專利名稱：纖維增強(qiáng)塑料片材用主動式錨夾具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種錨夾具，尤其涉及一種用于建筑結(jié)構(gòu)混凝土采用纖維增強(qiáng)塑料 (FRP)片材補(bǔ)強(qiáng)時，F(xiàn)RP板條端部的永久及臨時錨固的主動式錨夾具。
背景技術(shù)：
工程結(jié)構(gòu)加固改造項(xiàng)目中，有采用專用結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行淺層嵌固或表面粘貼FRP片材 的技術(shù)措施。此類措施通過粘貼的方式，發(fā)揮FRP片材良好的抗拉強(qiáng)度，可以很大程度地提 高建筑結(jié)構(gòu)的承載力。FRP片材提供的拉力若僅通過結(jié)構(gòu)膠傳遞到混凝土結(jié)構(gòu)上，F(xiàn)RP板條 與結(jié)構(gòu)膠之間、結(jié)構(gòu)膠與混凝土界面之間存在較大的剪應(yīng)力，如剪應(yīng)力不足以傳遞FRP片 材的拉力，則發(fā)生剪切破壞，不利于FRP片材高強(qiáng)性能的發(fā)揮；另外還有FRP片材粘貼前對 其施加預(yù)應(yīng)力的技術(shù)措施。以上兩種情況均需對FRP片材端部采用附加錨固措施。由于FRP 片材的抗拉強(qiáng)度高而抗剪強(qiáng)度低，采用普通鋼筋用錨夾具會造成FRP片材在錨固區(qū)提早破 壞。FRP片材端部的附加錨固當(dāng)前主要有以下三種1.粘結(jié)錨固措施(如一種預(yù)應(yīng)力纖維布平板式永久錨具公開號CN2804269)它 公開了一種預(yù)應(yīng)力纖維布平板式永久錨具，該永久錨具包括固定端部分和張拉端部分，每 個部分均由鋼板和纖維布構(gòu)成，張拉端部分中的鋼板和絲桿通過焊接而成為一個整體。每 個部分中的鋼板的表面均形成0. 5 1. 0%的坡度，然后交叉開U形槽，纖維布通過樹脂浸 漬膠粘貼于開槽的鋼板表面，形成預(yù)應(yīng)力纖維布平板式永久錨具。該錨具可以保證預(yù)應(yīng)力 纖維布的張拉預(yù)應(yīng)力水平達(dá)到其極限抗拉強(qiáng)度的65%以上，很方便對各種橋梁和工業(yè)建筑 進(jìn)行加固維修。此類錨固措施是預(yù)先采用結(jié)構(gòu)膠將FRP片材錨固于鋼板或其它抗剪強(qiáng)度高的錨 板上，再將錨板錨固于相應(yīng)位置。此類錨固措施的缺點(diǎn)是錨固需等結(jié)構(gòu)膠固化后才能起作 用，施工周期較長，且不能拆卸。2.擠壓錨固措施(如土木建筑工程用的碳纖維板錨具公開號CN1827975)。該 發(fā)明公開了一種土木建筑工程用的碳纖維板錨具，該錨具包括用于夾碳纖維板的上下兩夾 板、壓板、壓緊螺栓和錨固螺栓，上下兩夾板在與碳纖維板的接觸面上設(shè)有用于增加摩擦的 紋路，壓板的中間段設(shè)成凸起狀，下夾板上設(shè)有與壓緊螺栓相配合的螺孔，由壓緊螺栓通過 壓板使上下兩夾板夾緊，下夾板通過錨固螺栓錨固到待加固的砼構(gòu)件上。此類錨具完全依靠預(yù)擠緊夾持FRP板條的夾板，依靠夾板與FRP板條之間的摩擦 力實(shí)現(xiàn)對碳纖維板的錨固。此類錨固措施的缺點(diǎn)是FRP板條在受力過程中，摩擦力的大小 取決于夾板與FRP板的摩擦系數(shù)和緊固力。緊固力的施加過小則摩擦力不足，F(xiàn)RP板條易 拉脫；緊固力過大則可能造成FRP板條的損傷。由于螺桿在高應(yīng)力狀態(tài)會有些應(yīng)力松弛現(xiàn) 象，再加上螺栓會有機(jī)械松動現(xiàn)象，緊固力會有所降低，造成錨固力會有所降低。3.錨夾具錨固措施(如碳纖維板錨具公開號CN101463638)該發(fā)明涉及一種錨具，特別是一種土木建筑工程中用的碳纖維板錨具，由錨板及 夾片組成，錨板為一整體，內(nèi)有一楔形通孔，夾片為兩片式楔形塊、其楔入錨板夾緊碳纖維板后與錨板內(nèi)的楔形通孔緊配合，所述的錨板為橫截面為長方形或正方形或橢圓形或圓形 的柱體，其內(nèi)開有橫截面為長方形或正方形或橢圓形或圓形、縱截面帶有錐度的楔形通孔， 夾片楔入錨板夾緊碳纖維板后合攏的外形與錨板內(nèi)橫截面為長方形或正方形或橢圓形或 圓形、縱截面帶有錐度的楔形通孔相同；夾片的夾持面有一層碳纖維板接觸增強(qiáng)材料；夾 片與錨板的接觸面涂抹有潤滑油或潤滑脂。該錨具的錨固性能可靠，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，制作、 施工操作方便，效率高，錨具形狀多種多樣，能夠滿足不同施工環(huán)境的要求。此類錨固措施是采用小角度扁平夾片夾住FRP板條，F(xiàn)RP板條拉緊時，扁平夾片滑 動收緊，夾緊FRP板條，利用扁平夾片與FRP板條之間的機(jī)械摩擦力錨固FRP板條。此類錨 固措施與鋼筋用錨夾具的原理相同，隨著夾片的回縮，錨固力可以增大，但此類錨固措施同 樣也有相同的預(yù)應(yīng)力損失，即錨具變形和FRP板條內(nèi)縮引起的預(yù)應(yīng)力損失0ll。根據(jù)此項(xiàng)
預(yù)應(yīng)力損失的計(jì)算公式Pn =Je,式中a—錨具變形和FRP片材內(nèi)縮值(mm) ；1——錨固端之間的距離(mm)； Es——FRP片材的彈性模量(MPa)。FRP片材的彈性模量較高，較小的錨具變形和FRP片材內(nèi)縮量也會引起較大的預(yù) 應(yīng)力損失。對于不采用預(yù)應(yīng)力的FRP片材，需構(gòu)件加固部位產(chǎn)生的變形大于錨具變形和FRP 片材內(nèi)縮值a后，才能充分發(fā)揮錨具的作用，存在著FRP片材應(yīng)力滯后現(xiàn)象，同樣不利于FRP 片材作用的發(fā)揮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足提出了一種纖維增強(qiáng)塑料片材用主動式錨夾具，它 不同于需要錨具變形和FRP片材回縮才能產(chǎn)生夾持力的錨夾具，也不同于僅通過擠壓產(chǎn)生 摩擦力夾持FRP片材的錨夾具。它是利用旋緊加力螺桿擠壓傳力片，使小角度扁平夾片與 FRP板條完全擠緊，錨夾具在FRP板條受力前即具備一定的夾持能力。隨著FRP板條的受 力，扁平夾片有極小量回縮并進(jìn)一步擠緊，從而實(shí)現(xiàn)對FRP片材有效夾持。本方案是通過如下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)的纖維增強(qiáng)塑料片材用主動式錨夾具，它包括 錨塊和設(shè)置于錨塊中的夾片，所述錨塊為內(nèi)有一通孔的整體，所述夾片是由上下對稱布置 的兩片式楔形塊組成的上夾片和下夾片，其特征是在錨塊中夾片的上方設(shè)置有上下滑動的 傳力片，所述傳力片的頂面是與錨塊適配的平面，傳力片的底面是與上夾片頂面適配的斜 面，夾片楔入錨塊中夾緊纖維增強(qiáng)塑料片材后與錨塊和傳力片之間形成的楔形通孔緊配 合，在傳力片的上部穿過錨塊設(shè)置有加力螺桿。上下夾片的坡度一致，其角度θ均不大于5. 7°，傳力片和錨塊上與之相應(yīng)的斜 面與夾片相適配，且表面光滑并涂有潤滑油脂。傳力片上表面設(shè)置有供加力螺桿插入的限 位槽，加力螺桿旋緊后插入限位槽，可以限制傳力片在垂直于加力螺桿軸線方向的位移。上下夾片之間的夾持面做噴砂處理，以增大與FRP板條的摩擦。在傳力片上部的加力螺桿上設(shè)置有緊固螺帽，緊固螺帽的設(shè)置，可以避免加力螺 栓和夾片的松動，增大了錨夾具的可靠性。本發(fā)明的有益效果可根據(jù)對上述方案的敘述得知，試驗(yàn)表明由于設(shè)置了加力螺桿與傳力片，本發(fā)明基本消除了錨夾具內(nèi)縮量a，減小了應(yīng)力損失，錨夾具效率系數(shù)高，方便拆 卸。該錨夾具結(jié)構(gòu)簡單緊湊，操作方便，適用于FRP板條的永久和臨時錨固，對于施加預(yù)應(yīng) 力的FRP板條，可以有效地減小錨具變形和FRP片材內(nèi)縮引起的預(yù)應(yīng)力損失ο u ；對于未施 加預(yù)應(yīng)力的FRP板條，則不需加固部位產(chǎn)生大于a值的變形即可發(fā)揮錨具的作用，減小了 FRP片材應(yīng)力滯后現(xiàn)象；對于需拆卸的錨夾具，則可通過旋松加力螺栓方便地拆卸。因此本 發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)目的。夾片及傳力片外側(cè)坡度θ的設(shè)計(jì)傳力片與夾片之間的摩擦系數(shù)μ = 0. 1，假設(shè)傳力片所傳的壓力為N，則N對夾片外側(cè)產(chǎn)生的法向壓力N1為N1 = N · cos θ由法向壓力產(chǎn)生的靜摩擦力F為F = μ · N1 = μ · N · cos θN對夾片外側(cè)產(chǎn)生的切向力N2為N2 = N · sin θ此切向力會使夾片有向外滑移的趨勢。若使夾片在加力螺桿緊固時不產(chǎn)生滑移，需使最大靜摩擦力F不小于切向力N2, 即=F ^N2故μ · N · cos θ 彡 N · sin θμ · cos θ 彡 Sin θtan θ ^ μθ ^ 5. 7°


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。圖1為纖維增強(qiáng)塑料片材用主動式 錨夾具組裝效果圖；圖2為纖維增強(qiáng)塑料片材用主動式錨夾具組裝剖面圖；圖3為夾片及 傳力片受力分析圖；圖4為傳力片示意圖；圖5為夾片示意圖；圖中，1、加力螺桿；2、緊固螺 帽；3、錨塊；4、傳力片；5、夾片；6、FRP板條；7、限位槽；8、夾片與FRP接觸面；9、傳力片與 夾片的接觸面；10、夾片與錨塊的接觸面；11、錨塊坡面；12、錨塊孔。
具體實(shí)施例方式如圖1-2所示，纖維增強(qiáng)塑料片材用主動式錨夾具，它包括錨塊3和設(shè)置于錨塊 3中的夾片5，所述錨塊3為內(nèi)有一通孔的整體，所述夾片5是由上下兩片式楔形塊組成的 上夾片和下夾片，其特征是在錨塊3中夾片5的上方設(shè)置有上下滑動的傳力片4，所述傳力 片4的頂面是與錨塊3適配的平面，傳力片4的底面是與上夾片頂面適配的斜面，夾片5楔 入錨塊3中夾緊纖維增強(qiáng)塑料片材后與錨塊3和傳力片4之間形成的楔形通孔緊配合，在 傳力片4的上部穿過錨塊3設(shè)置有加力螺桿1。上下夾片的坡度一致，其角度θ均不大于 5.7°，傳力片和錨塊上與之相應(yīng)的斜面與夾片相適配，且表面光滑并涂有潤滑油脂。傳力 片4上表面設(shè)置有供加力螺桿1插入的限位槽7，上下夾片之間的夾持面做噴砂處理；在傳 力片4上部的加力螺桿1上設(shè)置有緊固螺帽2。
螺栓尺寸的設(shè)計(jì)夾片與FRP板條的摩擦系數(shù)μ取0. 3，F(xiàn)RP板條抗拉強(qiáng)度f取2500MPa，截面積A 取1. 4 X IOmm,則FRP板條的拉力F F = f · A = 2500X1. 4X10 = 35000N = 35kN所需的傳力片壓力N為μ · N = F故N= F/μ = 35/0. 3 = 117kN此壓力由兩個螺桿共同承擔(dān)，并取安全系數(shù)3. 0，則每螺桿承擔(dān)的力為175kN。 45Mn鋼的屈服強(qiáng)度σ為355MPa，選用MlO螺栓小徑(I1為8. 4mm，其承載力T為 Τ^σ.^Γ. ^Μ = ^ ^^! 〗^，故本發(fā)明選用MlO螺栓、螺帽及螺桿?！袄w維增強(qiáng)塑料 片材用主動式錨夾具”是在工程結(jié)構(gòu)加固改造項(xiàng)目中混凝土結(jié)構(gòu)采用纖維增強(qiáng)塑料片材 (FRP)加固時，用于FRP端部的永久及臨時錨固。加力螺桿1 一端為加力螺桿內(nèi)六角圓柱頭端，采用《內(nèi)六角圓柱頭》GB/ T70. 1-2000中MlO的規(guī)格，圓柱頭總長度IOmm ；另一端為加力螺桿普通螺桿端，采用《普通 螺紋基本尺寸》GB/T 196-2003中D10，P = 1. 5的規(guī)格，螺桿總長度20mm。加力螺桿作用 是錨固時擠緊傳力片、夾片和FRP板材，消除錨具變形和FRP片材內(nèi)縮值a ；如需拆除錨具， 則松開加力螺桿，使傳力片、夾片和FRP片材間隙增大，可以方便地拆除本錨具。緊固螺帽2采用《六角螺母》GB/T 41-2000中MlO的規(guī)格，其作用是加力螺桿1擰 緊后，再擰緊緊固螺帽2，可以避免加力螺桿1和夾片5松動，增大了錨夾具的可靠性；拆除 錨具前，先松開緊固螺帽2，則可以方便地松開加力螺桿1。如圖4所示，傳力片4為50mmX 14mmX (5. 5 7)mm的六面體，其中傳力片4與夾 片5的接觸面9有θ <5.7°的坡度，該滑動面表面光滑，并涂有潤滑油脂；傳力片4與加 力螺桿1的接觸面為限位槽7。傳力片4的作用是在加力螺桿1的作用下調(diào)整夾片5間的 距離錨固時擠緊夾片5，F(xiàn)RP板條受力時，夾片5不再內(nèi)縮，減小了由于夾片5內(nèi)縮引起的 應(yīng)力損失；拆除錨夾具時，松開夾片5，可以方便地抽出FRP板條。限位槽7的作用是當(dāng)加 力螺桿1擰緊后，加力螺桿1端部伸入限位槽7中，可限制傳力片5在垂直于加力螺桿1軸 線方向上的移動。如圖5所示，夾片5為50mmX14mmX (3 4. 5)mm的六面體，其中夾片與傳力片的 接觸面9有θ ^5.7°的坡度，該滑動面表面光滑，并涂抹有潤滑油脂，以減小夾片5滑移 的摩擦力；夾片與FRP板條的接觸面8為平面，做噴砂處理，以增大夾片5與FRP板條的摩 擦力。錨塊3為50mmX30mmX30mm的長方體，內(nèi)有一通孔，孔的尺寸為 50mmX15mmX (15 16. 5)mm，其錨塊坡面11與夾片滑動面接觸，表面光滑，并涂有潤滑油 脂。錨塊坡面11的對面的錨塊3上設(shè)兩個錨塊孔12，孔內(nèi)壁有螺紋，螺紋規(guī)格與《六角螺 母》GB/T 41-2000中MlO螺母內(nèi)螺紋相同。錨塊3的作用是為夾片5提供法向壓力，以實(shí) 現(xiàn)對FRP板條的夾持。本發(fā)明有緊固螺帽2，可以消除螺桿的機(jī)械松動現(xiàn)象。加力螺桿1在高應(yīng)力狀態(tài)如 有應(yīng)力松弛現(xiàn)象，可由夾片5產(chǎn)生的相對滑移來彌補(bǔ)，不會使錨夾具的錨固力降低。錨夾具的基本性能試驗(yàn)
1靜載錨固性能1. 1采用試驗(yàn)機(jī)對FRP直接進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下
FRP板條實(shí)測極限拉力Fapu FRP板條采用本錨夾具進(jìn)行錨固后，采用試驗(yàn)機(jī)夾持錨夾具，從而得到FRP板 條_錨夾具實(shí)測極限拉力Fpm，測定時分兩種情況分別進(jìn)行。1. 2不采用加力螺桿和傳力片時 1. 3采用加力螺桿和傳力片時 參照預(yù)應(yīng)力筋用錨夾具效率系數(shù)na本錨夾具為單錨，取ηρ = 1，則不采用傳力片時 采用傳力片時 2錨夾具夾片內(nèi)縮量測定本項(xiàng)內(nèi)容為FRP板條張拉應(yīng)力達(dá)到0. Sfptk后，測定錨固過程中FRP板條的內(nèi)縮 量。檢測時在夾片外露的頂部設(shè)百分表，夾片內(nèi)縮則百分表會產(chǎn)生讀數(shù)的變化，記錄百分表在板條拉力為OkN和23. 5kN時的讀數(shù)，由此計(jì)算內(nèi)縮量。錨夾具內(nèi)縮量測定分兩種情況分 別進(jìn)行。2. 1不采用加力螺桿和傳力片時 2. 1采用加力螺桿和傳力片時 3 結(jié)論3. 1錨夾具效率系數(shù)采用加力螺桿和傳力片比不采用該部件，錨夾具的效率系數(shù)有一定的提高。其原 因在于不設(shè)加力螺桿和傳力片時，錨夾具的兩片夾片都會產(chǎn)生較大的內(nèi)縮，由于兩片夾片 的摩擦力等各項(xiàng)指標(biāo)不可能完全一致，其內(nèi)縮量就不會完全相同。內(nèi)縮量的差異會使FRP 板條在錨夾具端部有一定的應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而造成FRP板條提早破壞。采用加力螺桿和傳力片之后，夾片的內(nèi)縮量和內(nèi)縮量的差異均大幅降低，應(yīng)力集 中也相應(yīng)的大幅降低，F(xiàn)RP板條抗拉強(qiáng)度高的特點(diǎn)會更加充分地發(fā)揮，從而提高了錨夾具的 效率系數(shù)。3. 2錨夾具夾片內(nèi)縮量采用加力螺桿和傳力片比不采用該部件，錨夾具夾片的內(nèi)縮量會大幅度降低。其原因在于不設(shè)加力螺桿和傳力片時，錨夾具只有通過夾片的內(nèi)縮才能使其受到擠壓力，實(shí) 現(xiàn)錨夾具的夾持作用，沒有內(nèi)縮量就沒有夾持作用。采用加力螺桿和傳力片之后，夾片不需內(nèi)縮即可通過傳力片的主動擠壓實(shí)現(xiàn)對 FRP板條的夾持作用，在FRP以后的受力過程中，夾片的內(nèi)縮量極小。假設(shè)待加固的構(gòu)件長度1 = 3m, FRP的彈性模量Es = 1. 6X 105，不設(shè)加力螺桿和 傳力片時，夾片內(nèi)縮量aQ = 2. 34mm，設(shè)置加力螺桿和傳力片時，夾片內(nèi)縮量ai = 0. 18mm，則 兩種情況下應(yīng)力損失分別為不設(shè)加力螺桿和傳力片，共兩個錨夾具
Λ ^ Aση = -Ef =~^~·1.6χ10} χ2 = 249.6ΜΡα
η I s 3000設(shè)置加力螺桿和傳力片，共兩個錨夾具crn·1.6χIO5 χ2 = 19.2ΜΡα L J Is 3000設(shè)置加力螺桿和傳力片后，應(yīng)力損失僅為不設(shè)置該部件時應(yīng)力損失的8%。由此可 見加力螺栓和傳力片的設(shè)置對于減小夾片內(nèi)縮量、減小應(yīng)力損失的巨大作用。使用方法1錨固前的準(zhǔn)備。清理FRP板條6端部，確認(rèn)無污物油脂等；2錨固。將鋼質(zhì)墊板抵緊混凝土面，將FRP板條穿入錨塊5，F(xiàn)RP板條受力方向布 置在錨塊5通孔較小的一側(cè)，并使錨塊5抵緊鋼質(zhì)墊板。塞入傳力片6和夾片4，夾片的夾 持面夾住FRP板條。再次確認(rèn)錨塊與鋼質(zhì)墊板、鋼質(zhì)墊板與混凝土面均已抵緊。將緊固螺帽2旋入加力螺桿1的根部，再將加力螺桿1旋入錨塊孔12中，待旋緊 后再將緊固螺帽2旋至錨塊5 —側(cè)旋緊，完成對FRP板條端部的錨固。3拆卸錨夾具。采用適當(dāng)方法使FRP板條端部不再受力，旋松緊固螺帽2，再旋松 加力螺桿1，此時夾片4、傳力片3之間產(chǎn)生空隙，可方便地一一取出，最后抽出錨塊5，拆卸 錨夾具完畢。
權(quán)利要求
一種纖維增強(qiáng)塑料片材用主動式錨夾具，它包括錨塊和設(shè)置于錨塊中的夾片，所述錨塊為內(nèi)有一通孔的整體，所述夾片是由上下兩片式楔形塊組成的上夾片和下夾片，其特征是在錨塊中夾片的上方設(shè)置有上下滑動的傳力片，所述傳力片的頂面是與錨塊適配的平面，傳力片的底面是與上夾片頂面適配的斜面，夾片楔入錨塊中夾緊纖維增強(qiáng)塑料片材后與錨塊和傳力片之間形成的楔形通孔緊配合，在傳力片的上部穿過錨塊設(shè)置有加力螺桿。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強(qiáng)塑料片材用主動式錨夾具，其特征是上夾片和下夾 片的坡度一致，其角度θ均不大于5. 7°，傳力片和錨塊上與之相應(yīng)的斜面與夾片相適配， 且表面光滑并涂有潤滑油脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強(qiáng)塑料片材用主動式錨夾具，其特征是傳力片上表面 設(shè)置有供加力螺桿插入的限位槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強(qiáng)塑料片材用主動式錨夾具，其特征是在傳力片上部 的加力螺桿上設(shè)置有緊固螺帽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強(qiáng)塑料片材用主動式錨夾具，其特征是上夾片和下夾 片之間的夾持面做噴砂處理。
全文摘要
纖維增強(qiáng)塑料片材用主動式錨夾具，它包括錨塊和設(shè)置于錨塊中的夾片，所述錨塊為內(nèi)有一通孔的整體，所述夾片是由上下兩片式楔形塊組成的上夾片和下夾片，其特征是在錨塊中夾片的上方設(shè)置有上下滑動的傳力片，所述傳力片的頂面是與錨塊適配的平面，傳力片的底面是與上夾片頂面適配的斜面，夾片楔入錨塊中夾緊纖維增強(qiáng)塑料片材后與錨塊和傳力片之間形成的楔形通孔緊配合，在傳力片的上部穿過錨塊設(shè)置有加力螺桿。它利用旋緊加力螺桿擠壓傳力片，使夾片與FRP板條完全擠緊，錨夾具在FRP板條受力前即具備一定的夾持能力。隨著FRP板條的受力，夾片有極小量回縮并進(jìn)一步擠緊，從而實(shí)現(xiàn)對FRP板條有效夾持。
文檔編號E04C5/12GK101929221SQ20101010798
公開日2010年12月29日 申請日期2010年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月10日
發(fā)明者崔士起, 張文碩, 成勃 申請人:山東省建筑科學(xué)研究院