CN101074578B - 楔形变波纹夹片式纤维片材专用锚具 - Google Patents

Abstract

楔形变波纹夹片式纤维片材专用锚具涉及建筑、桥梁结构构件的预应力锚固装置，它由压力盖、楔形变波纹夹片和外锚壳经高强度螺栓连接构成，上波纹夹片和下波纹夹片叠合组成的楔形变波纹夹片插装在外锚壳的楔形凹槽内，压力盖经高强度螺栓连接外锚壳，压力盖有凸台顶靠楔形变波纹夹片端面，压力盖和外锚壳相对应位置处分别有长条扁孔。结构构造合理，工作性能可靠；制造简便，价格低廉；尺寸多样化，适应面广。本发明可以做为工程结构构件(如箱梁、钢梁)实现体外预应力的增强材料的专用锚具使用，也可用于既有工程结构补强加固的专用锚具。

Description

楔形变波纹夹片式纤维片材专用锚具

所属领域

本发明涉及建筑、桥梁结构构件的预应力锚固装置，特别是一种楔形变波纹夹片式纤维片材专用锚具。

背景技术

目前，我国量大面广的已建结构由于结构老化、使用功能发生变化以及为数不少的新建结构由于施工或设计原因，造成结构上的一些缺陷而需要对其进行维修、加固和改造。工程上常用的钢筋混凝土结构补强加固方法主要有：增大截面加固法、外包钢加固法、外粘钢板法、不锈钢绞线法等。对于上述结构补强加固方法均存在钢筋、钢板容易锈蚀，施工工艺复杂，劳动强度大等缺陷，为此工程界需要寻求一种新型的、科技含量更高的加固技术。

纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer/Plastics，以下简称FRP)是一种在合成有机高强纤维中注入树脂材料经挤压、拉拔而成型的复合材料。以其具有强度高(有的可高于4000MPa，约为高强预应力钢筋的2倍)、重量轻(仅约为钢材的1/5)、耐腐蚀性和耐久性强等优点被引入到建筑结构加固领域并迅速得到推广应用。根据土木工程中具有实用价值的FRP中纤维的不同种类，FRP可分为CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer，简称碳纤维)；GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer，简称玻璃纤维)和AFRP(Aramid Fiber ReinforcedPolymer，简称聚胺纤维)。GFRP和AFRP强度较低，一般用于替代普通钢筋；CFRP强度高，一般用于替代普通的预应力钢筋。在FRP中，CFRP是迄今为止应用于土木工程领域最早、技术最成熟，也是用量最大的一种高新科技材料。

普通粘贴CFRP片材加固混凝土结构是指在混凝土构件表面粘贴CFRP片材，使CFRP片材与混凝土牢固的粘结在一起并共同工作，达到结构补强加固、提高结构承载力和抗震性能、修补结构缺陷的目的。其施工工艺过程为：基层处理→涂刷底胶→修补找平基层→涂刷面胶→粘贴纤维片材→涂刷面胶。但由于CFRP片材的抗拉强度高，一般能达到3000Mpa以上，而其弹性模量相对来说却比较低，常用的一般只有230Gpa左右，要发挥较大的强度，CFRP片材需要发生相当大的变形。当与钢筋共同工作时，钢筋完全发挥强度时，CFRP片材才发挥不到20％的强度，难以抑制结构的变形与裂缝的发展。

近年来也有使用预应力FRP片材粘贴加固混凝土结构，其加固技术也存在不足，首先是要对FRP片材建立预应力的张拉机具，其设备复杂，操作步骤繁琐且吨位低；其次是FRP片材的粘贴锚固方式直接关系到加固效果，由于FRP片材自身抗剪性能较差，预应力会引起FRP片材端部的剪应力集中，从而导致FRP片材容易与混凝土粘结界面发生剥离破坏；另外环氧树脂的剪切强度一定，超过极限剪应变后界面即产生界面微裂缝，随着微裂缝的不断发展，界面最后发生剥离破坏。即使是在梁端采用纤维片材U型箍或钢板压条等附加锚固措施，纤维片材发生剥离破坏仍不能得到有效控制，加固效果难以保证。

中国专利公开(公告)号：CN2594357的“高强度复合材料波形齿夹具锚”主要由上、下波形齿板、加劲波形板和压紧及锁定装置等组成。它采用螺栓夹紧上、下两块波形齿板，达到锚固效果。但存在紧固力不均匀，在使用过程中，会因加固构件振动而发生螺栓松动的情况，特别是在桥梁加固使用中更会发生紧固力逐渐减退现象；同时，在锚具之间增加波形齿板夹具使FRP片材产生几何伸长来建立预应力，建立的预应力水平十分有限，不能充分发挥FRP片材的高强性能。

发明内容

为了克服预应力FRP片材在加固受力后容易发生剥离破坏、纤维片强度利用率不高和锚具夹持力不均匀易于松弛的缺陷，本发明提供一种体外预应力纤维片材加固建筑、桥梁结构的楔形变波纹夹片式纤维片材专用锚具。

本发明是用如下方式实现的：楔形变波纹夹片式纤维片材专用锚具，它由压力盖、楔形变波纹夹片和外锚壳经螺栓连接构成，所述的楔形变波纹夹片由上波纹夹片和下波纹夹片叠合组成，楔形变波纹夹片插装在外锚壳的楔形凹槽内，压力盖经高强度螺栓连接外锚壳，压力盖有凸台顶靠楔形变波纹夹片端面，压力盖和外锚壳相对应位置处分别有第一长条扁孔和第二长条扁孔。

本发明还可以用如下方式实现。

前述楔形变波纹夹片式纤维片材专用锚具，上波纹夹片和下波纹夹片均成楔形，两个夹片波纹面的波纹的波峰与波谷紧密相叠合。

前述楔形变波纹夹片式纤维片材专用锚具，外锚壳的楔形凹槽的斜壁面与楔形变波纹夹片的斜壁面斜度相同，相互紧密配合。

前述楔形变波纹夹片式纤维片材专用锚具，压力盖开有孔。

前述楔形变波纹夹片式纤维片材专用锚具，外锚壳在与压力盖的孔相对应位置开有螺孔。

本发明结构构造合理，工作性能可靠；制造简便，价格低廉；尺寸多样化，适应面广。本发明可以做为工程结构构件(如箱梁、钢梁)实现体外预应力的增强材料的专用锚具使用，也可用于既有工程结构补强加固的专用锚具。

附图说明

图1楔形变波纹夹片式纤维片材专用锚具立体结构示意图。

图2楔形变波纹夹片式纤维片材专用锚具主视结构示意图。

图3为图2的侧视结构示意图。

图4为楔形变波纹夹片结构示意图。

图5为外锚壳主视示意图。

图6为图5的A-A剖视图。

图7压力盖立体结构示意图。

图中1、压力盖，2、第一长条扁孔，3、高强度螺栓，4、第二长条扁孔，5、上波纹夹片，6、下波纹夹片，7、外锚壳，8、螺孔，9、孔，10、凸台，11、楔形变波纹夹片，12、楔形凹槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见附图1至图7，本发明楔形变波纹夹片式纤维片材专用锚具，它由压力盖1、楔形变波纹夹片11和外锚壳7经高强度螺栓3连接构成，楔形变波纹夹片11由上波纹夹片5和下波纹夹片6叠合组成，两个夹片相叠合面均开有连续变波纹，两个夹片变波纹的波峰与波谷紧密叠合。楔形变波纹夹片11插装在外锚壳7的楔形凹槽12内，外锚壳7的楔形凹槽12的斜壁面与楔形变波纹夹片的斜壁面斜度相同，相互紧密配合。压力盖1有凸台10和第一长条扁孔2，并有两排分布共10个孔9。外锚壳7一边为开口有楔形凹槽12和对应一边为封口有第二长条扁孔4，并有两排分布10个螺孔8，压力盖1的第一长条扁孔2与外锚壳7的第二长条扁孔4位置相对应。压力盖1的孔9与外锚壳7的螺孔8位置相对应，数量也相同。压力盖1的凸台10顶靠楔形变波纹夹片11的端面。高强度螺栓3穿过压力盖1的孔9旋紧外锚壳7的螺孔8紧固连接。楔形变波纹夹片11在凸台10的顶压下向外锚壳7的楔形凹槽12推进，在螺栓力的作用下越推进楔形变波纹夹片11，夹片越压越紧。使用时在楔形变波纹夹片11的上波纹夹片5和下波纹夹片6之间夹紧加固的纤维片材。长条扁孔形状呈一字形孔。第一长条扁孔2和第二长条扁孔4供纤维片材从中穿出张拉用。楔形变波纹片11中间为变波纹叠合面，其位置与第一长条扁孔2和第二长条扁孔4相对应。

压力盖、外锚壳、楔形变波纹夹片的材质为钢材、合金、陶瓷等。将纤维片材从外锚壳7第二长条扁孔4穿入并顺着变波纹方向置于楔形变波纹夹片11中间，并将楔形变波纹夹片11放置于外锚壳7的楔形凹槽12内，从楔形变波纹夹片11中间伸出的纤维片材再从压力盖第一长条扁孔2穿出。将高强度螺栓3穿入压力盖1的孔9与外锚壳7的螺孔8，拧紧带弹簧垫圈的高强度螺栓3头部的螺母，对楔形变波纹夹片施加一定压力，使其沿着外锚壳7的楔形凹槽12内壁前进，从而楔形变波纹夹片11及夹在它中间的纤维片材互相挤压并与外锚壳7紧密压合在一起，形成一个整体结构，实现对纤维片材的夹持与锚固。

本发明所采用的工作原理是：利用纤维片材与楔形变波纹夹片之间的摩檫力自锁的原理及压力盖对楔形变波纹夹片的压紧力，将纤维片材可靠的夹持并锚固在外锚壳上。外锚壳套在楔形变波纹夹片外面，使上波纹夹片和下波纹夹片逐渐收缩夹紧。夹片的变波纹咬紧FRP片材，固定了FRP片材的位置，保证了张拉FRP片材的预应力。楔形变波纹夹片中间的变波纹不仅能增大摩檫力，而且第一道波纹的高度低于其他波纹的高度，可以避免应力集中在第一道波纹上，抗剪性能较差的FRP片材不至于在夹片钳口前端被夹断。

将已形成一个整体结构的锚具通过焊接、嵌入、锚入工程结构物中等方式，对建筑、桥梁结构进行补强加固。本锚具依据被加固的工程结构外形、荷载情况等可以做成多种尺寸，如波纹形状改变，楔形变波纹夹片高度、长度的改变，楔形变波纹夹片锥角改变等。在加固使用时，本楔形变波纹夹片式纤维片材专用锚具一般都成对使用。

混凝土薄壁箱形构件以其良好的空间整体受力性能，且能适应具有正负弯矩的连续梁结构和各种现代施工方法(如悬臂施工、顶推施工等)的要求，因此在现代大跨桥梁中作为核心受力构件得到了极为广泛的应用。但我国在20世纪50-60年代修建的大量混凝土桥梁，由于标准偏低，结构老化和荷载等级的提高等各方面原因导致了现役混凝土薄壁箱形桥梁绝大部分存在不同程度损伤，需要对其进行维修、加固和改造。采用体外预应力技术将碳纤维片材应用于混凝土薄壁箱梁加固之中，可以充分结合碳纤维高强、轻质、不锈蚀等优良特性和混凝土薄壁箱梁箱室内可以放置、箱端支撑横隔板可提供锚固支撑等特点，同时，采用体外预应力技术可以充分发挥碳纤维片材高强性能，为混凝土薄壁箱梁加固提供了一种主动、简捷、有效的加固方法。

下面结合体外预应力纤维片材加固混凝土薄壁箱形构件，继续说明本发明使用情况。

将纤维片材沿混凝土薄壁箱形构件纵向方向放入箱室内，并将其中一端头采用楔形变波纹夹片式纤维片材专用锚具夹持锚固好，通过对混凝土薄壁箱形构件相应端头的支撑横隔板作相应构造处理，将已夹持好的楔形变波纹夹片式纤维片材专用锚具作为锚固端嵌入到箱端支撑横隔板上。在混凝土薄壁箱形构件另一端头亦作相应的构造处理，将另一端头纤维片材穿入外锚壳7第二长条扁孔4之后(在外锚壳7开口端的纤维片材应有足够长度)，将外锚壳7亦嵌入到箱端支撑横隔板上，再装上楔形变波纹夹片11，这时应该是比较松动的，在装上压力盖1，用高强度螺栓3稍微拧紧，做为张拉端，再在张拉端锚具装上改进的穿心千斤顶，并将纤维片材穿过穿心千斤顶，并留出一部分长度，在将预留出的维片材用楔形变波纹夹片式纤维片材专用锚具夹持锚固好作为反力架。开动油泵，待张拉力达到控制应力时，停止张拉。将张拉端的楔形变波纹夹片式纤维片材专用锚具压力盖1用螺栓拧紧。将穿心千斤顶与张拉端楔形变波纹夹片式纤维片材专用锚具之间的纤维片材剪断。撤离千斤顶及反力架。采用体外预应力纤维片材加固混凝土薄壁箱形构件完毕。

Claims (5)

1.一种楔形变波纹夹片式纤维片材专用锚具，它有上波纹夹片(5)和下波纹夹片(6)，其特征在于它由压力盖(1)、楔形变波纹夹片(11)和外锚壳(7)经高强度螺栓(3)连接构成，所述的楔形变波纹夹片(11)由上波纹夹片(5)和下波纹夹片(6)叠合组成，楔形变波纹夹片(11)插装在外锚壳(7)的楔形凹槽(12)内，压力盖(1)经高强度螺栓(3)连接外锚壳(7)，压力盖(1)有凸台(10)顶靠楔形变波纹夹片(11)端面，压力盖(1)和外锚壳(7)相对应位置处分别有第一长条扁孔(2)和第二长条扁孔(4)。

2.根据权利要求1所述的楔形变波纹夹片式纤维片材专用锚具，其特征在于上波纹夹片(5)和下波纹夹片(6)均呈楔形，两个夹片波纹面的波纹的波峰与波谷紧密相叠合。

3.根据权利要求1所述的楔形变波纹夹片式纤维片材专用锚具，其特征在于外锚壳(7)的楔形凹槽(12)的斜壁面与楔形变波纹夹片(11)的斜壁面斜度相同，相互紧密配合。

4.根据权利要求1所述的楔形变波纹夹片式纤维片材专用锚具，其特征在于压力盖(1)开有孔(9)。

5.根据权利要求1所述的楔形变波纹夹片式纤维片材专用锚具，其特征在于外锚壳(7)在与压力盖(1)的孔(9)相对应位置开有螺孔(8)。

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