CN116591396A - 一种预应力碳板的外伸夹片式锚具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种预应力碳板的外伸夹片式锚具，可应用于桥梁工程及建筑工程中大跨度结构、梁、板的抗弯加固，裂缝控制。提出的锚具由带锥孔的锚板1和两个楔形夹片2组成。通过锚板两端外伸夹片和锚板孔端4、夹片的夹持面端部5倒平滑圆角，大幅降低夹片端部的应力集中，同时通过水准气泡调平锚板避免碳板张拉时发生受扭破坏，改善碳板强度利用率低的问题。取消粘结胶在锚具中的使用，通过增大摩擦力的方式锚固碳板3，避免传统粘结方法的脱胶破坏与老化剥离破坏，使锚具耐久性有了保障，简化施工工序、缩短工期、操作便捷，解决了锚具笨重、材料用量大、成本高昂的问题。
Description
技术领域：
本发明涉及桥梁工程及建筑工程技术领域，更具体地，涉及一种改善碳板切口效应的外伸夹片式锚具。
背景技术：
结构加固技术在土木工程中变得愈加重要，碳纤维板由于自重小、强度高、耐久性好、施工方便等优点，成为了桥梁及建筑物预应力加固的重要材料。拥有稳定高效、安全便捷的碳板锚夹具，才能减少预应力损失、发挥材料优势，才能把这种先进的预应力碳板加固技术变得更为可靠。目前夹片式锚具是预应力碳板加固工程中常用的一种锚具形式，由带锥孔的锚板和两个楔形夹片组成，锚板内有倾斜一定角度的锥孔，两个楔形夹片夹紧碳板后插入锚板内的锥孔，通过对夹片施加顶压力的方式使其一同进入锥孔，锥孔壁对夹片斜面产生摩擦力阻止夹片回缩，同时夹片对碳板产生挤压力，夹片与碳板间产生摩擦力，进而达到锚固碳板的作用。
由于碳纤维板是各向异性材料，其抗横向剪切性能较差，碳板易因横向受剪损伤而造成锚固效率下降和突然断裂，从而导致锚固失效，“切口效应”严重影响了锚固的安全，因此本发明通过使锲型夹片外伸一定长度，使端部受剪厚度由碳板厚度变为两个夹片和碳板的厚度，降低应力集中，减弱切口效应。
在碳板张拉过程由于两端锚板不在同一水平面上，碳板容易造成受扭破坏，在张拉力较低情况下绷断，存在很大的安全隐患。本发明通过在锚板表面安装水准气泡，使两端锚板调平在同一水平面上避免张拉碳板时发生受扭破坏，保证施工安全，改善了碳纤维材料强度利用率低的问题。
为弥补碳板和夹片间摩阻不足，通常添加粘结胶一同工作，达到高锚固效率。但粘结胶存在老化问题，在动载下的耐久性难以保证。且工艺复杂、需要较多的锚固顶压和张拉工具进行顶压和张拉，对工作人员操作要求较高，成本偏高。本发明对锚具的结构和锚固方式进行优化，取消粘结胶在锚具中的使用，提出无粘结机械锚固的锚固方式。
本发明提供一种能够有效夹紧碳板，确保锚固性能，避免端部应力集中的碳板外伸夹片式锚具。本发明对锚具的整体和尺寸做出了新的设计，使它的体型轻巧、制作简单、安装方便，使用时不需开槽，碳板贴近结构表面，不影响原有结构的承载力和安全，不影响原有结构美观。
发明内容：
本发明的目的是提供一种预应力碳板的外伸夹片式锚具，该外伸夹片式锚具有效改善切口效应，降低夹片端部的应力集中，同时通过水准气泡调平锚板避免碳板张拉时发生受扭破坏，改善了碳纤维材料强度利用率低的问题。并且取消粘结胶在锚具中的使用，提出无粘结机械锚固的锚固方式。也解决了锚具笨重、施工安装不便、材料用量较大、成本高昂的问题。
本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
一种预应力碳板的外伸夹片式锚具，该锚具由带锥孔的锚板1和两个楔形夹片2组成。两个夹片穿设在带锥孔的锚板1内，碳板3夹设在两个夹片2之间。
两个夹片2夹紧碳板3后插入锚板内的锥孔，通过顶压装置对两个夹片厚端同步施加顶压力的方式使其一同进入锥孔，锥孔壁对夹片斜面产生摩擦力阻止夹片回缩，同时夹片对碳板产生挤压力，夹片与碳板之间产生摩擦力，进而达到锚固碳板的作用。
夹片固定在锚板之后，前端和后端都外伸1/12至1/10锚板的长度，可有效分散锚板端部的应力集中。
锚板的大小孔端倒平滑圆角4，夹片的夹持面端部倒平滑圆角5，减小端部的应力集中。
锚板内有倾斜3°至6°的锥孔，这种最优设计角度可避免锚板内壁的集中应力过大，超过材料极限强度。
夹片的倾斜角度与锚板锥孔的倾斜角度一致，以保证二者面面接触，产生摩擦力，传递挤压力。
锚板与夹片的接触面涂抹润滑油，以减小锚板与夹片接触面的摩擦力。
夹片与碳板相接触的一面设有摩擦凹部11，摩擦凹部为条状凹槽、波状凹槽、网格凹槽或圈状凹槽，并喷金刚砂处理。
在张拉力的作用下夹片随碳板一起朝着张拉力方向轴向滑动，使锚具自动夹紧，从而使碳板被有效夹持并保持自锁。
锚板的上表面开设两个安装水准气泡的凹槽12，一个沿张拉力方向，一个垂直张拉力方向。通过在锚板表面安装水准气泡，将两端锚板调平在同一水平面上，避免张拉碳板时发生受扭破坏。
锚板的厚度h小于等于50mm，使锚具体型轻巧，碳板接近结构表面。
锚板两侧分别凸设有吊耳部，吊耳部上设有供张拉螺杆穿设的穿孔6。
锚板相对于吊耳部沿纤维板的拉伸方向凸设有凸部，凸部与吊耳部之间形成30°至45°度直倒角结构9或圆滑倒角结构10。
与现有预应力碳纤维加固技术相比较，本发明具有以下优点：
该外伸夹片式锚具有效改善了切口效应，降低夹片端部的应力集中，改善了碳纤维材料强度利用率低的问题，可以保证高强纤维板材的夹持均匀性。
锚板上表面安装的水准气泡，可将两端锚板调平在同一水平面上，避免张拉碳板时发生受扭破坏，改善碳板强度利用率低的问题。
夹片夹持面上的摩擦凹部大大增加接触面摩擦力与机械咬合力，有效防止碳板滑移，锚固能力提升。
取消粘结胶在锚具中的使用，提出无粘结机械锚固的锚固方式，避免了传统粘结方法的脱胶破坏与老化剥离破坏，使锚具耐久性有了保障，简化了施工工序、缩短工期、操作更为简单。
锚板一体成型，整体性较好。
对锚具的整体和尺寸做出了新的设计，装置尺寸可调节，使它的体型轻巧、制作简单、安装方便。
使用时不需在结构上开槽，碳板贴近结构表面，不影响原有结构的承载力和安全，不影响原有结构美观。
所需材料或零件均采用工厂标准化生产，质量可控、成本低廉，适用于采用碳板加固数量较多的实际工程中。
附图说明：
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。
图1为锚具夹持碳板的剖面图；
图2为锚具第一实施例的俯视图；
图3为锚具第二实施例的俯视图；
图4为锚具的前视图；
图5为锚具的后视图；
图6为夹片夹持面的摩擦凹部的第一实施例---条状凹槽的示意图；
图7为夹片夹持面的摩擦凹部的第二实施例---波状凹槽的示意图；
图8为夹片夹持面的摩擦凹部的第三实施例---网格凹槽的示意图；
图9为夹片夹持面的摩擦凹部的第四实施例---圈状凹槽的示意图。
图中：1锚板；2锲型夹片；3碳板；4锚板孔端倒平滑圆角；5夹片的夹持面端部倒平滑圆角；6锚板上供张拉螺杆穿过的螺孔；7锚板小孔端；8锚板大孔端；9直倒角吊耳部；10圆滑倒角吊耳部；11摩擦凹部；12水准气泡安装槽。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例，这些附图仅为简化的示意图，以示意说明本发明的基本结构，并不具备技术上的实质意义，不对本发明作任何限制。因此,示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
本发明提供一种预应力碳板的外伸夹片式锚具，该锚具由带锥孔的锚板和两个楔形夹片组成。两个夹片穿设在带锥孔的锚板内，碳板夹设在两个夹片之间。应用时锚板、夹片、碳板的规格尺寸根据加固构件实际所需情况确定。本发明装置的适用性很强，适用于桥梁工程及建筑工程中大跨度结构、梁、板的抗弯加固，裂缝控制。
本发明体型轻巧、安装方便、性能可靠、质量可控、成本低廉，有效改善了切口效应，降低夹片端部的应力集中，改善了碳纤维材料强度利用率低的问题，可以保证高强纤维板材的夹持均匀性和稳固性，保证锚固效率高于0.95。
两个夹片夹紧碳板后插入锚板内的锥孔，通过顶压装置对两个夹片厚端同步施加顶压力的方式使其一同进入锥孔，锥孔壁对夹片斜面产生摩擦力阻止夹片回缩，同时夹片对碳板产生挤压力，夹片与碳板间产生摩擦力，进而达到锚固碳板的作用。
锚板与夹片的接触面涂抹润滑油，以减小锚板与夹片接触面的摩擦力。夹片与碳板相接触的一面设有摩擦凹部，摩擦凹部为条状凹槽、波状凹槽、网格凹槽或圈状凹槽，并喷金刚砂处理，摩擦凹部大大增加接触面摩擦力与机械咬合力，有效防止碳板滑移，锚固能力提升。
取消粘结胶在锚具中的使用，提出无粘结机械锚固的锚固方式，避免了传统粘结方法的脱胶破坏与老化剥离破坏，使锚具耐久性有了保障，简化了施工工序、缩短工期、操作更为简单。
夹片固定在锚板之后，前端和后端都外伸1/12至1/10锚板的长度，可有效分散锚板端部的应力集中，使碳板在高强拉力下不被剪断。锚板的大小孔端倒平滑圆角，夹片的夹持面端部倒平滑圆角，可有效降低端部的局部应力。碳板的剪切应力、最大等效应力可减小30％以上，改善了碳纤维材料强度利用率低的问题，可以保证高强纤维板材的夹持均匀性，安全性大大提高。
锚板的上表面开设两个安装水准气泡的凹槽，一个沿张拉力方向，一个垂直张拉力方向。通过在锚板表面安装水准气泡，将两端锚板调平在同一水平面上，避免张拉碳板时发生受扭破坏，改善了碳纤维材料强度利用率低的问题。
顶压力取值为张拉力的50％至90％，夹片与碳板的锚固效率与顶压力的大小成正相关。为了让碳板在预紧阶段中不会因挤压力过大而损坏，对夹片厚端施加的顶压力不能超过限值。
锚板与夹片的接触面涂抹润滑油，以减小锚板与夹片接触面的摩擦力。夹片与碳板相接触的一面设有摩擦凹部，并喷金刚砂处理，以增大碳板与夹片接触面的摩擦力。在张拉力的作用下夹片随碳板一起轴向滑动，使锚具自动夹紧，从而使碳板被有效夹持并保持自锁。形成自锁后,楔形夹片与碳板形成一个整体,并最终实现锚板、夹片和碳板的整体锚固。
锚板内有倾斜3°至6°的锥孔，这种最优设计角度可避免锚板内壁的集中应力过大，超过材料极限强度。夹片的倾斜角度与锚板锥孔的倾斜角度一致，以保证二者面面接触，产生摩擦力，传递挤压力。
锚板的厚度h小于等于50mm，使锚具体型轻巧，安装方便，使用时不需在结构上开槽，碳板贴近结构表面，不影响原有结构的承载力和安全，不影响原有结构美观。
锚板一体成型，整体性较好。锚板两侧分别凸设有吊耳部，吊耳部上设有供张拉螺杆穿设的穿孔。锚板相对于吊耳部沿纤维板的拉伸方向凸设有凸部，凸部与吊耳部之间形成30°至45°度直倒角结构或圆滑倒角结构。这种构造可有效地降低锚板的局部应力、使锚板受力更均匀。
Claims (12)
1.一种预应力碳板的外伸夹片式锚具，其特征在于：该锚具由带锥孔的锚板1和两个楔形夹片2组成；两个夹片2夹紧碳板3后插入锚板内的锥孔8，通过顶压装置对两个夹片厚端同步施加顶压力的方式使其一同进入锥孔，在张拉力的作用下夹片随碳板一起朝着张拉力方向轴向滑动。
2.根据权利要求1所述的外伸夹片式锚具,其特征在于：所述锚板1内有倾斜3°至6°的锥孔。
3.根据权利要求1所述的外伸夹片式锚具,其特征在于：所述夹片2的倾斜角度与锚板锥孔的倾斜角度一致，倾斜角度为3°至6°。
4.根据权利要求1所述的外伸夹片式锚具,其特征在于：所述夹片2固定在锚板1之后，前端7和后端8都外伸1/12至1/10锚板的长度。
5.根据权利要求1所述的外伸夹片式锚具,其特征在于：所述锚板的大小孔端4倒平滑圆角，夹片的夹持面端部5倒平滑圆角。
6.根据权利要求1所述的外伸夹片式锚具,其特征在于：所述锚板的上表面开设两个安装水准气泡的凹槽12，一个沿张拉力方向，一个垂直张拉力方向；并在槽内安装水准气泡。
7.根据权利要求4所述的外伸夹片式锚具,其特征在于：所述夹片2与碳板3相接触的一面设有摩擦凹部11，摩擦凹部为条状凹槽、波状凹槽、网格凹槽或圈状凹槽，并喷金刚砂处理。
8.根据权利要求4所述的外伸夹片式锚具,其特征在于：在夹片与碳板之间取消粘结胶的使用。
9.根据权利要求1所述的外伸夹片式锚具,其特征在于：所述锚板的厚度h小于等于50mm。
10.根据权利要求1所述的外伸夹片式锚具,其特征在于：所述锚板两侧分别凸设有吊耳部，吊耳部上设有供张拉螺杆穿设的穿孔6。
11.根据权利要求10所述的外伸夹片式锚具,其特征在于：所述锚板相对于吊耳部沿纤维板的拉伸方向凸设有凸部，凸部与吊耳部之间形成30°至45°度直倒角结构9或圆滑倒角结构10。
12.根据权利要求10所述的外伸夹片式锚具,其特征在于：所述锚具本体与吊耳部一体成型。
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| CN202310734184.3A CN116591396A (zh) | 2023-06-20 | 2023-06-20 | 一种预应力碳板的外伸夹片式锚具 |
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Cited By (1)
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| CN117489044A (zh) * | 2023-11-21 | 2024-02-02 | 长沙理工大学 | 一种预应力碳纤维板的变波纹夹片锚具 |
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2023
- 2023-06-20 CN CN202310734184.3A patent/CN116591396A/zh active Pending
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