CN101929253B - 利用平行双杆锚固纤维片材的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用平行双杆锚固纤维片材的方法，片材端部绕2根平行的杆件形成自锁，用辅助锚固件将杆件锚固在外部物体上。所述的辅助锚固件为铆钉、螺栓、螺杆、吊杆、拉杆、钢筋或活节状带孔杆件。本发明的利用平行双杆锚固纤维片材的方法，构思巧妙、效果可靠、易于实施。

Description

利用平行双杆锚固纤维片材的方法

技术领域

本发明涉及柔性片状材料的夹持和固定，特别是涉及一种利用平行双杆锚固纤维片材的方法，以实现各种纤维片材在建筑、桥梁等土木工程结构构件上的锚固，其中柔性材料包括在高温等特定条件下易软化、可塑形的材料，片状材料可由多层叠合而成。

技术背景

布、纸、膜等柔性片状材料可用胶水等粘结剂粘贴在固体表面。柔性片状材料在绕过固体后若能会合，也可在相会部位(如片材端部)用粘结剂贴合在一起或用线(绳)缝合在一起，此时拉扯柔性片状材料主体，柔性片状材料将紧靠在所绕过的固体上。如果粘贴或缝合处由于某种原因(如老化脱胶、拉得很紧等)导致结合失效，柔性片状材料可能从其绕过的固体上脱落。但若无须粘贴或缝合，柔性片状材料就能在受拉时被夹持在所绕过的固体上，而且越拉越紧，这对固定柔性片状材料而言，不仅将消除上述结合失效之虞，还可为实际应用带来方便。

下面以结构加固用纤维增强片材在建筑、桥梁等土木工程结构构件上的锚固为例进一步说明有关背景技术。

由于种种原因，大量房屋、桥梁等土木工程结构需要加固和修复。采用简便高效的结构加固技术当然具有巨大的经济价值和社会效益。因此，有关探索长期为国际土木工程界所重视。

作为继钢材和混凝土后的第三代现代结构材料，以高性能碳纤维布为代表的片状纤维增强复合材料(简称纤维片材)具有质量轻、强度高、耐腐蚀、易操作等特点，且用于结构加固补强时，基本不增加结构的重量和尺寸，因而成为一种较为理想的加固材料，纤维片材加固技术也迅速成为国际土木工程界的热门研究和应用领域。目前，该技术的主要应用形式是用胶粘剂把纤维片材外贴在结构构件表面，这种粘结加固法存在易受力剥离、易受热软化、怕老化脱胶和需耗时静养等显著缺陷，导致高性能纤维材料的加固效率低下，具体表现为：功效方面，材料强度利用率极低，对使用环境的适应性差；时效方面，长期使用的可靠性差；工效方面，无法满足快速加固的要求。

在纤维片材端部采取机械锚固措施可望克服上述缺陷。中国实用新型授权专利“高强度复合材料波形齿夹具锚”(公告号为CN2594357Y)公开了一种主要由上、下波形齿板、加劲波形板和压紧及锁定装置等组成的纤维片材专用锚具，有一定的技术先进性，但在体量大小、操作难易程度以及锚固效果等方面还不够理想。波形齿夹具锚是依靠上、下2块或更多的波形齿板对纤维片材的夹紧实施锚固的，拉力太大或夹得不够紧时锚固可能失效，或要求锚具齿板具有较大的厚度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用平行双杆锚固纤维片材的方法，该柔性片状材料绕杆自锁方法构思巧妙、效果可靠、易于实施。

本发明的技术解决方案如下：

一种利用平行双杆锚固纤维片材的方法，片材端部绕2根平行的杆件形成自锁，用辅助锚固件将杆件锚固在外部物体上。

所述的辅助锚固件为铆钉、螺栓、螺杆、吊杆、拉杆、钢筋或活节状带孔杆件。

2根平行的杆件中，选择其中1根杆件作为主杆，片材端部绕过主杆后折回，与片材本部叠合并贴靠在另1根杆件上，然后叠合的片材一同绕靠另1根杆件，叠合的片材或剩下的片材本部再回靠到主杆，此时片材在2根杆件的外围形成1个带绕结的环包。

2根杆件中的1根在绕片材之前插入或穿入1组活节状带孔杆件，活节状带孔杆件分散布置，相邻的活节状带孔杆件之间的净距不小于片材的宽度；另1根杆件靠在所述的穿有或插有活节状带孔杆件的杆件旁边，活节状带孔杆件的孔壁使2根杆件保持平行并留有间隙；片材端部绕2根平行的杆件自锁后，将活节状带孔杆件插入外部物体上事先准备的孔中锚固。

采用带凸出部分的柔性片状材料平行杆式锚固装置，片材端部绕柔性片状材料平行杆式锚固装置中平行双杆自锁后，将所述的凸出部分插入活节状带孔杆件的孔中，再将活节状带孔杆件插入外部物体上事先准备的孔中锚固。

采用带锚固孔的柔性片状材料平行杆式锚固装置，片材端部绕柔性片状材料平行杆式锚固装置中平行双杆自锁后，用所述的辅助锚固件穿过柔性片状材料平行杆式锚固装置中的锚固孔，再插入外部物体上事先准备的孔中锚固。

在片材的一端或两端采用活节状带孔杆件进行锚固。

在片材的一端或两端采用柔性片状材料平行杆式锚固装置进行锚固。

片材为一层或多层纤维片材。

有益效果：

本发明无须对柔性片材实施粘结或缝合，却能简捷高效地实现对受拉柔性片材的牢固夹持。用于将结构加固用纤维增强片材锚固在建筑、桥梁等土木工程结构构件上时，虽然需要采用平行杆式锚固设施，但却能够克服常规的粘贴加固法存在的易受力剥离、易受热软化、怕老化脱胶和需耗时静养等显著缺陷，从而大幅度提高高价高性能纤维片材的利用效率和适用范围，取得节约高价材料、加快工程进度、降低总体造价的优良综合效益。需要进一步强调的是，本发明虽然看起来、做起来都十分简易(如活节可在螺丝店买到，2根平行杆件可以直接从圆钢截得)，用于抗弯、抗剪加固的效果却非常显著，如此锚固后的纤维片材与常规粘贴的纤维片材的本质区别在于，粘贴时纤维片材端部应力只能为零，从而造成纤维片材端部区域应力高度集中，极易过早引起粘结失效，发生剥离破坏，而绕平行杆件自锁后的纤维片材可以承担很大的拉力，从而一举解决了长期以来粘胶锚固带来的几个巨大难题。总而言之，本发明具有方法巧妙、操作简便、效果可靠、成本低廉等优点。

附图说明

图1为柔性片状材料绕2根杆件自锁的第一个步骤示意图：片材绕过第一杆件折回后，叠合点靠于第二杆件，形成绕结；

图2为柔性片状材料绕2根杆件自锁的第二个步骤示意图：叠合片材继续绕靠于第二杆件，本图中叠合片材最终回靠于第一杆件形成了1个带绕结的环包；

图3为利用平行双杆锚固纤维增强片材的方法示例1——抗剪加固：1根杆件在绕片材之前插入1组分散布置的活节状带孔杆件，片材端部绕2根平行杆件自锁后，将活节状带孔杆件插入外部物体上事先准备的孔中锚固。梁的剖面图上略去了U形纤维片材，以免混淆活节状带孔杆件孔洞部位的线条。

图4为利用平行双杆锚固纤维增强片材的方法示例2——抗弯加固：采用带锚固孔的柔性片状材料平行杆式锚固装置，片材端部绕平行双杆自锁后，用铆钉、螺栓等辅助锚固件穿过锚具中的锚固孔，再插入外部物体上事先准备的孔中锚固。

图5为带锚固孔的柔性片状材料平行杆式锚固装置的的1个示例。

图6为侧面带凸出部分的柔性片状材料平行杆式锚固装置的1个示例，片材端部绕平行双杆自锁后，杆件两端的外伸部分插入活节杆，再将活节杆插入外部物体上事先准备的孔中锚固。

标号说明：1-第一杆件，2-第二杆件，3-柔性片状材料的端部，4-柔性片状材料，5-活节状带孔杆件。

具体实施方式

下面结合附图以具体实施例对本发明的技术方案及工作过程作进一步的说明，但本发明的保护范围不限于此。

将图5所示带锚固孔的柔性片状材料平行双杆式锚固装置试称为双杠锚。首先以应用双杠锚为例，结合附图1、2说明用平行双杆对柔性片材实施自锁锚固的方法和原理。

将柔性片状材料绕过1根杆件后叠合，形成一个绕结(图1)，一只手将叠合后的柔性片状材料在片材端部附近捏在一起不动，再用另一只手将双杠锚整体连带绕结朝片材绕杆方向转动若干角度(图2为转动180°后的情形，也可不动锚具但反向转动片材)，此时若固定锚具，并手拉柔性片状材料，片材在平行杆件中将被越拉越紧，也就是通过绕杆拉紧实现了自锁，换言之，双杠锚中的平行杆件因此实现了对片材端部的夹持，或称为机械绕结。

对柔性片状材料另一端可以反方向同样处理。把持片材两端的双杠锚用力对拉，片材即在平行杆件中自锁。若采取某种方式把双杠锚固定在外部物体上(如在双杠锚的孔洞中穿过插件植入外部物体相应位置预先钻好的孔中)，也就把片材锚固在该外部物体上了。显然，其过程方便快速，其效果牢固可靠。

结构加固用纤维片材本部大致沿构件表面贴靠，片材侧面的投影可为直线、曲线或折线。所贴靠的构件表面为平面时(如贴靠等截面梁受拉表面进行抗弯加固)，上述投影为直线。所贴靠的构件表面为曲面时(如贴靠鱼腹梁受拉表面进行抗弯加固、贴靠圆柱表面进行约束加固)，上述投影为曲线。所贴靠的构件表面有转折时(如被加固受弯构件的受拉面呈折线形、沿矩形和箱形截面梁的底面和侧面呈U形贴靠)，上述投影为折线。对图3所示T形截面梁进行抗剪加固时，U形贴靠于截面底面和侧面的纤维片材可转弯后稍许延伸到翼缘板底。

结构构件等外部物体上事先准备的孔为通孔时(如薄腹梁的腹板、工字和T形截面梁的翼板、箱形截面梁的侧壁等所开孔洞)，各种杆状辅助锚固件可插穿通孔后拧螺母锚固；不是通孔时，杆状辅助锚固件可插入孔中用植筋胶或膨胀螺栓头锚固。外部物体上事先准备的孔还可在构件表面转折处(如T形截面梁中翼板与腹板交界的阴角)。

实施例1：

采用活节状带孔杆件辅助锚固：如图3所示，对T形截面梁进行抗剪加固，假设采用5条纤维片材，U形贴靠于截面底面和2个侧面后转弯延伸到翼缘板底。在梁截面的左边，2根杆件(杆件可以用钢筋)中的1根在绕纤维条带之前插入6(＝5+1)个活节状带孔杆件的孔中，相邻2个活节状带孔杆件之间的净距不小于纤维条带的宽度(图3中梁截面左边的活节状带孔杆件看起来是1个，但从梁侧面看，分布着6个)；另1根杆件靠在所述的穿有活节状带孔杆件的杆件旁边，活节状带孔杆件的孔壁使2根杆件保持平行并留有间隙；纤维条带端部绕平行的杆件自锁后，将6个活节状带孔杆件插入翼板上事先准备的通孔中锚固，本实施例中用螺母固定活节状带孔杆件的上端。在梁截面的右边，其结构与左边的结构对称。如此锚固的U形纤维片材沿U形的整个长度都能承担很大的拉力，从而高效实现对梁的抗剪加固。

顺便指出，采用上述简单装置还能对U形纤维片材施加预应力，具体做法是：纤维条带端部绕平行的杆件自锁后，将6个活节状带孔杆件插入翼板上事先准备的通孔中锚固(本实施例中用螺母固定活节状带孔杆件的上端)时，要求纤维条带呈U形稍许拉紧，而活节状带孔杆件的直杆部分下端并不靠住翼板下部，即留有距离。同步拧紧各活节状带孔杆件上端的螺母，活节状带孔杆件的直杆部分下端将离翼板下部越来越近，直到靠住。在此过程中，纤维条带被越拉越紧，从而获得了预应力。在梁截面的右边，其结构可与左边的结构对称，也就是在梁截面两边同时施加预应力；也可不对称，如在截面右边用螺母固定活节状带孔杆件的上端时，活节状带孔杆件的直杆部分下端紧靠住翼板下部，即不留距离，然后只在截面左边拧紧螺母施加预应力。

实施例2：

如图4和图5所示，采用图5所示的带锚固孔的柔性片状材料平行杆式锚固装置，图5中的2根圆杆即为图4中的2根圆杆。带状柔性片材端部绕柔性片状材料平行杆式锚固装置中平行双杆自锁后，用所述的辅助锚固件穿过柔性片状材料平行杆式锚固装置中的锚固孔，再插入外部物体上事先准备的孔中锚固。

实施例3：

采用带凸出部分的柔性片状材料平行杆式锚固装置进行锚固：采用带凸出部分的柔性片状材料平行杆式锚固装置，带状柔性片材端部绕柔性片状材料平行杆式锚固装置中平行双杆自锁后，将所述的凸出部分插入活节状带孔杆件的孔中，再将活节状带孔杆件插入外部物体上事先准备的孔中锚固。

图6为一种带凸出部分的柔性片状材料平行杆式锚固装置，图中的2根圆杆即为平行杆件。

以上只是本发明的部分实施例。根据本发明的上述构思，应用人员还可对此做出各种修改和变换，例如实施部位，活节状带孔杆件，柔性片状材料平行杆式锚固装置，平行杆件的根数、节段、截面形状和尺寸(不要求每根相同)，以及绕法均可加以调整，以适应受力大小和应用条件等现场情况的变化。但类似的这种修改和变换均属于本发明的实质。

Claims (8)

1.一种利用平行双杆锚固纤维片材的方法，其特征在于，片材端部绕2根平行的杆件形成自锁，用辅助锚固件将杆件锚固在外部物体上；

2根平行的杆件中，选择其中1根杆件作为主杆，片材端部绕过主杆后折回，与片材本部叠合并贴靠在另1根杆件上，然后叠合的片材一同绕靠另1根杆件，叠合的片材或剩下的片材本部再回靠到主杆，此时片材在2根杆件的外围形成1个带绕结的环包。

2.根据权利要求1所述的利用平行双杆锚固纤维片材的方法，其特征在于，所述的辅助锚固件为铆钉、螺栓、螺杆、吊杆、拉杆、钢筋或活节状带孔杆件。

3.根据权利要求1所述的利用平行双杆锚固纤维片材的方法，其特征在于，2根杆件中的1根在绕片材之前插入或穿入1组活节状带孔杆件，活节状带孔杆件分散布置，相邻的活节状带孔杆件之间的净距不小于片材的宽度；另1根杆件靠在所述的穿有或插有活节状带孔杆件的杆件旁边，活节状带孔杆件的孔壁使2根杆件保持平行并留有间隙；片材端部绕2根平行的杆件自锁后，将活节状带孔杆件插入外部物体上事先准备的孔中锚固。

4.根据权利要求1所述的利用平行双杆锚固纤维片材的方法，其特征在于，采用带凸出部分的柔性片状材料平行杆式锚固装置，片材端部绕柔性片状材料平行杆式锚固装置中平行双杆自锁后，将所述的凸出部分插入活节状带孔杆件的孔中，再将活节状带孔杆件插入外部物体上事先准备的孔中锚固。

5.根据权利要求1所述的利用平行双杆锚固纤维片材的方法，其特征在于，采用带锚固孔的柔性片状材料平行杆式锚固装置，片材端部绕柔性片状材料平行杆式锚固装置中平行双杆自锁后，用所述的辅助锚固件穿过柔性片状材料平行杆式锚固装置中的锚固孔，再插入外部物体上事先准备的孔中锚固。

6.根据权利要求3所述的利用平行双杆锚固纤维片材的方法，其特征在于，在片材的一端或两端采用活节状带孔杆件进行锚固。

7.根据权利要求4或5所述的利用平行双杆锚固纤维片材的方法，其特征在于，在片材的一端或两端采用柔性片状材料平行杆式锚固装置进行锚固。

8.根据权利要求1～6任一项所述的利用平行双杆锚固纤维片材的方法，其特征在于，片材为一层或多层纤维片材。

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