一种预应力纤维片材加固柱的装置及方法技术领域
本发明涉及土建交通技术领域，具体是一种预应力纤维片材加固柱的装置及方法。
背景技术
由于材料老化、施工质量、自然或人为等因素的影响，现有的很多钢筋混凝土工程
急待修复和加固，世界各国每年都要为此耗费巨资。纤维片材具有轻质、高强、耐腐蚀，
将纤维片材粘贴在构件表面受拉，可以增强和改善构件的受力性能。然而对钢筋混凝土
柱仅仅采用纤维片材外包加固技术，是一种被动加固技术，有着应力滞后，对使用阶段
性能无改善，承载能力提高幅度有限的缺点。采用刚度大的纤维片材并对其施加预应力
是解决上述工程问题的有效方法。通过对纤维片材施加预应力，并通过专用的锚具锚固
在钢筋混凝土柱上，能够提高纤维片材的强度利用率，能较好地改善被加固柱的使用阶
段的性能，有效控制裂缝的发展，减少柱的变形，将被动加固变为主动加固。将预应力
技术引进纤维片材外贴加固柱有着非常重要的意义和作用。但目前尚未见有能在实际工
程应用的预应力纤维片材加固柱的装置及方法，仅见有少量预应力纤维布加固柱的装
置，但仅限于实验室室内应用，无法在工程中大规模推广；而对于较厚的预应力纤维板，
目前都仅用于加固梁板，尚未见有预应力纤维板加固柱的装置及其方法。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种预应力纤维片材加固
柱的装置及方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种预应力纤维片材加固柱的装置，包
括锚固于混凝土柱上的固定端锚具、张拉端锚具，与固定端锚具、张拉端锚具连接的凸
型液压千斤顶；还包括二分夹片式夹具，带有柱帽的圆柱焊接于夹片式夹具上表面，嵌
套于圆柱外的套筒通过顶压杆连接于凸型液压千斤顶上；纤维片材一端由张拉端的夹片
式夹具夹持，另一端锚固于固定端锚具。
其中，固定端锚具、张拉端锚具由锚杯、夹片组成，且锚杯上开有两组螺纹孔，一
组孔用于植筋锚固于柱上，另一组孔用于螺杆连接固定端锚具、张拉端锚具和凸型液压
千斤顶。
其中，凸型液压千斤顶形状为凸形，由液压千斤顶和凸型钢外套连接组成，其通过
凸型钢外套两个翼板固定于固定端锚具和张拉端锚具上。
其中，二分夹片式夹具由两个锚杯和夹片组成，两个锚杯通过高强螺栓连接。
其中，套筒的直径大于圆柱的直径，套筒的高度与圆柱相同，套筒能够在圆柱和柱
帽的约束下自由转动。
其中，纤维片材为碳纤维片材、玄武岩纤维片材、玻璃纤维片材、芳纶纤维片材中
的一种，或者碳纤维片材、玄武岩纤维片材、玻璃纤维片材、芳纶纤维片材与钢纤维复
合片材。
一种预应力纤维片材加固柱的方法，包括以下步骤：
(1)在混凝土柱上植螺栓，固定端锚具、张拉端锚具通过螺栓固定于柱上；
(2)纤维片材穿过张拉端锚具的锚杯，两端通过夹片分别锚固于二分夹片式夹具
和固定端锚具；
(3)凸型液压千斤顶锚固于张拉端锚具上；
(4)连接顶压杆和圆柱，顶压千斤顶，对纤维片材施加预应力；
(5)待纤维片材预应力达到要求后，将夹片楔紧入张拉端锚具的锚杯中固定纤维
片材；
(6)卸下二分夹片式夹具的螺杆，达到预应力放张的目的，并拆除二分夹片式夹
具和凸型液压千斤顶。
其中，纤维片材为碳纤维片材、玄武岩纤维片材、玻璃纤维片材、芳纶纤维片材中
的一种，或者碳纤维片材、玄武岩纤维片材、玻璃纤维片材、芳纶纤维片材与钢纤维复
合片材。
有益效果：本发明的一种预应力纤维片材加固柱的装置及方法，具有以下有益效果：
1.可以对外包的加固柱的纤维片材有效施加预应力，从而能够提高纤维片材的强度
利用率，能较好地改善被加固柱的使用阶段的性能，有效控制裂缝的发展，减少柱的变
形，将被动加固变为主动加固。
2.可以有效夹持纤维布等较薄的纤维片材和纤维板等较厚的纤维片材，并能保持较
高的预应力。
3.由于施加预应力可以提高纤维片材的强度利用率，因而在提高相同的承载力的前
提下，可以大大节约纤维片材的用量，且由于除了两个锚具以外，其他构件均可重复使
用，减小了钢材用量，节约加固成本。
4.施工快速方便，方便在工程加固中推广使用。
附图说明
图1为本发明三维立体示意图；
图2为本发明预应力纤维片材加固柱的装置的俯视图；
图3为本发明预应力纤维片材加固柱的装置的主视图；
图4为本发明的凸型液压千斤顶的主视图；
图5为本发明的凸型液压千斤顶的仰视图。
图中：1—固定端锚具，2—高强螺栓，3—凸型液压千斤顶，4—二分夹片式夹具，
5—柱帽，6—圆柱，7—套筒，8—顶压杆，9—纤维片材，10—张拉端锚具，11—混凝
土柱，12—液压千斤顶，13—凸型钢外套。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1，图2，图3所示，本发明的一种预应力纤维片材加固柱的装置，包括锚固
于混凝土柱11上的固定端锚具1、张拉端锚具10，与固定端锚具1、张拉端锚具10连
接的凸型液压千斤顶3；还包括二分夹片式夹具4，带有柱帽5的圆柱6焊接于夹片式
夹具4上表面，嵌套于圆柱6外的套筒7通过顶压杆8连接于凸型液压千斤顶3上；纤
维片材9一端由张拉端的夹片式夹具4夹持，另一端锚固于固定端锚具1，固定端锚具
1、张拉端锚具10由锚杯、夹片组成，且锚杯上开有两组螺纹孔，一组孔用于植筋锚固
于柱上，另一组孔用于螺杆连接固定端锚具1、张拉端锚具10和凸型液压千斤顶3，凸
型液压千斤顶3形状为凸形，由液压千斤顶12和凸型钢外套13连接组成，其通过凸型
钢外套13两个翼板固定于固定端锚具1和张拉端锚具10上。二分夹片式夹具4由两个
锚杯和夹片组成，两个锚杯通过高强螺栓2连接，套筒7的直径大于圆柱6的直径，套
筒7的高度与圆柱6相同，套筒7能够在圆柱6和柱帽5的约束下自由转动，纤维片材
9为碳纤维片材、玄武岩纤维片材、玻璃纤维片材、芳纶纤维片材中的一种，或者碳纤
维片材、玄武岩纤维片材、玻璃纤维片材、芳纶纤维片材与钢纤维复合片材。其中，固
定端锚具和张拉端锚具开有4排12个螺纹孔，其中内两排通过高强螺栓植筋与柱体连
接，外两排通过高强螺栓与凸型液压千斤顶连接，用以固定凸型液压千斤顶。套筒直径
比圆柱大1mm，确保套筒能够在圆柱和柱帽的约束下自由转动，但不能上下移动，从
而实现铰接的目的。二分夹片式夹具开有2排6个螺纹孔，通过高强螺栓将两个分开的
锚杯组装成一个锚杯。其中，凸型液压千斤顶3形状为凸形，由液压千斤顶12和凸型
钢外套13连接组成，其通过凸型钢外套13两个翼板固定于固定端锚具1和张拉端锚具
10上。
本发明还提供一种预应力纤维片材加固柱的方法，包括以下步骤：
(1)在混凝土柱11上植螺栓2，固定端锚具1、张拉端锚具10通过螺栓2固定于
柱上；
(2)纤维片材9穿过张拉端锚具10的锚杯，两端通过夹片分别锚固于二分夹片式
夹具4和固定端锚具1；
(3)凸型液压千斤顶3锚固于张拉端锚具10上；
(4)连接顶压杆8和圆柱6，顶压千斤顶，对纤维片材9施加预应力；
(5)待纤维片材9预应力达到要求后，将夹片楔紧入张拉端锚具10的锚杯中固定
纤维片材9；
(6)卸下二分夹片式夹具4的螺杆，达到预应力放张的目的，并拆除二分夹片式
夹具4和凸型液压千斤顶3，最后进行喷涂砂浆的表面保护措施。
纤维片材9为碳纤维片材、玄武岩纤维片材、玻璃纤维片材、芳纶纤维片材中的一
种，或者碳纤维片材、玄武岩纤维片材、玻璃纤维片材、芳纶纤维片材与钢纤维复合片
材。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员
来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也
应视为本发明的保护范围。