架1外侧的两个螺母来对纤维布7施加预应力；
[0063] (5)对U肋9待加固区域进行去除油污、除锈、打磨、干燥预处理，并用浸渍胶涂抹在U肋9的待粘贴区域；
[0064] (6)对下侧已施加预应力的纤维布7涂抹浸渍胶，移动加固装置到U肋9表面，在纤维布7的浸渍区域与U肋9表面的涂胶区域重合后，旋转磁力表座8的旋钮8‑1至“ON”，将加固装置吸附到U肋9表面；
[0065] (7)待浸渍胶养护至所需强度后，使用扳手同时旋转钢架1外侧的两个螺母，将预应力释放，然后将多余的纤维布7裁剪掉，旋转磁力固定器8的旋钮8‑1至“OFF”即取下加固装置，完成对U肋9的预应力纤维布无损加固。
