專利名稱：楔形變波紋夾片式纖維片材專用錨具的制作方法
所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及建筑、橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力錨固裝置，特別是一種楔形變波紋夾片式纖維片材專用錨具。
背景技術(shù)：
目前，我國(guó)量大面廣的已建結(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)老化、使用功能發(fā)生變化以及為數(shù)不少的新建結(jié)構(gòu)由于施工或設(shè)計(jì)原因，造成結(jié)構(gòu)上的一些缺陷而需要對(duì)其進(jìn)行維修、加固和改造。工程上常用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固方法主要有增大截面加固法、外包鋼加固法、外粘鋼板法、不銹鋼絞線法等。對(duì)于上述結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固方法均存在鋼筋、鋼板容易銹蝕，施工工藝復(fù)雜，勞動(dòng)強(qiáng)度大等缺陷，為此工程界需要尋求一種新型的、科技含量更高的加固技術(shù)。
纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Fiber Reinforced Polymer/Plastics，以下簡(jiǎn)稱FRP)是一種在合成有機(jī)高強(qiáng)纖維中注入樹脂材料經(jīng)擠壓、拉拔而成型的復(fù)合材料。以其具有強(qiáng)度高(有的可高于4000MPa，約為高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼筋的2倍)、重量輕(僅約為鋼材的1/5)、耐腐蝕性和耐久性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被引入到建筑結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域并迅速得到推廣應(yīng)用。根據(jù)土木工程中具有實(shí)用價(jià)值的FRP中纖維的不同種類，F(xiàn)RP可分為CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer，簡(jiǎn)稱碳纖維)；GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer，簡(jiǎn)稱玻璃纖維)和AFRP(Aramid Fiber ReinforcedPolymer，簡(jiǎn)稱聚胺纖維)。GFRP和AFRP強(qiáng)度較低，一般用于替代普通鋼筋；CFRP強(qiáng)度高，一般用于替代普通的預(yù)應(yīng)力鋼筋。在FRP中，CFRP是迄今為止應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域最早、技術(shù)最成熟，也是用量最大的一種高新科技材料。
普通粘貼CFRP片材加固混凝土結(jié)構(gòu)是指在混凝土構(gòu)件表面粘貼CFRP片材，使CFRP片材與混凝土牢固的粘結(jié)在一起并共同工作，達(dá)到結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固、提高結(jié)構(gòu)承載力和抗震性能、修補(bǔ)結(jié)構(gòu)缺陷的目的。其施工工藝過程為基層處理→涂刷底膠→修補(bǔ)找平基層→涂刷面膠→粘貼纖維片材→涂刷面膠。但由于CFRP片材的抗拉強(qiáng)度高，一般能達(dá)到3000Mpa以上，而其彈性模量相對(duì)來說卻比較低，常用的一般只有230Gpa左右，要發(fā)揮較大的強(qiáng)度，CFRP片材需要發(fā)生相當(dāng)大的變形。當(dāng)與鋼筋共同工作時(shí)，鋼筋完全發(fā)揮強(qiáng)度時(shí)，CFRP片材才發(fā)揮不到20％的強(qiáng)度，難以抑制結(jié)構(gòu)的變形與裂縫的發(fā)展。
近年來也有使用預(yù)應(yīng)力FRP片材粘貼加固混凝土結(jié)構(gòu)，其加固技術(shù)也存在不足，首先是要對(duì)FRP片材建立預(yù)應(yīng)力的張拉機(jī)具，其設(shè)備復(fù)雜，操作步驟繁瑣且噸位低；其次是FRP片材的粘貼錨固方式直接關(guān)系到加固效果，由于FRP片材自身抗剪性能較差，預(yù)應(yīng)力會(huì)引起FRP片材端部的剪應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致FRP片材容易與混凝土粘結(jié)界面發(fā)生剝離破壞；另外環(huán)氧樹脂的剪切強(qiáng)度一定，超過極限剪應(yīng)變后界面即產(chǎn)生界面微裂縫，隨著微裂縫的不斷發(fā)展，界面最后發(fā)生剝離破壞。即使是在梁端采用纖維片材U型箍或鋼板壓條等附加錨固措施，纖維片材發(fā)生剝離破壞仍不能得到有效控制，加固效果難以保證。
中國(guó)專利公開(公告)號(hào)CN2594357的“高強(qiáng)度復(fù)合材料波形齒夾具錨”主要由上、下波形齒板、加勁波形板和壓緊及鎖定裝置等組成。它采用螺栓夾緊上、下兩塊波形齒板，達(dá)到錨固效果。但存在緊固力不均勻，在使用過程中，會(huì)因加固構(gòu)件振動(dòng)而發(fā)生螺栓松動(dòng)的情況，特別是在橋梁加固使用中更會(huì)發(fā)生緊固力逐漸減退現(xiàn)象；同時(shí)，在錨具之間增加波形齒板夾具使FRP片材產(chǎn)生幾何伸長(zhǎng)來建立預(yù)應(yīng)力，建立的預(yù)應(yīng)力水平十分有限，不能充分發(fā)揮FRP片材的高強(qiáng)性能。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服預(yù)應(yīng)力FRP片材在加固受力后容易發(fā)生剝離破壞、纖維片強(qiáng)度利用率不高和錨具夾持力不均勻易于松弛的缺陷，本發(fā)明提供一種體外預(yù)應(yīng)力纖維片材加固建筑、橋梁結(jié)構(gòu)的楔形變波紋夾片式纖維片材專用錨具。
本發(fā)明是用如下方式實(shí)現(xiàn)的楔形變波紋夾片式纖維片材專用錨具，它由壓力蓋、楔形變波紋夾片和外錨殼經(jīng)螺栓連接構(gòu)成，上波紋夾片和下波紋夾片疊合組成的楔形變波紋夾片插裝在外錨殼的楔形凹槽內(nèi)，壓力蓋經(jīng)高強(qiáng)度螺栓連接外錨殼，壓力蓋有凸臺(tái)頂靠楔形變波紋夾片端面，壓力蓋和外錨殼相對(duì)應(yīng)位置處分別有長(zhǎng)條扁孔。
本發(fā)明還可以用如下方式實(shí)現(xiàn)。
前述楔形變波紋夾片式纖維片材專用錨具，上波紋夾片和下波紋夾片均成楔形，兩個(gè)夾片波紋面的波紋的波峰與波谷緊密相疊合。
前述楔形變波紋夾片式纖維片材專用錨具，外錨殼的楔形凹槽的斜壁面與楔形變波紋夾片的斜壁面斜度相同，相互緊密配合。
前述楔形變波紋夾片式纖維片材專用錨具，壓力蓋開有孔。
前述楔形變波紋夾片式纖維片材專用錨具，外錨殼在與壓力蓋的孔相對(duì)應(yīng)位置開有螺孔。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)構(gòu)造合理，工作性能可靠；制造簡(jiǎn)便，價(jià)格低廉；尺寸多樣化，適應(yīng)面廣。本發(fā)明可以做為工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件(如箱梁、鋼梁)實(shí)現(xiàn)體外預(yù)應(yīng)力的增強(qiáng)材料的專用錨具使用，也可用于既有工程結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固的專用錨具。


圖1楔形變波紋夾片式纖維片材專用錨具立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2楔形變波紋夾片式纖維片材專用錨具主視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為圖2的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為楔形變波紋夾片結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為外錨殼主視示意圖。
圖6為圖5的A-A剖視圖。
圖7壓力蓋立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1、壓力蓋，2、長(zhǎng)條扁孔，3、高強(qiáng)度螺栓，4、長(zhǎng)條扁孔，5、上波紋夾片，6、下波紋夾片，7、外錨殼，8、螺孔，9、孔，10、凸臺(tái)，11、楔形變波紋夾片，12、楔形凹槽。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
參見附圖1至圖7，本發(fā)明楔形變波紋夾片式纖維片材專用錨具，它由壓力蓋1、楔形變波紋夾片11和外錨殼7經(jīng)高強(qiáng)度螺栓3連接構(gòu)成，楔形變波紋夾片11由上波紋夾片5和下波紋夾片6疊合組成，兩個(gè)夾片相疊合面均開有連續(xù)變波紋，兩個(gè)夾片變波紋的波峰與波谷緊密疊合。楔形變波紋夾片11插裝在外錨殼7的楔形凹槽12內(nèi)，外錨殼7的楔形凹槽12的斜壁面與楔形變波紋夾片的斜壁面斜度相同，相互緊密配合。壓力蓋1有凸臺(tái)10和長(zhǎng)條扁孔2，并有兩排分布共10個(gè)孔9。外錨殼7一邊為開口有楔形凹槽12和對(duì)應(yīng)一邊為封口有長(zhǎng)條扁孔4，并有兩排分布10個(gè)螺孔8，壓力蓋1的長(zhǎng)條扁孔2與外錨殼7的長(zhǎng)條扁孔4位置相對(duì)應(yīng)。壓力蓋1的孔9與外錨殼7的螺孔8位置相對(duì)應(yīng)，數(shù)量也相同。壓力蓋1的凸臺(tái)10頂靠楔形變波紋夾片11的端面。高強(qiáng)度螺栓3穿過壓力蓋1的孔9旋緊外錨殼7的螺孔8緊固連接。楔形變波紋夾片11在凸臺(tái)10的頂壓下向外錨殼7的楔形凹槽12推進(jìn)，在螺栓力的作用下越推進(jìn)楔形變波紋夾片11，夾片越壓越緊。使用時(shí)在楔形變波紋夾片11的上波紋夾片5和下波紋夾片6之間夾緊加固的纖維片材。長(zhǎng)條扁孔形狀呈一字形孔。長(zhǎng)條扁孔2和長(zhǎng)條扁孔4供纖維片材從中穿出張拉用。楔形變波紋片11中間為變波紋疊合面，其位置與長(zhǎng)條扁孔2和長(zhǎng)條扁孔4相對(duì)應(yīng)。
壓力蓋、外錨殼、楔形變波紋夾片的材質(zhì)為鋼材、合金、陶瓷等。將纖維片材從外錨殼7長(zhǎng)條扁孔4穿入并順著變波紋方向置于楔形變波紋夾片11中間，并將楔形變波紋夾片11放置于外錨殼7的楔形凹槽12內(nèi)，從楔形變波紋夾片11中間伸出的纖維片材再從壓力蓋長(zhǎng)條扁孔2穿出。將高強(qiáng)度螺栓3穿入壓力蓋1的孔9與外錨殼7的螺孔8，擰緊帶彈簧墊圈的高強(qiáng)度螺栓3頭部的螺母，對(duì)楔形變波紋夾片施加一定壓力，使其沿著外錨殼7的楔形凹槽12內(nèi)壁前進(jìn)，從而楔形變波紋夾片11及夾在它中間的纖維片材互相擠壓并與外錨殼7緊密壓合在一起，形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)纖維片材的夾持與錨固。
本發(fā)明所采用的工作原理是利用纖維片材與楔形變波紋夾片之間的摩擦力自鎖的原理及壓力蓋對(duì)楔形變波紋夾片的壓緊力，將纖維片材可靠的夾持并錨固在外錨殼上。外錨殼套在楔形變波紋夾片外面，使上波紋夾片和下波紋夾片逐漸收縮夾緊。夾片的變波紋咬緊FRP片材，固定了FRP片材的位置，保證了張拉FRP片材的預(yù)應(yīng)力。楔形變波紋夾片中間的變波紋不僅能增大摩擦力，而且第一道波紋的高度低于其他波紋的高度，可以避免應(yīng)力集中在第一道波紋上，抗剪性能較差的FRP片材不至于在夾片夾口前端被夾斷。
將已形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)的錨具通過焊接、嵌入、錨入工程結(jié)構(gòu)物中等方式，對(duì)建筑、橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。本錨具依據(jù)被加固的工程結(jié)構(gòu)外形、荷載情況等可以做成多種尺寸，如波紋形狀改變，楔形變波紋夾片高度、長(zhǎng)度的改變，楔形變波紋夾片錐角改變等。在加固使用時(shí)，本楔形變波紋夾片式纖維片材專用錨具一般都成對(duì)使用。
混凝土薄壁箱形構(gòu)件以其良好的空間整體受力性能，且能適應(yīng)具有正負(fù)彎矩的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)和各種現(xiàn)代施工方法(如懸臂施工、頂推施工等)的要求，因此在現(xiàn)代大跨橋梁中作為核心受力構(gòu)件得到了極為廣泛的應(yīng)用。但我國(guó)在20世紀(jì)50-60年代修建的大量混凝土橋梁，由于標(biāo)準(zhǔn)偏低，結(jié)構(gòu)老化和荷載等級(jí)的提高等各方面原因?qū)е铝爽F(xiàn)役混凝土薄壁箱形橋梁絕大部分存在不同程度損傷，需要對(duì)其進(jìn)行維修、加固和改造。采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)將碳纖維片材應(yīng)用于混凝土薄壁箱梁加固之中，可以充分結(jié)合碳纖維高強(qiáng)、輕質(zhì)、不銹蝕等優(yōu)良特性和混凝土薄壁箱梁箱室內(nèi)可以放置、箱端支撐橫隔板可提供錨固支撐等特點(diǎn)，同時(shí)，采用體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)可以充分發(fā)揮碳纖維片材高強(qiáng)性能，為混凝土薄壁箱梁加固提供了一種主動(dòng)、簡(jiǎn)捷、有效的加固方法。
下面結(jié)合體外預(yù)應(yīng)力纖維片材加固混凝土薄壁箱形構(gòu)件，繼續(xù)說明本發(fā)明使用情況。
將纖維片材沿混凝土薄壁箱形構(gòu)件縱向方向放入箱室內(nèi)，并將其中一端頭采用楔形變波紋夾片式纖維片材專用錨具夾持錨固好，通過對(duì)混凝土薄壁箱形構(gòu)件相應(yīng)端頭的支撐橫隔板作相應(yīng)構(gòu)造處理，將已夾持好的楔形變波紋夾片式纖維片材專用錨具作為錨固端嵌入到箱端支撐橫隔板上。在混凝土薄壁箱形構(gòu)件另一端頭亦作相應(yīng)的構(gòu)造處理，將另一端頭纖維片材穿入外錨殼7長(zhǎng)條扁孔4之后(在外錨殼7開口端的纖維片材應(yīng)有足夠長(zhǎng)度)，將外錨殼7亦嵌入到箱端支撐橫隔板上，再裝上楔形變波紋夾片11，這時(shí)應(yīng)該是比較松動(dòng)的，在裝上壓力蓋1，用高強(qiáng)度螺栓3稍微擰緊，做為張拉端，再在張拉端錨具裝上改進(jìn)的穿心千斤頂，并將纖維片材穿過穿心千斤頂，并留出一部分長(zhǎng)度，在將預(yù)留出的維片材用楔形變波紋夾片式纖維片材專用錨具夾持錨固好作為反力架。開動(dòng)油泵，待張拉力達(dá)到控制應(yīng)力時(shí)，停止張拉。將張拉端的楔形變波紋夾片式纖維片材專用錨具壓力蓋1用螺栓擰緊。將穿心千斤頂與張拉端楔形變波紋夾片式纖維片材專用錨具之間的纖維片材剪斷。撤離千斤頂及反力架。采用體外預(yù)應(yīng)力纖維片材加固混凝土薄壁箱形構(gòu)件完畢。
權(quán)利要求
1.一種楔形變波紋夾片式纖維片材專用錨具，它有上波紋夾片(5)和下波紋夾片(6)，其特征在于它由壓力蓋(1)、楔形變波紋夾片(11)和外錨殼(7)經(jīng)高強(qiáng)度螺栓(3)連接構(gòu)成，上波紋夾片(5)和下波紋夾片(6)疊合組成的楔形變波紋夾片(11)插裝在外錨殼(7)的楔形凹槽(12)內(nèi)，壓力蓋(1)經(jīng)高強(qiáng)度螺栓(3)連接外錨殼(7)，壓力蓋(1)有凸臺(tái)(10)頂靠楔形變波紋夾片(11)端面，壓力蓋(1)和外錨殼(7)相對(duì)應(yīng)位置處分別有長(zhǎng)條扁孔(2)和長(zhǎng)條扁孔(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的楔形變波紋夾片式纖維片材專用錨具，其特征在于上波紋夾片(5)和下波紋夾片(6)均呈楔形，兩個(gè)夾片波紋面的波紋的波峰與波谷緊密相疊合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的楔形變波紋夾片式纖維片材專用錨具，其特征在于外錨殼(7)的楔形凹槽(12)的斜壁面與楔形變波紋夾片(11)的斜壁面斜度相同，相互緊密配合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的楔形變波紋夾片式纖維片材專用錨具，其特征在于壓力蓋(1)開有孔(9)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的楔形變波紋夾片式纖維片材專用錨具，其特征在于外錨殼(7)在與壓力蓋(1)的孔(9)相對(duì)應(yīng)位置開有螺孔(8)。
全文摘要
楔形變波紋夾片式纖維片材專用錨具涉及建筑、橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力錨固裝置，它由壓力蓋、楔形變波紋夾片和外錨殼經(jīng)高強(qiáng)度螺栓連接構(gòu)成，上波紋夾片和下波紋夾片疊合組成的楔形變波紋夾片插裝在外錨殼的楔形凹槽內(nèi)，壓力蓋經(jīng)高強(qiáng)度螺栓連接外錨殼，壓力蓋有凸臺(tái)頂靠楔形變波紋夾片端面，壓力蓋和外錨殼相對(duì)應(yīng)位置處分別有長(zhǎng)條扁孔。結(jié)構(gòu)構(gòu)造合理，工作性能可靠；制造簡(jiǎn)便，價(jià)格低廉；尺寸多樣化，適應(yīng)面廣。本發(fā)明可以做為工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件(如箱梁、鋼梁)實(shí)現(xiàn)體外預(yù)應(yīng)力的增強(qiáng)材料的專用錨具使用，也可用于既有工程結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固的專用錨具。
文檔編號(hào)E04C5/12GK101074578SQ200710035129
公開日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2007年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月14日
發(fā)明者祝明橋, 冷輝平, 胡秀蘭, 何利雄 申請(qǐng)人:湖南科技大學(xué)