CN116623877A - 一种cfrp索张拉和锚固体系及实施方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种CFRP索张拉和锚固体系及实施方法，包括锚杯、外套筒和内套筒，锚杯的一侧面上开设有第一安装孔，第一安装孔为锥形孔，锚杯的另一侧面上开设有第二安装孔，第一安装孔小径端的直径大于第二安装孔的直径；外套筒包括锥状部，锥状部的大端连接有旋钮部，旋钮部的横截面轮廓为多边形，外套筒的内侧壁上开设有内螺纹；内套筒的内侧开设有锥型贯穿孔，外周侧设有外螺纹，内套筒能穿过锚杯的第二安装孔与外套筒旋接，第二安装孔的内侧壁上设有凸起结构，内套筒的外螺纹上开设有与凸起结构相适配的槽口。上述方案，所述CFRP索张拉和锚固体系通过设置锚杯、外套筒和内套筒，能简单高效地对CFRP拉索或预应力筋材进行锚固和张拉。

Description

一种CFRP索张拉和锚固体系及实施方法

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，特别是指一种CFRP索张拉和锚固体系及实施方法。

背景技术

碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic，简称CFRP)具有轻质、高强、耐腐蚀、抗疲劳、温度变形小等特性，是一种非常适用于拉索和预应力结构的工程材料，在空间结构拉索体系、桥梁拉索及预应力结构用筋材中具有很广泛的应用前景。

不同于传统钢质拉索或预应力绞线所采用的高强钢丝材料，CFRP具有力学特性各向异性特点，抗拉强度高，但抗压强度、抗剪强度低。因此，CFRP拉索或预应力筋材的锚具以及与其相适应的张拉构造措施和方法，不能直接采用传统钢丝拉索或预应力筋的技术。CFRP拉索或预应力筋材的高效锚固体系以及与其项适应的高效张拉方法，是其工程应用中的关键问题。

目前，常用的CFRP拉索或预应力筋材的锚具包括粘结型锚具、机械型锚具和兼具粘结与机械挤压锚固原理的复合型锚具等。这类锚具体系借鉴了钢质拉索和预应力筋材的锚固原理，并通过锚具构造优化缓解锚固体系对CFRP造成的压应力和剪应力集中问题，一定程度上解决了高效锚固体系的问题。

然而，与该类锚固体系相适应的钢质预应力筋材的张拉方法，并不能适用于CFRP预应力筋材。传统的钢质筋材可以通过张拉设备直接夹持筋材进行预应力张拉，在张拉到位后通过夹片等部件锁止筋材，之后卸除张拉设备，完成张拉施工。但是，CFRP抗压和抗剪性能差，导致CFRP筋材不能制备被张拉设备夹持。因此，为了完成张拉，通常需要在CFRP筋材锚具的后端附加相应的钢质张拉段，但这样就会带来两方面的弊端：一是附加钢质张拉段之后，筋材的锚固体系和张拉断构造的长度过大，给施工造成很大的不便；二是在附加的张拉构造上进行张拉时，相比传统钢质筋材的锚固和张拉体系，会导致张拉过程中CFRP锚固体系上产生非常大的集中力，因此将会使得锚固体系变得非常笨重。

综上，现有的锚固体系及其张拉构造，难以满足CFRP预应力筋材的工程实际使用需求。因此，亟需统筹考虑CFRP预应力筋材高效锚固与高效施工张拉，开发与其相适应的锚具构造及配套的张拉构造和实施方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种CFRP索张拉和锚固体系及实施方法，以解决现有的锚固体系及其张拉构造，难以满足CFRP预应力筋材的工程实际使用需求的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种CFRP索张拉和锚固体系，包括锚杯、外套筒和内套筒，其中，

所述锚杯的一侧面上开设有第一安装孔，所述第一安装孔为锥形孔，所述锚杯的另一侧面上开设有与所述第一安装孔的小径端相连通的第二安装孔，所述第一安装孔与所述第二安装孔同轴设置，且所述第一安装孔小径端的直径大于所述第二安装孔的直径；

所述外套筒包括与所述锚杯的第一安装孔相适配的锥状部，所述锥状部的大端连接有旋钮部，所述旋钮部的横截面轮廓为多边形，且所述多边形的内切圆直径大于所述锥状部大端的外径，所述外套筒为两端不封闭的中空结构，所述外套筒的内侧壁上开设有内螺纹；

所述内套筒的内侧开设有用于固定拉索的锥型贯穿孔，外周侧设有与所述外套筒的内螺纹相适配的外螺纹，所述内套筒能够穿过所述锚杯的第二安装孔与所述外套筒旋接，所述第二安装孔的内侧壁上设有凸起结构，所述内套筒的外螺纹上开设有与所述凸起结构相适配的槽口。

其中，所述外套筒的锥状部能够插设在所述第一安装孔中，且所述锥状部的长度短于所述第一安装孔的深度。

在一个较佳的实施例中，所述锥状部的长度大于所述旋钮部的长度。

进一步的，所述外套筒的内螺纹自所述锥状部的小端端面向所述旋钮部方向延伸，且距所述外套筒的另一端面预定距离。

其中，所述凸起结构的数量为二个，二个所述凸起结构对称设置，所述槽口沿所述内套筒的轴向设置。

其中，所述旋钮部的横截面轮廓为正六边形，所述旋钮部和所述锥状部同轴设置。

其中，所述锚杯上设置有多个所述第一安装孔，所述第二安装孔的数量与所述第一安装孔的数量相对应。

本发明还提供一种上述CFRP索张拉和锚固体系的实施方法，包括：

S1、将拉索从内套筒的锥型贯穿孔的小开口端穿入，并与所述内套筒通过灌浆粘结，上述过程可在工厂内完成便于提升施工效率；

S2、将外套筒的锥状部安装至第一安装孔；

S3、将所述内套筒安装至第二安装孔；

S4、旋转所述外套筒的旋钮部，所述内套筒在螺纹的作用下，带动所述拉索沿轴向移动，以进行张拉和锚固。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

随着扭动旋钮部预应力张拉荷载逐渐增大，预应力张拉水平由扭转产生的位移控制，随着位移增加张拉荷载增大，螺纹的接触面积增加，外套筒对内套筒的约环向束也在增强；同时，所述第一安装孔和所述锥状部的锥型构造能够在张拉过程中实现自锚，以增大所述锚杯对所述外套筒的轴向约束，从而使得所述锚杯、外套筒和内套筒协同锚固CFRP棒材。张拉成型完毕之后，锚具也完全成型，达到最大锚固能力，从而实现张拉和锚固的同步进行和完成。上述过程上实现CFRP筋材的锚固张拉一体化，避免CFRP筋材在传统锚固过程中的被夹持，即避免CFRP筋材受剪，提升锚固效率的同时减小锚具长度，以解决目前的锚固体系及其张拉构造难以满足CFRP预应力筋材的工程实际使用需求的问题。

附图说明

图1为本发明CFRP索张拉和锚固体系的爆炸图；

图2为本发明CFRP索张拉和锚固体系的锚杯的俯视图；

图3为本发明CFRP索张拉和锚固体系的锚杯的剖视图；

图4为本发明CFRP索张拉和锚固体系的外套筒的结构图；

图5为本发明CFRP索张拉和锚固体系的外套筒的剖视图；

图6为本发明CFRP索张拉和锚固体系的内套筒的结构图；

图7为本发明CFRP索张拉和锚固体系的安装过程示意图；

图8为本发明CFRP索张拉和锚固体系的安装完成结构图。

[附图标记]

1、锚杯；2、外套筒；3、内套筒；4、CFRP拉索；5、槽口；

6、第一安装孔；7、第二安装孔；8、凸起结构；9、锥状部；10、旋钮部；

11、内螺纹；12、锥型贯穿孔；13、外螺纹。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

如图1～图8所示的，本发明的实施例提供一种CFRP索张拉和锚固体系，包括锚杯1、外套筒2和内套筒3，如图3所示的，所述锚杯1的一侧面上开设有第一安装孔6，所述第一安装孔6为锥形孔，所述锚杯的另一侧面上开设有与所述第一安装孔6的小径端相连通的第二安装孔7，所述第一安装孔6与所述第二安装孔7同轴设置，且所述第一安装孔6小径端的直径大于所述第二安装孔7的直径。

如图4所示的，所述外套筒2包括与所述锚杯1的第一安装孔6相适配的锥状部9，所述锥状部9的大端连接有旋钮部10，所述旋钮部10的横截面轮廓为多边形，且所述多边形的内切圆直径大于所述锥状部9大端的外径，如图5所示的，所述外套筒2为两端不封闭的中空结构，所述外套筒2的内侧壁上开设有内螺纹11。

如图6所示的，所述内套筒3的内侧开设有用于固定CFRP拉索4的锥型贯穿孔12，外周侧设有与所述外套筒2的内螺纹11相适配的外螺纹13，所述内套筒3能够穿过所述锚杯1的第二安装孔7与所述外套筒2旋接，所述第二安装孔7的内侧壁上设有矩形的凸起结构8，所述内套筒3的外螺纹13上开设有与所述凸起结构8相适配的槽口5，以在安装时进行限位。

其中，所述外套筒2的锥状部9能够插设在所述第一安装孔6中，且所述锥状部9的长度短于所述第一安装孔6的深度，所述锚杯1的第一安装孔6可以对所述外套筒2形成自锚作用，从而加强锚固性能。

如图1所示的，本实施例中，所述锚杯1呈圆柱状，所述锥状部9的长度大于所述旋钮部10的长度。

进一步的，所述外套筒2的内螺纹11自所述锥状部的小端端面向所述旋钮部方向延伸，且距所述外套筒的另一端面预定距离。

如图2所示的，所述凸起结构8的数量为二个，二个所述凸起结构8对称设置，如图6所示的，所述槽口5沿所述内套筒3的轴向设置。

优选的，所述旋钮部10的横截面轮廓为正六边形，所述旋钮部10和所述锥状部9同轴设置。

其中，所述锚杯1上设置有多个所述第一安装孔6，多个所述第一安装孔6呈发散状均匀分布，所述第二安装孔7的数量和位置与所述第一安装孔6相对应。具体的，所述第一安装孔6和所述第二安装孔7的数量根据需锚固的CFRP拉索4的数量进行设置。锚杯1最外圈和第一安装孔6最外圈之间的区域为安装固定区域，需留有预定的接触面积，以保证接触面抗压强度。

本发明还提供一种上述CFRP索张拉和锚固体系的实施方法，包括：

S1、将CFRP拉索4从内套筒3的锥型贯穿孔12的小开口端穿入，并与所述内套筒3通过灌浆粘结，上述过程可在工厂内完成便于提升施工效率；

S2、将外套筒2的锥状部9安装至第一安装孔6；

S3、将所述内套筒3安装至第二安装孔7；

S4、通过扭矩扳手旋转所述外套筒2的旋钮部10，所述内套筒3在螺纹的作用下，带动所述CFRP拉索4沿轴向移动，以进行张拉和锚固。

随着扭动旋钮部10，预应力张拉荷载逐渐增大，预应力张拉水平由扭转产生的位移控制，随着位移增加，张拉荷载增大，螺纹的接触面积增加，外套筒2对内套筒3的环向约束也在增强，有助于外套筒2和内套筒3的协同受力。同时，所述第一安装孔6和所述锥状部9的锥型构造能够在张拉过程中实现自锚，以增大所述锚杯1对所述外套筒2的轴向约束，从而使得所述锚杯1、外套筒2和内套筒3协同锚固CFRP棒材。张拉成型完毕之后，锚具也完全成型，达到最大锚固能力，从而实现张拉和锚固的同步进行和完成。

锚固和张拉会使锥状部9和旋钮部10的连接面产生拉应力，旋钮部10和锚杯1的接触面产生压应力，因此，需保证锥状部9和旋钮部10连接面积以及锥状部9和锚杯1的接触面面积，以保证构件强度。

上述方案中，所述CFRP索张拉和锚固体系适用于抗压和抗剪性能较差的CFRP预应力筋材，通过设置锚杯、外套筒和内套筒，能简单高效地对CFRP拉索或预应力筋材进行锚固和张拉，以解决目前的锚固体系及其张拉构造难以满足CFRP预应力筋材的工程实际使用需求的问题。所述CFRP索张拉和锚固体系可以现场进行穿筋张拉，相比目前的冷铸胶黏剂锚具，盘卷运输和张拉更加方便，且锚固头的尺寸也可以大幅度缩短。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种CFRP索张拉和锚固体系，其特征在于，包括锚杯、外套筒和内套筒，其中，

所述锚杯的一侧面上开设有第一安装孔，所述第一安装孔为锥形孔，所述锚杯的另一侧面上开设有与所述第一安装孔的小径端相连通的第二安装孔，所述第一安装孔与所述第二安装孔同轴设置，且所述第一安装孔小径端的直径大于所述第二安装孔的直径；

所述外套筒包括与所述锚杯的第一安装孔相适配的锥状部，所述锥状部的大端连接有旋钮部，所述旋钮部的横截面轮廓为多边形，且所述多边形的内切圆直径大于所述锥状部大端的外径，所述外套筒为两端不封闭的中空结构，所述外套筒的内侧壁上开设有内螺纹；

所述内套筒的内侧开设有用于固定拉索的锥型贯穿孔，外周侧设有与所述外套筒的内螺纹相适配的外螺纹，所述内套筒能够穿过所述锚杯的第二安装孔与所述外套筒旋接，所述第二安装孔的内侧壁上设有凸起结构，所述内套筒的外螺纹上开设有与所述凸起结构相适配的槽口。

2.根据权利要求1所述的CFRP索张拉和锚固体系，其特征在于，所述外套筒的锥状部能够插设在所述第一安装孔中，且所述锥状部的长度短于所述第一安装孔的深度。

3.根据权利要求1所述的CFRP索张拉和锚固体系，其特征在于，所述锥状部的长度大于所述旋钮部的长度。

4.根据权利要求1所述的CFRP索张拉和锚固体系，其特征在于，所述外套筒的内螺纹自所述锥状部的小端端面向所述旋钮部方向延伸，且距所述外套筒的另一端面预定距离。

5.根据权利要求1所述的CFRP索张拉和锚固体系，其特征在于，所述凸起结构的数量为二个，二个所述凸起结构对称设置，所述槽口沿所述内套筒的轴向设置。

6.根据权利要求1所述的CFRP索张拉和锚固体系，其特征在于，所述旋钮部的横截面轮廓为正六边形，所述旋钮部和所述锥状部同轴设置。

7.根据权利要求1所述的CFRP索张拉和锚固体系，其特征在于，所述锚杯上设置有多个所述第一安装孔，所述第二安装孔的数量与所述第一安装孔的数量相对应。

8.一种权利要求1至7中任一项所述的CFRP索张拉和锚固体系的实施方法，其特征在于，包括：

S1、将拉索从内套筒的锥型贯穿孔的小开口端穿入，并与所述内套筒通过灌浆粘结；

S2、将外套筒的锥状部安装至第一安装孔；

S3、将所述内套筒安装至第二安装孔；

S4、旋转所述外套筒的旋钮部，所述内套筒在螺纹的作用下，带动所述拉索沿轴向移动，以进行张拉和锚固。