CN106968246A - 一种用于frp筋的复合式锚具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于FRP筋的复合式锚具，包括锚筒以及预挤压螺帽，所述的锚筒内部沿轴向开设有贯连的夹片段内锥孔以及粘结段内锥孔，其中夹片段内锥孔的一端穿出锚筒，粘结段内锥孔的内部填充有胶体且在其端部开设有通孔；所述的夹片段内锥孔内设置有锥形夹片，锥形夹片部分穿出锚筒的端面，锥形夹片的中心处沿轴向开设有中心孔，中心孔内设置有金属保护套；所述的预挤压螺帽扣合在锚筒的端部，预挤压螺帽内设置有预紧装置。本发明克服了现存FRP筋锚具体系由于夹片的切口效应、粘结介质的蠕变导致的结构耐久性问题，该锚具的锚固效率高、锚固体积小且具有优良的物理力学性能和广泛应用前景。

Description

一种用于FRP筋的复合式锚具
技术领域
本发明涉及一种纤维增强高分子结构材料领域中的工程结构用复合式锚具，特别是指应用于一种土木工程领域的FRP筋复合式锚具结构。
背景技术
FRP预应力筋由于高强度、低重量、免锈蚀和抗蠕变性能好等优点，有望在一些实际工程中取代预应力钢筋。但FRP预应力筋是一种正交各向异性材料，其横向强度与纵向强度之比较小，因此锚固预应力钢筋的传统锚具不再适合锚固 FRP筋，否则将会由于FRP筋横向强度过低导致过早失效。此外FRP材料的强度体积比也远大于金属材料，现有的钢绞线锚具也明显偏大。近几年的研究结果表明：配置FRP预应力筋的结构，最终承载力将更多地取决于锚具系统的锚固性能而不是预应力筋本身的强度。
目前已有的FRP筋锚具主要包括粘结式锚具和夹持式锚具，但粘结式锚具的粘结材料固化时间长、抗蠕变性能差和锚固体积大，这使得该技术更适合于地面锚固领域，而不适合需要及时锚固和安装空间有限的工程结构领域。另一方面，现有的夹片式锚具由于长期处在较大疲劳应力幅的工作状态下，夹片小端的刚度较大易发生疲劳破坏，而无法对FRP筋施加有效的预应力。这些问题的存在制约着预应力FRP筋技术的发展和应用。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于，提供一种安全可靠、装备方便、经济实用的FRP筋的复合式锚具，以克服现有锚固体系中存在的缺点和不足。
为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：
一种用于FRP筋的复合式锚具，包括锚筒以及预挤压螺帽，所述的锚筒内部沿轴向开设有贯连的夹片段内锥孔以及粘结段内锥孔，其中夹片段内锥孔的一端穿出锚筒，粘结段内锥孔的内部填充有胶体且在其端部开设有通孔；
所述的夹片段内锥孔内设置有锥形夹片，锥形夹片部分穿出锚筒的端面，锥形夹片的中心处沿轴向开设有中心孔，中心孔内设置有金属保护套；所述的预挤压螺帽扣合在锚筒的端部，预挤压螺帽内设置有预紧装置；所述的复合式锚具在使用时，FRP筋的一端自通孔穿入锚筒，依次经过粘结段内锥孔、金属保护套的内部并顶在预紧装置上。
进一步地，所述的夹片段内锥孔的轴向长度大于粘结段内锥孔，粘结段内锥孔的直径大于夹片段内锥孔的直径，所述的锚筒侧壁上设置有与粘结段内锥孔连通的灌胶孔。
进一步地，所述的粘结段内锥孔的内表面设置有粗糙化处理层，锥形夹片的中心孔内表面进行金刚砂均匀喷涂处理。
进一步地，所述的预挤压螺帽内部沿轴向开设有与夹片段内锥孔同轴的锥形凹槽，预紧装置设置在锥形凹槽中。
进一步地，所述的预紧装置包括上压片和下压片，二者之间通过弹簧连接；其中，上压片的边缘处设置有圆弧倒角，上压片上开设有沿其圆心等距分布的三个半圆形凹槽，半圆形凹槽内装配有球形钢珠；所述的下压片上以及锥形夹片的端部开设有吻合相接的放射状齿纹。
进一步地，所述的下压片上沿中心线的方向开设有穿孔。
进一步地，所述的金属保护套的轴向长度大于锥形夹片的长度，且小于夹片段内锥孔的轴向长度，金属保护套的内壁设置有凹凸不平的纹理。
进一步地，所述的夹片段内锥孔的倾角与锥形夹片的倾角度数相差0.05～ 2°,粘结段内锥孔的倾角是夹片段内锥孔倾角的5～13倍。
与现有结构相比，本发明的技术特点是：
1.本发明锚具的锚固效率高、锚固体积小、施工方便，可人工的使用扳手施加预紧力，便于现场操作。粘结段内锥孔设计有利于粘结介质对筋材产生沿长度方向均匀变化的压应力，同时提高粘结介质在较大应力幅状态下的抗蠕变性能。软金属保护套可有效的保护FRP筋的横向受力，从而避免了由于切口效应或弯折损伤引起的FRP筋的早期断裂破坏和锚固体系的整体失效。预挤压螺帽可起到固定锥形夹片和定位筋材的作用。
2.本发明的复合式锚具发挥了两种现有锚具的优异特征，克服了现存FRP 筋锚具体系由于夹片的切口效应、粘结介质的蠕变导致的结构耐久性问题，有效的提高了FRP筋锚具的耐久性，且具有优良的物理力学性能和广泛应用前景。
附图说明
图1为本发明的整体剖面结构图；
图2为预挤压螺帽的立体结构示意图；
图3(a)为预紧装置的整体结构示意图；
图3(b)为图3(a)的I-I向视图；
图4为锥形夹片的结构示意图；
图5为金属保护套的结构示意图；
图6为锚筒的立体结构示意图；
图中标号代表：1—预挤压螺帽，2—预紧装置，3—锥形夹片，4—金属保护套，5—锚筒，6—锥形凹槽，7—螺纹，8—夹片段内锥孔，9—粘结段内锥孔， 10—灌胶孔，11—通孔，201—圆弧倒角，202—半圆形凹槽，203—球形钢珠， 204—放射状齿纹，205—穿孔，206—下压片，207—上压片，301—放射状齿纹， 302—中心孔，401—纹理，701—内螺纹，702—外螺纹。
具体实施方式
本发明为解决现有的FRP筋锚具中存在的耐久性问题而提供一种空间索网和结构加固工程领域使用的FRP筋复合式锚具，该锚具可有效地锚固正交各向异性材料的FRP筋，且该锚具体积较小，施工方便，具有较大的通用性，参见图1至图6：
一种用于FRP筋的复合式锚具，包括锚筒5以及预挤压螺帽1，所述的锚筒 5内部沿轴向开设有贯连的夹片段内锥孔8以及粘结段内锥孔9，其中夹片段内锥孔8的一端穿出锚筒5，粘结段内锥孔9的内部填充有胶体且在其端部开设有通孔11；
本发明的锚筒5，采用高性能不锈钢铸造成型，外形为圆柱结构，内部有沿中心线延伸的内锥孔，内锥孔的几何形态为前小后大的分阶段变截面结构，包括前述的夹片段内锥孔8以及粘结段内锥孔9。
所述的夹片段内锥孔8内设置有分离式结构的锥形夹片3，锥形夹片3的外形与夹片段内锥孔8相适应，在锥形夹片3部分穿出锚筒5的端面，锥形夹片3 的中心处沿轴向开设有中心孔302，中心孔302内设置有金属保护套4；本实施例中，锥形夹片3的结构如图4所示，其可以看作是由一端锥形柱沿轴向对称劈开形成的结构，两个半锥形夹片3的相对面上各自有沿中心线延伸的凹槽，凹槽对接后形成所述的中心孔302。在中心孔302内表面设置有喷砂化处理层，外表面为光滑平面，便于增强夹片的跟进速度，改善夹持效果。
所述的预挤压螺帽1扣合在锚筒5的端部，预挤压螺帽1内设置有预紧装置 2；所述的复合式锚具在使用时，FRP筋的一端自通孔11穿入锚筒5，依次经过粘结段内锥孔9、金属保护套4的内部并顶在预紧装置2上。本方案中，预挤压螺帽1和锚筒5之间采用螺纹7配合的连接方式，具体地，在预挤压螺帽1的内壁上有内螺纹701，而在锚筒5的外壁上分布有与之配合的外螺纹702。
在本实施例中，夹片段内锥孔8的轴向长度大于粘结段内锥孔9，粘结段内锥孔9的直径大于夹片段内锥孔8的直径，所述的锚筒5侧壁上设置有与粘结段内锥孔9连通的灌胶孔10。粘结段内锥孔9在FRP筋设置后，通过灌胶孔10灌注胶体。这里的胶体用于和FRP筋表面粘结，胶体可以是树脂胶、水泥浆等。
为了增强锚固效果，本方案中，粘结段内锥孔9的倾角是夹片段内锥孔8 倾角的5～13倍，优选为9倍；这里的倾角是指锥形孔的轴向剖面形成的梯形结构中，梯形结构的腰与锥形孔轴心线之间的夹角。所述的夹片段内锥孔8的倾角与锥形夹片3的倾角度数相差0.05～2°，优选为0.1°，例如本实施例中，锥形夹片3与夹片段内锥孔8的倾角度数可以在1.99°至2.76°这个范围内，具体地，锥形夹片3的倾角为2.19°，夹片段内锥孔8的倾角为2.09°，粘结段内锥孔9的倾角为18.81°。
为了提高粘结段内锥孔9中的粘结介质对筋材的压应力，粘结段内锥孔9 内表面进行金刚砂均匀喷涂处理，也可采用靠近夹片段局部范围内进行低密度金刚砂喷涂，而在后部大部分范围内进行高密度金刚沙喷涂处理。金属保护套4 采用铝箔卷制而成，金属保护套4的轴向长度大于锥形夹片3的长度，且小于夹片段内锥孔8的轴向长度，厚度为0.6mm，内壁表面设有凹凸不平的纹理401，便于增加与筋材之间的摩擦力，提高锚固效率。
本方案中，预挤压螺帽1内部沿轴向开设有与夹片段内锥孔8同轴的锥形凹槽6，预紧装置2设置在锥形凹槽6中；具体地，预紧装置2包括上压片207和下压片206，二者之间通过弹簧连接；其中，为了减小预挤压螺帽1与预紧装置 2之间的摩擦力，上压片207的边缘处设置有圆弧倒角201，上压片207上开设有沿其圆心等距分布的三个半圆形凹槽202，半圆形凹槽202内装配有球形钢珠 203；而为了增加预紧装置2与锥形夹片3之间的跟进速度，所述的下压片206 上以及锥形夹片3的较粗一端的端部开设有吻合相接的放射状齿纹204和301，且在下压片206上沿中心线的方向开设有穿孔205，这有利于轴向收拉的筋材贯穿穿孔205、中心孔302的中心线，最终精确贯穿并且固定于所述的内锥孔中。
本发明的FRP筋复合式锚具的具体使用方法，包括以下步骤：
步骤一，将套装有金属保护套4的FRP筋从粘结段内锥孔9、夹片段内锥孔 8中依次穿过；
步骤二，将两块分离的半锥形夹片3拼合成锥形夹片3后放入夹片段内锥孔 8中；
步骤三，将预紧装置2放在预挤压螺帽1中后，再把FRP筋穿过预紧装置2 的下压片206上的穿孔205，完成筋材的定位；
步骤四，将预挤压螺帽1通过螺纹7连接到锚筒5上，通过扳手拧动预挤压螺帽1来施加预紧力，直到无法拧动扳手为止；
步骤五，将胶体通过压力灌胶设备从灌胶孔10进行灌胶直至充满粘结段内锥孔9，完成灌胶；
步骤六：将灌胶完成对锚具进行养护，完成实施步骤。

Claims (8)

1.一种用于FRP筋的复合式锚具，其特征在于，包括锚筒(5)以及预挤压螺帽(1)，所述的锚筒(5)内部沿轴向开设有贯连的夹片段内锥孔(8)以及粘结段内锥孔(9)，其中夹片段内锥孔(8)的一端穿出锚筒(5)，粘结段内锥孔(9)的内部填充有胶体且在其端部开设有通孔(11)；
所述的夹片段内锥孔(8)内设置有锥形夹片(3)，锥形夹片(3)部分穿出锚筒(5)的端面，锥形夹片(3)的中心处沿轴向开设有中心孔(302)，中心孔(302)内设置有金属保护套(4)；所述的预挤压螺帽(1)扣合在锚筒(5)的端部，预挤压螺帽(1)内设置有预紧装置(2)；所述的复合式锚具在使用时，FRP筋的一端自通孔(11)穿入锚筒(5)，依次经过粘结段内锥孔(9)、金属保护套(4)的内部并顶在预紧装置(2)上。
2.如权利要求1所述的用于FRP筋的复合式锚具，其特征在于，所述的夹片段内锥孔(8)的轴向长度大于粘结段内锥孔(9)，粘结段内锥孔(9)的直径大于夹片段内锥孔(8)的直径，所述的锚筒(5)侧壁上设置有与粘结段内锥孔(9)连通的灌胶孔(10)。
3.如权利要求1所述的用于FRP筋的复合式锚具，其特征在于，所述的粘结段内锥孔(9)的内表面设置有粗糙化处理层，锥形夹片(3)的中心孔(302)内表面进行金刚砂均匀喷涂处理。
4.如权利要求1所述的用于FRP筋的复合式锚具，其特征在于，所述的预挤压螺帽(1)内部沿轴向开设有与夹片段内锥孔(8)同轴的锥形凹槽(6)，预紧装置(2)设置在锥形凹槽(6)中。
5.如权利要求1所述的用于FRP筋的复合式锚具，其特征在于，所述的预紧装置(2)包括上压片(207)和下压片(206)，二者之间通过弹簧连接；其中，上压片(207)的边缘处设置有圆弧倒角(201)，上压片(207)上开设有沿其圆心等距分布的三个半圆形凹槽(202)，半圆形凹槽(202)内装配有球形钢珠(203)；所述的下压片(206)上以及锥形夹片(3)的端部开设有吻合相接的放射状齿纹(204，301)。
6.如权利要求5所述的用于FRP筋的复合式锚具，其特征在于，所述的下压片(206)上沿中心线的方向开设有穿孔(205)。
7.如权利要求1所述的用于FRP筋的复合式锚具，其特征在于，所述的金属保护套(4)的轴向长度大于锥形夹片(3)的长度，且小于夹片段内锥孔(8)的轴向长度，金属保护套(4)的内壁设置有凹凸不平的纹理(401)。
8.如权利要求1所述的用于FRP筋的复合式锚具，其特征在于，所述的夹片段内锥孔(8)的倾角与锥形夹片(3)的倾角度数相差0.05～2°，粘结段内锥孔(9)的倾角是夹片段内锥孔(8)倾角的5～13倍。
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