CN103255878A - 一种新型弹性夹环式锚具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型弹性夹环式锚具，特点是包括用于套设在CFRP筋锚固区的软金属套管、呈倒锥形的弹性夹环、锚环和锚垫板，弹性夹环紧密套设在软金属套管的中部，弹性夹环整体卡嵌在锚环的锥形孔中，锚环抵接在所述的锚垫板上，弹性夹环的顶端沿其径向设置有三个上矩形槽，弹性夹环的底端沿其径向设置有三个下矩形槽，上矩形槽与下矩形槽沿径向交错分布，软金属套管与CFRP筋之间的摩阻角大于弹性夹环与锚环之间的摩阻角和弹性夹环的圆锥角之和，优点是能避免锚固区CFRP筋发生破坏，结构简单、施工方便、重复使用率高。

Description

一种新型弹性夹环式锚具

技术领域

本发明涉及一种锚具，尤其是涉及一种新型弹性夹环式锚具。 

背景技术

碳纤维复合材料（CFRP）是纤维复合材料（FRP）的一种，与工程中普遍使用的钢才相比，具有高强、质轻、耐腐蚀、耐电磁等特点；由CFRP材料制成的CFRP筋具备上述各种优点，因此可取代传统意义上的钢材应用于工程实际。同时，CFRP筋非常适合作预应力筋，但由于其横向抗剪强度较低，仅为纵向抗剪强度的10%左右，因此传统的预应力筋锚具不再适用于CFRP筋，需要研发新型CFRP筋锚具以提高CFRP筋的横向抗剪强度。 

现有的用于提高CFRP筋的横向效应的锚具，从锚固受力原理上主要可分为楔形夹持式和粘结型两大类，并由此派生出许多锚具系统，具体如下： 

①、粘结型锚具：锚固效率高，稳定可靠，对碳筋没有损伤，但该种锚具不易对中，对粘结材料的要求高，锚具的尺寸偏大，施工不方便，锚具不能重复使用，粘结材料固化时间和耐久性有待进一步验证。 

②、楔形夹持式锚具又分为夹片式锚具和锥塞式锚具两类。 

夹片式锚具由于夹片夹持效应，对CFRP筋产生较大的夹持力，容易使CFRP筋局部破坏，进而导致锚具失效，另外在锚固区CFRP筋也可能发生剪切破坏。 

锥塞式锚具避免了夹片对CFRP筋的夹持，但是由于CFRP筋在锚具前段不是直线型，存在变角现象，容易产生应力集中导致CFRP筋破坏，对CFRP筋的强度发挥有影响，并且对施工技术要求比较高，实际工程中较少使用。 

③、楔形树脂锚具结合了夹片式锚具和树脂—套管锚具的特点，是对树脂套管锚具的一种改进，但此类锚具仍存在蠕变变形以及湿热抵抗性差的问题。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能避免锚固区CFRP筋发生破坏的结构简单、施工方便、能重复使用的新型弹性夹环锚具。 

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种新型弹性夹环式锚具，包括用于套设在CFRP筋锚固区的软金属套管、呈倒锥形的弹性夹环、锚环和锚垫板，所述的弹性夹环紧密套设在所述的软金属套管的中部，所述的弹性夹环整体卡嵌在所述的锚环的锥形孔中，所述的锚环抵接在所述的锚垫板上，所述的弹性夹环的顶端沿其径向设置有三个上矩形槽，所述的弹性夹环的底端沿其径向设置有三个下矩形槽，所述的上矩形槽与所述的下矩形槽沿径向交错分布，所述的软金属套管与所述的CFRP筋之间的摩阻角大于所述的弹性夹环与所述的锚环之间的摩阻角和所述的弹性夹环的圆锥角之和。 

所述的软金属套管采用薄壁铝套管或铜套管，所述的软金属套管的内径与所述的CFRP筋的直径相同，所述的软金属套管的厚度为所述的CFRP筋的厚度的3%-5%，所述的软金属套管的两端比所述的弹性夹环的两端相应的长10-15cm，所述的软金属套管的内表面喷涂砂。软金属套管的作用是在弹性夹环和CFRP筋之间产生较大的接触面，减少CFRP筋上的应力集中现象，软金属套管内表面喷砂主要是满足一些表面比较光滑的碳筋的锚固，对于本身表面就比较粗糙的碳筋没必要再喷砂，外表面不需要喷砂。 

所述的软金属套管的管壁轴向设置有具有一定宽度的缝隙。剪开一条缝后，软金属套管包住碳纤维筋，碳筋在受力向里跟进时，弹性夹环对碳筋产生挤压应力，而弹性夹环经过剪切后产生角点对碳筋产生集中应力，软金属套管起到传力介质，曲面型整体套管可以降低集中应力的影响。 

所述的弹性夹环的圆柱形内孔直径与所述的软金属套管的外径相同，所述的弹性夹环的圆柱形内孔的内壁设置有用于提高所述的弹性夹环与所述的软金属套管之间的摩擦力的凹凸不平的纹路，所述的弹性夹环的外壁光滑且其外壁涂覆有一层用于减小所述的弹性夹环与所述的锚环之间的摩擦力的润滑剂。 

所述的弹性夹环的圆柱形内孔的内壁的边缘处设置成圆角。这样使得CFRP筋在弹性夹环小端受力得到良好的过渡，不会产生应力的突变，有效的减小了端口的应力集中。 

所述的锚环的内锥角略小于所述的弹性夹环的外锥角且两者锥角差为0.05°-0.1°。锥角差主要是可以减小弹性夹环小孔端对碳筋的压力峰值，即当夹环式锚具顶进时，锚具后部先出现压力，随锚环顶进距离增加弹性夹环和碳筋接触面积逐渐增大，压力逐 渐向前端发展，其峰值压力要比普通锚具小，可减小锚环小孔端碳筋表面的应力集中现象，从而避免碳筋在锚环小孔端过早进入受剪破坏，两者锥角差为0.05°-0.1°使锚固区碳筋的接触压应力最为均匀。 

所述的上矩形槽和所述的下矩形槽的宽度分别为0.4mm-0.6mm，所述的上矩形槽和所述的下矩形槽的深度分别为所述的弹性夹环长度的3/4-4/5，所述的上矩形槽径向和所述的下矩形槽径向分别穿透弹性夹环。由于弹性夹环和所用CFRP筋的直径基本相等，这样两者之间的空隙小，当弹性夹环向锚环推进时就可以很快对CFRP筋起到夹持作用，同时CFRP筋和弹性夹环直径接近，由于弹性夹环是一个整体，弹性夹环割透后，CFRP筋可以更容易穿过。 

所述的锚环的锥形孔的内壁光滑且其内壁涂覆有一层润滑剂。以减小使用时锚环和弹性夹环之间的摩擦，增加弹性夹环对CFRP筋的夹持力。 

所述的弹性夹环的圆锥角小于或等于所述的锚环与所述的弹性夹环之间的摩阻角。以防预紧完毕卸载后弹性夹环回弹出锚环，使得锚具能够自锁。 

所述的弹性夹环采用强度较小的防腐金属材料，所述的锚环采用防腐金属材料。以提高锚具的抗腐蚀能力。 

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开了一种新型弹性夹环式锚具，： 

包括用于套设在CFRP筋锚固区的软金属套管、呈倒锥形的弹性夹环、锚环和锚垫板，弹性夹环紧密套设在软金属套管的中部，弹性夹环整体卡嵌在锚环的锥形孔中，锚环抵接在锚垫板上，弹性夹环的顶端沿其径向设置有三个上矩形槽，弹性夹环的底端沿其径向设置有三个下矩形槽，上矩形槽与所述的下矩形槽沿径向交错分布，软金属套管与CFRP筋之间的摩阻角大于弹性夹环与锚环之间摩阻角和弹性夹环的圆锥角之和。当弹性夹环顶进锚环的时候，整个弹性夹环同步跟进，并且当CFRP筋产生变形时，三个上矩形槽和三个下矩形槽同步夹紧，这样使得作用在CFRP筋上的压力更均匀，不会对CFRP筋造成局部损失，不存在普通夹片式锚具由于夹片跟进距离过长导致夹片错位和各片夹片分布不均匀，导致CFRP筋受力不均匀等情况出现；同时软金属套管与CFRP筋之间的摩阻角大于弹性夹环与锚环之间摩阻角和弹性夹环的圆锥角之和，以使预应力碳筋锚固良好，不致滑移。 

综上所述，本发明一种新型弹性夹环式锚具利用角度差和软化区概念，从锚具材料和夹片形式出发，结合夹片锚具和软金属套管锚具的优点，提供一种结构简单、设计灵活、施工方便的新型弹性夹环锚具。 

附图说明

图1为本发明的弹性夹环式锚具的结构示意图； 

图2为图1中的A—A′截面剖视图； 

图3为本发明的软金属套管的结构示意图； 

图4为本发明的弹性夹环的结构示意图； 

图5为图4中的B—B′截面剖视图； 

图6为本发明的群锚结构示意图。 

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。 

具体实施例 

本发明一种新型弹性夹环式锚具，如图1和图2所示，包括用于套设在CFRP筋1锚固区的软金属套管2、呈倒锥形的弹性夹环3、锚环4和锚垫板5，弹性夹环3紧密套设在软金属套管2的中部，弹性夹环3整体卡嵌在锚环4的锥形孔中，锚环4抵接在锚垫板5上，弹性夹环3的顶端沿其径向设置有三个上矩形槽6（见图4），弹性夹环3的底端沿其径向设置有三个下矩形槽7（见图4），上矩形槽6与下矩形槽7沿径向交错分布，软金属套管2与CFRP筋1之间的摩阻角大于弹性夹环3与锚环4之间的摩阻角和弹性夹环3的圆锥角之和。 

在此具体实施例中，如图3所示，软金属套管2采用薄壁铝套管或铜套管，软金属套管2的内径与CFRP筋1的直径相同，软金属套管2的厚度为CFRP筋1的厚度的3%-5%，软金属套管2的两端比弹性夹环3的两端相应的长10-15cm，软金属套管2的内表面喷涂砂。软金属套管2内表面喷砂主要是满足一些表面比较光滑的碳筋的锚固，对于本身表面就比较粗糙的碳筋没必要再喷砂，外表面不需要喷砂。软金属套管2的管壁轴向设置有具有一定宽度的缝隙8。 

在此具体实施例中，如图4和图5所示，弹性夹环3的圆柱形内孔直径与软金属套管2的外径相同，弹性夹环3的圆柱形内孔的内壁设置有用于提高弹性夹环3与软金属套管2之间的摩擦力的凹凸不平的纹路（图中未显示），弹性夹环3的外壁光滑且其外壁涂覆有一层用于减小弹性夹环3与锚环4之间的摩擦力的润滑剂（图中未显示）。弹性夹环3的圆柱形内孔的内壁的边缘处设置成圆角（图中未显示）。这样使得CFRP筋1在弹性夹环3小 端受力得到良好的过渡，不会产生应力的突变，有效的减小了端口的应力集中。 

在此具体实施例中，上矩形槽6和下矩形槽7的宽度分别为0.4mm-0.6mm，上矩形槽6和下矩形槽7的深度分别为弹性夹环3长度的3/4-4/5。上矩形槽6和下矩形槽7均径向穿透弹性夹环3，由于弹性夹环3和所用CFRP筋1的直径基本相等，这样两者之间的空隙小，当弹性夹环3向锚环4推进时就可以很快对CFRP筋1起到夹持作用，同时CFRP筋1和弹性夹环3直径接近，由于弹性夹环3是一个整体，弹性夹环3割透后，CFRP筋1可以更容易穿过。在穿透径向的前提下，如果上矩形槽6和下矩形槽7轴向割透的话，就相当于把弹性夹环3分成几片了，这样的话在预紧时就会失去同步跟进的效果，成片的夹环接触的缝隙处也会对碳筋造成挤压；所以，如果不穿透径向的话就不存在把弹性夹环3割透的问题了。 

在此具体实施例中，如图1所示，锚环4的内锥角略小于弹性夹环3的外锥角且两者锥角差为0.05°-0.1°。锚环4的锥形孔的内壁光滑且其内壁涂覆有一层润滑剂。弹性夹环3的圆锥角小于或等于锚环4与弹性夹环3之间的摩阻角。以防预紧完毕卸载后弹性夹环回弹出锚环，使得锚具能够自锁。 

在此具体实施例中，弹性夹环3采用强度较小的防腐金属材料（例如铝合金材料），锚环4采用防腐金属材料。以提高锚具的抗腐蚀能力。 

具体操作如下：如图6所示，首先将锚环4内表面以及弹性夹环3外表面涂上一层润滑剂，将锚环4抵在锚垫板5上，然后将CFRP筋1的端部穿过锚环4的锥形孔，将软金属套管2套在CFRP筋1的锚固区，接着将弹性夹环3塞入锚环4，之后沿CFRP筋1轴向调节弹性夹环3与软金属套管2的相对位置，将弹性夹环3置于软金属套管2中部，将CFRP筋1、软金属套管2及弹性夹环3整体结构与锚环4塞紧；用千斤顶对弹性夹环3的顶部（横截面最大处）施加预紧力至设计吨位，使CFRP筋1、软金属套管2、弹性夹环3、锚环4以及锚垫板5之间相互紧贴，并形成一个整体结构。至此，即可完成本发明锚具装置应用。群锚的施工方法和上述单个锚具的施工方法相同。 

当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例。本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。 

Claims (10)

1.一种新型弹性夹环式锚具，其特征在于：包括用于套设在CFRP筋锚固区的软金属套管、呈倒锥形的弹性夹环、锚环和锚垫板，所述的弹性夹环紧密套设在所述的软金属套管的中部，所述的弹性夹环整体卡嵌在所述的锚环的锥形孔中，所述的锚环抵接在所述的锚垫板上，所述的弹性夹环的顶端沿其径向设置有三个上矩形槽，所述的弹性夹环的底端沿其径向设置有三个下矩形槽，所述的上矩形槽与所述的下矩形槽沿径向交错分布，所述的软金属套管与所述的CFRP筋之间的摩阻角大于所述的弹性夹环与所述的锚环之间的摩阻角和所述的弹性夹环的圆锥角之和。

2.根据权利要求1所述的一种新型弹性夹环式锚具，其特征在于：所述的软金属套管采用薄壁铝套管或铜套管，所述的软金属套管的内径与所述的CFRP筋的直径相同，所述的软金属套管的厚度为所述的CFRP筋的厚度的3%-5%，所述的软金属套管的两端比所述的弹性夹环的两端相应的长10-15cm，所述的软金属套管的内表面喷涂砂。

3.根据权利要求1所述的一种新型弹性夹环式锚具，其特征在于：所述的软金属套管的管壁轴向设置有具有一定宽度的缝隙。

4.根据权利要求1所述的一种新型弹性夹环式锚具，其特征在于：所述的弹性夹环的圆柱形内孔直径与所述的软金属套管的外径相同，所述的弹性夹环的圆柱形内孔的内壁设置有用于提高所述的弹性夹环与所述的软金属套管之间的摩擦力的凹凸不平的纹路，所述的弹性夹环的外壁光滑且其外壁涂覆有一层用于减小所述的弹性夹环与所述的锚环之间的摩擦力的润滑剂。

5.根据权利要求4所述的一种新型弹性夹环式锚具，其特征在于：所述的弹性夹环的圆柱形内孔的内壁的边缘处设置成圆角。

6.根据权利要求1所述的一种新型弹性夹环式锚具，其特征在于： 所述的锚环的内锥角略小于所述的弹性夹环的外锥角且两者锥角差为0.05°- 0.1°。

7.根据权利要求1所述的一种新型弹性夹环式锚具，其特征在于：所述的上矩形槽和所述的下矩形槽的宽度分别为0.4mm-0.6mm，所述的上矩形槽和所述的下矩形槽的深度分别为所述的弹性夹环长度的3/4-4/5，所述的上矩形槽径向和所述的下矩形槽径向分别穿透弹性夹环。

8.根据权利要求1所述的一种新型弹性夹环式锚具，其特征在于：所述的锚环的锥形孔的内壁光滑且其内壁涂覆有一层润滑剂。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种新型弹性夹环式锚具，其特征在于：所述的弹性夹环的圆锥角小于或等于所述的锚环与所述的弹性夹环之间的摩阻角。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的一种新型弹性夹环式锚具，其特征在于：所述的弹性夹环采用强度较小的防腐金属材料，所述的锚环采用防腐金属材料。

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