本发明属于土木工程维修改造及结构试验技术领域，尤其涉及一种用于既有混凝土受压构件的卸载装置及方法。
背景技术：
在既有混凝土结构的改造、维修或拆除施工中，会有按设计或实地需要，截短混凝土柱的需求；在大型重载结构试验平台卸载过程中，常有在混凝土墩(柱)等受压支撑构件上进行卸载的试验步骤。
对既有混凝土受压构件，如要截短、卸载或拆除，常用以下两种模式：
1、置换法：在既有受压构件周围增设临时支撑转换构件，再用千斤顶沿构件轴力方向加力，以置换既有受压构件的内力，再将该混凝土构件切除，随后千斤顶受控卸载。该方法通用性比较强，但缺点是：往往需改造原有结构，甚至增设临时支撑构件，转换构件性能要求高，千斤顶吨位要求高，作业成本高，操作较为复杂；
2、爆破拆除法：采用局部爆破方式破坏混凝土实现卸载，该方法缺点是：卸载过程时间短，动力效应强烈，卸载过程可控性差，危险性高，专业性要求高，作业成本大，而且不能有控制地截短构件。
对于类似于上述两种情况的既有结构，如果没有预设的卸载构造或构件，要实现截短或卸载过程的安全可控，显然具有一定挑战性；用一种更安全、经济、合理的方式实现卸载，有很强现实意义。
技术实现要素：
针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种用于既有混凝土受压构件的卸载装置及方法，它利用楔形体的斜面摩擦受力原理，在既有混凝土受压构件上切割出一个角度合适的楔形体，并配置锁紧部，可以在卸载前对受压构件施加锁紧力阻止楔形块移动，卸载时，只需释放锁紧力，即可实现楔形体的缓慢移动，进而实现对既有混凝土受压构件的卸载，本发明具有结构简单、施加外力小、卸载行程长、卸载过程安全、可控高、成本低等优点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
第一方面，本发明提供一种混凝土受压构件卸载装置，包括从上至下紧密叠放的活动块、楔形块和固定块以及锁紧部，所述楔形块与活动块和/或固定块的接触面为斜面，所述锁紧部安装在活动块和固定块上，并通过对楔形块施加锁紧力阻止所述楔形块从其小端向大端移动，受所述锁紧力约束不能移动的楔形块与活动块和固定块连为一体作为混凝土的受压构件，当所述受压构件需要卸载时，所述锁紧部释放其锁紧力使得所述楔形块从其小端向大端移动。
第二方面，本发明提供一种用于既有混凝土受压构件的卸载装置，包括被切割成三块的既有支撑混凝土的受压构件和锁紧部，所述受压构件被切割后形成从上至下紧密叠放的活动块、楔形块和固定块，所述楔形块与活动块和/或固定块的接触面为斜面，所述锁紧部用于在卸载前通过对受压构件施加锁紧力阻止所述楔形块从其小端向大端移动，并用于在卸载时通过释放锁紧力使得所述楔形块从其小端向大端移动。
按上述技术方案，所述锁紧部安装在被切割前的受压构件上，所述锁紧部包括反力梁、拉杆、千斤顶、固定锁紧机构和活动锁紧机构，所述拉杆贯穿所述楔形块设置，所述固定锁紧机构安装在拉杆伸出楔形块大端的一端上，所述活动锁紧机构安装在拉杆伸出楔形块小端的一端上，所述反力梁安装在拉杆上，且位于活动锁紧机构与受压构件之间，所述反力梁的上端与所述活动块接触，其下端与所述固定块接触，所述千斤顶用于对位于固定锁紧机构与活动锁紧机构之间的拉杆施加所述锁紧力。
按上述技术方案，所述反力梁的上端与活动块之间设置有活动垫块，所述反力梁的下端与固定块之间设置有固定垫块。
按上述技术方案，所述活动垫块与反力梁之间设置有第一滑动板，所述第一滑动板与反力梁接触的一面为光滑的表面。
按上述技术方案，所述千斤顶与反力梁之间设置有第二滑动板，所述第二滑动板与反力梁接触的一面为光滑的表面。
按上述技术方案，所述固定锁紧机构包括固定锁紧螺母，所述活动锁紧机构包括活动锁紧螺母。
按上述技术方案，所述受压构件被绳锯切割工艺切割成三块。
第三方面，本发明提供一种用于既有混凝土受压构件的卸载方法，采用上述用于既有混凝土受压构件的卸载装置进行卸载，该卸载方法包括以下步骤：
s1、根据既有支撑混凝土的受压构件所受压力大小以及楔形块斜面的摩擦系数，确定楔形体的切割角度和锁紧部的锁紧力之间的关系式；
s2、切割受压构件前，在受压构件上安装锁紧部，所述锁紧部对受压构件施加锁紧力，该锁紧力能够阻止待切割的楔形块从其小端向大端移动；
s3、将受压构件切割成三块，形成从上至下叠放的活动块、楔形块和固定块；
s4、释放锁紧部的锁紧力，楔形块从其小端向大端滑移，活动块下落，完成卸载。
本发明产生的有益效果是：
本发明提供的一种混凝土受压构件卸载装置，其通过将受压构件先分割成三块，当需要作为受压构件支撑时，通过锁紧部施加锁紧力将活动块、楔形块和固定块连为一体，使得楔形块不能移动，便可当普通受压构件使用；当需要卸载时，锁紧部通过释放锁紧力，使得楔形块发生移动，位于上方的活动块随之下落，即可完成卸载。
本发明提供的一种用于既有混凝土受压构件的卸载装置，它对现有受压构件进行切割，使其中部形成一个楔形块，并于切割前在受压构件上安装锁紧部，锁紧部通过对受压构件施加锁紧力，可以阻止楔形块移动，从而保证受压构件的正常受压状态；当受压构件需要卸载时，释放锁紧部的锁紧力，楔形块失去约束，从其小端向大端移动，楔形块的移动带动上方活动块的下落，即可完成卸载。
本发明提供的一种用于既有混凝土受压构件的卸载方法，其在卸载前，在受压构件上安装锁紧部并对受压构件施加锁紧力，然后将受压构件切割成三块，使其在中部形成一个楔形块，此时楔形块在锁紧力的约束下无法移动，当要卸载时，释放锁紧力，楔形块移动，活动块下落，即完成卸载。
本发明利用楔形块的斜面摩擦受力原理，在受压构件的中间形成一个角度合适的楔形块，配置锁紧部，通过锁紧部缓慢释放其锁紧力，实现楔形体的缓慢移动，进而实现对受压构件的卸载，本发明具有结构简单、施加外力小、卸载行程长、卸载过程安全、可控高、成本低等优点，尤其适用于大型既有混凝土受压构筑物的卸载工作。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明提供的一种用于既有混凝土受压构件的卸载装置的结构示意图；
图2为图1的右视图；
图3为本发明提供的一种用于既有混凝土受压构件的卸载装置卸载后的示意图。
图中：1-固定块；2-活动块；3-楔形块；4-斜面；5-反力梁；6-固定垫块；7-活动垫块；8-拉杆；9-活动锁紧机构；9.1-活动锁紧螺母；9.2-活动锁紧垫板；10-第一滑动板；11-千斤顶；12-固定锁紧机构；12.1-固定锁紧螺母；12.2-固定锁紧垫板；13-第二滑动板。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种混凝土受压构件卸载装置，其结构可参照图1-图3所示的一种用于既有混凝土受压构件的卸载装置实施例，包括从上至下紧密叠放的活动块2、楔形块3和固定块1以及锁紧部(本实施例中锁紧部包括反力梁5、拉杆8、千斤顶11、固定锁紧机构12和活动锁紧机构9，其结构可采用图1所示的一种用于既有混凝土受压构件的卸载装置实施例中锁紧部的结构)，楔形块3与活动块2和/或固定块1的接触面为斜面4，锁紧部安装在活动块2和固定块1上，并通过对楔形块3施加锁紧力阻止楔形块3从其小端向大端移动，受锁紧力约束不能移动的楔形块3与活动块2和固定块1连为一体作为混凝土的受压构件，当受压构件需要卸载时，锁紧部释放其锁紧力使得楔形块3从其小端向大端移动。因为楔形块在无约束条件下会有从其小端向大端运动的趋势，因此锁紧部的作用就是在不需要楔形块移动的时候阻止其移动，在需要其移动的时候使其移动，锁紧部的具体结构满足该要求即可。
一种用于既有混凝土受压构件的卸载装置，入图1-图3所示，包括被切割成三块的既有支撑混凝土的受压构件和锁紧部，受压构件被切割后形成从上至下紧密叠放的活动块2、楔形块3和固定块1，楔形块3与活动块2和/或固定块1的接触面为斜面4(即楔形块可以有两个斜面，也可以只有一个斜面加一个水平面)，锁紧部用于在卸载前通过对受压构件施加锁紧力阻止楔形块3从其小端向大端移动，并用于在卸载时通过释放锁紧力使得楔形块3从其小端向大端移动。
作为一种实施例，如图1、图2所示，锁紧部安装在被切割前的受压构件上，锁紧部包括反力梁5、拉杆8、千斤顶11、固定锁紧机构12和活动锁紧机构9，拉杆8贯穿楔形块3设置，固定锁紧机构12安装在拉杆8伸出楔形块3大端的一端上，活动锁紧机构9安装在拉杆8伸出楔形块3小端的一端上，反力梁5安装在拉杆8上，且位于活动锁紧机构9与受压构件之间，反力梁5的上端与活动块2接触，其下端与固定块1接触，千斤顶11用于对位于固定锁紧机构12与活动锁紧机构9之间的拉杆8施加锁紧力。如图2所示，具体应用时，反力梁可成对使用，一对反力梁的两个梁之间留有可供拉杆通过的间距，根据受压构件的大小，可选择采用2个或以上锁紧部。
在受压构件卸载前，将锁紧部安装在受压构件上，根据受压构件受力情况以及待切割的楔形块斜面的摩擦系数，确定斜面角度和锁紧力，在受压构件上标记出楔形块的位置，在楔形块上钻通孔，将拉杆放入通孔内，拉杆位于楔形块大端的一端通过固定锁紧机构锁紧，将反力梁安装在拉杆位于楔形块一端的一端上，反力梁的上下两端分别与活动块和固定块接触，安装千斤顶，通过千斤顶对拉杆施加预设锁紧力，通过活动锁紧机构对拉杆位于楔形块大端的一端锁紧，此时锁紧力的反力通过反力梁传递到活动块和固定块上。需要卸载时，如图3所示，按要求切割受压构件，缓慢松动活动锁紧机构，此时拉杆的锁紧力缓慢释放，楔形块从小端向大端移动，活动块沿着反力梁落下，即完成卸载。
作为一种实施例，如图1、图2所示，反力梁5的上端与活动块2之间设置有活动垫块7，反力梁5的下端与固定块1之间设置有固定垫块6。反力梁与活动块和固定块之间均设置垫块，使得反力梁的两端支撑在混凝土受压构件楔形块的范围之外，一是可以使得反力不施加于楔形块上，使用较小的锁紧力即可实现锁紧，二是可以使得活动块可以沿着反力梁顺利落下。
作为一种实施例，如图1所示，活动垫块7与反力梁5之间设置有第一滑动板10，第一滑动板10与反力梁5接触的一面为光滑的表面。，因第一滑动板表面光滑，可以保证卸载过程中活动块与反力梁之间能够顺利的发生相对移动。使用时，活动垫块可以安装在活动块上，第一滑动板安装在活动垫块外端，第一滑动板与反力梁滑动连接。第一滑动板可以选择聚xxx板(例如聚四氯乙烯)这种常用的减摩件，也可以采用光洁不锈钢板 润滑剂的方式。作为一种实施例，如图2所示，千斤顶11与反力梁5之间设置有第二滑动板13，第二滑动板13与反力梁5接触的一面为光滑的表面，可以保证卸载过程中两者能够发生相对移动。第二滑动板可以选择聚xxx板(例如聚四氯乙烯)这种常用的减摩件，也可以采用光洁不锈钢板 润滑剂的方式。
作为一种实施例，如图1所示，固定锁紧机构12包括固定锁紧螺母12.1，还包括固定锁紧垫板12.2，活动锁紧机构9包括活动锁紧螺母9.1，还包括活动锁紧垫板9.2。固定锁紧螺母将拉杆在楔形块大端的一端锚固在楔形块上，作为锚固端，活动锁紧螺母将拉杆在楔形块小端的一端安装在反力梁上，作为活动端。采用螺母进行锁紧是较为常见的方式，取材容易，制作简单。
作为一种实施例，受压构件被绳锯切割工艺切割成三块，绳锯切割工艺可以较好的切割混泥土，且切割面较为平整。
一种用于既有混凝土受压构件的卸载方法，采用上述用于既有混凝土受压构件的卸载装置进行卸载，该卸载方法包括以下步骤：
s1、根据既有支撑混凝土的受压构件所受压力大小以及楔形块3的斜面4的摩擦系数，确定楔形体的切割角度和锁紧部的锁紧力之间的关系式；
s2、如图1所示，切割受压构件前，在受压构件上安装锁紧部，锁紧部对受压构件施加锁紧力，该锁紧力能够阻止待切割的楔形块3从其小端向大端移动；
s3、如图1所示，将受压构件切割成三块，具体为采用绳锯切割的方式在既有混凝土受压构件上切割出一个角度合适的楔形块，形成从上至下叠放的活动块2、楔形块3和固定块1，切割完成后，楔形体将产生向大端方向运动的趋势，但是收到锁紧部锁紧力的约束，楔形块不能移动，
s4、如图3所示，释放锁紧部的锁紧力，楔形块3从其小端向大端滑移，活动块2下落，完成卸载，卸载过程中，可以通过控制活动锁紧螺母的旋转长度，实现楔形块横向位移的可控，实现缓慢平稳卸载。
楔形块切割的角度由以下几方面因素综合权衡确定，包括：楔形体摩擦面的摩擦系数大小；卸载位移行程；卸载装置的承载力大小。切割角度应大于楔形体摩擦面的静摩擦角，在无外力锁定的情况下，楔形体能够自行移动。楔形体在不施加外力的情况下能够自行发生移动，卸载装置提供外力锁定楔形块维持静止或产生可控位移，采用千斤顶11提供可控的锁紧力，释放拉杆活动端长度即可实现卸载。
如图1所示的楔形块斜切割角度的计算如下：根据受压构件所受压力大小以及混凝土切割面的摩擦系数确定楔形体切割角度以及卸载装置承载力，根据静力平衡原理，得到各物理量间关系公式如下
注：p——受压构件所受压力；
f——卸载装置提供的最大锁定力；
θ——楔形体斜面与构件橫断面夹角；
δ——楔形体斜面摩擦系数。
拉杆材料可采用但不仅限于精扎螺纹钢，拉杆在楔形快的大端为锚固端，通过配套螺母、垫板锚固在楔形体大端混凝土表面上，拉杆在楔形体的小端为活动端，通过配套螺母、垫板锚固定在反力梁上。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
1.一种混凝土受压构件卸载装置，其特征在于，包括从上至下紧密叠放的活动块（2）、楔形块（3）和固定块（1）以及锁紧部，所述楔形块（3）与活动块（2）和/或固定块（1）的接触面为斜面（4），所述锁紧部安装在活动块（2）和固定块（1）上，并通过对楔形块（3）施加锁紧力阻止所述楔形块（3）从其小端向大端移动，受所述锁紧力约束不能移动的楔形块（3）与活动块（2）和固定块（1）连为一体作为混凝土的受压构件，当所述受压构件需要卸载时，所述锁紧部释放其锁紧力使得所述楔形块（3）从其小端向大端移动。
2.一种用于既有混凝土受压构件的卸载装置，其特征在于，包括被切割成三块的既有支撑混凝土的受压构件和锁紧部，所述受压构件被切割后形成从上至下紧密叠放的活动块（2）、楔形块（3）和固定块（1），所述楔形块（3）与活动块（2）和/或固定块（1）的接触面为斜面（4），所述锁紧部用于在卸载前通过对受压构件施加锁紧力阻止所述楔形块（3）从其小端向大端移动，并用于在卸载时通过释放锁紧力使得所述楔形块（3）从其小端向大端移动。
3.根据权利要求2所述的用于既有混凝土受压构件的卸载装置，其特征在于，所述锁紧部安装在被切割前的受压构件上，所述锁紧部包括反力梁（5）、拉杆（8）、千斤顶（11）、固定锁紧机构（12）和活动锁紧机构（9），所述拉杆（8）贯穿所述楔形块（3）设置，所述固定锁紧机构（12）安装在拉杆（8）伸出楔形块（3）大端的一端上，所述活动锁紧机构（9）安装在拉杆（8）伸出楔形块（3）小端的一端上，所述反力梁（5）安装在拉杆（8）上，且位于活动锁紧机构（9）与受压构件之间，所述反力梁（5）的上端与所述活动块（2）接触，其下端与所述固定块（1）接触，所述千斤顶（11）用于对位于固定锁紧机构（12）与活动锁紧机构（9）之间的拉杆（8）施加所述锁紧力。
4.根据权利要求3所述的用于既有混凝土受压构件的卸载装置，其特征在于，所述反力梁（5）的上端与活动块（2）之间设置有活动垫块（7），所述反力梁（5）的下端与固定块（1）之间设置有固定垫块（6）。
5.根据权利要求4所述的用于既有混凝土受压构件的卸载装置，其特征在于，所述活动垫块（7）与反力梁（5）之间设置有第一滑动板（10），所述第一滑动板（10）与反力梁（5）接触的一面为光滑的表面。
6.根据权利要求3所述的用于既有混凝土受压构件的卸载装置，其特征在于，所述千斤顶（11）与反力梁（5）之间设置有第二滑动板（13），所述第二滑动板（13）与反力梁（5）接触的一面为光滑的表面。
7.根据权利要求3所述的用于既有混凝土受压构件的卸载装置，其特征在于，所述固定锁紧机构（12）包括固定锁紧螺母（12.1），所述活动锁紧机构（9）包括活动锁紧螺母（9.1）。
8.根据权利要求2所述的用于既有混凝土受压构件的卸载装置，其特征在于，所述受压构件被绳锯切割工艺切割成三块。
9.一种用于既有混凝土受压构件的卸载方法，其特征在于，采用权利要求2-8中任一项所述的用于既有混凝土受压构件的卸载装置进行卸载，该卸载方法包括以下步骤：
s1、根据既有支撑混凝土的受压构件所受压力大小以及楔形块（3）斜面（4）的摩擦系数，确定楔形体的切割角度和锁紧部的锁紧力之间的关系式；
s2、切割受压构件前，在受压构件上安装锁紧部，所述锁紧部对受压构件施加锁紧力，该锁紧力能够阻止待切割的楔形块（3）从其小端向大端移动；
s3、将受压构件切割成三块，形成从上至下叠放的活动块（2）、楔形块（3）和固定块（1）；
s4、释放锁紧部的锁紧力，楔形块（3）从其小端向大端滑移，活动块（2）下落，完成卸载。
技术总结