本發(fā)明涉及土木工程，具體涉及一種提高復材筋錨固性能的結(jié)構(gòu)及其擠壓成型方法。

背景技術(shù)：

纖維增強復合材料具有輕質(zhì)高強、耐腐蝕等優(yōu)點，在當前建筑工程中的應用前景十分廣闊。纖維增強復合材料筋，簡稱為復材筋，作為纖維增強復合材料的一種產(chǎn)品形式，軸向抗拉強度非常高，而橫向抗剪和抗壓強度卻比較低，使得復材筋的錨固難題一直未能得到較好的解決。為了錨固復材筋，通常需要設置較長的錨固長度，工程中常無法滿足這一條件。即使具有足夠的錨固長度，也可能由于端部剪切裂縫的產(chǎn)生導致復材筋剝離，尤其是疲勞荷載作用下的滑移量增大。目前，在預應力復材筋錨固時，通常采用的粘結(jié)式錨具和夾片式錨具雖已有相關專利但應用很少。這兩類錨具中，粘結(jié)式錨具中傳遞剪力的樹脂膠體易老化且長期蠕變大，夾片式錨具的實施難度大且易帶來較大的復材筋損傷，此外兩種錨具尺寸通常都較大，應用局限性較大，錨固性能不佳且不易實施。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明提供一種提高復材筋錨固性能的結(jié)構(gòu)及擠壓成型方法，解決復材筋錨固時復材筋易損傷，實施難度大，錨固性能不佳的問題。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供一種提高復材筋錨固性能的結(jié)構(gòu)，包括復材筋，復材筋上套有若干個附加肋，所述附加肋通過擠壓產(chǎn)生橫向均勻壓縮與復材筋形成一體結(jié)構(gòu)，附加肋為金屬短管。

其中，附加肋為鋁合金或青銅制成，也可以采用低硬度金屬做內(nèi)層高硬度金屬做外層而制成，所述附加肋按照等間距規(guī)則或者不等間距規(guī)則設置在復材筋上。所述附加肋的數(shù)量為2～4個。所述復材筋為螺紋筋，且螺紋深度為0.3～0.5mm。所述的附加肋長度為復材筋直徑的1～4倍，擠壓前附加肋內(nèi)徑大于復材筋外徑且相差0～1mm。

本發(fā)明所述的提高復材筋錨固性能的結(jié)構(gòu)的擠壓成型方法，包括以下步驟：

(a)附加肋定位：在復材筋處標示出要安裝附加肋的位置，將附加肋套在復材筋上并予以固定；

(b)擠壓成型：采用擠壓設備對所述步驟(a)中固定的附加肋進行分段循環(huán)擠壓，每段擠壓時，分多次旋轉(zhuǎn)角度逐漸擠壓，從一端到另一端循環(huán)擠壓三次使得擠壓均勻。

其中，所述步驟(b)擠壓時短管端部預留一小段后進行擠壓，擠壓過程中控制附加肋壁厚的壓縮率為30％-40％，擠壓前在復材筋表面涂抹界面劑提高短管錨固效果。

本發(fā)明利用金屬材質(zhì)管易于擠壓成型且具有一定強度的特點，將若干個金屬材質(zhì)短管擠壓握裹于復材筋外側(cè)，形成復材筋的附加肋，為復材筋提供額外的錨固力。通過調(diào)節(jié)短管材質(zhì)、壁厚、長度和間距，以及擠壓力大小，達到錨固承載力成倍增長的效果，且能通過均勻擠壓工藝保證復材筋因擠壓造成的強度損失在5％以下。

有益效果：應用本發(fā)明后，復材筋錨固承載力成倍增長，復材筋因擠壓造成的強度損失率在5％以下；本發(fā)明適用范圍廣，不僅適用于復材筋新建結(jié)構(gòu)，也適用于復材筋加固既有結(jié)構(gòu)；簡便易行，附加肋布置靈活，擠壓過程不需大型設備，擠壓完成后不需要養(yǎng)護周期，擠壓完成后的復材筋可立即投入使用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的擠壓過程圖；

圖3是在新建混凝土結(jié)構(gòu)使用本發(fā)明的示意圖；

圖4是在既有混凝土結(jié)構(gòu)使用本發(fā)明的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細的說明。

如圖1所示，一種提高復材筋錨固性能的結(jié)構(gòu)，包括復材筋1，復材筋為螺紋筋，且螺紋深度為0.3～0.5mm，復材筋上套有多個附加肋2，附加肋2通過外力擠壓產(chǎn)生橫向均勻壓縮，產(chǎn)生塑性變形，與復材筋1形成一體結(jié)構(gòu)，附加肋2為金屬短管。

其中，附加肋可以選擇鋁合金或青銅材質(zhì)制成，也可以選用低硬度金屬做內(nèi)層高硬度金屬做外層制成，附加肋可以按照等間距規(guī)則或者不等間距規(guī)則設置在復材筋上，附加肋的數(shù)量可以根據(jù)復材筋的長度設置若干個，附加肋的數(shù)量優(yōu)選為2～4個，附加肋長度為復材筋直徑的1～4倍，附加肋擠壓前內(nèi)徑大于復材筋外徑且相差0～1mm。

如圖2所示，提高復材筋錨固性能的結(jié)構(gòu)采用的擠壓方法，包括以下步驟：附加肋定位，在復材筋處標示出要安裝附加肋的位置，將附加肋套在復材筋上并予以固定；擠壓成型，為了提高附加肋錨固效果，可以在擠壓前在復材筋表面涂抹界面劑，擠壓時附加肋端部預留一小段后再進行擠壓，預留的長度可根據(jù)附加肋的長度進行調(diào)節(jié)，一般預留2mm，擠壓過程控制附加肋壁厚的壓縮率為30％-40％，采用液壓鉗、擠壓機或液壓傳動擠壓裝置等擠壓設備對固定的附加肋進行擠壓，擠壓過程為循環(huán)分段擠壓，每段擠壓時，分多次旋轉(zhuǎn)角度逐漸擠壓到位，使得擠壓均勻。其中附加肋可采用單規(guī)格或者幾個規(guī)格相結(jié)合的方式。使用該方法擠壓結(jié)構(gòu)時，擠壓造成的復材筋強度損失率在5％以內(nèi)，本發(fā)明的提高復材筋錨固性能的結(jié)構(gòu)既可以用于新建混凝土結(jié)構(gòu)中，也可以用于既有混凝土結(jié)構(gòu)中，都可以起到增強錨固性能的效果。如圖3所示，在新建混凝土結(jié)構(gòu)中，當結(jié)構(gòu)中配有纖維增強復合材料筋時，為提高復材筋的錨固性能，在復材筋端部一定長度范圍內(nèi)，采用本發(fā)明所述的方法間隔地錨固幾個金屬材質(zhì)短管附加肋，復材筋的錨固性能將會得到一定程度的提高。如圖4所示，將本發(fā)明的結(jié)構(gòu)嵌入既有混凝土結(jié)構(gòu)中，增強錨固效果。

對采用本發(fā)明的擠壓成型方法得到的復材筋—附加肋試件進行抗剪切性能試驗，試驗中通過穿心式千斤頂沿著筋材長度方向?qū)Ω郊永叨瞬窟M行頂壓加載，測試復材筋-附加肋界面的抗剪承載力。達到峰值荷載前加載速率控制在10kn/min左右，達到峰值荷載后，以位移控制，使得附加肋位移計示數(shù)緩慢均勻地增長。當附加肋與筋材自由端二者位移計讀數(shù)差(即相對滑移)超過10mm后，認為滑移量過大，停止加載。試驗中考慮了8組共計24個試件。參數(shù)的變化主要有：復材筋直徑，鋁合金管型號和壁厚，詳細參數(shù)見表1。試件編號中字母“h”和“t”分別代表所用鋁合金型號為5052-h32和6061-t6。復材筋-附加肋界面抗剪性能試驗結(jié)果如表1所示：

表1復材筋-附加肋試件參數(shù)及界面抗剪性能試驗結(jié)果

由于20mm長度鋁合金管擠壓成型附加肋后長度變?yōu)?5mm，為了對比復材筋-附加肋和復材筋-混凝土的界面抗剪性能，對10mm和11mm直徑的兩種復材筋進行中心拉拔試驗，粘結(jié)長度取25mm。拉拔試驗中混凝土立方體的邊長為150mm，混凝土實測抗壓強度平均值為39mpa，每種筋材2個試件，試件編號中最后一個字母“c”代表復材筋-混凝土界面抗剪性能試驗。試驗結(jié)果匯總列于表2。

表2復材筋-混凝土試件的界面抗剪性能結(jié)果

將復材筋-附加肋與復材筋-混凝土界面抗剪強度進行對比可知，在界面粘結(jié)長度為25mm的條件下，相比于復材筋-混凝土界面抗剪強度，復材筋-附加肋界面的抗剪強度有較大幅度提高，10mm直徑的cfrp筋提高至1.31～1.90倍；11mm直徑的cfrp筋提高至1.71～2.49倍。由此可見，附加肋的引入提高了復材筋的錨固性能。

為了解試驗中擠壓成型過程對復材筋性能的影響，進行了4組共12個帶有附加肋復材筋的極限抗拉強度試驗，試驗所用筋材的中部有按相同擠壓工藝擠壓成型的原長20mm的鋁合金管，試驗結(jié)果見表3。

表310mm直徑cfrp筋極限抗拉強度試驗結(jié)果

從表3可以看到，擠壓附加肋后筋材強度均有一定程度下降。對于10mm直徑cfrp筋，采用5052-h32型號的鋁合金管，平均強度損失率為3.99％-10.34％。而采用6061-t6型號的鋁合金管，只進行了4mm壁厚的試驗，cfrp筋的平均強度損失率為9.29％，大于5052-h32型號的3.99％。

試驗研究發(fā)現(xiàn)，確保鋁合金管徑向均勻同步壓縮，能夠進一步降低筋材損傷的程度，使復材筋強度損失率在5％以內(nèi)，如表中帶“*”號數(shù)據(jù)所示。

試驗主要研究附加肋個數(shù)對復材筋錨固性能的影響，對帶附加肋復材筋進行拉拔試驗：采用上述10mm和11mm直徑復材筋，20mm長、壁厚為4mm的鋁合金管為附加肋材料，按照上述擠壓方法在復材筋上擠壓成型附加肋，對帶附加肋的復材筋進行拉拔試驗?；炷猎O計等級為c30。拉拔試件混凝土試塊尺寸為150mm×150mm×150mm和150mm×150mm×300mm。附加肋與筋材界面粘結(jié)長度為lb的倍數(shù)(lb＝25mm)，分別取4lb和6lb，即100mm和150mm。附加肋在復材筋粘結(jié)長度范圍內(nèi)，按照等間距均勻分布。兩種直徑復材筋的拉拔試驗的結(jié)果分別列于表4和表5。表中試件編號形式為：筋材類型和直徑-粘結(jié)長度-附加肋個數(shù)，其中c表示cfrp筋。

表410mm直徑cfrp筋不同粘結(jié)長度下附加肋個數(shù)對粘結(jié)錨固性能的影響

表511mm直徑cfrp筋不同粘結(jié)長度下附加肋個數(shù)對粘結(jié)錨固性能的影響

從表4可以看到，對于10mm直徑的cfrp筋，當粘結(jié)長度為100mm時，帶附加肋復材筋的極限拉應力相比無附加肋復材筋提高了33.89％。當粘結(jié)長度為150mm時，錨固2個或3個附加肋時，其極限拉應力分別提高了30.82％和42.25％，并且筋材的破壞形態(tài)從復材筋拔出轉(zhuǎn)變到筋材的斷裂破壞，筋材極限拉應力比較接近原始極限抗拉強度。可見附加肋對提高復材筋錨固性能效果明顯。

從表5可以看到，對于11mm直徑的cfrp筋，粘結(jié)長度為100mm時，雖然試件的破壞模式均為混凝土劈裂破壞，但是可以看到，劈裂破壞的試件中，因附加肋的存在，破壞時復材筋的拉應力提高了29.70％。當粘結(jié)長度為150mm時，錨固3個附加肋的筋材拉應力比無錨固的提高了52.79％。