高强度复合材料无预应力张拉和锚固的施工方法 一、技术领域
本发明属于高强度复合材料增强或加固工程结构的技术领域，特别涉及高强度复合材料无预应力增强或加固工程结构的施工方法。
二、背景技术
高强度复合材料〔如碳纤维增强塑料、高分子聚合物纤维增塑料、玻璃纤维增强塑料等〕具有自重轻、强度高、抗疲劳、耐腐蚀等特性，是增强或加固土木工程结构〔如钢结构、木结构、混凝土结构等〕的理想材料。在实际工程中已有用碳纤维布加固补强混凝土结构的应用，例如，专利申请号为99105829.1《补强加固混凝土建筑物的方法》中采用碳纤维布粘合法补强加固钢筋混凝土。虽然该方法在一定程度上提高了被补强加固的混凝土的承载力，但实际工程和试验室试验均证明，该方法的补强加固效果有限，且可靠性差。例如对钢筋混凝土梁进行粘贴碳纤维布加固，一方面碳纤维布粘贴层数受到限制，层数越多，碳纤维布的利用率越低，另一方面，受粘贴工艺限制，被加固钢筋混凝土梁在极限荷载作用下，通常发生碳纤维布的剥离破坏，因此碳纤维布的材料强度不能得到充分发挥。为了改善碳纤维布地粘结效果，近来有人采用碳纤维布U形压条或钢板压条作为附加锚固措施。但是试验证明，这些措施虽然有一定效果，但未能根本改变碳纤维布利用率低的局面。事实上，碳纤维布U形压条仍然存在剥离破坏的现象。利用本发明人申请的《高强度复合材料波形齿夹具锚》(申请号为02244587.0)专利为专用的张拉和锚固设备，采用本发明人申请的《高强度复合材料预应力张拉和锚固的施工方法》(申请号为02128047.8)专利为施工方法，能可靠灵活、经济有效地用高强度复合材料对新建或已建的工程结构进行增强或加固，使工程结构的承载能力大为提高，使用寿命增加。
在本发明人申请的申请号为02128047.8专利的施工方法中，对高强度复合材料采用两端固定、中间横向张拉锚固的施工方法，虽然能可靠而有效地利用高强度复合材料实现对工程结构的预应力加固，但是在某些特殊情况下该方法有不足之处。例如当工程结构不需要施加预应力时不能使用该方法；又比如，当某些工程结构形状特殊或者由于使用环境的限制，不便于使用该方法；等。
三、发明内容
本发明的目的是提供一种高强度复合材料无预应力张拉和锚固的施工方法，可克服上述施工方法的不足之处，使高强度复合材料在增强或加固工程结构的施工方法更灵活、方便，扩大高强度复合材料的应用范围。
本发明的目的是这样实现的：一种高强度复合材料无预应力张拉和锚固的施工方法，仍采用本发明人申请的申请号为02244587.0的《高强度复合材料波形齿夹具锚》为专用锚固设备，对高强度复合材料进行张紧和锚固，其特征主要是用波形齿夹具锚对高强度复合材料采用单向(如从左向右或从右向左或从中间向两边等)顺次固定的施工方法来增强或加固工程结构。其施工步骤如下：
1.固接下波形齿板或预留波形齿槽
先将波形齿夹具锚的下波形齿板固定连接〔如焊接、锚入、嵌固等方式〕在被增强或加固的工程结构的表面〔限于平面、凸面、分段平面、分段凸面及其组合面〕内，或在被增强或加固的工程结构的表面内预留波形齿槽。下波形齿板的波形面或预留的波形齿槽的波形面应与被增强或加固的工程结构表面平顺相接，并在每个固接的下波形齿板或预留的波形齿槽的四个角处或两端部，各设置一根或多根螺栓。固接的下波形齿板或预留的波形齿槽分布在被增强或加固工程结构表面的两端及中间，其间间隔一定距离。固接的下波形齿板或预留的波形齿槽的个数、形状及其间隔距离，根据被增强或加固工程结构的表面形状、尺寸大小等具体情况而定；
2.进行表面处理
对固接的下波形齿板的波形面或预留的波形齿槽的波形面以及需要粘贴复合材料的工程结构表面以及待锚固的上波形齿板的波形面进行平整、清洁等表面处理；
3.对复合材料进行张紧并粘贴
在已经过表面处理后的下波形齿板的波形面或预留的波形齿槽的波形面以及需要粘贴复合材料的工程结构表面上，涂刷粘结剂，并将高强度复合材料片材张紧后将其粘贴在这些已涂刷粘结剂的表面上，反复碾压并涂刷粘结剂，直到复合材料充分浸渍于粘结剂中；
4.对已粘贴的高强度复合材料进行单向顺次锚固
在已经过表面处理的上波形齿板的波形齿面上，涂刷粘结剂，再采用单向(如从左向右、或从右向左、或从中间向两边等)顺次锚固的施工顺序，用经表面处理过并涂刷粘结剂的波形齿夹具锚的上波形齿板，通过螺栓与固接的下波形齿板或预留的波形齿槽固定连接，通过螺栓的紧固将复合材料夹持并锚固于上波形齿板与下波形齿板或预留的波形齿槽之间的波形齿面中。
5.然后自然养生。
在经过上述1～4步的施工后，自然养生。
本发明的施工方法灵活方便，可根据工程结构的形状、大小以及使用要求灵活运用，弥补了申请号为02128047.8的专利技术的不足之处。此外，采用波形齿夹具锚将高强度复合材料片材锚固在被增强或加固的工程结构表面，彻底解决复合材料粘结锚固失效的难题。采用该方法，使工程结构表面粘贴的复合材料片材层数可大大增加，并且复合材料的强度也将得到更充分发挥。本发明的方法及施工工艺简单，经济实用，可靠性极高，能扩大高强度复合材料的应用范围。
四、附图说明
图1为本发明采用自左向右顺次锚固高强度复合材料片材的施工示意图；
图2为本发明采用自右向左顺次锚固高强度复合材料片材的施工示意图；
图3为本发明试验梁施工示意图；
图中：1下波形齿板、2复合材料、3上波形齿板、4工程结构、5波形齿槽、6螺栓、7碳纤维布。
五、具体实施方式
下面再结合实施例，进一步说明本发明。
如图3所示，本实施例以长3.40米，高0.32米，宽0.16米的钢筋混凝土梁为试验梁和对比梁。在试验梁中预埋波形齿夹具锚的下波形齿板1，共用四个波形齿夹具锚，其中两个位于梁的两端部，另两个位于梁的两个三分点处。在试验梁的梁底粘贴厚3×0.111毫米、宽100毫米的碳纤维布7，并在梁底用四个波形齿夹具锚锚固。另在对比梁梁底同样粘贴3×0.111毫米厚的碳纤维布，但不用波形齿夹具锚锚固。为了便于各种施工操作，试验梁和对比梁在粘贴碳纤维布的施工操作时，梁底底面朝上，因此附图3也画成底面朝上，在加载试验时，试验梁和对比梁底面是朝下的。
采用本发明对试验梁进行碳纤维布无预应力张拉和锚固施工的操作步骤如下：
1.在试验梁的梁底混凝土中预埋波形齿夹具锚的下波形齿板1，共用四个波形齿夹具锚，其中两个位于梁的两端部，另两个位于梁的两个三分点处。
2.先对试验梁底面混凝土工程结构4进行表面处理，清除表层浮浆，打磨平整，同时对试验梁底面预埋的波形齿夹具锚的下波形齿板1的波形面进行除锈、打磨、清洁等表面处理；用丙酮清洗表面(包括梁底混凝土表面及下波形齿板1的波形表面)并保持干净、干燥，然后涂刷底层树脂(即界面胶)，待界面胶指触干燥后用找平树脂填补凹陷部位，特别注意预埋波形齿夹具锚的下波形齿板1与混凝土交界处的找平树脂的填补，应平滑过渡，使试验梁底面(亦即将粘贴碳纤维布的表面)平整、光顺；待填补的找平树脂干燥后方可进行下一步施工；
3.在试验梁底面(包括梁底混凝土表面及下波形齿板1的波形表面)涂刷环氧树脂粘结剂，然后将3×0.111毫米厚的碳纤维布7用手工拉紧放置于试验梁底面，反复碾压并涂刷粘结环氧树脂直到碳纤维布7充分浸渍于粘结剂中；
4.先对试验梁底面中间两个三分点处的两个锚固点进行锚固施工，即用波形齿面经清洁等表面处理过并涂刷粘结剂的波形齿夹具锚的上波形齿板3通过螺栓6与下波形齿板1连接并拧紧螺母；然后再对试验梁底面两端部的两个锚固点进行锚固施工，即用波形齿面经清洁等表面处理过并涂刷粘结剂的波形齿夹具锚的上波形齿板3通过螺栓6与下波形齿板1连接并拧紧螺母；
5.自然养生24小时以上，待环氧树脂粘结剂产生强度。
分别对试验梁和对比梁进行加载试验。试验梁加载到7.2吨时，碳纤维布7的拉应变达到1.4％，梁顶中部的混凝土出现压碎现象，进而丧失承载能力；自始至终，粘贴并锚固于梁底的3层碳纤维布7未出现剥离失效现象。而对比梁在相同条件下加载到4.2吨左右时，梁底粘贴的3层碳纤维布在端部发生剥离，加固梁迅速丧失承载能力而破坏。试验结果表明：采用波形齿夹具锚对工程结构用体外锚固碳纤维布7来加固钢筋混凝土结构不会发生剥离破坏，碳纤维布7可得到充分发挥，加固效果是有效的、可靠的。