CN102747812B - 一种纤维增强复合材料筋/索锚具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纤维增强复合材料筋/索锚具，包括用于锚固FRP筋/索的锚筒，锚筒内同轴开设有锥形通孔，特点是锥形通孔内嵌设有与锥形通孔相适配的装设有FRP筋/索的套管组件，锚筒的端部固定设置有封盖，锥形通孔的孔径由锚筒的自由端至受荷端呈从小到大分布；优点是锚固区的受力发生了根本性变化，受力更趋合理，大幅度地缩小了锚具的体积，锚固区FRP筋/索表面的压应力大小由受荷端至自由端呈从小到大分布，受荷端的FRP筋/索表面不会出现压应力集中带来的受损现象，锚固区内粘结介质与FRP筋/索的粘结界面的粘结力峰值出现在自由端，大大提高了锚固效率，锚固效率系数达到100%，具备了良好的耐久性。
Description
技术领域
本发明涉及一种锚具，尤其是涉及一种纤维增强复合材料筋/索锚具。
背景技术
纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer，简称FRP)是由纤维复合材料与基体材料按一定比例混合并经过一定工艺复合形成的高性能新型材料。近年来，FRP以其高强、轻质、耐腐蚀等优点，开始在土木与建筑工程结构中得到应用，并受到工程界的广泛关注。FRP可作为拉索和吊索应用于大跨索支撑结构和吊拉结构，也可作为主缆和吊索应用于悬索结构，在土木工程中获得较为广泛的应用。
现有的用于FRP筋/索的锚具大部分采用内锥式锚筒对FRP筋/索进行锚固，所述的内锥式锚筒同轴开设有锥形通孔，锥形通孔为锚具的锚固区，该类锚具在组装时，先将FRP筋/索放进所述的锥形通孔内，接着往所述的锥形通孔中灌注粘结介质，使得FRP筋/索、内锥式锚筒与粘结介质固定粘结成型，最后再连接有关附属的装置从而完成组装，锚具靠内部FRP筋/索与粘结介质间界面的粘结应力实现对FRP筋/索的锚固。但该类锚具的锥形通孔的孔径由锚筒的受荷端至自由端呈从小到大分布，使得锚固区FRP筋/索表面压应力由自由端（对应锥形通孔的大口径端）至受荷端（对应锥形通孔的小口径端）呈从小到大分布，造成锚固区的粘结力主要分布在锚固体系的前面部分（靠近受荷端的部分），如此以来受荷端的FRP筋/索表面出现压应力集中的现象很普遍，容易造成受荷端的FRP筋/索过早受损而导致FRP筋/索提前进入破坏状态现象的发生，从而不能使FRP筋/索的设计强度获得成分发挥，故该类锚具存在内部受力不合理、锚固效率偏低的问题；且现有的锚具由于锚固区FRP筋/索受力的不合理性，导致其体积过大，造成生产成本增加，不利于组装，后期维护成本高；另外，现有的锚具均未有防腐功能，导致锚固体系的耐久性不好。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种体积小，内部受力合理，可有效提高锚固效率的纤维增强复合材料筋/索锚具。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种纤维增强复合材料筋/索锚具，包括用于锚固FRP筋/索的锚筒，所述的锚筒内同轴开设有锥形通孔，所述的锥形通孔内嵌设有与所述的锥形通孔相适配的装设有FRP筋/索的套管组件，所述锚筒的端部固定设置有封盖，所述锥形通孔的孔径由所述锚筒的自由端至受荷端呈从小到大分布。
所述的套管组件包括管壁上轴向开设有至少三条结构相同的分割槽的套管，所述的FRP筋/索通过粘结介质固定设置在所述的套管内，所述的分割槽由所述的套管的后端面一直延伸至所述的套管的前端部，所述的套管伸入所述的锥形通孔中并与所述的锥形通孔过盈配合，所述的套管的后端部伸出所述锚筒的自由端，所述的套管的后端部上螺接有后封盖，所述的后封盖的端面压在所述的锚筒的后端面上，所述锚筒的受荷端上螺接有前封盖，所述的FRP筋/索穿过所述的前封盖，当整个锚固体系受较大的外拉力作用时，套管与锚筒之间会发生相互脱离的趋势，前封盖能有效防止这种相互脱离的发生，后封盖也起到一定的阻止套管与锚筒之间相互脱离的作用。
所述套管的内壁上间隔开设有多个环形凹槽，它可有效阻止粘结介质与套管间发生相互脱离，从而使得受荷端的FRP筋/索表面不会发生压应力集中现象，进而避免了受荷端的FRP筋/索受损现象的发生。
所述锚筒的受荷端上设置有环形挡面，所述的前封盖的端面压在所述的环形挡面上，使得前封盖能更有效地防止套管与锚筒之间相互脱离现象的发生，所述的FRP筋/索与所述的前封盖之间设置有塑料套圈，避免了因FRP筋/索与前封盖间的摩擦造成的FRP筋/索表面受损现象的发生。
所述的前封盖上开设有凹槽，所述的凹槽内填充有防腐材料，所述的套管的后端部内填充有防腐材料，可较大程度地减少外部不利环境因素（如雨水、酸或碱性物质、冻融循环作用、干湿循环作用及湿热作用等）对锚固区内粘结介质与FRP筋/索的粘结界面的腐蚀作用，从而有效地提高了锚固体系的耐久性。
所述的防腐材料采用高密度聚乙烯。
所有分割槽的宽度之和为S，所述的套管的长度为L1，所述的锥形通孔的内锥角为θ，则S≥2πL1tgθ。
所述的FRP筋/索的外径为d1，所述的锥形通孔的最大孔径为d2，所述的锚筒的外径为d3，则d2≥1.2(d1+2L1tgθ)，1.2d2≤d3≤1.4d2。
所述的锥形通孔的内锥角θ满足0.5°≤θ≤1.5°，所述的锚筒的长度L2满足120mm≤L2≤350mm。
所述的粘结介质采用环氧树脂胶或环氧树脂砂浆。
与现有技术相比，本发明的优点在于由于锥形通孔内嵌设有与锥形通孔相适配的装设有FRP筋/索的套管组件，锚筒的端部固定设置有封盖，锥形通孔的孔径由锚筒的自由端至受荷端呈从小到大分布（与现有锚筒相反），锚固区的受力发生了根本性变化，受力更趋合理，使得锚固区内FRP筋/索表面压应力由受荷端至自由端呈从小到大分布，使得锚固区的粘结力主要分布在锚固体系的后面部分（即靠近自由端的部分），粘结力的峰值出现在自由端，避免了受荷端的FRP筋/索表面应力集中现象的出现，从而有效避免了由于受荷端的FRP筋/索的过早受损而导致整根FRP筋/索提前进入破坏状态现象的发生，大大提高了锚固效率，使得锚具的锚固效率系数达到100%；另外，由于锚固区受力较现有锚具有了根本性的改变，且受力的合理性有较大幅度的提高，使得锚筒的长度相对于同类装置可以缩短30~50%，锚筒的外径相对于同类装置可以缩小20~30%，锚具的体积相对于同类装置可以减少55%~75%，降低了生产成本，便于组装操作，也有利于后期维护成本的降低。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为图1中A-A处的剖视图；
图3为本发明中套管组件的结构示意图；
图4为图3中B-B处的剖视图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图所示，一种纤维增强复合材料筋/索锚具，包括用于锚固FRP筋/索1的锚筒2，锚筒2内同轴开设有锥形通孔21，锥形通孔21内嵌设有与锥形通孔21相适配的装设有FRP筋/索1的套管组件，锥形通孔21的孔径由锚筒2的自由端23至受荷端24呈从小到大分布，套管组件包括沿轴向开设有四条结构相同的分割槽311的套管31，分割槽311均匀分布在套管31的管壁上，套管31的内壁上间隔开设有多个环形凹槽312，FRP筋/索1通过粘结介质32固定设置在套管31内，粘结介质32采用环氧树脂胶或环氧树脂砂浆，分割槽311由套管31的后端面315一直延伸至套管31的前端部314，套管31伸入锥形通孔21中并与锥形通孔21过盈配合，套管31的后端部313伸出锚筒2的自由端23，套管31的后端部313内填充有高密度聚乙烯4，套管31的后端部313上螺接有后封盖5，后封盖5的端面压在锚筒2的后端面上，锚筒2的受荷端24上螺接有前封盖6，锚筒2的受荷端24上设置有环形挡面22，前封盖6的端面压在环形挡面22上，前封盖6上开设有凹槽61，凹槽61内填充有高密度聚乙烯4，FRP筋/索1穿过前封盖6，FRP筋/索1与前封盖6之间设置有塑料套圈7，所有分割槽311的宽度之和为S，套管31的长度为L1，锥形通孔21的内锥角为θ，则S≥2πL1tgθ，FRP筋/索1的外径为d1，锥形通孔21的最大孔径为d2，锚筒2的外径为d3，则d2≥1.2(d1+2L1tgθ)，1.2d2≤d3≤1.4d2，锥形通孔21的内锥角θ满足0.5°≤θ≤1.5°，锚筒2的长度L2满足120mm≤L2≤350mm。
上述实施例中的分割槽311的数量根据实际需求也可以为三条、五条或更多。
本发明纤维增强复合材料筋/索锚具的组装流程：先将FRP筋/索1放进套管31内，接着往套管31中灌注粘结介质32形成套管组件，通过千斤顶将事先预制好套管组件顶至锥形通孔21内，然后在锚筒2的受荷端24上螺接填充有高密度聚乙烯4的前封盖6，在套管31的后端部313内填充高密度聚乙烯4，在套管31的后端部313上螺接后封盖5，最后在锚筒2的外表面上旋接上传力螺母，即可完成组装，实现了模块化组装，组装方便。
Claims (9)
1.一种纤维增强复合材料筋/索锚具，包括用于锚固FRP筋/索的锚筒，所述的锚筒内同轴开设有锥形通孔，所述的锥形通孔内嵌设有与所述的锥形通孔相适配的装设有FRP筋/索的套管组件，所述锚筒的端部固定设置有封盖，所述的锥形通孔的孔径由所述锚筒的自由端至受荷端呈从小到大分布，其特征在于：所述的套管组件包括管壁上轴向开设有至少三条结构相同的分割槽的套管，所述的FRP筋/索通过粘结介质固定设置在所述的套管内，所述的分割槽由所述的套管的后端面一直延伸至所述的套管的前端部，所述的套管伸入所述的锥形通孔中并与所述的锥形通孔过盈配合，所述的套管的后端部伸出所述锚筒的自由端，所述的套管的后端部上螺接有后封盖，所述的后封盖的端面压在所述的锚筒的后端面上，所述锚筒的受荷端上螺接有前封盖，所述的FRP筋/索穿过所述的前封盖。
2.根据权利要求1所述的一种纤维增强复合材料筋/索锚具，其特征在于：所述套管的内壁上间隔开设有多个环形凹槽。
3.根据权利要求1所述的一种纤维增强复合材料筋/索锚具，其特征在于：所述锚筒的受荷端上设置有环形挡面，所述的前封盖的端面压在所述的环形挡面上，所述的FRP筋/索与所述的前封盖之间设置有塑料套圈。
4.根据权利要求3所述的一种纤维增强复合材料筋/索锚具，其特征在于：所述的前封盖上开设有凹槽，所述的凹槽内填充有防腐材料，所述的套管的后端部内填充有防腐材料。
5.根据权利要求4所述的一种纤维增强复合材料筋/索锚具，其特征在于：所述的防腐材料采用高密度聚乙烯。
6.根据权利要求1所述的一种纤维增强复合材料筋/索锚具，其特征在于：所有分割槽的宽度之和为S，所述的套管的长度为L1，所述的锥形通孔的内锥角为θ，则S≥2πL1tgθ。
7.根据权利要求6所述的一种纤维增强复合材料筋/索锚具，其特征在于：所述的FRP筋/索的外径为d1，所述的锥形通孔的最大孔径为d2，所述的锚筒的外径为d3，则d2≥1.2(d1+2L1tgθ)，1.2d2≤d3≤1.4d2。
8.根据权利要求7所述的一种纤维增强复合材料筋/索锚具，其特征在于：所述的锥形通孔的内锥角θ满足0.5°≤θ≤1.5°，所述的锚筒的长度L2满足120mm≤L2≤350mm。
9.根据权利要求1所述的一种纤维增强复合材料筋/索锚具，其特征在于：所述的粘结介质采用环氧树脂胶或环氧树脂砂浆。
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