【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及土木工程交通工程领域，具体涉及一种模块化梯度预应力装置及纤维增强复合材料加固方法。
技术介绍
1、纤维增强复合材料(frp)作为一种新兴的结构修复与加固材料，已广泛应用于桥梁工程等各种结构领域。近年来，研究人员通过对frp加固钢筋混凝土梁施加预应力的方法，解决了传统frp加固工程中强度利用率低和材料应变滞后的问题，该方法通过对frp预先施加一定的预应力，使其提前承担部分荷载，然后在结构表面用树脂等粘结剂粘贴frp。
2、在现有技术中，锚固装置用于施加预应力，而梯度预应力frp加固工艺需要逐级操作，以设置三级梯度预应力为例，现有的操作流程需要等待上一级预应力养护完成后，才能进行下一级预应力的设置。加固工艺流程过长，施工效率较低。
技术实现思路
1、本专利技术旨在解决现有技术中的不足，提供一种结构紧凑、操作便捷且稳定性高的模块化梯度预应力装置及纤维增强复合材料加固方法。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种模块化梯度预应力装置，包括：多级梯度预应力组件、加热组件和张拉组件；所述张拉组件与加固材料的张拉端连接，以用于对加固材料进行张拉；张拉后的加固材料与被加固结构连接，且加固材料与被加固结构之间填充有粘结剂；所述多级梯度预应力组件与加固材料连接，拆除张拉组件后，多级梯度预应力组件梯度释放预应力，实现加固材料的梯度放张；所述多级梯度预应力组件与加固材料之间设置加热组件，所述加热组件用于加热加固材料，以加速粘结剂的
4、作为本专利技术的进一步改进，所述多级梯度预应力组件包括：梯度隔板、长螺杆、连接锚板和多根具有不同刚度的弹簧；所述梯度隔板底部与连接锚板连接，所述连接锚板与加固材料连接；所述弹簧设置在相邻两块梯度隔板之间，所述长螺杆用于串联多块梯度隔板，且长螺杆与梯度隔板连接处的一侧设有限位螺栓。
5、作为本专利技术的进一步改进，所述弹簧包括第一弹簧、第二弹簧和第三弹簧，以构成三级梯度预应力组件。
6、作为本专利技术的进一步改进，加固材料端部承受的剪切应力通过(式1)进行计算：
7、
8、式中，τg3为第三级梯度端部处的剪切应力大小，σpre3和σpre4为第三级梯度前后的预应力大小，a为加固材料的截面积，lg4和lg3为第三级梯度前后的坐标，da为加固材料的截面粘结长度。
9、作为本专利技术的进一步改进，加固材料端部由预应力引起的剪切应力水平通过(式2)进行计算：
10、τg＝αpre×(α1τg1+α2τg2+α3τg3) (式2)
11、式中，αpre为预应力损失折减系数，α为各梯度段之间剪切应力传递的分项系数。
12、作为本专利技术的进一步改进，根据多级梯度预应力组件中每级梯度之间的预应力差值和梯度段长度，通过(式3)确定多级梯度预应力组件中对应的弹簧刚度参数:
13、
14、式中，kc为弹簧刚度，df为每级梯度之间的荷载差，dλ为弹簧压缩变形量，其数值与对应区段加固材料的伸长量相同。
15、作为本专利技术的进一步改进，所述梯度隔板包括相互垂直设置的竖板和横板，所述横板上设有多个螺纹孔，以实现梯度隔板与连接锚板连接，所述竖板两侧对称设有螺纹孔，用于穿设长螺杆，所述竖板中部设有安装孔，用于安装弹簧。
16、作为本专利技术的进一步改进，所述加热组件包括加热板和加热丝，所述加热丝嵌套在加热板内，并与外部的加热电源连接，所述加热板铺设在加固材料表面，以加速固化过程。
17、作为本专利技术的进一步改进，所述加固材料为纤维增强复合材料，可施加预应力。
18、作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种基于上述模块化梯度预应力装置的纤维增强复合材料加固方法，包括以下步骤：
19、步骤s1、将张拉组件与加固材料的张拉端连接，并对加固材料进行张拉；
20、步骤s2、将张拉后的加固材料放置在被加固结构的表面或内嵌于被加固结构的内部，并填入粘结剂；
21、步骤s3、将加热组件铺设在加固材料表面；
22、步骤s4、将多级梯度预应力组件的连接锚板粘贴在加固材料表面，以实现多级梯度预应力组件与加固材料连接，且多级梯度预应力组件覆盖在加热组件上方；
23、步骤s5、将张拉组件拆除，以带动多级梯度预应力组件梯度释放预应力，从而实现对加固材料的梯度预应力设置；
24、步骤s6、将加热组件与外部加热电源连接，并对加固材料进行加热，以加速粘结剂的固化过程。
25、与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
26、1、本专利技术的模块化梯度预应力装置及纤维增强复合材料加固方法可以根据加固需求实现精确的梯度预应力设计。在加固材料的指定位置粘贴连接锚板，安装梯度隔板、弹簧等部件，通过螺杆组合形成梯度预应力系统，即可释放预应力张拉装置。由于弹簧的刚度各异，预应力释放后，加固材料的各段呈现梯度变化的预应力水平。此外，通过快速固化装置提升粘结剂的养护环境温度，显著提升了固化效率，缩短了加固所需的时间。
27、2、本专利技术的模块化梯度预应力装置及纤维增强复合材料加固方法，适用于既有结构的抗弯、抗剪和改扩建等加固工程，不受被加固结构的材料类型限制，适用于混凝土、钢材等多种材料。对截面形式也无特殊限制，适用于矩形、箱型、t型等各种截面形式。此外，本专利技术的模块化梯度预应力装置本身体积小、重量轻，对既有结构的损伤较小，支持模块化和系统化生产，具有广阔的应用前景。
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1.一种模块化梯度预应力装置，其特征在于，包括：多级梯度预应力组件(100)、加热组件(200)和张拉组件(300)；所述张拉组件(300)与加固材料(400)的张拉端连接，以用于对加固材料(400)进行张拉；张拉后的加固材料(400)与被加固结构(500)连接，且加固材料(400)与被加固结构(500)之间填充有粘结剂；所述多级梯度预应力组件(100)与加固材料(400)连接，拆除张拉组件(300)后，多级梯度预应力组件(100)梯度释放预应力，实现加固材料(400)的梯度放张；所述多级梯度预应力组件(100)与加固材料(400)之间设置加热组件(200)，所述加热组件(200)用于加热加固材料(400)，以加速粘结剂的固化过程。
2.根据权利要求1所述的模块化梯度预应力装置，其特征在于，所述多级梯度预应力组件(100)包括：梯度隔板(101)、长螺杆(105)、连接锚板(107)和多根具有不同刚度的弹簧；所述梯度隔板(101)底部与连接锚板(107)连接，所述连接锚板(107)进一步与加固材料(400)连接；所述弹簧设置在相邻两块梯度隔板(101)之间，所述长螺杆
3.根据权利要求2所述的模块化梯度预应力装置，其特征在于，所述弹簧包括第一弹簧(102)、第二弹簧(103)和第三弹簧(104)，以构成三级梯度预应力组件。
4.根据权利要求3所述的模块化梯度预应力装置，其特征在于，加固材料(400)端部所承受的剪切应力通过(式1)进行计算：
5.根据权利要求4所述的模块化梯度预应力装置，其特征在于，加固材料(400)端部由于预应力引起的剪切应力水平通过(式2)进行计算：
6.根据权利要求5所述的模块化梯度预应力装置，其特征在于，根据多级梯度预应力组件(100)中每级梯度之间的预应力差值和梯度段长度，通过(式3)确定多级梯度预应力组件(100)中对应的弹簧刚度参数:
7.根据权利要求2至6中任意一项所述的模块化梯度预应力装置，其特征在于，所述梯度隔板(101)包括相互垂直设置的竖板(1011)和横板(1012)，所述横板(1012)上设有多个螺纹孔(1014)，用于将梯度隔板(101)与连接锚板(107)连接，所述竖板(1011)两侧对称设有螺纹孔(1014)，用于穿设长螺杆(105)，所述竖板(1011)中部设有安装孔(1013)，用于安装弹簧。
8.根据权利要求1至6中任意一项所述的模块化梯度预应力装置，其特征在于，所述加热组件(200)包括加热板(201)和加热丝(202)，所述加热丝(202)嵌套在加热板(201)内，并与外部的加热电源连接，所述加热板(201)铺设在加固材料(400)表面，以加速粘结剂的固化过程。
9.根据权利要求1至6中任意一项所述的模块化梯度预应力装置，其特征在于，所述加固材料(400)为纤维增强复合材料，可施加预应力。
10.一种基于权利要求1至9中任意一项所述的模块化梯度预应力装置的纤维增强复合材料加固方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种模块化梯度预应力装置，其特征在于，包括：多级梯度预应力组件(100)、加热组件(200)和张拉组件(300)；所述张拉组件(300)与加固材料(400)的张拉端连接，以用于对加固材料(400)进行张拉；张拉后的加固材料(400)与被加固结构(500)连接，且加固材料(400)与被加固结构(500)之间填充有粘结剂；所述多级梯度预应力组件(100)与加固材料(400)连接，拆除张拉组件(300)后，多级梯度预应力组件(100)梯度释放预应力，实现加固材料(400)的梯度放张；所述多级梯度预应力组件(100)与加固材料(400)之间设置加热组件(200)，所述加热组件(200)用于加热加固材料(400)，以加速粘结剂的固化过程。
2.根据权利要求1所述的模块化梯度预应力装置，其特征在于，所述多级梯度预应力组件(100)包括：梯度隔板(101)、长螺杆(105)、连接锚板(107)和多根具有不同刚度的弹簧；所述梯度隔板(101)底部与连接锚板(107)连接，所述连接锚板(107)进一步与加固材料(400)连接；所述弹簧设置在相邻两块梯度隔板(101)之间，所述长螺杆(105)用于串联多块梯度隔板(101)，且长螺杆(105)与梯度隔板(101)连接处的一侧设有限位螺栓(106)。
3.根据权利要求2所述的模块化梯度预应力装置，其特征在于，所述弹簧包括第一弹簧(102)、第二弹簧(103)和第三弹簧(104)，以构成三级梯度预应力组件。
4.根据权利要求3所述的模块化梯度预应力装置，其特征在于，加固材料(400...
【专利技术属性】
技术研发人员：龚爽，邓旭东，宋泽冈，彭晖，刘艳莉，袁博，李均进，瞿发宪，
申请(专利权)人：云南省公路科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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