CN112376802A - 一种用于frp拉索的复合锚具及安装方法 - Google Patents

一种用于frp拉索的复合锚具及安装方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于FRP拉索的复合锚具及安装方法，由拉索锚杯、多孔锚环及配套夹片、灌浆料挡板、分丝盖板、FRP夹片锚具、FRP钢绞线复合筋、灌浆料组成，每根FRP钢绞线复合筋上至少安装一个FRP夹片锚具,随着FRP夹片锚具数量的增加，其内锥角从张拉端到自由端逐渐增大，尾端多孔锚环的内锥角始终大于FRP夹片锚具的内锥角，拉索锚杯内部为非直筒腔体，内部填充灌浆料。本发明FRP拉索的复合锚具抗滑移能力强、对FRP筋材损伤极小，可适合各种表面形式的FRP筋材，复合锚具受力从张拉端到自由端成梯度变化，有利于缓解锚具内部筋材的应力峰值，从而充分发挥FRP筋材的性能。

Description

一种用于FRP拉索的复合锚具及安装方法
技术领域
本发明涉及FRP拉索的复合锚具技术领域，具体为一种用于FRP拉索的复合锚具及安装方法。
背景技术
目前，常见的FRP筋锚固方式有粘结型和夹片型。粘结型锚具通过灌浆料将FRP索体与锚杯粘结成一体，工作过程受力明确，且不会损伤FRP索体，锚固长度越长、筋材表面越粗糙锚固效果越好，但是抗疲劳性能低，长期荷载状态下灌浆料的性能无法保证。夹片型锚具主要用于预应力钢绞线的锚固，依靠楔形夹片与锚杯产生的挤压力来锚固钢绞线，具有施工方便，锚固效率高的特点，但FRP是各向异性材料，横向抗剪切强度只占纵向抗拉强度的十分之一左右，直接使用夹片式锚具会在张拉端产生应力集中，并发生断裂破坏。
FRP钢绞线复合筋不仅质量轻，抗拉强度高和耐久性好，还能产生类似屈服的特性，在循环加载过程中不会造成整体力学性能下降，并且克服了纯FRP材料的低模量、延性弱、安全性差和成本高的缺点，FRP钢绞线复合筋制成的拉索具有良好的应用前景。
传统锚具难以将FRP钢绞线复合筋锚固，一种锚固效率高且安全可靠的FRP拉索锚具亟待解决，对高性能FRP拉索的发展具有重大意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于FRP拉索的复合锚具及安装方法，该锚具结构简单，安装方便，锚固可靠性好，抗疲劳性能强，长期荷载下安全性高，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于FRP拉索的复合锚具，包括拉索锚杯及FRP钢绞线复合筋，所述拉索锚杯的一端安装有配套夹片的多孔锚环及灌浆料挡板，所述拉索锚杯的另一端设置有筋材定位的分丝盖板，每根FRP钢绞线复合筋上至少安装一个的FRP夹片锚具、且随着FRP夹片锚具数量的增加，所述拉索锚杯的内锥角从张拉端到自由端逐渐增大，所述拉索锚杯位于自由端的一端且位于多孔锚环的外端设置有密封板，所述拉索锚杯内部填充的灌浆料。
优选的，所述拉索锚杯内部设置有内腔，所述拉索锚杯的内腔为带螺纹的直筒结构、阶梯结构、带齿形的锥形结构、直筒和锥形的组合结构其中的任意一种，所述拉索锚杯内腔尾端为螺纹结构。
优选的，所述多孔锚环的外圆周为螺纹结构且与拉索锚杯的内螺纹配合连接，所述多孔锚环上布置多个内锥角为α1的锥形孔，所述锥形孔的数量与FRP钢绞线复合筋的数量一致，所述多孔锚环的配套夹片为带内孔的圆锥体并且等分成2~6片结构单元，所述配套夹片的外锥角为β1且比多孔锚杯的内锥角α1大0.3°~1°。
优选的，所述FRP夹片锚具的外螺纹锚杯的内腔是一个内锥角为α2的锥形孔，所述FRP夹片锚具的外圆为螺纹结构，所述FRP夹片锚具的夹片结构与多孔锚环的配套夹片相同，所述FRP夹片锚具的夹片的外锥角β2小于配套夹片的外锥角为β1，且夹片的外锥角β2比与之配合的螺纹锚杯的内锥角α2大0.2°~0.8°。
优选的，所述FRP夹片锚具的外螺纹锚杯护套内部为螺纹结构且与外螺纹锚杯配合使用以阻挡灌浆料，所述FRP夹片锚具的软金属管的内表面涂抹80~120目细砂。
优选的，所述灌浆料挡板的通孔数量与FRP钢绞线复合筋数量一致，且通孔内径与软金属管的外径为过渡配合以阻挡灌浆料。
优选的，所述FRP钢绞线复合筋的内部由细钢绞线或者超细高强钢丝束组成且外部缠绕单向纤维增强复合材料的包覆层。
优选的，所述锚杯内部填充灌浆料可采用活性粉末混凝土、高强混凝土或环氧树脂填料其中的任意一种。
优选的，所述分丝盖板开设有若干定位孔，所述分丝盖板上定位孔的数量和FRP钢绞线复合筋的数量一致且定位孔两端采用圆弧过渡结构，所述分丝盖板上有三个灌浆注入孔用来注入灌浆料。
优选的，一种用于FRP拉索的复合锚具的安装方法，包括以下步骤：
步骤一：在分丝盖板的定位孔上安装软金属管，将FRP钢绞线复合筋穿过软金属管，进入拉索锚杯的内腔，并伸出一段长度；
步骤二：先将FRP夹片锚具的外螺纹锚杯套进FRP钢绞线复合筋，然后将内壁涂抹细砂的软金属管穿入FRP钢绞线复合筋的锚固区域，再将FRP夹片锚具的夹片放入外螺纹锚的锥形孔，并调整夹片与软金属管的相对位置，接着用千斤顶对夹片尾部端面施加至设计载荷，则组装完成，剩余FRP钢绞线复合筋按相同方法装配；
步骤三：组装过FRP夹片锚具的FRP钢绞线复合筋，先穿过灌浆料挡板再穿入多孔锚环，将内壁涂抹细砂的软金属管穿入FRP钢绞线复合筋的锚固区域，再将配套夹片放入多孔锚环的锥形孔，并调整配套夹片与软金属管的相对位置，接着用千斤顶对配套夹片尾部端面施加至设计载荷，则组装完成，多孔锚环上的剩余孔按相同方法装配；
步骤四：旋转拉索锚杯通过螺纹连接的方式，将安装好FRP钢绞线复合筋的多孔锚环固定，用螺栓将分丝盖板固定在拉索锚杯上；
步骤五：按各比例质量分调配灌浆料，将复合锚具竖立，分丝盖板的灌浆料注入孔开口向上，并将灌浆料注入到锚杯内腔，固化后复合锚具安装完成，同理完成拉索另一端的锚固。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明结构合理，能够锚固各种表面形状及表面光圆形式的FRP筋材，FRP夹片锚具可以有效避免FRP筋工作过程中产生的切口效应，拉索锚杯内填充灌浆料能够让连接更加稳定可靠，多个FRP夹片锚具锚固在FRP筋材上，外螺纹锚杯的内锥角从张拉端到自由端依次增大，筋材受力更加平稳，锚固效率系数满足标准，安装方法简单，便于整体的安装。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是多孔锚环装配体局部A的放大结构示意图；
图3是分丝盖板局部B的放大结构示意图；
图4是多孔锚环的结构示意图；
图5是附图4中A-A处的剖视图；
图6是灌浆料挡板的结构示意图；
图7是FRP夹片锚具的外螺纹锚杯示意图；
图8是FRP夹片锚具的夹片示意图；
图9是FRP夹片锚具的夹片左视图；
图10是FRP夹片锚具的软金属套管示意图；
图11是FRP夹片锚具的锚杯护套示意图；
图12是分丝盖板的结构示意图；
图13是附图12中B-B处的剖视图。
图中：1.密封板，2拉索锚杯，3.多孔锚环，31.锥形孔，4.配套夹片，5.软金属管，6.灌浆料挡板，61.灌浆料挡板定位孔，7.FRP夹片锚具，71.外螺纹锚杯，72.夹片，73.外螺纹锚杯护套，8.调节螺母，9.灌浆料，10.分丝盖板，101.螺纹通孔，102灌浆注入孔，103.分丝盖板定位孔，11.FRP钢绞线复合筋，12.张拉端，13.自由端。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-13，本发明提供一种技术方案：一种用于FRP拉索的复合锚具,包括拉索锚杯2及FRP钢绞线复合筋11，拉索锚杯2的一端安装有配套夹片4的多孔锚环3及灌浆料挡板6，拉索锚杯2的另一端设置有筋材定位的分丝盖板10，每根FRP钢绞线复合筋11上至少安装一个的FRP夹片锚具7、且随着FRP夹片锚具7数量的增加，拉索锚杯2的内锥角从张拉端12到自由端13逐渐增大，拉索锚杯2位于自由端13的一端且位于多孔锚环2的外端设置有密封板1，拉索锚杯2内部填充的灌浆料9。
拉索锚杯2的内腔为带螺纹的直筒结构，拉索锚杯2的内腔为带螺纹的直筒结构、阶梯结构、带齿形的锥形结构、直筒和锥形的组合结构其中的任意一种，灌浆料9填充后可以有效阻挡FRP钢绞线复合筋11的轴向移动。本实施例中采用直筒和锥形的组合结构。
多孔锚环3的外圆周为螺纹结构（参见图4），与拉索锚杯2的内螺纹配合连接，多孔锚环3上布置多个内锥角（参见图5）为α1的锥形孔31，锥形孔31的数量与FRP钢绞线复合筋11数量一致。本实施例中采用内锥角α1为4°。
多孔锚环3的配套夹片4是一个带内孔的圆锥体并且等分成2~6片结构单元，配套夹片4的外锥角为β1（参见图8），比多孔锚杯3的内锥角α1大0.3°~1°。本实施例中采用4片结构单元的配套夹片（参见图9），外锥角β1为4.3°。
FRP夹片锚具7的外螺纹锚杯71的内腔是一个内锥角为α2的锥形孔（参见图7），外圆为螺纹结构。本实施例中采用内锥角α2为3°。
FRP夹片锚具7的夹片72除外锥角β2小于配套夹片的外锥角为β1外，其他结构形式相同，且夹片的外锥角β2比与之配合的螺纹锚杯的内锥角α2大0.2°~0.8°。本实施例中采用4片结构单元的夹片，外锥角β2为3.2°。
FRP夹片锚具7的外螺纹锚杯护套73内部为螺纹结构（参见图11），与外螺纹锚杯71配合使用，并且阻挡灌浆料9。
FRP夹片锚具7的软金属管5的内表面涂抹80~120目细砂（参见图10）。本实施例中采用软金属管5的长度根据装配要求确定。
灌浆料挡板6的通孔61数量与FRP钢绞线复合筋11数量一致，通孔61内径与软金属管5的外径为过渡配合（参见图6）。
FRP钢绞线复合筋11的内部由细钢绞线或者超细高强钢丝束组成，外部缠绕单向纤维增强复合材料的包覆层。本实施例中采用5.2mm直径的内部含有超细高强钢丝束的FRP钢绞线复合筋。
锚杯内部填充灌浆料8可采用活性粉末混凝土、高强混凝土、环氧树脂填料。本实施例中采用高温环氧树脂灌浆料。
分丝盖板10上定位孔103的数量和FRP钢绞线复合筋11数量一致，定位孔103两端采用圆弧过渡结构，分丝盖板10上有三个通孔102用来注入灌浆料，用来固定螺栓的通孔101。本实施例中采用7个线孔，中心位置1个，其余6个均布四周。
一种用于FRP拉索的复合锚具安装方法，具体步骤如下：
步骤一：在分丝盖板10的定位孔103上安装软金属管5，将FRP钢绞线复合筋11穿过软金属套管5（参见图3），进入拉索锚杯2的内腔，并伸出一段长度。
步骤二：先将FRP夹片锚具7的外螺纹锚杯71套进FRP钢绞线复合筋11，然后将内壁涂抹细砂的软金属管5穿入FRP钢绞线复合筋11的锚固区域，再将FRP夹片锚具的夹片72放入外螺纹锚71的锥形孔，并调整夹片72与软金属管5的相对位置，接着用千斤顶对夹片72尾部端面施加至设计载荷，则组装完成，剩余FRP钢绞线复合筋11按相同方法装配。
步骤三：将组装过FRP夹片锚具7的FRP钢绞线复合筋11，先穿过灌浆料挡板6再穿入多孔锚环3，将内壁涂抹细砂的软金属管5穿入FRP钢绞线复合筋11的锚固区域，再将配套夹片4放入多孔锚环3的锥形孔，并调整配套夹片4与软金属管5的相对位置，接着用千斤顶对配套夹片4尾部端面施加至设计载荷，则组装完成，多孔锚环3上的剩余孔按相同方法装配。
步骤四：旋转拉索锚杯2通过螺纹连接的方式，将安装好FRP钢绞线复合筋11的多孔锚环3固定，将分丝盖板10用螺栓固定在拉索锚杯2上。
步骤五：按环氧树脂、高温固化剂、稀释剂、填充剂的质量份调配环氧砂浆，将复合锚具的锚头竖立，分丝盖板10的灌浆料注入孔102向上，将环氧砂浆注入到拉索锚杯2内腔，再将整个灌浆后的锚头放到高温烘箱内，从90℃起每30℃为一个温度台阶到150℃结束共三个阶段，对应的温度台阶保温时间为1小时、2小时、3小时，高温固化结束后FRP复合锚具安装完成，同理完成拉索另一端的锚固，最后通过调节螺母8调整FRP拉索复合锚具的相对位置。
本发明能够锚固各种表面形状及表面光圆形式的FRP筋材，FRP夹片锚具可以有效避免FRP筋工作过程中产生的切口效应，拉索锚杯内填充灌浆料能够让连接更加稳定可靠，多个FRP夹片锚具锚固在FRP筋材上，外螺纹锚杯的内锥角从张拉端到自由端依次增大，筋材受力更加平稳，锚固效率系数满足标准。安装方法简单，便于整体的安装。
管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于FRP拉索的复合锚具，其特征在于：包括拉索锚杯、多孔锚环、配套夹片、灌浆料挡板、分丝盖板、FRP夹片锚具、FRP钢绞线复合筋、灌浆料，所述拉索锚杯的一端安装有配套夹片的多孔锚环及灌浆料挡板，所述拉索锚杯的另一端设置有筋材定位的分丝盖板，每根FRP钢绞线复合筋上至少安装一个的FRP夹片锚具、且随着FRP夹片锚具数量的增加，其内锥角从张拉端到自由端逐渐增大，所述拉索锚杯内部填充的灌浆料。
2.根据权利要求1所述的一种用于FRP拉索的复合锚具，其特征在于：所述拉索锚杯内部设置有内腔，所述拉索锚杯的内腔为带螺纹的直筒结构、阶梯结构、带齿形的锥形结构、直筒和锥形的组合结构其中的任意一种，所述拉索锚杯内腔尾端为螺纹结构。
3.根据权利要求1所述的一种用于FRP拉索的复合锚具，其特征在于：所述多孔锚环的外圆周为螺纹结构且与拉索锚杯的内螺纹配合连接，所述多孔锚环上布置多个内锥角为α1的锥形孔，所述锥形孔的数量与FRP钢绞线复合筋的数量一致，所述多孔锚环的配套夹片为带内孔的圆锥体并且等分成2~6片结构单元，所述配套夹片的外锥角为β1且比多孔锚杯的内锥角α1大0.3°~1°。
4.根据权利要求1所述的一种用于FRP拉索的复合锚具，其特征在于：所述FRP夹片锚具的外螺纹锚杯的内腔是一个内锥角为α2的锥形孔，所述FRP夹片锚具的外圆为螺纹结构，所述FRP夹片锚具的夹片结构与多孔锚环的配套夹片相同，所述FRP夹片锚具的夹片的外锥角β2小于配套夹片的外锥角为β1，且夹片的外锥角β2比与之配合的螺纹锚杯的内锥角α2大0.2°~0.8°。
5.根据权利要求1所述的一种用于FRP拉索的复合锚具，其特征在于：所述FRP夹片锚具的外螺纹锚杯护套内部为螺纹结构且与外螺纹锚杯配合使用以阻挡灌浆料，所述FRP夹片锚具的软金属管的内表面涂抹80~120目细砂。
6.根据权利要求1所述的一种用于FRP拉索的复合锚具，其特征在于：所述灌浆料挡板的通孔数量与FRP钢绞线复合筋数量一致，且通孔内径与软金属管的外径为过渡配合以阻挡灌浆料。
7.根据权利要求1所述的一种用于FRP拉索的复合锚具，其特征在于：所述FRP钢绞线复合筋的内部由细钢绞线或者超细高强钢丝束组成且外部缠绕单向纤维增强复合材料的包覆层。
8.根据权利要求1所述的一种用于FRP拉索的复合锚具，其特征在于：所述锚杯内部填充灌浆料可采用活性粉末混凝土、高强混凝土或环氧树脂填料其中的任意一种。
9.根据权利要求1所述的一种用于FRP拉索的复合锚具，其特征在于：所述分丝盖板开设有若干定位孔，所述分丝盖板上定位孔的数量和FRP钢绞线复合筋的数量一致且定位孔两端采用圆弧过渡结构，所述分丝盖板上有三个通孔用来注入灌浆料。
10.根据权利要求1所述的一种用于FRP拉索的复合锚具的安装方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：在分丝盖板的定位孔上安装软金属管，将FRP钢绞线复合筋穿过软金属管，进入拉索锚杯的内腔，并伸出一段长度；
步骤二：先将FRP夹片锚具的外螺纹锚杯套进FRP钢绞线复合筋，然后将内壁涂抹细砂的软金属管穿入FRP钢绞线复合筋的锚固区域，再将FRP夹片锚具的夹片放入外螺纹锚的锥形孔，并调整夹片与软金属管的相对位置，接着用千斤顶对夹片尾部端面施加至设计载荷，则组装完成，剩余FRP钢绞线复合筋按相同方法装配；
步骤三：组装过FRP夹片锚具的FRP钢绞线复合筋，先穿过灌浆料挡板再穿入多孔锚环，将内壁涂抹细砂的软金属管穿入FRP钢绞线复合筋的锚固区域，再将配套夹片放入多孔锚环的锥形孔，并调整配套夹片与软金属管的相对位置，接着用千斤顶对配套夹片尾部端面施加至设计载荷，则组装完成，多孔锚环上的剩余孔按相同方法装配；
步骤四：旋转拉索锚杯通过螺纹连接的方式，将安装好FRP钢绞线复合筋的多孔锚环固定，用螺栓将分丝盖板固定在拉索锚杯上；
步骤五：按各比例质量分调配灌浆料，将复合锚具竖立，分丝盖板的灌浆料注入孔开口向上，并将灌浆料注入到锚杯内腔，固化后复合锚具安装完成，同理完成拉索另一端的锚固。
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