碳纤维板机械夹持锚具以及加固装置的制作方法

本实用新型涉及结构加固技术领域，具体而言，涉及一种碳纤维板机械夹持锚具以及加固装置。

背景技术：

碳纤维板是一种新型材料，其成型工艺是将碳纤维浸渍树脂后在模具内固化并连续拉挤成型。采用优质碳纤维原料与良好基本树脂，碳纤维板材具有拉伸强度高、耐腐蚀性、抗震性、抗冲击性等良好性能。近年来被广泛用于结构加固领域，普通的加固方法都是通过直接粘贴碳纤维板于受损结构上的方式进行结构加固。

发明人在研究中发现，传统的采用碳纤维板进行加固的方式至少存在如下问题：

其一、粘胶粘贴情况下对碳纤维板施加预应力的操作不方便并且能够施加预应力水平较低；

其二、施加预应力后等待粘胶凝固需要较长时间；

其三、在承受极限荷载的情况下粘结脱落的现象较严重。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种碳纤维板机械夹持锚具，锚具的结构简单，安装精度要求不高，操作方便，施工效率高，同时，夹紧在锚具单 元上的碳纤维板受力直接，力的传递清晰。

本实用新型的目的还在于提供一种加固装置，加固装置的结构简单，安装精度要求不高，操作方便，施工效率高，同时，安装在加固装置上的碳纤维板受力直接，力的传递清晰。

本实用新型的实施例是这样实现的：

基于上述第一目的，本实用新型提供了一种碳纤维板机械夹持锚具，包括两个成对设置的锚具单元，每个所述锚具单元包括上锚块、下锚块以及相对设置的两个夹片，其中:

所述两个夹片位于所述上锚块与所述下锚块之间，所述上锚块与所述下锚块通过高强螺栓固定连接。

在本实用新型较佳的实施例中，所述夹片设置有至少一对相对的板面，第一板面上设置有防滑纹，第二板面采用抛光处理，且所述第二板面与所述第一板面呈夹角设置。

在本实用新型较佳的实施例中，所述上锚块设置有第一安装槽，所述下锚块设置有第二安装槽，所述第一安装槽与所述第二安装槽相扣合形成用于容纳两个所述夹片的空腔。

在本实用新型较佳的实施例中，所述第一安装槽的槽底与所述第二安装槽的槽底呈夹角设置。

在本实用新型较佳的实施例中，所述下锚块设置有一对相对的挡板，所述上锚块位于两个所述挡板之间，且所述上锚块具有一对相对的侧面，所述一对相对的侧面分别贴合于所述一对相对的挡板的内侧板面。

在本实用新型较佳的实施例中，所述一对相对的挡板与所述下锚块一 体成型。

在本实用新型较佳的实施例中，所述上锚块或者/和所述下锚块上分别设置有沉孔，用于供所述高强螺栓穿过。

基于上述第二目的，本实用新型提供了一种加固装置，包括所述的碳纤维板机械夹持锚具、碳纤维板以及两个成对设置的固定装置，两个所述锚具单元分别一一对应安装于所述固定装置，所述碳纤维板的相对的两端分别卡紧于对应的两个所述夹片之间，每个所述锚具单元可相对于对应的所述固定装置沿所述碳纤维板的拉伸方向往复直线滑动。

在本实用新型较佳的实施例中，每个所述固定装置包括固定件、立板以及两个相对设置的横板，两个所述横板位于所述立板的同一侧，且分别垂直于所述立板的板面；每个所述横板设置有滑槽，所述滑槽的槽深方向朝向所述立板且垂直于所述立板的板面方向，所述锚具单元相对的两侧分别卡紧在两个所述滑槽内，所述锚具单元可沿所述滑槽的槽深方向相对于所述立板滑动，所述锚具单元与对应的所述固定装置分别通过所述固定件固定连接。

在本实用新型较佳的实施例中，还包括千斤顶与张拉挡板，所述张拉挡板位于一所述固定装置的立板的外侧，所述千斤顶位于所述张拉挡板与对应的所述立板之间，所述张拉挡板与对应的所述锚具单元固定连接，所述千斤顶驱动所述张拉挡板运动并带动相应的所述锚具单元相对于所述立板滑动。

本实用新型实施例的有益效果是：

综上所述，本实用新型提供了一种碳纤维机械夹持锚具，该夹持锚具结构简单合理，便于加工制造，制造成本低，同时，该锚具的安装方便， 便于施工，缩短了施工的周期，提高了施工效率；锚具锚固后，碳纤维板的受力均匀，锚固效果好。具体如下：

该锚具包括两个锚具单元，两个锚具单元成对设置，使用时，利用两个锚具单元的锚固功能同时锚固一张碳纤维板，具体的，每个锚固单元包括两个锚块，分别为上锚块或者下锚块，每个锚固单元还包括两个成对设置的夹片，使用时，每个锚固单元的上锚块和下锚块夹住成对设置的两个夹片上，将碳纤维板卡紧在两个夹片之间，碳纤维板的板面与夹片的板面相贴合，然后利用高强螺栓将上锚块和下锚块进行固定，作用在上锚块与下锚块上的压力通过夹片作用在碳纤维板上，由于夹片与碳纤维板的接触面积大，夹片与碳纤维板紧密贴合，通过夹片传递的压力均匀的作用在碳纤维板上，碳纤维板的受力好，不易开裂，提供了预应力更加稳定，使用安全性高，使用寿命长。整个锚具的结构简单，操作方便，安装时对于各个部件的精度要求不高，通过人工操作即可完成，操作方便快捷，省时省力，大大提高了施工的效率。

本实用新型提供的加固装置，其具有上述碳纤维板机械夹持锚具的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例碳纤维机械夹持锚具的锚具单元结构示意图 (夹持有碳纤维板)；

图2为本实用新型实施例锚具单元的爆炸图；

图3为本实用新型实施例加固装置的结构示意图；

图4为本实用新型实施例固定装置的结构示意图；

图5为对应图4的俯视图；

图6为对应图4的左视图；

图7为本实用新型应用实施例的结构图；

图8为本实用新型应用实施例的主梁的俯视图；

图9为本实用新型实验实施例的示意图。

图中：

锚具单元100，碳纤维板200，固定装置300，千斤顶400，张拉挡板500，钢梁600，

上锚块101，下锚块102，夹片103，高强螺栓104，

第一安装槽201，第二安装槽202，挡板203，安装孔204，孔205，通孔206，横板207，立板208，螺栓209，滑槽210，

主梁301，分配梁302，缺口303。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“水平”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接， 也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

碳纤维板机械夹持锚具实施例

请参阅图1-2，本实用新型实施例提供了一种碳纤维板机械夹持锚具，包括锚具单元100。

锚具单元100用于夹持碳纤维板200，使用时，将碳纤维板200夹紧在两个锚具单元100上，两个锚具单元100实现碳纤维板200的张拉，碳纤维板200具有张拉预应力，能够承受外部的压应力，进而实现其功能。因此，锚具单元100设置为两个，每个锚具单元100夹持在碳纤维板200的一端，两个锚具单元100相对设置，进而实现了一张碳纤维板200的张拉。实际加工时，碳纤维板200设置为矩形板，矩形板具有相对设置的两个板面以及相对设置的两组侧面，其结构规则，对称性好，便于加工制造，也便于安装。

具体的，每个锚具单元100包括两个锚块，为了便于描述，两个锚块分别为上锚块101以及下锚块102，即使用过程当中，位于上方的未上锚块101，位于下方的为下锚块102，这里的“上”、“下”对于结构没有限制。锚具单元100还包括高强螺栓104以及相对设置的两个夹片103，上锚块101和下锚块102将两个夹片103夹持在中间，形成一个锚具单元100。

请参阅图2，上锚块101优选设置为方体形，上锚块101具有相对设置的两个板面以及包括四个周面，为了便于描述，两个板面分别为上板面、下板面，四个周面两个为一组且相对设置，具体的，四个周面包括相对设 置的左侧面、右侧面，以及相对设置的前侧面和后侧面，其中，上锚块101设置有多个贯穿其上板面和下板面的通孔206，通孔206的数量按需设置，用于供高强螺栓104穿过，一个通孔206对应于一个高强螺栓104，为了便于加工，以及提高高强螺栓104的固定牢固性，通孔206的轴线垂直于上锚块101的板面，高强螺栓104作用在上锚块101的力沿着其轴向传递，传递效果更好。同时，为了保证高强螺栓104不影响安装，该实施例的优选方案中，通孔206设置为沉孔，高强螺栓104安装后，没有漏在上板面的螺母或者螺杆，上板面为光滑的平面，便于安装。实际加工时，通孔206设置为四个，四个通孔206分别靠近上锚块101的四个角设置，高强螺栓104设置为四根，每根高强螺栓104对应一个通孔206，固定效果好。

上锚块101设置有第一安装槽201，第一安装槽201位于上锚块101的下板面，第一安装槽201的结构形状按需设置，其槽深方向垂直于下板面的方向，优选设置为，第一安装槽201为矩形槽，便于加工，且第一安装槽201的两端分别延伸至上锚块101的前侧面和后侧面。第一安装槽201包括相对设置的两个槽侧壁以及包括槽底壁，槽底壁与上锚块101的上板面相倾斜设置，即槽底壁到槽口的距离不同，沿着第一安装槽201的延伸方向，也即沿着前侧面到后侧面的方向，槽深逐渐减小。

第一安装槽201的槽底设置有防滑纹，夹片103安装后，夹片103不易从第一安装槽201内滑出，提高了安全性。

下锚块102优选设置为方体形，下锚块102具有相对设置的两个板面以及包括四个周面，为了便于描述，两个板面分别为上板面、下板面，四个周面两个为一组且相对设置，具体的，四个周面包括相对设置的左侧面、右侧面，以及相对设置的前侧面和后侧面，其中，下锚块102设置有多个贯穿其上板面和下板面的通孔206，通孔206的数量按需设置，用于供高 强螺栓104穿过，一个通孔206对应于一个高强螺栓104，为了便于加工，以及提高高强螺栓104的固定牢固性，通孔206的轴线垂直于下锚块102的板面，高强螺栓104作用在下锚块102的力沿着其轴向传递，传递效果更好。同时，为了保证高强螺栓104不影响安装，该实施例的优选方案中，通孔206设置为沉孔，高强螺栓104安装后，没有漏在下板面的螺母或者螺杆，下板面为光滑的平面，便于安装。实际加工时，通孔206设置为四个，四个通孔206分别靠近下锚块102的四个角设置，高强螺栓104设置为四根，每根高强螺栓104对应一个通孔206，固定效果好。

下锚块102设置有第二安装槽202，第二安装槽202位于下锚块102的上板面，第二安装槽202的结构形状按需设置，其槽深方向垂直于上板面的方向，优选设置为，第二安装槽202为矩形槽，便于加工，且第二安装槽202的两端分别延伸至下锚块102的前侧面和后侧面。第二安装槽202包括相对设置的两个槽侧壁以及包括槽底壁，槽底壁与下锚块102的下板面相倾斜设置，即槽底壁到槽口的距离不同，沿着第二安装槽202的延伸方向，也即沿着前侧面到后侧面的方向，槽深逐渐减小。

第二安装槽202的槽底设置有防滑纹，夹片103安装后，夹片103不易从第二安装槽202内滑出，提高了安全性。

下锚块102设置有一对相对设置的挡板203，多个通孔206位于两个挡板203之间，两个挡板203安装在下锚块102的上板面上，两个挡板203均垂直于下锚块102的上板面，安装方便，且便于定位。优选设置为，挡板203为矩形板，便于加工制造，也便于与下锚块102的安装固定。进一步的，两个挡板203与下锚块102一体成型，下锚块102与两个挡板203的结构更加牢固可靠，相对位置不易移动，挡板203的定位效果更好，且下锚块102的结构不易损坏，增加了使用寿命。

上锚块101与下锚块102扣合在一起后，第一安装槽201与第二安装槽202相配合形成空腔，即形成了一个两端具有开口的空腔，一端的开口较小，一端的开口较大，具体的，第一安装槽201的槽深较小的一端与第二安装槽202的槽深较小的一端相配合，第一安装槽201的槽深较大的一端与第二安装槽202的槽深较大的一端相配合，形成了一个楔形的空腔。同时，上锚块101的相对的两个侧面，即上锚块101的左侧面和右侧面分别贴合在下锚块102的两个挡板203对应的板面上，都贴合在挡板203的内侧板面上，实现了上锚块101的定位，安装时，操作更加方便快捷，提高了施工效率。进一步的，下锚块102上的多个通孔206与上锚块101上的多个通孔206一一对应，上锚块101和下锚块102通过高强螺栓104穿过对应的通孔206后进行拧紧固定。上锚块101与下锚块102相扣合时，挡板203起到定位作用，使得上锚块101的通孔206与下锚块102的通孔206直接对应，便于高强螺栓104的穿过。显然，为了提高安装的效率，上锚块101和下锚块102的长度相同，该长度平行于安装槽的延伸方向。

夹片103设置为板状，具有光滑的两个板面，其中一个板面便于与碳纤维板200贴合，另一个板面便于与上锚块101或者下锚块102配合，具体的，夹片103设置为楔形板，即每个夹片103具有相对设置的两个板面，第一板面与第二板面之间呈夹角设置，实际加工时，夹片103采用矩形板加工制成，将矩形板的其中一个板面加工为斜面即可，即沿着矩形板的一板面的一条边朝向与该边相对的侧面切割制成，夹片103具有一个水平的板面和一个倾斜的板面，两个夹片103配合使用时，两个夹片103的两个水平的板面相贴合，进而更好的夹住碳纤维板200，一个夹片103的倾斜的板面与第一安装槽201的槽底相配合，另一个夹片103的倾斜的板面与第二安装槽202的槽底相配合，两个夹片103夹紧在第一安装槽201和第二安装槽202形成的空腔内，空腔为楔形腔，两个夹片103组成一个楔形 块，两个夹片103能够牢固的夹紧在上锚块101好下锚块102之间，且锚具单元100还具有自锁的功能，使用更加安全。进一步的，在夹片103的与碳纤维板200相接触的板面上设置防滑纹，增大了夹片103与碳纤维板200之间的摩擦力，碳纤维板200施加拉应力后，不易从两个夹片103之间滑出。夹片103与上锚块101以及夹片103与下锚块102相接触的板面采用抛光处理，夹片103与锚块之间的摩擦力小，便于夹片103在空腔内的运动，且夹片103卡紧效果更好。

实施例2

加固装置实施例

请参阅图3-6，本实施例提供了一种加固装置，包括实施例1的碳纤维板机械夹持锚具、碳纤维板200、千斤顶400、张拉挡板500以及两个成对设置的固定装置300。

固定装置300用于将锚具固定在待加固物体上，本实施例中以钢梁600为例，加固装置用于加固钢梁600。固定装置300设置为两个，每个固定装置300对应一个锚具单元100，锚具单元100能够在相应的固定装置300内滑动，即两个锚具单元100固定好碳纤维板200后，将锚具单元100安装于对应的固定装置300上，通过调整锚具单元100与固定装置300的位置，进而实现了碳纤维板200的张拉，位置不同，碳纤维板200的张拉预应力不同，进而实现不同程度的加固效果。

请参阅图4，固定装置300包括固定件、立板208以及相对设置的两个横板207。

固定件优选设置为螺栓209，上锚块101与下锚块102扣合后，其连接处设置有供螺栓209穿过的孔205，孔205的轴线方向与锚具单元100 的滑动方向一致，锚具单元100通过螺栓209与固定单元固定连接，连接结构牢固可靠，拆装与安装方便，便于施工。

请参阅图5-6，横板207、立板208均设置为矩形板，便于加工和安装，横板207焊接在立板208上，结构牢固可靠，加工时，固定装置300可以通过焊接的方式固定在钢梁600上，结构牢固可靠。两个横板207位于立板208的同一板面，横板207垂直于立板208的板面，横板207上设置有滑槽210，滑槽210的槽深方向朝向立板208且垂直于立板208的板面方向，滑槽210的槽口位于横板207的远离立板208的一侧面上，锚具单元100的左侧和右侧分别卡紧在对应的滑槽210内，实际安装时，下锚块102的两个挡板203分别凸出对应的侧面，即下锚块102的两个挡板203位于对应的滑槽210内，可以在滑槽210内沿滑槽210的槽深方向滑动。调整碳纤维板200的拉应力时，通过改变锚具单元100位于滑槽210的位置即可实现，调整操作方便快捷。同时，立板208设置有安装孔204，锚具单元100安装于对应的固定装置300后，孔205与安装孔204同轴设置，便于螺栓209穿过实现固定。

张拉挡板500设置为矩形板，为了节省成本以及减少施工步骤，本实施例中以设置一个张拉挡板500为例，张拉挡板500位于一个锚具单元100的一侧，位于立板208的外侧，立板208与钢梁600为滑动连接，千斤顶400位于立板208与张拉挡板500之间，螺栓209穿过立板208后固定在张拉挡板500上，即螺栓209的螺母螺接在张拉挡板500的外侧，千斤顶400启动时，千斤顶400增加了张拉挡板500与立板208之间的距离，固定装置300不同，张拉挡板500向外侧移动，张拉挡板500与锚具单元100通过螺栓209固定连接在一起，进而带动了锚具单元100一起运动，另一端的锚具单元100与固定装置300不发生相对移动，实现了张拉碳纤维板200的功能。张拉过程中，碳纤维板200的两端分别靠对应的锚具单元100 的两个夹片103夹紧，实现了碳纤维板200的加固功能。

试验实施例

本实施例中，进行了碳纤维板200张拉试验，在张拉力达到一定程度时碳纤维板200会发生破坏，试验主要记录的数据是张拉力和碳纤维板200中部的应变。

试验中对碳纤维板200的张拉是将千斤顶400放置在固定装置300和张拉挡板500之间加载来实现的。请参阅图3，示出了张拉试验的安装简图。其中，固定装置300通过高强螺栓104和钢梁600相连，固定端锚块放在固定装置300的预留槽道内，通过精轧螺纹钢与固定装置300相连；张拉端锚块也放在固定装置300预留槽道内，通过精轧螺纹钢分别和锚固定装置300及张拉挡板500相连；千斤顶400被置于固定装置300和张拉挡板500之间。对千斤顶400加载时，千斤顶400一端顶在固定装置300上，另一端顶在张拉挡板500上通过精轧螺纹钢的连接将锚具往外拉来实现张拉的效果。

在试验中，对于100mm宽的碳纤维板200中部贴3个应变片，应变片的详细贴片位置图9所示，试验数据如下：

螺栓预紧力碳纤维板厚度碳纤维板长破坏前最大张拉力破坏前板中最大平均应力

从试验数据中可以得出，碳纤维板200破坏前，碳纤维板200中拉应力可以达到1000MPa。

应用实施例

本实施例为示加固装置的应用实施例。本实施例提供的加固装置的主要目的是为了锚固受损钢梁600，其中最关注的问题之一是锚具的疲劳性能。这里主要介绍不同预应力水平下分离式碳纤维板200锚具对受损钢梁600进行疲劳锚固的效果。请参阅图7，其示出了对钢梁600进行疲劳加载的装配图，图中P为施加在钢梁600的力，加载力P的幅值为20-160kN，加载频率为2Hz。钢梁包括主梁301和分配梁302，为了加速裂纹的发生和扩展，在主梁301的翼缘板底部跨中位置人为制造了一个缺口303，P施加在分配梁302上，请参阅图8所示，通过设置这样一个缺口303能够有效的保证裂缝从缺口303的尖端开始萌生和发展，并且能够加速裂缝出现的速度。总共进行了6组试验，其中每组实验采用的碳纤维板200预应力水平不同，具体的预应力水平和钢梁600寿命如下：

编号碳纤维板预应力碳纤维板疲劳应力幅开始碳纤维板疲劳应力幅结束钢梁寿命

钢梁600的寿命是指从加载开始到裂纹发展到腹板并贯穿腹板使得钢梁600失去承载能力这段时间外荷载的加载次数；碳纤维板200疲劳应力幅开始是在疲劳加载开始时碳纤维板200中最大拉应力减去最小拉应力的幅值；碳纤维板200疲劳应力幅结束是指在疲劳裂纹发展后钢梁600破坏 前的疲劳应力幅。

碳纤维板200在疲劳加载开始时的应力幅相对于疲劳加载结束时的应力幅要大一些，这是因为钢梁600翼缘板底被裂纹贯穿失去了作用，一部分应力由碳纤维板200承担。这个结果也说明分离式锚具在钢梁600的疲劳锚固整个过程中都是发挥了积极有效的作用的。

S0-1是没有预应力碳纤维板200加固的钢梁600，其寿命为24万次。其中S600-1到S600-3的碳纤维板200预应力水平均为600MPa，S800-1和S800-2的碳纤维板200预应力水平为800MPa。其中S800-1在进行到200万次的时候裂缝几乎不再发展，所以认为其寿命大于200万次。

从数据中可以发现6组试验最后得到的钢梁600寿命离散度非常大，S600-1的寿命仅仅只有32.4万次，而S600-2的寿命则是达到了109万次，甚至高于S800-2的寿命。

分析原因认为寿命离散度太大是和疲劳裂纹的发展方式以及人工缺口303的施工精度有关。疲劳裂纹的发展可以分为两个阶段，第一个阶段是从无裂纹到开始出现裂纹，第二个阶段是从裂纹发生到逐渐发展贯穿整个钢梁600。其中，往往疲劳寿命很大一部分都取决于第一个阶段，而第一阶段的疲劳寿命和很多因素相关，其中影响比较大的就是初始缺陷的状况。由于钢梁600的缺口303是通过手动制造的，并非精确的机械加工，所以几片钢梁600之间的初始缺陷可能存在较大差异因而也造成了最后寿命的差异。

虽然加固后的钢梁600的疲劳寿命离散度较大，但是所有加固后的钢梁600疲劳寿命都要大于未加固钢梁600的疲劳寿命。这个现象说明本实施例提供的预应力碳纤维板200对钢梁600进行疲劳锚固是有效的，并且 从趋势上来说，预应力水平越高，锚固后钢梁600的疲劳寿命也更长。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。