纤维增强筋锚具、制造模具及其使用方法与流程

本发明涉及土木工程锚具技术领域，尤其涉及一种纤维增强筋锚具、制造模具及其使用方法。

背景技术：

纤维增强筋是一种纤维增强复合材料筋，所用的纤维增强复合材料包括碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维等，具有强度高、重度小、耐疲劳、耐腐蚀、弹性性能好、应力松弛少等优点，作为传统钢质筋材的替代品，越来越多的应用于土木工程领域。纤维增强筋材的横向及纵向抗剪能力都较差，导致传统钢筋锚固系统径向环箍力的突变及应力集中性不再适用于锚固纤维增强筋材，目前急需的是一种能够适应纤维增强筋材低抗剪能力的锚具型式。

现有技术有锚固多根筋材的索股锚具，锚固性能较好，但索股锚固系统一般用于承担巨大拉力的构件，且组装相对较繁。单根大直径纤维增强筋仅是一根筋材，但其承载力可满足一般工程应用，相比索股，可大大减少的组装难度。锚固单根纤维增强筋的锚具类型有夹片式、内锥角粘结式及复合式，现有技术对锚固直径较小的纤维增强筋有较好的效果，但随着筋材直径变大(例如直径3cm以上)，体表增大，仅仅靠有限的锚固长度锚固大直径纤维增强筋较难，锚固效果变差。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种纤维增强筋锚具、制造模具及其使用方法，用以解决现有锚具的径向挤压力分布不合理、小孔端挤压力过大及突变导致的剪应力过大的问题，以满足实际工程中对单根大直径纤维增强筋的锚固需求。

本发明实施例提供一种纤维增强筋锚具，包括内设有第一楔形通孔的锚环，还包括同轴穿设于所述第一楔形通孔内的纤维增强筋以及固接于所述纤维增强筋的外壁的楔形块；所述楔形块的外壁与所述第一楔形通孔之间沿所述楔形块的径向设有间隙部，所述间隙部的厚度沿所述锚环的小孔端朝向大孔端的方向逐渐减小；还包括内螺母，所述内螺母的内壁螺纹连接于所述纤维增强筋靠近所述锚环的大孔端的一端的外壁；所述内螺母的外壁固接于所述楔形块。

其中，所述内螺母嵌设于所述楔形块内。

其中，所述锚环的大孔端还设有与所述第一楔形通孔相接的圆柱孔，所述楔形块靠近所述锚环的大孔端的一端设有平直段，所述平直段的外壁抵接于所述圆柱孔的内壁。

其中，所述第一楔形通孔的倾斜角小于所述楔形块的倾斜角，且差值为0.3°-0.5°。

其中，所述第一楔形通孔的倾斜角为4°-5.5°。

其中，所述锚环的大孔端的壁厚为8mm-16mm。

其中，所述锚环的外壁螺纹连接有外螺母。

本发明实施例还提供一种用于制造上述纤维增强筋锚具的制造模具，包括模具本体以及分别箍套于所述模具本体的两端的第一堵板和第二堵板；所述模具本体包括沿所述模具本体的中轴面平分的上模和下模，所述第一堵板包括沿所述第一堵板的中轴面平分的第一上堵板和第一下堵板，所述第二堵板包括沿所述第二堵板的中轴面平分的第二上堵板和第二下堵板；所述上模开设有灌胶孔，所述灌胶孔用于灌注制造楔形块的材料；

所述模具本体内设有第二楔形通孔，所述第二楔形通孔的倾斜角大于第一楔形通孔的倾斜角；所述第一堵板和所述第二堵板的中间均开设有用于穿设纤维增强筋的穿孔。

其中，所述模具本体的内壁、所述第一堵板的内壁和所述第二堵板的内壁均涂覆有脱模剂层。

本发明实施例还提供一种利用上述制造模具的使用方法，包括以下步骤：

对接上模和下模，以形成模具本体；对接第一上堵板和第一下堵板，以形成第一堵板，将所述第一堵板箍套于所述模具本体的小孔端；

将纤维增强筋依次从所述第一堵板的穿孔、所述模具本体的小孔端和所述模具本体的大孔端穿过；

将内螺母的内壁螺纹连接于所述纤维增强筋靠近所述模具本体的大孔端的一端的外壁，且所述内螺母位于所述模具本体内；

对接第二上堵板和第二下堵板，以形成第二堵板，将所述第二堵板箍套于所述模具本体的大孔端；

用密封胶将所述第一堵板和所述第二堵板密封，将用于制造楔形块的材料通过灌胶孔灌注于所述模具本体内；

待所述用于制造楔形块的材料凝固并达到预设强度后，拆除所述模具本体、所述第一堵板和所述第二堵板，得到固接于所述纤维增强筋和所述内螺母的楔形块；

将锚环同轴套设于所述楔形块外。

本发明实施例提供的纤维增强筋锚具、制造模具及其使用方法，其中纤维增强筋锚具包括内设有第一楔形通孔的锚环，还包括同轴穿设于第一楔形通孔内的纤维增强筋以及固接于纤维增强筋的外壁的楔形块；楔形块的外壁与第一楔形通孔之间沿楔形块的径向设有间隙部，间隙部的厚度沿锚环的小孔端朝向大孔端的方向逐渐减小；还包括内螺母，内螺母的内壁螺纹连接于纤维增强筋靠近锚环的大孔端的一端的外壁；内螺母的外壁固接于楔形块。利用锚环的第一楔形通孔与楔形块之间的间隙从小孔端向大孔端逐渐减小，因而随着大孔端预紧力的增大，楔形块逐渐向锚环的小孔端滑移，使得第一楔形通孔与楔形块的间隙逐渐减小直至闭合。楔形块受到的径向挤压力在大孔端最大，向小孔端逐渐减小，径向挤压力分布合理，避免了小孔端挤压力过大及突变导致的剪应力过大的问题。通过在锚环的大孔端处，设置栓接在纤维增强筋的螺纹端的内螺母，可以大大增强锚具大孔端的锚固作用。内螺母与纤维增强筋通过螺纹咬合后几乎不产生相对位移，纤维增强筋承担拉力后，楔形块受到来自锚环内壁及内螺母的三向挤压的作用，可有效地防止楔形块被拉裂，以及纤维增强筋与楔形块滑脱的问题。该纤维增强筋锚具组装完成后在大孔端对锚具预紧，可使各组件之间牢固的组合在一起，在承担较大的拉力的同时，楔形块与锚环的位移较小，锚固系统作为预应力构件使用，可大大减小预应力损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。

图1是本发明实施例中的一种纤维增强筋锚具的安装示意图；

图2是图1的A-A向剖视图；

图3是图1的B-B向剖视图；

图4是图1的C-C向剖视图；

图5是图1中的纤维增强筋锚具预紧后的状态示意图；

图6是本发明实施例中的一种用于制造纤维增强筋锚具的制造模具的结构示意图；

图7是图6的D-D向剖视图；

图8是图6的E-E向剖视图；

图9是图6中的制造模具的左视图；

图10是本发明实施例中的一种制造模具的使用方法的过程示意图；

附图标记说明：

1：锚环； 11：第一楔形通孔； 12：圆柱孔；

13：锚环的外螺纹； 2：纤维增强筋； 21：螺纹端；

3：楔形块； 31：平直段； 4：间隙部；

5：内螺母； 6：外螺母； 7：模具本体；

71：上模； 711：灌胶孔； 72：下模；

73：第二楔形通孔； 8：第一堵板； 81：第一上堵板；

82：第一下堵板； 9：第二堵板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二”是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。“上”“下”“左”“右”的方向均以附图所示方向为准。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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发明实施例中的具体含义。

图1是本发明实施例中的一种纤维增强筋锚具的安装示意图，图2是图1的A-A向剖视图，图3是图1的B-B向剖视图，图4是图1的C-C向剖视图，如图1-4所示，本发明实施例提供的一种纤维增强筋锚具，包括内设有第一楔形通孔11的锚环1，还包括同轴穿设于第一楔形通孔11内的纤维增强筋2以及固接于纤维增强筋2的外壁的楔形块3。楔形块3的外壁与第一楔形通孔11之间沿楔形块3的径向设有间隙部4，间隙部4的厚度沿锚环1的小孔端朝向大孔端的方向逐渐减小。还包括内螺母5，内螺母5的内壁螺纹连接于纤维增强筋2靠近锚环1的大孔端的一端的外壁，内螺母5的外壁固接于楔形块3。

具体地，纤维增强筋2的材料可以采用玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料、芳纶纤维增强塑料或者玄武岩纤维增强塑料。本实施例中的纤维增强筋2为单根圆柱形的筋材，直径大于3cm。

锚环1为内设有第一楔形通孔11的圆柱环，材料可以采用不锈钢等硬质金属型材。如图1所示，锚环1的左端为小孔端，右端为大孔端，因而锚环1的厚度从左至右依次减小。

楔形块3为固接于纤维增强筋2的外壁的锥形块，且楔形块3的左端的截面外径小于右端的截面外径，因而楔形块3的厚度从左至右依次增加。楔形块3的外壁与第一楔形通孔11之间沿楔形块3的径向设有间隙部4，间隙部4的厚度沿锚环1的小孔端朝向大孔端的方向逐渐减小，直至楔形块3的右端与锚环1的大孔端相接触。更具体地，楔形块3可以采用环氧树脂胶材料，粘接于纤维增强筋2的外壁。

图2-图4为沿锚环1的轴线从左至右依次间隔的截面剖视图，如图2-图4所示，间隙部4的厚度逐渐减小，直至为零。

如图5所示，当对该纤维增强筋锚具进行预紧时，锚环1向右移动，楔形块3向左移动，楔形块3受到挤压发生形变，间隙部4逐渐消失，最后楔形块3的外壁与第一楔形通孔11完全接触。楔形块3受到的径向挤压力在锚环1的大孔端处最大，随着向锚环1的小孔端的移动逐渐减小，进而使得径向挤压力分布更加合理。

具体地，锚环1的长度为纤维增强筋2的直径的5-8倍，楔形块3的长度为纤维增强筋2的直径的4-7倍。在一个具体的实施例中，锚环1的长度为纤维增强筋2的直径的6倍，楔形块3的长度为纤维增强筋2的直径的5.5倍。在另一个具体的实施例中，锚环1的长度为纤维增强筋2的直径的7倍，楔形块3的长度为纤维增强筋2的直径的6倍。在又一个具体的实施例中，锚环1的长度为纤维增强筋2的直径的7.5倍，楔形块3的长度为纤维增强筋2的直径的6.5倍。

如图1所示，内螺母5的内壁螺纹连接于纤维增强筋2靠近锚环1的大孔端的一端的外壁，即内螺母5螺纹连接于纤维增强筋2的右端。内螺母5的外壁固接于楔形块3。在一个具体的实施例中，纤维增强筋2的右端为螺纹端21，内螺母5的内壁螺纹连接于螺纹端21。

通过在锚环1的大孔端处，设置栓接在纤维增强筋2的螺纹端21的内螺母5，可以大大增强锚具大孔端的锚固作用。经试验验证：单纯由内螺母5栓接于纤维增强筋2，即可提供50％的锚固效率；而在不设置内螺母5的情况下，经有限元计算，在纤维增强筋2上对应于内螺母5的长度范围内的锚固效率仅为15％。

此外，内螺母5与纤维增强筋2通过螺纹咬合后几乎不产生相对位移，纤维增强筋2承担拉力后，楔形块3受到来自锚环1内壁及内螺母5的三向挤压的作用，可有效地防止楔形块3被拉裂，以及纤维增强筋2与楔形块3滑脱的问题。

本实施例提供的一种纤维增强筋锚具，包括内设有第一楔形通孔的锚环，还包括同轴穿设于第一楔形通孔内的纤维增强筋以及固接于纤维增强筋的外壁的楔形块；楔形块的外壁与第一楔形通孔之间沿楔形块的径向设有间隙部，间隙部的厚度沿锚环的小孔端朝向大孔端的方向逐渐减小；还包括内螺母，内螺母的内壁螺纹连接于纤维增强筋靠近锚环的大孔端的一端的外壁；内螺母的外壁固接于楔形块。利用锚环的第一楔形通孔与楔形块之间的间隙从小孔端向大孔端逐渐减小，因而随着大孔端预紧力的增大，楔形块逐渐向锚环的小孔端滑移，使得第一楔形通孔与楔形块的间隙逐渐减小直至闭合。楔形块受到的径向挤压力在大孔端最大，向小孔端逐渐减小，径向挤压力分布合理，避免了小孔端挤压力过大及突变导致的剪应力过大的问题。通过在锚环的大孔端处，设置栓接在纤维增强筋的螺纹端的内螺母，可以大大增强锚具大孔端的锚固作用。内螺母与纤维增强筋通过螺纹咬合后几乎不产生相对位移，纤维增强筋承担拉力后，楔形块受到来自锚环内壁及内螺母的三向挤压的作用，可有效地防止楔形块被拉裂，以及纤维增强筋与楔形块滑脱的问题。该纤维增强筋锚具组装完成后在大孔端对锚具预紧，可使各组件之间牢固的组合在一起，在承担较大的拉力的同时，楔形块与锚环的位移较小，锚固系统作为预应力构件使用，可大大减小预应力损失。

进一步地，内螺母5嵌设于楔形块3内。具体地，内螺母5嵌设于楔形块3的右端，楔形块3整个包裹住内螺母5。内螺母5的外径为纤维增强筋2的直径的1.5-2.5倍。优选地，内螺母5的外径为纤维增强筋2的直径的2倍或者2.1倍或者2.2倍。

进一步地，第一楔形通孔11的倾斜角小于楔形块3的倾斜角，且差值为0.3°-0.5°。具体地，第一楔形通孔11的倾斜角为第一楔形通孔11的内壁的母线与锚环1的轴线之间的夹角，楔形块3的倾斜角为楔形块3的外壁的母线与楔形块3的轴线之间的夹角。更具体地，第一楔形通孔11的倾斜角为4°-5.5°之间，楔形块3的倾斜角为4.3°-6°之间。

在一个具体的实施例中，第一楔形通孔11的倾斜角为4.5°，楔形块3的倾斜角为5°。在另一个具体的实施例中，第一楔形通孔11的倾斜角为5°，楔形块3的倾斜角为5.5°。

更进一步地，锚环1的大孔端的壁厚为8mm-16mm之间。

进一步地，如图1和图5所示，锚环1的大孔端还设有与第一楔形通孔11相接的圆柱孔12，楔形块3靠近锚环1的大孔端的一端设有平直段31，平直段31的外壁抵接于圆柱孔12的内壁。通过设置平直段和圆柱孔，可以更好地实现锚环1与楔形块3之间的定位。

进一步地，如图1所示，锚环1的外壁螺纹连接有外螺母6。具体地，锚环1靠近大孔端的外壁设有一段锚环的外螺纹13，外螺母6栓接于锚环1的外壁，可以用于进行预紧操作。

在一个具体的实施例中，内螺母5的外径为纤维增强筋2的直径的2倍；锚环1的长度为纤维增强筋2的直径的7倍，锚环1的大孔端的壁厚为15mm，楔形块3的长度为纤维增强筋2的直径的6倍；第一楔形通孔11的倾斜角为5°，楔形块3的倾斜角为5.5°。

在另一个具体的实施例中，内螺母5的外径为纤维增强筋2的直径的2.1倍；锚环1的长度为纤维增强筋2的直径的7.5倍，锚环1的大孔端的壁厚为13mm，楔形块3的长度为纤维增强筋2的直径的6.5倍；第一楔形通孔11的倾斜角为4.5°，楔形块3的倾斜角为5°。

在又一个具体的实施例中，内螺母5的外径为纤维增强筋2的直径的2.2倍；锚环1的长度为纤维增强筋2的直径的6倍，锚环1的大孔端的壁厚为10mm，楔形块3的长度为纤维增强筋2的直径的5.5倍；第一楔形通孔11的倾斜角为5.5°，楔形块3的倾斜角为6°。

如图6-9所示，本发明实施例还提供一种用于制造上述纤维增强筋锚具的制造模具，包括模具本体7、箍套于模具本体7的左端的第一堵板8和箍套于模具本体7的右端的第二堵板9。

如图7和图8所示，模具本体7包括沿模具本体7的中轴面平分的上模71和下模72，上模71和下模72的外壁均为半圆形。上模71的右端的侧壁开设有灌胶孔711，灌胶孔711用于灌注制造楔形块3的材料。优选地，制造楔形块3的材料可以为环氧树脂胶。模具本体7内设有第二楔形通孔73，第二楔形通孔73的倾斜角大于第一楔形通孔11的倾斜角，第二楔形通孔73的倾斜角等于楔形块3的倾斜角。

如图9所示，第一堵板8包括沿第一堵板8的中轴面平分的第一上堵板81和第一下堵板82，第二堵板9包括沿第二堵板的中轴面平分的第二上堵板和第二下堵板。第一堵板8和第二堵板9的中间均开设有用于穿设纤维增强筋2的穿孔。具体地，第一堵板8和第二堵板9的形状大小相同，均为圆环状的盖体，第一堵板8和第二堵板9的一侧均沿轴向向外延伸形成凸缘，第一堵板8从左侧箍套于模具本体7的左端，第二堵板9从右侧箍套于模具本体7的右端。

更具体地，模具本体7的右端设有与第二楔形通孔73相接的圆柱孔。

进一步地，模具本体7的内壁、第一堵板8的内壁和第二堵板9的内壁均涂覆有脱模剂层。通过设置脱模剂层，有利于模具本体7的脱模。

如图10所示，本发明实施例还提供一种对上述制造模具的使用方法，包括以下步骤：

首先，对接上模71和下模72，以形成模具本体7；对接第一上堵板81和第一下堵板82，以形成第一堵板8，将第一堵板8箍套于模具本体7的小孔端，即将第一堵板8箍套于模具本体7的左端。

然后，将纤维增强筋2依次从第一堵板8的穿孔、模具本体7的小孔端和模具本体7的大孔端穿过。纤维增强筋2的右端可以伸出模具本体7一段距离。

将内螺母5的内壁螺纹连接于纤维增强筋2靠近模具本体7的大孔端的一端的外壁，且内螺母5位于模具本体7内。

接着，对接第二上堵板和第二下堵板，以形成第二堵板9，将第二堵板9箍套于模具本体7的大孔端，即将第二堵板9箍套于模具本体7的右端。

再用密封胶将第一堵板8和第二堵板9密封，其中第一堵板8和第二堵板9与模具本体7之间的连接处，以及第一堵板8和第二堵板9与纤维增强筋2之间的连接处均需密封。然后将用于制造楔形块3的材料通过灌胶孔711灌注于模具本体7内。

接着，待用于制造楔形块的材料凝固并达到预设强度后，拆除模具本体7、第一堵板8和第二堵板9，得到固接于纤维增强筋2和内螺母5的楔形块3，纤维增强筋2、内螺母5和楔形块3之间均为固接状态。

最后将锚环1同轴套设于楔形块3外，则纤维增强筋锚具组装完毕。

通过以上实施例可以看出，本发明提供的纤维增强筋锚具、制造模具及其使用方法，其中纤维增强筋锚具包括内设有第一楔形通孔的锚环，还包括同轴穿设于第一楔形通孔内的纤维增强筋以及固接于纤维增强筋的外壁的楔形块；楔形块的外壁与第一楔形通孔之间沿楔形块的径向设有间隙部，间隙部的厚度沿锚环的小孔端朝向大孔端的方向逐渐减小；还包括内螺母，内螺母的内壁螺纹连接于纤维增强筋靠近锚环的大孔端的一端的外壁；内螺母的外壁固接于楔形块。利用锚环的第一楔形通孔与楔形块之间的间隙从小孔端向大孔端逐渐减小，因而随着大孔端预紧力的增大，楔形块逐渐向锚环的小孔端滑移，使得第一楔形通孔与楔形块的间隙逐渐减小直至闭合。楔形块受到的径向挤压力在大孔端最大，向小孔端逐渐减小，径向挤压力分布合理，避免了小孔端挤压力过大及突变导致的剪应力过大的问题。通过在锚环的大孔端处，设置栓接在纤维增强筋的螺纹端的内螺母，可以大大增强锚具大孔端的锚固作用。内螺母与纤维增强筋通过螺纹咬合后几乎不产生相对位移，纤维增强筋承担拉力后，楔形块受到来自锚环内壁及内螺母的三向挤压的作用，可有效地防止楔形块被拉裂，以及纤维增强筋与楔形块滑脱的问题。该纤维增强筋锚具组装完成后在大孔端对锚具预紧，可使各组件之间牢固的组合在一起，在承担较大的拉力的同时，楔形块与锚环的位移较小，锚固系统作为预应力构件使用，可大大减小预应力损失。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。