CN104631853B - 一种用于加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固装置及其锚固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固装置及其锚固方法，锚固装置包括嵌固于混凝土结构预留槽孔中缠绕有纤维布的锚板，所述纤维布用于对混凝土结构进行加固，所述预留槽孔用于锚固锚板。槽孔宽度应稍大于锚板缠绕纤维布后的厚度从而使锚板在纤维布受力后在预留槽孔中绕一定方向转动，最终使锚板与槽孔两侧壁形成压力而实现锚板在槽孔中的自锁锚固。具体实施时，先将湿贴的纤维布按照一定方法缠绕固定于具有一定刚度的锚板实现纤维布自锁，然后将锚板自锁定位于预先开好的混凝土槽孔之中，最后使用粘结紧固材料封装使锚板固定于槽孔中。

Description

一种用于加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固装置及其锚固方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土结构锚固装置，尤其涉及一种用于加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固装置。本发明还涉及一种用于加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固方法。

背景技术

纤维增强复合材料（Fibre Reinforced Polymer/Plastic,简称FRP）因具有高强度、耐腐蚀、轻质、施工便捷等优点，被广泛运用于混凝土结构及其他结构的加固中。目前在结构加固工程中主要是采用FRP纤维布外贴于梁、板、柱等结构构件表面的形式以提高结构构件的承载力。大量试验研究发现：采用外贴FRP加固的混凝土结构构件，FRP剥离破坏是一种典型的破坏形式。由于该破坏形式的存在，导致了FRP高强的材料性能未能充分得到利用，制约了外贴FRP应用于结构加固的效果。为了延迟甚至避免FRP过早剥离的发生，提高FRP加固的效果，需要一种有效且应用方便的外贴FRP锚固装置。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种有效且应用方便的锚固装置，用于延缓或避免外贴FRP加固混凝土结构的剥离破坏，从而增加FRP材料利用率，增强外贴FRP加固结构的效果。

本发明还提供一种实现上述锚固装置有效锚固的锚固方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用于加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固装置，包括塞于混凝土结构的预留槽孔的锚板、封装槽孔的粘结紧固材料、端部缠绕于所述锚板的纤维布，所述纤维布粘贴于混凝土结构的表面，所述预留槽孔高度大于锚板缠绕纤维布后的厚度，使纤维布张紧并拉紧锚板，锚板受纤维布牵拉在预留槽孔中旋转一定角度，锚板两侧边分别抵住预留槽孔的两侧壁产生接触面压力实现自锁，装入锚板后，在槽孔中锚板周边的空隙位置注入粘结紧固材料，使锚板固定于预留槽孔中。

作为本发明用于加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固装置的技术方案的一种改进，所述粘结紧固材料为粘结胶水、树脂、树脂改性混凝土、膨胀混凝土中至少一种。

作为本发明用于加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固装置的技术方案的一种改进，所述锚板为硬质木板、金属板或纤维复合板材。

作为本发明用于加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固装置的技术方案的一种改进，所述锚板中部沿其厚度方向设有至少一个扁窄形通孔。

作为本发明用于加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固装置的技术方案的一种改进，纤维布穿过锚板中间的通孔缠绕于锚板使纤维布的相邻层之间所受牵引力方向相反，使纤维复合材料能够自锁在锚板上。

作为本发明用于加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固装置的技术方案的一种改进，纤维布穿过通孔在锚板上缠绕至少一次。

作为本发明用于加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固装置的技术方案的一种改进，所述锚板的表面为粗糙面或凹凸相间表面。

作为本发明用于加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固装置的技术方案的一种改进，所述预留槽孔的深度大于锚板的宽度。

本发明还采用下述方法技术方案来解决稳定锚固避免剥离破坏的问题：一种用于加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、在混凝土结构设置预留槽孔，所述预留槽孔为斜向或平行或竖向设置；

B、将纤维布的端部缠绕于锚板；

C、纤维布外贴于混凝土结构表面，将缠绕有纤维布的锚板装入预留槽孔中，使纤维布张紧并拉紧锚板，锚板旋转一定角度，两侧边分别抵住预留槽孔的上下侧面形成自锁。

作为本发明用于加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固方法的技术方案的一种改进，装入锚板后，在锚板周边的空隙位置注入凝结剂，使锚板固定于预留槽孔中。

作为本发明用于加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固方法的技术方案的一种改进，所述锚板中部设有扁窄形通孔，纤维布穿过通孔缠绕于锚板使纤维布的相邻层之间所受牵引力方向相反，纤维布缠绕在锚板上至少一圈。

本发明的有益效果在于：将湿贴的FRP纤维布缠绕固定于具有一定刚度的锚板（锚板材料可为钢材、木材或者其他型材等）上，然后将锚板与所缠绕的FRP布一起用合适的树脂锚固在预先开好的混凝土槽孔之中，最后用胶水封装，使得锚板稳定锚固避免剥离破坏。锚板在混凝土槽孔中受纤维布牵拉而具有旋转运动倾向，使得锚板倾斜地停止于槽孔中，同时受摩擦力作用使得其自锁于槽孔中，形成稳定的自锁锚固结构。上述锚固装置具有良好的锚固效果，同时具有制作简便、可模性好、施工简单、成本低等优点，因此能够较好的应用于实际工程结构加固。

用于加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固方法通过自锁将锚板固定安装于混凝土槽孔中，使纤维布紧紧贴合混凝土，避免剥离破坏，起到较好的加固作用。

附图说明

图1为本发明一种用于加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固装置第一实施例的结构示意图。

图2为图1的缠绕纤维布处的横截面结构示意图。

图3为本发明一种用于加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固装置第二实施例的结构示意图。

图4为图3的缠绕纤维布处的横截面结构示意图。

图5为图3的缠绕纤维布处的另一种可能横截面结构示意图。

图6为缠绕纤维布的锚板在槽孔中实现自锚示意图。

图7为锚板的方形截面结构示意图。

图8为锚板的圆形截面结构示意图。

图9为锚板的长方形截面结构示意图。

图10为板状锚板设有通孔时的截面结构示意图。

图11为锚板缠绕一次纤维布的实施示意图。

图12为锚板缠绕二次纤维布的实施示意图。

图13为纤维布穿孔缠绕形成相邻层的纤维布12反向受力运动示意图。

具体实施方式

下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。

如图1、图2所示，本发明一种用于加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固装置，其包括塞于混凝土结构11（包括梁、板、柱等结构）的预留槽孔的锚板15、端部缠绕于所述锚板15的纤维布12，锚板以及缠绕部分纤维布使用粘结紧固材料在封装槽孔中，所述纤维布12粘贴于混凝土结构的表面，所述预留槽孔高度大于锚板15缠绕纤维布12后的厚度使锚板15受纤维布12牵拉在预留槽孔中自转倾斜布置而实现自锁。其中，纤维布12张紧并拉紧锚板15，锚板15受纤维布12牵拉在预留槽孔中旋转一定角度，锚板15两侧边分别抵住预留槽孔的两侧壁产生接触面压力实现自锁，装入锚板15后，在槽孔中锚板周边的空隙位置注入粘结紧固材料，使锚板15固定于预留槽孔中。将湿贴的FRP纤维布12缠绕固定于具有一定刚度的锚板15或者锚杆上，然后将锚板15与所缠绕的FRP布一起用合适的树脂锚固在预先开好的混凝土槽孔之中，最后用胶水16封装。锚板15在混凝土槽孔中受纤维布牵拉而具有旋转运动倾向，使得锚板15倾斜地停止于槽孔中，同时受摩擦力作用使得其自锁于槽孔中，形成稳定的自锁锚固结构。上述锚固装置具有良好的锚固效果，同时具有制作简便、可模性好、施工简单、成本低等优点，因此能够较好的应用于实际工程结构加固。

与现有技术相比，本专利涉及的锚固装置将FRP布缠绕于锚板15然后在混凝土槽孔中进行定位并锚固，利用锚板15因受力导致的转动趋势，在局部与混凝土槽孔形成受压面使锚板15在槽孔中自锁，增加锚板15以及缠绕FRP纤维布12与混凝土的摩擦力，从而增加整体锚固效果。从而避免了需要额外用锚杆将FRP布的力传递到混凝土构件上，避免了由于要用螺栓对锚杆（或者锚板）进行二次锚固需要增加材料及施工费用及可能干扰混凝土内原有钢筋受力的缺点。本发明中直接将FRP布缠绕在锚板12上进行锚固，传力途径简单，避免了纤维锚具与被锚固纤维搭接传力引起的应力集中所导致的锚固区纤维提前拉断的问题。

锚固装置可以设置一个整体的纤维布12（如图3所示），也可以设置多个纤维布12并排设置（如图1所示）。所述预留槽孔可以设为如图5所示的斜向布置，也可以设置为图2所示的水平平行布置，还可以设为图4所示的竖向设置。

其中，所述粘结紧固材料为粘结胶水、树脂、树脂改性混凝土、膨胀混凝土中至少一种，用于将锚板15固定安装在混凝土结构中。

更佳地，所述锚板15为木板、金属板或纤维复合板，锚板15的材料可为钢材、木材或者其他型材等，选择结实的实木木板、金属板或者纤维复合板，可以产生较为强大的支撑力，形成稳固的支点。

更佳地，所述锚板15中部沿其厚度方向设有通孔18，通孔沿其长度方向延伸布置，通孔为扁窄形且至少设置一个，可以两个以上。本锚固装置在需要时可通过在锚板15中间开孔的方式，使FRP布穿孔缠绕形成相邻层的纤维布12反向受力运动（如图6所示），相邻层的纤维布12彼此摩擦锁紧避免相对移动，从而达到自锁锚固稳定的效果，即利用FRP布穿过开孔锚板15后缠绕形成不同层纤维布12反向受力状态，使FRP与锚板15达到自锚固效果。

更佳地，所述锚板15中部沿其长度方向设有至少两个通孔，使得纤维布可以在锚板15多次穿插往复，实现自锚固式的牢固缠绕。

更佳地，纤维布12穿过锚板中间的通孔缠绕于锚板15使纤维布12的相邻层之间所受牵引力方向相反，并且相邻层彼此贴紧产生摩擦力实现自锁，纤维复合材料即纤维布12自锁于锚板15，锚板15自锁于槽孔中实现锚固，实现纤维布12装贴于混凝土结构的预设槽孔中。

在实际施工过程中亦可通过增加FRP纤维布12在锚板15上的缠绕圈数和锚板15的厚度来减小埋置深度，同时锚板15根据实际需要可以为不同的截面形状（如图7、图8、图9、图10所示）。通过自锚以及增加缠绕圈数来增加锚固端FRP布与混凝土的粘结面积，从而增加锚固效果；合适条件下（FRP非连续粘贴），可以增加锚板15尺寸，将锚板15伸到FRP缠绕区域之外并进行锚固，以提供额外的锚固效果。

更佳地，纤维布12穿过通孔在锚板15上缠绕至少一次，如图11、图12、图13所示，使其牢固缠绕于锚板15甚至相邻纤维布12之间通过摩擦力形成自锁。

更佳地，所述锚板15的表面为粗糙面或凹凸相间表面，可以增加纤维布12与锚板15之间的摩擦力，增进彼此之间的连结强度。

更佳地，所述预留槽孔的深度大于锚板15的宽度，使得锚板15可以整体嵌入预留槽孔中，实现牢固锚定。

本发明中，实施上述锚固装置的一种用于加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固方法，其包括以下步骤：

A、在混凝土结构11设置预留槽孔，所述预留槽孔为斜向或平行或竖向设置，即任意角度安装都是可以的，随混凝土结构11及安装需要而定，该预留槽孔用于嵌装锚板15，锚板置于预留槽孔内，在纤维布12的牵引力作用下产生旋转趋势从而自锁于该槽孔中；

B、将纤维布12的端部缠绕于锚板15，形成可供锚固的端部；

C、纤维布12外贴于混凝土结构11的表面，将缠绕有纤维布12的锚板15装入预留槽孔中，使纤维布12张紧并拉紧锚板15，锚板15旋转一定角度，两侧边分别抵住预留槽孔的上下侧面形成自锁，从而将锚板15锚固于混凝土结构11中，提供锚固后产生的牵引力，对混凝土结构11产生加固作用。

更佳地，装入锚板15后，在锚板15周边的空隙位置注入凝结剂，使锚板15固定于预留槽孔中。凝结剂可以是胶水16或其他封装用的材料，使锚板15固结安装于槽孔中，由于本锚固装置是通过胶水16封装埋在混凝土槽内，可以避免金属锚具容易锈蚀的通病，使其具有耐腐蚀的优点。

更佳地，所述锚板15中部设有扁窄形通孔，纤维布12穿过通孔18缠绕于锚板15使纤维布12的相邻层之间所受牵引力方向相反，在摩擦力作用下难以产生错位移动，从而使纤维布12牢固缠结于锚板15形成稳定的锚固点，使得锚固后的纤维布12稳定不移动，避免粘结于混凝土结构11产生剥离破坏。纤维布缠绕在锚板15上至少一圈，如图11、图12、图13所示，使其牢固缠绕于锚板15甚至相邻纤维布12之间通过摩擦力形成自锁。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (11)

1.一种用于加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固装置，其特征在于：包括塞于混凝土结构的预留槽孔的锚板、封装槽孔的粘结紧固材料、端部缠绕于所述锚板的纤维布，所述纤维布粘贴于混凝土结构的表面，所述预留槽孔高度大于锚板缠绕纤维布后的厚度，使纤维布张紧并拉紧锚板，锚板受纤维布牵拉在预留槽孔中旋转一定角度，锚板两侧边分别抵住预留槽孔的两侧壁产生接触面压力实现自锁，装入锚板后，在槽孔中锚板周边的空隙位置注入粘结紧固材料，使锚板固定于预留槽孔中。

2.根据权利要求1所述的用于加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固装置，其特征在于：所述粘结紧固材料为粘结胶水、树脂、树脂改性混凝土、膨胀混凝土中至少一种。

3.根据权利要求1所述的用于加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固装置，其特征在于：所述锚板为硬质木板、金属板或纤维复合板材。

4.根据权利要求1所述的用于加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固装置，其特征在于：所述锚板中部沿其厚度方向设有至少一个扁窄形通孔。

5.根据权利要求4所述的用于加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固装置，其特征在于：纤维布穿过锚板中间的通孔缠绕于锚板使纤维布的相邻层之间所受牵引力方向相反，使纤维复合材料能够自锁在锚板上。

6.根据权利要求4所述的用于加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固装置，其特征在于：纤维布穿过通孔在锚板上缠绕至少一次。

7.根据权利要求1所述的用于加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固装置，其特征在于：所述锚板的表面为粗糙面或凹凸相间表面。

8.根据权利要求1所述的用于加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固装置，其特征在于：所述预留槽孔的深度大于锚板的宽度。

9.一种用于加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、在混凝土结构设置预留槽孔，所述预留槽孔为斜向或平行或竖向设置；

B、将纤维布的端部缠绕于锚板；

C、纤维布外贴于混凝土结构表面，将纤维布两端缠绕在锚板上并装入预留槽孔中，使纤维布张紧并拉紧锚板，锚板旋转一定角度，两侧边分别抵住预留槽孔的上下侧面形成自锁。

10.根据权利要求9所述的用于加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固方法，其特征在于：装入锚板后，在锚板周边的空隙位置注入凝结剂，使锚板固定于预留槽孔中。

11.根据权利要求9所述的用于加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固方法，其特征在于：所述锚板中部设有扁窄形通孔，纤维布穿过通孔缠绕于锚板使纤维布的相邻层之间所受牵引力方向相反，纤维布缠绕在锚板上至少一圈。