CN107035158B - 一种混凝土柱的锚固装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种锚固装置，其包括开设有通孔的锚板及通过转动轴支承在所述锚板上的转动板组成，所述转动板在纤维布受力后受其牵引绕所述转动轴旋转一定角度，对所述纤维布形成附加压力，使其紧压于被约束的所述混凝土柱外表面，增加所述纤维布与所述锚板的紧固力及与所述混凝土柱表面间的摩擦力,实现对所述纤维布的自锁锚固。通过纤维布在锚板中的自锁锚固实现纤维布之间的搭接传力，便捷高效地解决了纤维增强复合材料在加固柱时因胶粘剂在高温作用下软化甚至失效而引起的纤维材料约束加固效果急速降低甚至失效的问题。
Description
技术领域
本发明属于加固混凝土结构技术领域，具体涉及一种混凝土柱的锚固装置。
背景技术
纤维增强复合材料(Fibre Reinforced Polymer,，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。
目前，FRP加固建筑结构的方法通常是使用树脂等胶粘材料浸润纤维布后，将其粘贴在结构构件表面，对结构构件进行加固补强。其中，FRP加固技术常用到的树脂多为易燃、易熔的高分子材料。大量研究表明，没有采取防火措施的FRP加固构件，在受热或受火时，树脂基体在较高的温度下将发生软化或分解(如常用树脂的软化点范围为80～120℃，如果在没有任何保护措施而完全暴露在热空气的环境中，一般在180～200℃就会发生热氧化分解，且当温度达到450℃时，环氧树脂会开始燃烧，同时释放出黑烟和有毒气体，产生二次污染)，在FRP搭接部位容易发生粘结失效破坏，导致整个构件的承载能力大大降低。上述问题为FRP用于建筑结构加固所面临的主要难题之一。为解决上述问题，公布号为CN 105715070A的发明专利提出通过将碳纤维条带的首端和尾端分别进行压入缠绕和缠结处理，实现自锁锚固，无需采用可燃易燃的胶粘剂作为粘结材料，使碳纤维条带在高温破坏下，依然能对结构构件形成较好的约束作用。上述专利利用纤维条带自锁锚固的方式，解决了胶粘剂及纤维基体材料在火灾等高温作用下失效造成结构加固承载力下降及或失效的问题；然而，上述锚固方法在应用上存在一定困难，主要表现在实际操作过程较为繁琐，且该方法仅仅适用于加固所用纤维条带宽度较小的情况；在纤维条带较宽的时候其自锚难度增加，自锚效果减弱。公布号为CN 104631853 A的发明专利提出一种加固混凝土结构的纤维增强复合材料锚固装置，其原理为锚板在纤维布受力后在预留槽孔中绕一定方向转动，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，并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。上述专利延缓或避免了外贴FRP加固混凝土结构的剥离破坏，增加了FRP材料利用率，增强了外贴FRP加固结构的效果，然而该装置主要解决的是FRP在混凝土中的锚固问题，未解决纤维增强复合材料相互之间的无粘结搭接问题，且主要应用于加固混凝土梁中。公告号为CN 101949198 B的发明专利提出了一种平行杆式锚固装置，该装置无须对柔性片材实施粘结或缝合即可简捷高效地实现对受拉柔性片材的牢固夹持，但是该装置亦主要解决的是纤维增强片材在结构构件中的锚固问题，并未解决纤维增强复合材料相互之间的无粘结搭接的问题。其它纤维增强复合材料的锚固装置或锚固方法(如CN 105275219 A、CN 101929250 B、CN 101929253 B、CN 101929254 B)也存在类似的问题。
发明内容
基于此，针对纤维增强复合材料用于建筑结构加固时在耐高温方面的不足，提供一种带转动板的纤维增强复合材料约束混凝土柱锚固装置，使纤维布能在锚板中自锁锚固从而实现纤维布的无粘结搭接传力。根据工程实际需要，该锚固装置可以实现标准化定制，施工及应用方便。。
本发明提供一种锚固装置，其包括开设有通孔的锚板及通过转动轴支承在所述锚板上的转动板组成，所述转动板在纤维布受力后受其牵引绕所述转动轴旋转一定角度，对所述纤维布形成附加压力，使其紧压于被约束的所述混凝土柱外表面，增加所述纤维布与所述锚板的紧固力及与所述混凝土柱表面间的摩擦力,实现对所述纤维布的自锁锚固。
在其中一个实施例中，所述转动板至少为2块，并以所述锚板中轴线为对称轴呈轴对称布置。
在其中一个实施例中，所述纤维布垂直缠绕在所述混凝土柱外表面，或者，所述纤维布呈螺旋状缠绕在混凝土柱外表面。
在其中一个实施例中，所述混凝土柱径向方向缠绕附加纤维布，用于固定所述呈螺旋状缠绕在混凝土柱表面的纤维布。
在其中一个实施例中，所述锚板及转动板的材料为可加工成型且不易变形的耐高温材料。
在其中一个实施例中，所述被锚固的纤维布的纤维材料为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种或者一种以上的组合。
在其中一个实施例中，所述锚板的通孔分布情况为长边开孔数m≥3，短边开孔数n≥1。
在其中一个实施例中，所述混凝土柱的混凝土为普通强度混凝土、高强混凝土、膨胀混凝土、粉煤灰混凝土、轻骨料混凝土、回收骨料混凝土、纤维混凝土、自密实混凝土、橡胶混凝土中的其中一种。
在其中一个实施例中，所述锚板为平面板或者曲面板。
在其中一个实施例中，所述纤维布通过胶粘材料或者水泥基材料粘贴在所述混凝土柱外表面。
本发明的有益效果如下：
1、通过纤维布在锚板中的自锁锚固实现纤维布之间的搭接传力，便捷高效地解决了纤维增强复合材料在加固柱时因胶粘剂在高温作用下软化甚至失效而引起的纤维材料约束加固效果急速降低甚至失效的问题。所述锚板材料可以为金属板、非金属板、合金或者其他可加工成型且不易变形的耐高温材料，可根据实际工程需要实现标准化定制，具有良好的可模性；本专利技术所涉及的加固工序简单，施工方便。
2、利用所述锚板对纤维布的自锁功能，对纤维布施加预应力，充分利用纤维增强复合材料的高强性能，提高结构加固效率。
3、本发明还可促进高性能复合材料在土木工程中的应用。
附图说明
下面利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。
图1为本发明的实施例提供的锚固装置应用于FRP条带螺旋缠绕加固混凝土柱的示意图；
图2为本发明的实施例提供的锚固装置应用于FRP垂直缠绕加固混凝土柱的示意图；
图3a为本发明的实施例提供的锚固装置应用于FRP约束加固带圆弧化角方形柱的示意图；
图3b为本发明的实施例提供的锚固装置应用于FRP约束加固带圆弧化角方形柱的示意图；
图3c为本发明的实施例提供的锚固装置应用于FRP约束加固圆形柱的示意图；
图3d为本发明的实施例提供的锚固装置应用于FRP约束加固椭圆形柱的示意图；
图4a为本发明的实施例提供的锚板的结构示意图；
图4b为本发明的实施例提供的曲面型锚板的结构示意图；
图4c为根据图4a的平面型锚板的A-A截面图；
图5为本发明的实施例提供的锚板开孔分布的平面图；
图6为本发明的实施例提供的锚板通孔形状的示意图；
图7为本发明的实施例提供的锚板开孔分布的剖面图；
图8为本发明的实施例提供的锚板表面粗糙程度的剖面示意图；
图9为本发明的实施例提供的锚板表面缠绕纤维布部位有凹槽或无凹槽的剖面图；
图10a为本发明的实施例提供的锚板表面缠绕纤维布部位有凹槽的透视图；
图10b为本发明的实施例提供的锚板表面缠绕纤维布部位无凹槽的透视图；
图11a为本发明的实施例提供的纤维布缠绕锚板一次的实施示意图；
图11b为本发明的实施例提供的纤维布缠绕锚板两次的实施示意图；
图12为本发明的实施例提供的转动板截面形状的示意图；
其中：
1—纤维布；2—转动板；3—加固混凝土柱；4—转动轴。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1、图2所示，本实施例提供一种带转动板的纤维增强复合材料约束混凝土柱锚固装置，包括按照一定规则开设有通孔的锚板及通过转动轴4支承于锚板上的转动板2，所述锚板用于混凝土柱加固时对纤维布1进行自锁固定或搭接。施工时，将纤维布1张紧并拉紧转动板2，使转动板2在纤维布1受力后受其牵引绕转动轴4旋转一定角度，此时转动板2紧压于纤维布1上，实现初步自锁固定；当混凝土柱3受到轴向荷载时，由于混凝土柱3内部混凝土材料的横向膨胀产生进一步变形，使纤维布1产生受拉自应力从而紧贴于混凝土柱3上；由于受力平衡，纤维布1与混凝土柱3之间、纤维布1与纤维布1之间、转动板2与纤维布1之间、锚板固定部分与纤维布1之间均会产生摩擦力；当锚板为曲面板时，锚板与混凝土柱3的接触表面还将产生法向的压力，该法向压力的存在可以有效地增加上述摩擦力(f1、f2、f3，f4,)；此外，锚板中的转动板2还会在纤维布1与混凝土柱3的接触面产生额外的接触面压力，该压力的存在不仅可以有效地增加上述摩擦力f1、f3，而且可以更加有效地使纤维布1紧贴于混凝土柱3上，从而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，能便捷高效地解决了纤维增强复合材料在加固柱时因胶粘材料在高温作用下软化甚至失效而引起纤维材料约束加固效果急速降低甚至失效的问题；所述的锚固装置可模性好、可标准化定制；锚固系统具有施工简单、容易操作、控制的优点，能够较好的应用于实际建筑结构及其他结构加固。
所述纤维布1的纤维材料可以是碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种或者一种以上的组合；所述混凝土柱3可以是普通强度混凝土、高强混凝土、膨胀混凝土、粉煤灰混凝土、轻骨料混凝土、回收骨料混凝土、纤维混凝土、自密实混凝土、橡胶混凝土中的一种；所述锚板及转动板2的材料可以是金属板、非金属板、合金或其他可加工成型且不易变形的耐高温材料。
所述锚固装置可以设置成多个并排的形式(如图1、2所示)，也可以设置成一个覆盖较大宽度的整块形式；所述锚固装置可应用于FRP约束方形柱(如图3a所示)、FRP约束矩形柱(如图3b所示)、FRP约束圆形柱(如图3c所示)或FRP约束椭圆形柱(如图3d所示)；所述锚板可以是曲面板(如图4b所示)，也可以是平面板(如图4c所示)。
所述锚板沿其长边方向至少设置3个通孔，沿其短边方向至少设置1个通孔(如图5所示)。同时考虑实际生产和施工的需求，所述通孔的形状可以是圆形、椭圆形、带圆弧化角的正方形、长方形中的一种(如图6所示)。
实际施工过程中，可通过增加锚板的开孔数量(图5)和纤维布1在锚板上的缠绕圈数(图11)的方式，增加纤维布1与混凝土柱3或锚板的接触面积，从而增加锚固效果。
所述锚板表面可以是平面，也可以是锚板表面与纤维布1接触部位的厚度小于与纤维布1不接触部位的厚度(如图9、图10所示)，开槽的深度根据纤维布1缠绕于锚板后的整体厚度而定，开槽的深度不宜过大，以免影响锚固效果。
所述锚板中转动板至少2块，并以锚板中线为对称轴呈轴对称布置(如图7所示)；同时考虑实际生产和施工的需求，所述转动板的形状可以为椭圆形、带圆弧化角的长方形、平行四边形中的一种(如图12所示)。
本发明中，实施上述锚固装置的步骤如下：
将纤维布1缠绕在被加固柱3所需加固的部位，将纤维布1的两个端部缠绕于锚板并拉紧，同时锚板中的转动板2在纤维布1受力后受其牵引绕转动轴4旋转一定角度，使纤维布1形成自锁，角度并不限制，根据实际情况可以进行调整；在必要的时候，可以将纤维布1的端部在锚板上缠绕多次(如图11所示)。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种混凝土柱的锚固装置，其特征在于：所述锚固装置由开设有通孔的锚板及通过转动轴支承在所述锚板上的转动板组成，所述转动板在纤维布受力后受其牵引绕所述转动轴旋转一定角度，对所述纤维布形成附加压力，使其紧压于被约束的所述混凝土柱外表面，增加所述纤维布与所述锚板的紧固力及与所述混凝土柱表面间的摩擦力,实现对所述纤维布的自锁锚固；
所述转动板至少为2块，并以所述锚板中轴线为对称轴呈轴对称布置；所述锚板的通孔分布情况为长边开孔数m≥3，短边开孔数n≥1。
2.如权利要求1所述的锚固装置，其特征在于：所述纤维布垂直缠绕在所述混凝土柱外表面，或者，所述纤维布呈螺旋状缠绕在混凝土柱外表面。
3.如权利要求2所述的锚固装置，其特征在于：所述混凝土柱径向方向缠绕附加纤维布，用于固定所述呈螺旋状缠绕在混凝土柱表面的纤维布。
4.如权利要求1所述的锚固装置，其特征在于：所述锚板及转动板的材料为可加工成型且不易变形的耐高温材料。
5.如权利要求1所述的锚固装置，其特征在于：所述被锚固的纤维布的纤维材料为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种或者一种以上的组合。
6.如权利要求1所述的锚固装置，其特征在于：所述混凝土柱的混凝土为普通强度混凝土、高强混凝土、膨胀混凝土、粉煤灰混凝土、轻骨料混凝土、回收骨料混凝土、纤维混凝土、自密实混凝土、橡胶混凝土中的其中一种。
7.如权利要求1所述的锚固装置，其特征在于：所述锚板为平面板或者曲面板。
8.如权利要求1所述的锚固装置，其特征在于：所述纤维布通过胶粘材料或者水泥基材料粘贴在所述混凝土柱外表面。
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