一种滑移自锁式CFRP筋锚具的制作方法

本实用新型涉及一种滑移自锁式CFRP筋锚具。

背景技术：

CFRP预应力筋是一种横观各向同性材料，其具有抗拉强度高、轻质和抗疲劳性能好等优点，有望替代处于恶劣环境下的预应力钢筋。然而根据Nanni等人研究表明：配置CFRP预应力筋的结构,其最终承载能力将更多的取决于锚固系统的锚固性能而不是预应力筋本身的强度。由于CFRP预应力筋的横向强度与纵向强度之比较小，因此传统的夹片式锚具不再适用。目前国内外CFRP筋锚固方式主要为粘结式锚具，也有一些关于改进传统的夹片式锚具方面的研究。改进后的夹片式锚具一定程度上较传统锚具可以提高CFRP筋的锚固效率，但是破坏形式主要为CFRP筋夹断破坏，不能保证CFRP筋的强度予以充分发挥；粘结式锚具锚固区CFRP筋受力均匀，有效避免了夹断破坏，其粘结作用主要由环氧胶和CFRP筋之间的化学胶着力、摩擦力以及机械咬合作用组成，由于环氧胶强度较小，粘结式锚具的破坏形式主要为滑移破坏，并且粘结式锚具采用整体张拉施工工艺，一方面，施工中环氧胶的浇筑质量对锚固质量影响较大；另一方面，CFRP筋下料长度的细微差异将会引起锚固力分配不均匀，引起部分CFRP预应力筋锚固作用容易失效。本实用新型提出一种新型滑移自锁式CFRP筋锚具，结合了粘结式锚具和夹片式锚具的特点，充分发挥CFRP筋的材料强度，提高了锚固效率，提供了更大的安全储备空间，使得锚具破坏形式发展为拉断破坏，避免了夹断破坏和滑移破坏。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出一种滑移自锁式CFRP筋锚具，从传统的CFRP筋锚具的破坏机理出发，结合了粘结式锚具和夹片式锚具的特点，使得锚具最终破坏形式为CFRP筋的拉断破坏，避免了夹断破坏和滑移破坏，充分发挥CFRP筋的材料强度，提高了锚固效率，提供了更大的安全储备空间。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种滑移自锁式CFRP筋锚具，包括通过螺栓连接的带锚杯钢套筒以及锚固螺栓；带锚杯钢套筒锚固段留有锥形锚孔，凹齿曲面夹片安装于锥形锚孔内，CFRP筋外裹铝套管并穿过凹齿曲面夹片；带锚杯钢套筒注胶端设置定位套板。

本实用新型进一步的改进在于：

定位套板上留有定位孔和注胶孔；CFRP筋穿过凹齿曲面夹片和定位孔之后，通过注胶孔向带锚杯钢套筒内灌注环氧胶。

本实用新型还公开了一种滑移自锁式CFRP筋锚具的安装方法，包括以下步骤：

1)将CFRP筋穿过钢套筒底部锚孔和顶部塑料定位套板，并对筋材外裹铝套管；

2)安装凹齿曲面夹片并预紧，且通过张拉CFRP筋自由端来统一预紧力；

3)定位准确后，通过注胶孔向钢套筒内部注入环氧胶。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型通过在粘结式锚具自由端附加夹片式锚具，通过调整CFRP筋与夹片的滑移量关系，来保证在粘结区承载力达到极限时端头夹片开始分担张拉力，从而进一步提高锚具极限承载力。相比于普通的夹片式锚具来说，由于粘结段的作用减小了夹片对CFRP筋材的机械咬合作用，避免了CFRP筋被夹片咬断的发生；同时相比于普通的粘结式锚具来说，夹片分担了一部分的外荷载作用，减少了CFRP筋的滑移量，避免了因滑移过大而出现的滑移破坏。从而提高锚具的极限承载能力，为工程应用提供了更高的安全度和可靠度。

【附图说明】

图1是新型锚具整体结构示意图；

图2是新型锚具结构离散结构示意图；

图3是带锚杯钢套筒锚杯端结构示意图；

图4是凹齿曲面夹片结构示意图；

图5是带锚杯钢套筒注胶端结构示意图。

图6是塑料定位套板结构示意图。

图7是CFRP筋与环氧胶粘结滑移全过程无量纲荷载位—移曲线图。

其中：1-带锚杯钢套筒；2-锚固螺栓；3-凹齿曲面夹片；4-铝套管；5-CFRP筋；6-塑料定位套板；7-钢套筒底部锚孔；8-环氧胶；9-定位孔；10-注胶孔。

【具体实施方式】

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

参见图1-图6，本实用新型新型滑移自锁式CFRP筋锚具，包括带锚杯钢套筒1以及锚固螺栓2，锚固螺栓2通过螺纹与带锚杯钢套筒1连接；带锚杯钢套筒1锚固段留有锥形锚孔7，凹齿曲面夹片3安装于锥形锚孔7内，CFRP筋5外裹铝套管4并穿过凹齿曲面夹片3；带锚杯钢套筒1注胶端设置定位套板6，定位套板6上留有定位孔9和注胶孔10；CFRP筋5穿过凹齿曲面夹片3和定位孔9之后，通过注胶孔10向带锚杯钢套筒1内灌注环氧胶8，从而对CFRP筋5形成双重锚固，极大地提高了锚具的极限承载能力。

本实用新型的目的在于推迟了荷载位移曲线下降段的发生，有效的提高了CFRP筋锚具的承载力，提供了更大的安全储备，增大了CFRP筋锚具的可靠度，具体安装方法如下：

1)将CFRP筋穿过钢套筒底部锚孔和顶部塑料定位套板，并对筋材外裹铝套管。

2)安装凹齿曲面夹片并预紧，且通过张拉CFRP筋自由端来统一预紧力。

3)定位准确后，通过注胶孔向钢套筒内部注入环氧胶。

本实用新型所涉及的新型滑移自锁式CFRP筋锚具由带锚杯钢套筒，环氧胶，锚固螺栓，凹齿曲面夹片，铝套管，塑料定位套板组成。

本实用新型的原理：

根据粘结滑移三折线本构模型，如图7所示，传统CFRP粘结式锚具自由端的无量纲全过程荷载—位移曲线，其中，为张拉力与极限承载力比值(对应B点)，为对应位移比值。当锚具粘结区承载力达到最大时，对应荷载位移曲线B点位置，CFRP筋与环氧胶粘结面抗力由张拉端的摩擦段、中间软化段和自由端弹性段组成，当摩擦段范围进一步扩展，自由端弹性区逐渐减小，C点过后锚具承载力开始衰减，自由端进入软化区后(对应D点)，承载力急剧下降，直到粘结区全部失效进入摩擦区。为了控制CFRP筋荷载位移曲线下降段的发生，通过将传统粘结型锚具钢套筒改造成底部带锚杯的钢套筒，进而在自由端装配改进后的夹片式锚具。在张拉力达到B点之前，CFRP筋在自由端产生的滑移非常小，因此B点之前张拉力主要由锚具粘结区承担，当张拉力超过B点后，在软化段发展到自由端之前，CFRP筋自由端的滑移量快速增加，从而带动自由端附加夹片跟进形成自锁，此后张拉力由锚具粘结区和端部夹片锚固区共同承担，荷载重新分配，自由端储备的夹片式锚具承担部分荷载后，限制了粘结区软化段的发展。

以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。