CN113737787A - 一种用于frp杆体的挤压-粘结型锚固系统及锚固方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于FRP杆体的挤压‑粘结型锚固系统及锚固方法，属于纤维增强树脂复合材料锚固技术领域。本发明解决了传统锚固系统存在的锚具内部易产生应力集中、锚具内杆体与胶黏剂之间易发生脱粘、耐疲劳性能差以及锚固效率低的问题。两个夹片相对布置且配合穿装在锚固钢管内，两个夹片的一端部对接后呈密封状态，FRP杆体同轴穿装在两个夹片所形成的圆形套管结构内，夹片与FRP杆体之间填充有环氧树脂，所述对中环同轴套装在FRP杆体上且嵌装在两个夹片的另一端部所形成的圆形套管结构内。采用挤压‑粘结型的复合锚具，有效提升锚固系统的锚固效率，防止FRP杆体与环氧树脂间的脱粘，减少锚固系统端部的应力集中，提高锚固系统的耐疲劳性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于FRP杆体的挤压-粘结型锚固系统及锚固方法，属于纤维增强树脂复合材料锚固技术领域。
背景技术
以钢筋混凝土为代表的现代土木工程结构具有较好的耐火性、整体性、可模性与原材料可就地取材等优点，已经成为现代社会人类应用最为广泛的工程结构之一。但是在长期的服役环境下，混凝土的劣化问题不断发生，特别是钢筋的锈蚀问题不仅会造成巨大的经济损失，也严重影响了混凝土结构的使用寿命与结构安全。推动土木工程结构创新性的发展，提高结构的使用寿命与耐久性能，不仅依赖于对传统结构的创新优化，更取决于新材料的发展与应用。
国内外的研究与工程实践表明，纤维增强树脂基复合材料(FRP)相较于传统建筑结构材料具有轻质、高强、耐疲劳、耐腐蚀、预期寿命长、可设计等优异性能，在工程应用过程中能够有效的提升材料、结构抗腐蚀与疲劳破坏等性能，从而保证构件在服役寿命内具备可靠的安全性，带来可观的社会与经济效益。在大跨桥梁领域，传统钢材因为自重过大、耐腐蚀性较差，严重限制了大跨桥梁的发展。纤维增强复合材料作为一种轻质和超高强的新型耐腐蚀材料，能够极大减轻结构自重，显著提高结构理论极限跨度比，实现超大跨结构的新突破。此外，纤维增强复合材料取代传统钢材，能够有效解决海洋工程建设对材料高耐久性的要求，在全寿命建造成本方面具有较大优势，应用前景广阔。
纤维增强复合材料沿纤维方向具有优异的力学性能，但其横向的抗剪切与抗压性能较差，造成杆体锚固困难。缺乏高效可靠的锚固系统，是限制其大规模土木工程应用的关键因素之一。尤其针对FRP杆体，其锚固面临着众多难题。已有的锚具按照锚固力的来源可分为夹持式与粘结式锚具，夹持式锚固系统一般由外金属套筒和楔形金属夹片组成，锚固力依靠金属夹片与FRP杆体表面的夹持力和摩擦力来提供。夹持式锚具容易造成杆体的损伤，会加快杆体的疲劳损伤，降低其疲劳寿命。粘结式锚固系统一般由金属套筒和粘结剂组成。其锚固力主要依靠粘结剂与套筒和FRP杆体之间的粘结力来提供。粘结式锚具锚固效率低，杆体与胶黏剂之间易产生滑移。
由此可见，单一的夹持式锚具与粘结式锚具都无法满足土木工程用FRP杆体的锚固需求，其锚固技术尚未成熟，因此有必要提出一种新的复合型并适用上述条件的FRP杆体锚固技术。
发明内容
本发明是为了解决传统锚固系统存在的锚具内部易产生应力集中、锚具内杆体与胶黏剂之间易发生脱粘、耐疲劳性能差以及锚固效率低的问题，进而提供了一种用于FRP杆体的挤压-粘结型锚固系统及锚固方法。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种用于FRP杆体的挤压-粘结型锚固系统，它包括锚固钢管、对中环及两个夹片，其中所述锚固钢管为带有锥度内孔的圆形钢管，两个夹片相对布置呈带有外锥度的圆形套管结构且配合穿装在锚固钢管内，两个夹片的一端部对接后呈密封状态，FRP杆体同轴穿装在两个夹片所形成的圆形套管结构内，夹片与FRP杆体之间填充有环氧树脂，所述对中环同轴套装在FRP杆体上且嵌装在两个夹片的另一端部所形成的圆形套管结构内。
进一步地，两个夹片之间夹设有橡胶片，且通过设置橡胶片使两个夹片对接形成一端封闭的容纳孔，所述FRP杆体穿装在所述容纳孔内，且FRP杆体的一端抵设在容纳孔的封闭端。
进一步地，所述容纳孔为沿轴向依次连通布置的若干锥形孔。
进一步地，沿夹片的一端部至另一端部，若干所述锥形孔的锥度依次减小。
进一步地，所述锥形孔的数量为五个，且每个锥形孔的长度均为40mm，沿夹片的一端部至另一端部，锥形孔的锥度依次为1/40、2/40、3/40、4/40、5/40。
进一步地，两个夹片的一端部对接后形成圆柱形槽口，FRP杆体的一端插装在圆柱形槽口内。
进一步地，锚固钢管的内孔锥度不小于1/50，锚固钢管的长度为150mm～250mm，且其最薄处不小于3mm。
进一步地，对中环为PVC材质。
进一步地，橡胶片与夹片之间采用胶水粘接。
一种采用上述锚固系统的锚固方法，它包括如下步骤：
步骤一、在FRP杆体的锚固端用砂纸打磨，进行粗糙处理，同时对锚固钢管的内孔与夹片进行除锈，用无水乙醇将打磨后的FRP杆体、锚固钢管内孔与夹片擦拭干净；
步骤二、将橡胶片放置在两个夹片之间的对接处，并将橡胶片与夹片进行胶接；
步骤三、将FRP杆体插入到两个夹片一端部所形成的封闭端；
步骤四、采用高压注射器将环氧树脂注入到夹片与FRP杆体之间的空隙中；
步骤五、待环氧树脂注满夹片与FRP杆体之间的空隙后，将对中环嵌入到夹片另一端部与FRP杆体之间的空隙中，并用胶水固定，实现对FRP杆体在锚固系统中的对中；
步骤六、将步骤五固定好的整个装置放在室内，在室温下对环氧树脂固化24小时，然后将整个装置放置在烘箱内，60℃固化48小时；
步骤七、待环氧树脂固化好后，取出整个装置，采用压力机将整个装置中的夹片部分压入到锚固钢管预定位置，完成对FRP杆体的锚固，在此过程中，夹片受到锚固钢管内壁挤压而相向运动，在环氧树脂与FRP杆体之间引入环向的压应力。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
本申请采用夹片与胶粘法，是一种挤压-粘结型的复合锚具，可有效提升锚固系统的锚固效率，防止FRP杆体与环氧树脂间的脱粘，减少锚固系统端部的应力集中，提高锚固系统的耐疲劳性能。
正常工作状态下，本申请的锚固系统内部应力分布均匀，在锚固系统端部无应力集中，锚固效率高，锚固系统内部无滑移，耐疲劳性能好。
本锚固系统使用过后，将夹片取出，高温加热后去除夹片内部的环氧树脂与FRP杆体，本锚具可以重复使用。
附图说明
图1为本申请的主剖视示意图；
图2为夹片的立体结构示意图；
图3为图1的左视示意图；
图4为图1的右视示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～4说明本实施方式，一种用于FRP杆体的挤压-粘结型锚固系统，它包括锚固钢管4、对中环1及两个夹片2，其中所述锚固钢管4为带有锥度内孔的圆形钢管，两个夹片2相对布置呈带有外锥度的圆形套管结构且配合穿装在锚固钢管4内，两个夹片2的一端部对接后呈密封状态，FRP杆体5同轴穿装在两个夹片2所形成的圆形套管结构内，夹片2与FRP杆体5之间填充有环氧树脂3，所述对中环1同轴套装在FRP杆体5上且嵌装在两个夹片2的另一端部所形成的圆形套管结构内。
夹片2为楔形夹片，两个夹片2对接后的径向剖面呈圆环形。
环氧树脂3为结构型胶黏剂，填充在夹片2与FRP杆体5的空隙之间，环氧树脂3配比1:1的铁砂用于增强环氧树脂3的抗压能力。
对中环1配合用于FRP杆体5的对中，具体固装在夹片2的另一端部内壁与对应的FRP杆体5的外壁之间。
锚固钢管4的内孔锥度与两个夹片2所形成的圆形套管结构的外部锥度一致。锚固过程中，使用压力机将夹片2由锚固钢管4的一端压入锚固钢管4内部，两个夹片2受到锚固钢管4内壁挤压而相向运动，便在环氧树脂3与FRP杆体5之间引入环向的压应力，可有效提升两者之间的摩擦力，减小锚固系统的设计长度。
本申请采用夹片与胶粘法，是一种挤压-粘结型的复合锚具，可有效提升锚固系统的锚固效率，防止FRP杆体5与环氧树脂3间的脱粘，减少锚固系统端部的应力集中，提高锚固系统的耐疲劳性能。
正常工作状态下，本申请的锚固系统内部应力分布均匀，在锚固系统端部无应力集中，锚固效率高，锚固系统内部无滑移，耐疲劳性能好。
本锚固系统使用过后，将夹片2取出，高温加热后去除夹片2内部的环氧树脂3与FRP杆体5，本锚具可以重复使用。
两个夹片2之间夹设有橡胶片6，且通过设置橡胶片6使两个夹片2对接形成一端封闭的容纳孔201，所述FRP杆体5穿装在所述容纳孔201内，且FRP杆体5的一端抵设在容纳孔201的封闭端。所述容纳孔201用于安放FRP杆体5。通过设置橡胶片6，使两个夹片2对接处密封，形成一端封闭的容纳孔201，防止环氧树脂3外渗，同时为两个夹片2的相向运动提供空间。橡胶片6的厚度不小于1mm。以提供两个夹片2间充足相向运动，在环氧树脂3与FRP杆体5之间引入足够大的环向应力。
所述容纳孔201为沿轴向依次连通布置的若干锥形孔。如此设计，有效增大对FRP杆体5的锚固力。若干锥形孔的小径端直径可以相同，也可以不同，优选为相同，可有效减小夹片2的厚度，进而减小锚固系统的尺寸。每个锥形孔的小端内径均不应过大也不应过小，防止过大时产生FRP杆体5与环氧树脂3间的滑移，过小时在锚具内部产生应力集中。每个锥形孔的小端内径优选为10mm～12mm。
沿夹片2的一端部至另一端部，若干所述锥形孔的锥度依次减小。如此设计，不同的锥度能够为FRP杆提供不同的反向挤压力，为FRP杆体5提供沿锚固系统轴向均匀分布的锚固力。夹片2的最薄处厚度不应小于3mm，防止夹片2产生过大变形。
所述锥形孔的数量为五个，且每个锥形孔的长度均为40mm，沿夹片2的一端部至另一端部，锥形孔的锥度依次为1/40、2/40、3/40、4/40、5/40。
两个夹片2的一端部对接后形成圆柱形槽口202，FRP杆体5的一端插装在圆柱形槽口202内。通过圆柱形槽口202将FRP杆体5固定在夹片2一端部。每个夹片上各开设半个圆柱形的槽口，两个夹片对接后，形成一整个圆柱形槽口。
锚固钢管4的内孔锥度不小于1/50，锚固钢管4的长度为150mm～250mm，且其最薄处不小于3mm。防止拉伸时产生过大变形而影响锚固系统的重复使用。
对中环1为PVC材质。防止因夹片2的挤压而对FRP杆体5造成损伤。对中环1的高度优选为5mm。
橡胶片6与夹片2之间采用胶水粘接。胶水优选502胶水。
一种采用上述锚固系统的锚固方法，它包括如下步骤：
步骤一、在FRP杆体5的锚固端用砂纸打磨，进行粗糙处理，同时对锚固钢管4的内孔与夹片2进行除锈，用无水乙醇将打磨后的FRP杆体5、锚固钢管4内孔与夹片2擦拭干净；
步骤二、将橡胶片6放置在两个夹片2之间的对接处，并将橡胶片6与夹片2进行胶接；
步骤三、将FRP杆体5插入到两个夹片2一端部所形成的封闭端；具体插装在圆柱形槽口202内。
步骤四、采用高压注射器将环氧树脂3注入到夹片2与FRP杆体5之间的空隙中；
步骤五、待环氧树脂3注满夹片2与FRP杆体5之间的空隙后，将对中环1嵌入到夹片2另一端部与FRP杆体5之间的空隙中，并用胶水固定，实现对FRP杆体5在锚固系统中的对中；
步骤六、将步骤五固定好的整个装置放在室内，在室温下对环氧树脂3固化24小时，然后将整个装置放置在烘箱内，60℃固化48小时；
步骤七、待环氧树脂3固化好后，取出整个装置，采用压力机将整个装置中的夹片部分压入到锚固钢管4预定位置，完成对FRP杆体5的锚固，在此过程中，夹片2受到锚固钢管4内壁挤压而相向运动，在环氧树脂3与FRP杆体5之间引入环向的压应力。
Claims (10)
1.一种用于FRP杆体的挤压-粘结型锚固系统，其特征在于：它包括锚固钢管(4)、对中环(1)及两个夹片(2)，其中所述锚固钢管(4)为带有锥度内孔的圆形钢管，两个夹片(2)相对布置呈带有外锥度的圆形套管结构且配合穿装在锚固钢管(4)内，两个夹片(2)的一端部对接后呈密封状态，FRP杆体(5)同轴穿装在两个夹片(2)所形成的圆形套管结构内，夹片(2)与FRP杆体(5)之间填充有环氧树脂(3)，所述对中环(1)同轴套装在FRP杆体(5)上且嵌装在两个夹片(2)的另一端部所形成的圆形套管结构内。
2.根据权利要求1所述的一种用于FRP杆体的挤压-粘结型锚固系统，其特征在于：两个夹片(2)之间夹设有橡胶片(6)，且通过设置橡胶片(6)使两个夹片(2)对接形成一端封闭的容纳孔(201)，所述FRP杆体(5)穿装在所述容纳孔(201)内，且FRP杆体(5)的一端抵设在容纳孔(201)的封闭端。
3.根据权利要求2所述的一种用于FRP杆体的挤压-粘结型锚固系统，其特征在于：所述容纳孔(201)为沿轴向依次连通布置的若干锥形孔。
4.根据权利要求3所述的一种用于FRP杆体的挤压-粘结型锚固系统，其特征在于：沿夹片(2)的一端部至另一端部，若干所述锥形孔的锥度依次减小。
5.根据权利要求3或4所述的一种用于FRP杆体的挤压-粘结型锚固系统，其特征在于：所述锥形孔的数量为五个，且每个锥形孔的长度均为40mm，沿夹片(2)的一端部至另一端部，锥形孔的锥度依次为1/40、2/40、3/40、4/40、5/40。
6.根据权利要求1、2、3或4所述的一种用于FRP杆体的挤压-粘结型锚固系统，其特征在于：两个夹片(2)的一端部对接后形成圆柱形槽口(202)，FRP杆体(5)的一端插装在圆柱形槽口(202)内。
7.根据权利要求1所述的一种用于FRP杆体的挤压-粘结型锚固系统，其特征在于：锚固钢管(4)的内孔锥度不小于1/50，锚固钢管(4)的长度为150mm～250mm，且其最薄处不小于3mm。
8.根据权利要求1所述的一种用于FRP杆体的挤压-粘结型锚固系统，其特征在于：对中环(1)为PVC材质。
9.根据权利要求1所述的一种用于FRP杆体的挤压-粘结型锚固系统，其特征在于：橡胶片(6)与夹片(2)之间采用胶水粘接。
10.一种采用上述权利要求1～9所述锚固系统的锚固方法，其特征在于：它包括如下步骤：
步骤一、在FRP杆体(5)的锚固端用砂纸打磨，进行粗糙处理，同时对锚固钢管(4)的内孔与夹片(2)进行除锈，用无水乙醇将打磨后的FRP杆体(5)、锚固钢管(4)内孔与夹片(2)擦拭干净；
步骤二、将橡胶片(6)放置在两个夹片(2)之间的对接处，并将橡胶片(6)与夹片(2)进行胶接；
步骤三、将FRP杆体(5)插入到两个夹片(2)一端部所形成的封闭端；
步骤四、采用高压注射器将环氧树脂(3)注入到夹片(2)与FRP杆体(5)之间的空隙中；
步骤五、待环氧树脂(3)注满夹片(2)与FRP杆体(5)之间的空隙后，将对中环(1)嵌入到夹片(2)另一端部与FRP杆体(5)之间的空隙中，并用胶水固定，实现对FRP杆体(5)在锚固系统中的对中；
步骤六、将步骤五固定好的整个装置放在室内，在室温下对环氧树脂(3)固化24小时，然后将整个装置放置在烘箱内，60℃固化48小时；
步骤七、待环氧树脂(3)固化好后，取出整个装置，采用压力机将整个装置中的夹片部分压入到锚固钢管(4)预定位置，完成对FRP杆体(5)的锚固，在此过程中，夹片(2)受到锚固钢管(4)内壁挤压而相向运动，在环氧树脂(3)与FRP杆体(5)之间引入环向的压应力。
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