CN117328614A - 一种装配式frp构件的连接装置及装配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种装配式FRP构件的连接装置及装配方法，属于土木工程领域。为解决FRP筋在装配式混凝土结构中依靠传统绑扎连接方式施工成本高，施工难度大，连接强度低且已有套筒式连接装置现场需注胶湿作业导致施工周期长问题。包括锚杯，锚杯一侧为封闭状态，另一侧设有外凸式封堵头和封堵件，封堵件设有插口，FRP筋与锚杯间填充黏结介质，两个锚杯的封闭端均设有法兰盘且两个法兰盘通过紧固螺栓连接，或两个锚杯的封闭端通过紧固环在连接处焊接。可有效解决装配式结构中FRP筋的快速高强连接问题，避免由于传统绑扎错位带来的FRP筋抗拉强度高无法发挥的问题；结构简单且施工方便，减少现场湿作业的施工周期，降低施工成本和维护成本。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，具体而言，涉及一种装配式FRP构件的连接装置及装配方法。
背景技术
纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,FRP)具有轻质、高强、耐腐蚀的优良性能。使用由FRP制作而成的筋材替代钢筋，并与混凝土组合形成FRP筋混凝土结构是解决在海洋环境下钢筋混凝土结构由于锈蚀发生性能退化问题的有效方法。除此，FRP也被制作为锚索等广泛应用于桥梁、海洋工程等结构中。
将FRP筋材并排绑扎连接、将黏结材料灌注在插有FRP筋的套管使二者粘接是目前土木工程领域中较常见的FRP筋连接方式。依靠传统绑扎的连接方式不仅施工成本高，施工难度大且FRP筋由于无法对中导致协同工作能力受阻，材料力学性能无法完全发挥。而现有发明专利一种FRP筋连接装置及其连接方法(申请号：CN202110732891.X)，该装置包括套筒，其内部形成腔室，两端开设有贯通腔室的通孔，两根FRP筋分别经由两端的通孔相对穿入腔室内；锁紧块，设置在腔室内部，用于将两根FRP筋分别锁紧固定；纤维连接部分，其经由通孔贯穿所述套筒；扎带，其将纤维连接部分绑扎在两根FRP筋上；胶体填充部分，填充于腔室内，固化包裹纤维连接部分和FRP筋。该类装置在装配时，施工工艺复杂，且需要进行现场拼装及浇筑黏结介质，现场施工周期长，施工成本高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：
为解决现有FRP筋在混凝土结构施工过程中传统连接方式工艺复杂，连接强度有限，使得无法完全发挥材料性能而提前发生搭接处破坏以及已有套管连接方式通常存在的需要现场湿作业，连接步骤繁杂，施工成本高，施工周期长，不便于应用于装配式结构进行快速施工的问题。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案：
本发明提供了一种装配式FRP构件的连接装置，包括分别设置在两侧FRP筋外的锚杯，所述锚杯的主体为圆台状结构，所述锚杯的直径相对较大一端为封闭状态，且封闭的一侧设有法兰盘，锚杯的直径相对较小的一端开口，且开口处设有封堵头，所述封堵头为圆筒状结构且封堵头的外径小于锚杯的外径，所述封堵头内设有环形的封堵件，用于FRP筋贯穿封堵件后延伸至锚杯内，所述FRP筋与锚杯之间填充有黏结介质，锚杯开口端设有注入孔用于注入黏结介质，两个锚杯的法兰盘通过至少四个第一紧固件连接。
进一步地，所述第一紧固件可为紧固螺栓。
一种装配式FRP构件的连接装置，包括分别设置在两侧FRP筋外的锚杯，所述锚杯的主体为圆台状结构，所述锚杯的直径相对较大一端为封闭状态，锚杯的直径相对较小的一端开口，且开口处设有封堵头，所述封堵头为圆筒状结构且封堵头的外径小于锚杯的外径，所述封堵头内设有环形的封堵件，用于FRP筋贯穿封堵件后延伸至锚杯内，所述FRP筋与锚杯之间填充有黏结介质，锚杯开口端设有注入孔用于注入黏结介质，两个锚杯的端部通过至少四个第二紧固件连接，所述第二紧固件可为紧固环，所述紧固环可焊接在两个锚杯的连接处。
进一步地，两个锚杯的内表面设有螺旋状凸肋或进行拉毛处理，所述FRP筋的外表面设有螺旋状凸肋或刻有螺旋状凹痕或喷砂处理。
进一步地，所述封堵件的外径与封堵头的内径相同，封堵件的内径与FRP筋的外径相同。
进一步地，所述封堵件开口端上设有两个对称的注入孔，一侧注入孔用于灌注黏结介质，另一侧注入孔用于作为判定黏结介质灌注完成的标志。
进一步地，所述锚杯的封闭端与封堵件的插口相对位置的外周设有至少一个限位板或一个限位环，当为限位环时，所述限位环的内径与FRP筋的外径相同。
进一步地，在FRP筋上设有刻线，所述刻线的位置为将FRP筋插入锚杯且对端部进行限位后暴露在锚杯外的FRP筋的位置，所述刻线为环线。
进一步地，所述黏结介质可为高强灌浆料、环氧树脂、乙烯树脂或酚醛树脂胶或UHPC。
一种装配式FRP构件的连接装置的装配方法，包括以下步骤：
在FRP筋浇筑于混凝土结构前，将锚杯垂直放置，再将FRP筋从封堵件的插口处插入，直至通过端部插接在限位板或限位环内，通过一侧注入孔将黏结介质注入至FRP筋与锚杯之间，至黏结介质从另一侧注入孔溢出时停止注入，再放置至黏结介质凝固后，通过紧固螺栓将两个锚杯的法兰盘连接并固定，或通过紧固环焊接在两个锚杯的连接处。
相较于现有技术，本发明的有益效果是：
本发明一种装配式FRP构件的连接装置及装配方法，包括设置在FRP筋外的锚杯，锚杯直径较大一侧为封闭状态，直径较小一侧为开口且开口处设有封堵件，封堵件设有用于FRP筋直径相匹配的插入口，FRP筋与锚杯之间填充有黏结介质，两个锚杯的封闭端均设有法兰盘且两个法兰盘通过紧固螺栓连接，或两个锚杯的封闭端通过紧固环在连接处焊接；
本发明一种装配式FRP构件的连接装置及装配方法，装置可提前预制，现场施工仅需要通过第一紧固件或第二紧固件将两个锚杯连接即可完成，并不存在常用的连接装置需要现场绑扎或多步骤组装并浇筑黏结介质的施工步骤，在锚杯与筋接触端部设置了用于避免筋被夹断的缓冲封堵件，保证了FRP筋本身以及FRP筋与外部包覆结构间的连接强度。
本发明一种装配式FRP构件的连接装置及装配方法，结构简单且施工方便，仅需要锚杯、紧固件和黏结介质即可，在连接稳固的基础上减少造价，施工成本和维护成本较少。
附图说明
图1为本发明实施例中一种装配式FRP构件的连接装置的立体图一；
图2为本发明实施例中一种装配式FRP构件的连接装置的立体图二；
图3为本发明实施例中锚杯的立体图；
图4为图1的剖视图；
图5为图2的剖视图；
图6为本发明实施例中一种装配式FRP构件的连接装置的A-A剖面图；
图7为本发明实施例中一种装配式FRP构件的连接装置的B-B剖面图；
图8为本发明实施例中FRP筋的表面构造示意图；
图9为本发明实施例中预制套筒拉拔试验的实物图；
图10为本发明实施例中粘结滑移拉拔试验的实物图；
图11为本发明实施例中GFRP筋在UHPC中拉拔试验结果图。
附图标记说明：
1、锚杯；2、FRP筋；3、法兰盘；4、封堵件；5、第一紧固件；6、第二紧固件；7、螺旋状凸肋；8、黏结介质；9、注入孔；10、限位环；11、封堵头。
具体实施方式
在本发明的描述中，应当说明的是，各实施例中的术语名词例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示方位的词语，只是为了简化描述基于说明书附图的位置关系，并不代表所指的元件和装置等必须按照说明书中特定的方位和限定的操作及方法、构造进行操作，该类方位名词不构成对本发明的限制。
在本发明的描述中，应当说明的是，在本发明的实施例中所提到的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，并不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
具体实施方案一：结合图1、图3、图4、图6和图7所示，本发明提供一种装配式FRP构件的连接装置，包括分别设置在两侧FRP筋2外的锚杯1，所述锚杯1的主体为圆台状结构，所述锚杯1的直径相对较大一端为封闭状态，且封闭的一侧设有法兰盘3，或封闭的一侧端部外壁上设有环状连接台，所述法兰盘3或连接台与锚杯1均一体成型，所述锚杯1的直径相对较小的一端开口且开口处设有封堵头11，所述封堵头11与锚杯1一体成型，所述封堵头11为圆筒状结构且封堵头11的外径小于锚杯1的外径，所述封堵头11内设有环形的封堵件4，用于FRP筋2贯穿封堵件4后延伸至锚杯1内，所述FRP筋2与锚杯1之间填充有黏结介质8，两个锚杯1的法兰盘3通过至少四个第一紧固件5连接，所述第一紧固件5可为紧固螺栓。
其中，图3中的法兰盘3上设有用于安装第一紧固件5的通孔，但图3中并未画出。
具体实施方案二：结合图2、图3和图5所示，本发明提供一种装配式FRP构件的连接装置，包括分别设置在两侧FRP筋2外的锚杯1，所述锚杯1为圆台状结构，所述锚杯1的直径相对较大一端为封闭状态，锚杯1的直径相对较小的一端开口且开口处设有封堵头11，所述封堵头11与锚杯1一体成型，所述封堵头11为圆筒状结构且封堵头11的外径小于锚杯1的外径，所述封堵头11内设有环形的封堵件4，用于FRP筋2贯穿封堵件4后延伸至锚杯1内，所述FRP筋2与锚杯1之间填充有黏结介质8，两个锚杯1的端部通过至少四个第二紧固件6连接，所述第二紧固件6可为紧固环，所述紧固环可焊接在两个锚杯1的连接处。本实施方案的其他组合和连接关系与具体实施方案一相同。
优选地，所述FRP筋2的外周上设有螺旋状凸肋7或刻有螺旋状凹痕或进行喷砂处理，所述锚杯1的内壁上设有若干个螺旋状凸肋7。用于增加与黏结介质8的连接强度，避免装配时或使用时轻易脱落，增加稳固性。
本发明提出的外表面绕肋、刻痕或喷砂FRP筋2表面特征以GFRP筋为例示于图8和下表1所示，其具体制作工艺及特征参数提供如下：1)剥离凹槽筋在拉挤之后尚未冷却之时，使用尼龙带对原本光圆的筋材进行螺旋缠绕，使FRP筋2表面产生凹槽，最后把尼龙绳剥离；2)单向绕肋或双向绕肋筋在拉挤之后尚未冷却时，使用与光圆FRP筋2相同的纤维束对筋材进行单向或双向缠绕，并和原有光圆筋经微波固化成一个整体，形成一体化的单向肋和双向肋；FRP筋2的肋高度和肋间距分别定义为相邻横肋中点处与横肋处直径差值的1/2和相邻两个横肋中点的距离；3)喷砂的FRP筋2在筋材拉挤的同时喷上石英砂，增加其粘结性能。
表1.GFRP筋表面构造形式和参数
表2.各类型GFRP筋抗拉强度和弹性模量
结合表2所示，可知在抗拉强度方面，单向绕肋筋和双向绕肋筋的效果最佳，在弹性模量方面，喷砂筋和单向绕肋筋的效果最佳。
本发明对提出的高强灌浆料、环氧树脂及UHPC(超高性能混凝土)黏结介质以GFRP筋作为试验对象进行了灌注长度的试验研究，在确保FRP筋2在连接端不发生滑移破坏的情况下最大限度使用其材料性能。试验分别采用了预制套筒拉拔以及粘结滑移拉拔试验，试验装置及部分试验结果如图9至图11所示。经过试验验证提供以下技术参数建议值：高强灌浆料灌注长度至少为150mm，环氧树脂胶灌注长度至少为250mm。
图11代表黏结介质为UHPC情况下的FRP筋黏结应力和滑移的关系，其中最大黏结应力代表筋的黏结强度τ，锚固长度通ld通过下式进行计算，图例中的S,W,O,T分别代表喷砂筋，剥离凹槽筋，单向绕肋筋和双向绕肋筋：
由平衡条件得：
式中：dG为GFRP筋公称直径；la为粘结长度；τ为粘结应力；AG为GFRP筋横截面积；fG为GFRP筋拉应力。同理可得，
式中：fy为GFRP筋极限抗拉强度；lab为基本锚固长度。本试验依据ACI中钢筋的基本锚固长度计算公式，将其应用到GFRP筋计算公式中，并通过修正系数来增大其适应性。经过试验结果拟合，对于UHPC黏结介质，灌注长度可参考下式计算：
其中，α为表面构造修正系数，对于喷砂、单向绕肋、双向绕肋、剥离凹槽筋，分别取1、1.08、1和1.04；AG为FRP筋2横截面积；fy为FRP筋2极限抗拉强度；fc ’为混凝土抗压强度。
优选地，所述封堵件4的外径与封堵头11开口端的外凸筒的内径相同，封堵件4的内径与FRP筋2的外径相同，所述封堵件4上设有注入孔9，用于注入黏结介质8，黏结介质8可选择高强灌浆料、环氧树脂、乙烯树脂、酚醛树脂胶或UHPC(高性能混凝土)中的一种。
优选地，所述锚杯1的封闭端与封堵件4的插口相对位置的外周设有至少一个限位板或一个限位环10，当为限位环10时，所述限位环10的内径与FRP筋2的外径相同，用于对插入锚杯1内的FRP筋2进行限位并使其位于锚杯1的轴心处，便于装配且能够提高装配质量。
优选地，在FRP筋2上设有刻线，所述刻线的位置为将FRP筋2插入锚杯1且对端部进行限位后暴露在锚杯1外的FRP筋2的位置，便于施工人员观察到FRP筋2是否正确插入。
优选地，所述刻线为环线，用于方便观察FRP筋2是否准确限位。
锚杯1较小开口端的封堵头11内的封堵件4内开口直径可变，以适应不同直径FRP筋2的连接。
在FRP筋浇筑于混凝土结构前，将锚杯1垂直放置，将FRP筋2从封堵件4的插口处插入，直至通过端部插接在限位板或限位环10内，通过一侧注入孔9将黏结介质8注入至FRP筋2与锚杯1之间，至黏结介质8从另侧注入孔9溢出时停止注入，再放置至黏结介质8凝固后即可用于现场装配连接，通过紧固螺栓将两个锚杯1的法兰盘3连接并固定，或通过固定环焊接在两个锚杯1的连接处即可完成两根FRP筋的连接。
虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本发明领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种装配式FRP构件的连接装置，其特征在于：包括分别设置在两侧FRP筋(2)外的锚杯(1)，所述锚杯(1)的主体为圆台状结构，所述锚杯(1)的直径相对较大一端为封闭状态，且封闭的一侧设有法兰盘(3)，锚杯(1)的直径相对较小的一端开口，且开口处设有外凸封堵头(11)，所述封堵头(11)为圆筒状结构且封堵头(11)的外径小于锚杯(1)的外径，所述封堵头(11)内设有环形的封堵件(4)，用于FRP筋(2)贯穿封堵件(4)后延伸至锚杯(1)内，所述FRP筋(2)与锚杯(1)之间填充有黏结介质(8)，锚杯(1)开口端设有注入孔(9)用于注入黏结介质，两个锚杯(1)的法兰盘(3)通过至少四个第一紧固件(5)连接。
2.根据权利要求1所述的一种装配式FRP构件的连接装置，其特征在于：所述第一紧固件(5)可为紧固螺栓。
3.一种装配式FRP构件的连接装置，其特征在于：包括分别设置在两侧FRP筋(2)外的锚杯(1)，所述锚杯(1)的主体为圆台状结构，所述锚杯(1)的直径相对较大一端为封闭状态，锚杯(1)的直径相对较小的一端开口，且开口处设有封堵头(11)，所述封堵头(11)为圆筒状结构且封堵头(11)的外径小于锚杯(1)的外径，所述封堵头(11)内设有环形的封堵件(4)，用于FRP筋(2)贯穿封堵件(4)后延伸至锚杯(1)内，所述FRP筋(2)与锚杯(1)之间填充有黏结介质(8)，锚杯(1)开口端设有注入孔(9)用于注入黏结介质，两个锚杯(1)的端部通过至少四个第二紧固件(6)连接，所述第二紧固件(6)可为紧固环，所述紧固环可焊接在两个锚杯(1)的连接处。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种装配式FRP构件的连接装置，其特征在于：两个锚杯(1)的内表面设有螺旋状凸肋(7)或进行拉毛处理，所述FRP筋(2)的外表面设有螺旋状凸肋(7)或刻有螺旋状凹痕或喷砂处理。
5.根据权利要求4所述的一种装配式FRP构件的连接装置，其特征在于：所述封堵件(4)的外径与封堵头(11)的内径相同，封堵件(4)的内径与FRP筋(2)的外径相同。
6.根据权利要求5所述的一种装配式FRP构件的连接装置，其特征在于：所述封堵件(4)开口端上设有两个对称的注入孔(9)，一侧注入孔(9)用于灌注黏结介质，另一侧注入孔(9)用于作为判定黏结介质灌注完成的标志。
7.根据权利要求6所述的一种装配式FRP构件的连接装置，其特征在于：所述锚杯(1)的封闭端与封堵件(4)的插口相对位置的外周设有至少一个限位板或一个限位环(10)，当为限位环(10)时，所述限位环(10)的内径与FRP筋(2)的外径相同。
8.根据权利要求7所述的一种装配式FRP构件的连接装置，其特征在于：在FRP筋(2)上设有刻线，所述刻线的位置为将FRP筋(2)插入锚杯(1)且对端部进行限位后暴露在锚杯(1)外的FRP筋(2)的位置，所述刻线为环线。
9.根据权利要求8所述的一种装配式FRP构件的连接装置，其特征在于：所述黏结介质(8)可为高强灌浆料、环氧树脂、乙烯树脂或酚醛树脂胶或UHPC。
10.一种根据权利要求10所述的装配式FRP构件的连接装置的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：
在FRP筋(2)浇筑于混凝土结构前，将锚杯(1)垂直放置，再将FRP筋(2)从封堵件(4)的插口处插入，直至通过端部插接在限位板或限位环(10)内，通过一侧注入孔(9)将黏结介质(8)注入至FRP筋(2)与锚杯(1)之间，至黏结介质(8)从另一侧注入孔(9)溢出时停止注入，再放置至黏结介质(8)凝固后，通过紧固螺栓将两个锚杯(1)的法兰盘(3)连接并固定，或通过紧固环焊接在两个锚杯(1)的连接处。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000096773A (ja) * | 1998-09-25 | 2000-04-04 | Tokyo Tekko Co Ltd | ねじ鉄筋用連結装置 |
| CN106812258A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-06-09 | 合肥工业大学 | 一种gfrp全灌浆套筒 |
| CN108005311A (zh) * | 2017-12-12 | 2018-05-08 | 中冶建筑研究总院有限公司 | 一种纤维复材筋的连接件 |
| KR20180127828A (ko) * | 2017-05-22 | 2018-11-30 | 군산대학교산학협력단 | 커플러를 이용한 철근 이음 구조체 및 철근 이음 방법 |
| CN109838041A (zh) * | 2019-03-13 | 2019-06-04 | 北京工业大学 | 一种frp纤维交叉缠绕锥形灌浆套筒及其施作方法 |
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2023
- 2023-09-28 CN CN202311274888.3A patent/CN117328614A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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