CN108005311B - 一种纤维复材筋的连接件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种纤维复材筋的连接件，包括：筒状套管、螺栓和两个伞形锚固装置；筒状套管包括上套管和下套管；上套管和下套管固定连接；伞形锚固装置包括：锚具、滑动块、锚杆和支撑杆；两个锚具分别固定连接在两根待连接的纤维复材筋的连接端上；锚杆的一端与锚具转动连接，另一端与锁止块抵接；支撑杆的一端与锚杆滑动连接，另一端与滑动块转动连接；滑动块套设在纤维复材筋上并与筒状套管的管壁固定连接。应用本发明可在完成纤维复材筋之间的纵向连接的同时，避免由于铁丝被锈蚀而导致纤维复材筋之间的固定连接失效的问题，同时也避免了绑扎方式而造成纤维复材筋的表面结构损伤的问题，提高纤维复材筋的性能及使用寿命。
Description
技术领域
本申请涉及工程建筑技术领域，尤其涉及一种纤维复材筋的连接件。
背景技术
加强筋混凝土结构是目前工程建筑应用最广泛的结构形式。在加强筋混凝土结构施工时，有时需将几根加强筋纵向连接，从而满足一些特殊建筑结构的承载力及使用要求。
钢筋和混凝土是近些年来基础设施建设中所使用的主要材料，但钢筋混凝土结构和钢结构的锈蚀、性能劣化问题日益严重，其中以钢筋锈蚀问题最为常见。上述问题不仅影响到建筑结构的正常使用和寿命，还有可能会造成大量的安全事故或安全隐患。在钢筋混凝土结构中，构成钢筋网的钢筋之间可通过铁丝进行绑扎，在钢筋之间实现刚性的固定连接。而且，由于钢筋和铁丝属于同相材料，因此，利用铁丝绑扎实现钢筋之间的固定连接，不会对钢筋造成明显的损伤。但是，钢筋在腐蚀环境下极易受到介质侵蚀、并由此导致局部损伤甚至锈断，造成钢筋混凝土结构的承载力显著下降，并带来不可估量的安全隐患和经济损失。
解决上述问题的方法之一是采用新结构材料或发展新结构体系。在现有技术中的新结构材料中，纤维增强聚合物材料已被用于混凝土结构中，旨在解决由钢筋锈蚀引起的工程失效问题。纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Plastic，FRP)筋，简称为纤维复材筋，作为一种绿色环保的新型复合材料，具有强度高、轻质、耐腐蚀性和透波等特殊性能，可以代替钢筋用于特殊环境下的混凝土结构，起到了前所未有的有益效果。
由于FRP筋具有良好的耐腐蚀性，可以很好的解决结构在腐蚀环境下的筋锈蚀的问题，因此，使用力学性能、耐蚀性能优异的纤维复材筋替代普通钢筋混凝土结构中的钢筋已经成为一种趋势，能够显著提高混凝土构件抗腐蚀能力、延长使用寿命、节约养护维修成本，从而提高混凝土结构的安全性和耐久性。但是，FRP筋由于其自身的生产工艺、材料特性等方面的约束，至今没能在混凝土结构中得到广泛的应用。
例如，普通钢筋由于其各向同性以及其金属构成，其连接方式主要包括焊接、绑扎以及套筒连接等方法。但是，在FRP筋混凝土结构实际施工过程中，由于FRP筋为纤维单向拉伸制成的弹脆性材料，导致FRP筋在现场施工中无法焊接，使得FRP筋在实际工程中的使用条件受到很大限制；同时，又因为FRP筋在沿纤维方向上的强度很高，但在垂直于纤维方向上的强度很低，导致FRP筋的抗剪强度较低，现有的绑扎方法会导致FRP筋受剪发生破坏。因此，若使用现有技术中钢筋与钢筋之间的固定连接方式，利用铁丝绑扎对FRP筋实施刚性的固定连接，则会存在如下隐患：
一方面，虽然FRP筋的耐蚀性能优于钢筋，但铁丝的耐蚀性能与钢筋相近，因而不可避免地会因铁丝被锈蚀而导致FRP筋之间的固定连接失效，从而使得加强筋容易在FRP筋之间的固定连接处失效，进而造成混凝土结构承载力大幅下降；
另一方面，FRP筋在其垂直于纤维轴的方向上的承载力较弱，而绑扎的铁丝在对FRP筋实施刚性的固定连接时，会与FRP筋之间形成近似线接触的接触方式、并由此产生集中的剪切力，从而造成FRP筋的表面结构损伤，并降低FRP筋的性能及使用寿命。
所以，现有技术中所使用的钢筋对钢筋的对接方法无法应用于FRP筋的现场施工。这也是阻碍FRP筋混凝土结构在实际工程中应用的一个重要问题。
由此可见，如何在FRP筋之间实施可靠的对接连接，以形成力学性能、耐久性能更加优异的FRP筋组合结构，成为实际工程中亟待突破的技术难题。。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种纤维复材筋的连接件，从而在有效地完成两根纤维复材筋之间的纵向连接的同时，避免了发生由于铁丝被锈蚀而导致纤维复材筋之间的固定连接失效的问题，同时也避免了绑扎方式对纤维复材筋产生集中的剪切力从而造成纤维复材筋的表面结构损伤的问题，可以大大提高纤维复材筋的性能及使用寿命。
本发明的技术方案具体是这样实现的：
一种纤维复材筋的连接件，该连接件包括：筒状套管、螺栓和两个伞形锚固装置；
所述筒状套管的内部具有空腔；所述筒状套管的两端分别设置有通孔；所述筒状套管包括上套管和下套管；所述上套管和下套管的连接处设置有向外延展的翼板，所述翼板上设置有供螺栓通过的螺孔，所述螺栓穿过所述翼板上的螺孔将所述上套管和下套管固定连接；
所述上套管和下套管的内壁上分别对应设置有至少两个锁止块；
所述伞形锚固装置包括：锚具、滑动块、至少两根锚杆和至少两根支撑杆；
两根待连接的纤维复材筋的连接端分别穿过所述筒状套管两端的通孔伸入到所述筒状套管的空腔中；
对于每一个伞形锚固装置，所述锚具分别固定连接在所述两根待连接的纤维复材筋的连接端上；所述锚杆的一端与所述锚具转动连接，所述锚杆的另一端与所述上套管或下套管的内壁上的锁止块抵接；所述支撑杆的一端与所对应的锚杆滑动连接，所述支撑杆的另一端与所述滑动块转动连接；所述滑动块套设在所述纤维复材筋上并与所述筒状套管的通孔处的管壁固定连接。
较佳的，所述上套管和下套管上还设置有一个或多个注胶孔。
较佳的，所述锚具通过粘接剂粘接在所述待连接的纤维复材筋的连接端上。
较佳的，所述伞形锚固装置上设置有4根锚杆和4根支撑杆。
较佳的，所述筒状套管的材料为纤维复材材料、金属、玻璃、塑料、树脂或陶瓷。
较佳的，所述螺栓为扭矩螺栓。
如上可见，在本发明中的纤维复材筋的连接件中，由于在筒状套管中设置了两个伞形锚固装置，并且可以通过螺栓将筒状套管的上套管和下套管固定连接在一起，因此，当两根待连接的纤维复材筋的连接端分别伸入到筒状套管的空腔中时，可以分别将两个伞形锚固装置安装在两根待连接的纤维复材筋上，再将所述上套管和下套管扣合，并使用螺栓将所述上套管和下套管固定连接在一起，然后同时向外拉动两根待连接的纤维复材筋，使得伞形锚固装置上的锚杆和支撑杆张开，从而固定其所连接的纤维复材筋，将两根待连接的纤维复材筋的连接端粘接并固定在一起；而且，还可以进一步通过上述的粘接剂和固化剂将纤维复材筋的连接端粘接并固定在一起，使得两根待连接的纤维复材筋的连接端与整个筒状套管固化成为一个整体。由于在上述的连接件中，并未使用钢筋、铁丝等铁制材料，也不是通过绑扎的方式进行连接，而是通过上述的伞形锚固装置将纤维复材筋连接在一起。所以，在有效地完成两根纤维复材筋之间的纵向连接的同时，避免了发生由于铁丝被锈蚀而导致纤维复材筋之间的固定连接失效的问题，同时也避免了绑扎方式对纤维复材筋产生集中的剪切力从而造成纤维复材筋的表面结构损伤的问题，因而可以大大提高纤维复材筋的性能及使用寿命，有效地解决现有技术中的纤维复材筋点对点对接无法实现的问题。
另外，由于两根待连接的纤维复材筋的连接端固定在一起之后，这两根纤维复材筋的连接端已经位于筒状套管的内部，且与整个筒状套管固化成为一个整体，因此筒状套管还将对两根纤维复材筋的连接端形成一个保护层，可以和纤维复材筋一起承受垂直于纤维复材筋的纤维轴的方向上的剪力，从而可对纤维复材筋起到相应的保护作用。
附图说明
图1为本发明实施例中的纤维复材筋的连接件的结构示意图。
图2为本发明实施例中的纤维复材筋的连接件的伞形锚固装置上的锚杆和支撑杆张开时的示意图。
图3为本发明实施例中的纤维复材筋的连接件的截面示意图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例中的纤维复材筋的连接件的结构示意图。图2为本发明实施例中的纤维复材筋的连接件的伞形锚固装置上的锚杆和支撑杆张开时的示意图。图3为本发明实施例中的纤维复材筋的连接件的截面示意图。如图1～图3所示，本发明实施例中的纤维复材筋的连接件包括：筒状套管11、螺栓13和两个伞形锚固装置12；
所述筒状套管11的内部具有空腔110；所述筒状套管11的两端分别设置有通孔113；所述筒状套管11包括上套管111和下套管112；所述上套管111和下套管112的连接处设置有向外延展的翼板114，所述翼板114上设置有供螺栓13通过的螺孔，所述螺栓13穿过所述翼板114上的螺孔将所述上套管111和下套管112固定连接；
所述上套管111和下套管112的内壁上分别对应设置有至少两个锁止块115；
所述伞形锚固装置12包括：锚具21、滑动块22、至少两根锚杆23和至少两根支撑杆24；
两根待连接的纤维复材筋15的连接端分别穿过所述筒状套管11两端的通孔113伸入到所述筒状套管11的空腔110中；
对于每一个伞形锚固装置12，所述锚具21分别固定连接在所述两根待连接的纤维复材筋15的连接端上；所述锚杆23的一端与所述锚具21转动连接，所述锚杆23的另一端与所述上套管111或下套管112的内壁上的锁止块115抵接；所述支撑杆24的一端与所对应的锚杆23滑动连接，所述支撑杆24的另一端与所述滑动块22转动连接；所述滑动块22套设在所述纤维复材筋上并与所述筒状套管11的通孔113处的管壁固定连接。
根据上述结构可知，在本发明的技术方案中，当需要使用上述的连接件固定连接两根待连接的纤维复材筋时，可以先将两根待连接的纤维复材筋的一端(即连接端)分别穿过所述筒状套管两端的通孔伸入到所述筒状套管的空腔中，然后分别将两个伞形锚固装置的滑动块分别套设在两根待连接的纤维复材筋上，将锚具分别安装在两根待连接的纤维复材筋的连接端上，将锚杆分别与所述上套管或下套管的内壁上的锁止块抵接，再将所述上套管和下套管扣合，并使用螺栓将所述上套管和下套管固定连接在一起。在连接好上套管和下套管之后，同时向外拉动两根待连接的纤维复材筋，使得伞形锚固装置上的锚杆和支撑杆张开，从而固定其所连接的纤维复材筋，使得两根待连接的纤维复材筋可以通过上述的连接件连接在一起。另外，由于筒状套管的上套管和下套管可通过上述的螺栓固定连接在一起，因此可以防止设置在筒状套管内部的伞形锚固装置所施加的作用力过大而导致筒状套管的管壁被涨开。
因此可知，在上述的连接件中，并未使用钢筋、铁丝等铁制材料，也不是通过绑扎的方式对纤维复材筋进行连接，而是通过上述的伞形锚固装置将纤维复材筋连接在一起。所以，在有效地完成两根纤维复材筋之间的纵向连接的同时，避免了发生由于铁丝被锈蚀而导致纤维复材筋之间的固定连接失效的问题，同时也避免了绑扎方式对纤维复材筋产生集中的剪切力从而造成纤维复材筋的表面结构损伤的问题，因而可以大大提高纤维复材筋的性能及使用寿命。本发明中的上述连接件实际上可以将沿纤维复材筋的延伸方向上的拉拔力转化为垂直于纤维复材筋方向上的张力，并用上述的螺栓来控制上述的张力。
另外，由于两根待连接的纤维复材筋的连接端通过上述伞形锚固装置连接并固定在一起之后，这两根纤维复材筋的连接端已经位于筒状套管的内部，且与整个筒状套管形成了一个整体，因此筒状套管还将对两根纤维复材筋的连接端形成一个保护层，可以和纤维复材筋一起承受垂直于纤维复材筋的纤维轴的方向上的剪力，从而可对纤维复材筋起到相应的保护作用。
另外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述上套管和下套管上还可进一步设置有一个或多个注胶孔116。因此，可以使用注射器或类似的装置，从所述注胶孔116中注入相应的粘接剂和固化剂，从而可以有效地固定连接件中的纤维复材筋。因此，还可以进一步通过上述的粘接剂和固化剂将纤维复材筋的连接端粘接并固定在一起。
另外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述粘接剂和固化剂与纤维复材筋的粘结锚固强度应大于纤维复材筋的极限抗拉强度，从而可以防止粘结剂和固化剂与伞形锚固装置的粘结力不足而导致伞形锚固装置发生变形。
由于上述的连接件中既设置了伞形锚固装置，又使用了上述的粘接剂和固化剂，从而结合了机械锚固与化学粘结剂锚固的优点，使得锚固强度更高且减少了粘结材料(粘接剂和固化剂)的用量，而粘结材料用量的减少则意味着在相同施工环境下此种连接方法的粘结材料的固化时间更快，因而可提高施工效率，减短工期。
另外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述螺栓为扭矩螺栓。因此，可以通过上述扭矩螺栓来实现对施加在筒状套管上的张力的精确控制。
另外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述锚具通过粘接剂粘接在所述待连接的纤维复材筋的连接端上。
另外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述伞形锚固装置上设置有4根锚杆和4根支撑杆。当然，在本发明的技术方案中，也可以根据实际应用的需要，预先设置伞形锚固装置上的锚杆和支撑杆的数量，在此不再赘述。
另外，较佳的，在本发明的具体实施例中，所述筒状套管的材料可以是纤维复材材料、金属、玻璃、塑料、树脂或陶瓷等各种有机或无机材料，只要所使用的材料符合纤维复材筋对接连接所需强度即可，本发明对此不做限制。
此外，在本发明的技术方案中，所述筒状套管的长度、管壁厚度、伞形锚固装置的尺寸大小等各种参数可以根据各种不同种类、直径的纤维复材筋对接连接所需极限抗拉强度设计等具体的实际应用情况来确定，本发明对此不做限制。
综上所述，在本发明的技术方案中，由于在筒状套管中设置了两个伞形锚固装置，并且可以通过螺栓将筒状套管的上套管和下套管固定连接在一起，因此，当两根待连接的纤维复材筋的连接端分别伸入到筒状套管的空腔中时，可以分别将两个伞形锚固装置安装在两根待连接的纤维复材筋上，再将所述上套管和下套管扣合，并使用螺栓将所述上套管和下套管固定连接在一起，然后同时向外拉动两根待连接的纤维复材筋，使得伞形锚固装置上的锚杆和支撑杆张开，从而固定其所连接的纤维复材筋，将两根待连接的纤维复材筋的连接端粘接并固定在一起；而且，还可以进一步通过上述的粘接剂和固化剂将纤维复材筋的连接端粘接并固定在一起，使得两根待连接的纤维复材筋的连接端与整个筒状套管固化成为一个整体。由于在上述的连接件中，并未使用钢筋、铁丝等铁制材料，也不是通过绑扎的方式进行连接，而是通过上述的伞形锚固装置将纤维复材筋连接在一起。所以，在有效地完成两根纤维复材筋之间的纵向连接的同时，避免了发生由于铁丝被锈蚀而导致纤维复材筋之间的固定连接失效的问题，同时也避免了绑扎方式对纤维复材筋产生集中的剪切力从而造成纤维复材筋的表面结构损伤的问题，因而可以大大提高纤维复材筋的性能及使用寿命，有效地解决现有技术中的纤维复材筋点对点对接无法实现的问题。
另外，由于两根待连接的纤维复材筋的连接端固定在一起之后，这两根纤维复材筋的连接端已经位于筒状套管的内部，且与整个筒状套管固化成为一个整体，因此筒状套管还将对两根纤维复材筋的连接端形成一个保护层，可以和纤维复材筋一起承受垂直于纤维复材筋的纤维轴的方向上的剪力，从而可对纤维复材筋起到相应的保护作用。
此外，本发明中所提供的连接件的的结构十分简单，便于制造和安装使用，而且使用也十分简便，与普通钢筋的焊接相比，简化了施工工艺，提高了施工效率，大大降低了施工人员的工作量，解决了纤维复材筋应用于实际工程中的关键技术问题，为将纤维复材筋应用于今后实际工程中提供新的施工方法。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (6)
1.一种纤维复材筋的连接件，其特征在于，该连接件包括：筒状套管、螺栓和两个伞形锚固装置；
所述筒状套管的内部具有空腔；所述筒状套管的两端分别设置有通孔；所述筒状套管包括上套管和下套管；所述上套管和下套管的连接处设置有向外延展的翼板，所述翼板上设置有供螺栓通过的螺孔，所述螺栓穿过所述翼板上的螺孔将所述上套管和下套管固定连接；
所述上套管和下套管的内壁上分别对应设置有至少两个锁止块；
所述伞形锚固装置包括：锚具、滑动块、至少两根锚杆和至少两根支撑杆；
两根待连接的纤维复材筋的连接端分别穿过所述筒状套管两端的通孔伸入到所述筒状套管的空腔中；
对于每一个伞形锚固装置，所述锚具分别固定连接在所述两根待连接的纤维复材筋的连接端上；所述锚杆的一端与所述锚具转动连接，所述锚杆的另一端与所述上套管或下套管的内壁上的锁止块抵接；所述支撑杆的一端与所对应的锚杆滑动连接，所述支撑杆的另一端与所述滑动块转动连接；所述滑动块套设在所述纤维复材筋上并与所述筒状套管的通孔处的管壁固定连接。
2.根据权利要求1所述的连接件，其特征在于：
所述上套管和下套管上还设置有一个或多个注胶孔。
3.根据权利要求1所述的连接件，其特征在于：
所述锚具通过粘接剂粘接在所述待连接的纤维复材筋的连接端上。
4.根据权利要求1所述的连接件，其特征在于：
所述伞形锚固装置上设置有4根锚杆和4根支撑杆。
5.根据权利要求1所述的连接件，其特征在于：
所述筒状套管的材料为纤维复材材料、金属、玻璃、塑料、树脂或陶瓷。
6.根据权利要求1所述的连接件，其特征在于：
所述螺栓为扭矩螺栓。
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