一种用于纤维增强复合材料筋的锚固系统及锚固方法与流程

1.本发明涉及复合材料锚固技术及其测试技术领域，特别是涉及一种用于纤维增强复合材料筋的锚固系统及锚固方法。


背景技术：

2.近年来，纤维增强复合材料(fiber-reinforcedpolymer，frp)是以高强连续纤维为增强材料，与树脂基体结合后经过拉挤法、拉缠法或编织法等工艺成型的棒状纤维增强复合材料制品，因其轻质高强、耐腐蚀好、抗疲劳性能优越的特性而广泛应用于土木工程领域，主要有frp筋和frp锚杆，在增强混凝土结构和岩土工程中已有广泛的运用。
3.目前，已开发的frp筋锚具方法中，最常用的是粘结式锚具。这种锚固方式由外套筒和粘结填充材料(环氧树脂胶粘剂、膨胀水泥砂浆等)组成，其优点在于条件简单不需要特别定制复杂的锚具、成本相对较低、对frp筋无损伤，但现有的方法仍然不能解决一些问题：锚固时很难将frp筋稳定在套筒轴心；在等待环氧树脂填充剂固化过程中，由于frp筋的自重等影响，初始偏离套筒中心的程度逐渐加大，固化后的frp筋严重偏离套筒轴心。而frp筋偏离套筒轴心对于荷载传递是非常不利的，容易发生应力集中，造成frp筋在锚固处剪切破坏或从锚具中断裂或拔出。此外frp筋在锚固区的偏心也导致frp筋在拉伸性能测试时，frp筋截面应变不均，对测试结果的准确性和可靠性造成很大影响。
4.考虑到锚固不当对frp筋力学性能测试和工程服役产生的不良影响，故对frp筋锚固方法的优化，解决frp筋偏心问题是非常必要的。


技术实现要素：

5.为了解决现有的粘结式锚固方法存在的frp筋偏离轴心问题，本发明提供了一种用于纤维增强复合材料筋的锚固系统及锚固方法。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.第一方面，本发明提供了一种用于纤维增强复合材料筋的锚固系统，包括：固化放置装置、锚固套筒、第一限位环、第二限位环和第三限位环；
8.所述第一限位环用于卡入所述锚固套筒的一端；
9.所述锚固套筒用于盛有粘结填充材料；
10.所述第二限位环用于卡入盛有粘结填充材料的锚固套筒的另一端；
11.所述固化放置装置用于放置装配有第一限位环和第二限位环的锚固套筒；
12.所述第三限位环用于卡入目标固化放置装置的标记限位孔内；所述目标固化放置装置包括纤维增强复合材料frp筋以及目标锚固套筒；其中，所述目标锚固套筒为放置在固化放置装置，且装配有第一限位环和第二限位环的锚固套筒；所述frp筋依次穿过所述标记限位孔、所述第二限位环后插入锚固套筒中，直到穿到所述第一限位环的中心。
13.可选的，所述第一限位环、所述第二限位环和所述第三限位环均为卡扣式限位环；
14.所述第一限位环、所述第二限位环和所述第三限位环用于在锚固操作和粘结填充
材料固化过程中，将frp筋固定在锚固套筒的轴心位置。
15.可选的，所述第一限位环包括第一环形结构、第二环形结构以及连接所述第一环形结构和所述第二环形结构的过渡结构；所述第一环形结构和所述第二环形结构围成的区域为所述第一限位环的槽区；
16.所述第一环形结构的内径与所述frp筋的外径相等，所述槽区的槽宽与所述锚固套筒的壁厚相等，所述第一环形结构的外径与所述锚固套筒的内径相等，所述第二环形结构的内径与所述锚固套筒的外径相等。
17.可选的，所述第二限位环包括第三环形结构以及与所述第三环形结构的一端面连接的第四环形结构；
18.所述第四环形结构的内径与所述frp筋的外径相等，所述第三环形结构的内径与所述锚固套筒的外径相等。
19.可选的，所述第三限位环包括两个相同且形状为半环形的凸台结构，分别为第一凸台结构和第二凸台结构；所述第一凸台结构包括第一半环结构和放置在所述第一半环结构上的第二半环结构；所述第二凸台结构包括第三半环结构和放置在所述第三半环结构上的第四半环结构；所述第一半环结构、所述第二半环结构、所述第三半环结构和所述第四半环结构的圆心均为同一圆心，且所述第一半环结构和所述第三半环结构相同；所述第二半环结构和所述第四半环结构相同；
20.所述第二半环结构和所述第四半环结构组成的环形结构的内径与所述frp筋的直径相等，所述第二半环结构和所述第四半环结构组成的环形结构的外径与所述标记限位孔的孔径相等。
21.可选的，所述固化放置装置从顶部到底部依次为相互平行设置的第一限位板、夹持块、第二限位板、第三限位板和底板；所述标记限位孔为所述第一限位板上的限位孔；
22.所述夹持块用于将装配有第一限位环和第二限位环的锚固套筒固定在所述底板与所述第一限位板之间。
23.可选的，所述第一限位板、所述第二限位板和所述第三限位板上的限位孔的孔径大于所述第一限位环的外径。
24.可选的，所述粘结填充材料为环氧树脂填充剂。
25.可选的，所述锚固套筒可由具有内螺纹的钢管按需切割而成；所述锚固套筒的尺寸根据所述frp筋的直径和粘结填充材料的粘结性能进行选择；
26.其中，所述内螺纹用于增强所述锚固套筒与所述粘结填充材料之间的粘结能力。
27.第二方面，本发明提供了第一方面所述的用于纤维增强复合材料筋的锚固系统的锚固方法，包括：
28.步骤一：将第一限位环卡入所述锚固套筒的一端；
29.步骤二：将第二限位环卡入盛有粘结填充材料的锚固套筒的另一端；
30.步骤三：用固化放置装置放置装配有第一限位环和第二限位环的锚固套筒；
31.步骤四：将第三限位环卡入目标固化放置装置的标记限位孔内；其中，所述目标固化放置装置包括纤维增强复合材料frp筋以及目标锚固套筒；所述目标锚固套筒为放置在固化放置装置上，且装配有第一限位环和第二限位环的锚固套筒；所述frp筋依次穿过所述标记限位孔、所述第二限位环后插入锚固套筒中，直到穿到第一限位环的中心；
32.步骤五：待所述粘结填充材料固化后，拆下所述第一限位环和所述第三限位环，并将锚固好一端的frp筋从所述固化放置装置上取出；
33.步骤六：重复所述步骤一和所述步骤三，将目标frp筋的未锚固好的一端插入标记锚固套筒，直到所述标记锚固套筒的第一限位环的中心，并当所述粘结填充材料固化后，完成整个frp筋的锚固；所述目标frp筋为锚固好一端的frp筋；所述标记锚固套筒为放置在固化放置装置上，装配有第一限位环和第二限位环，且未插入frp筋的锚固套筒。
34.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
35.本发明的锚固系统结构简单，设计合理，灵活易操作，成本较低，匹配的锚固方法操作简单。且采用本发明的锚固系统和锚固方法可实现frp筋在锚固套筒内、粘结填充材料固化前后都能处于轴心位置，解决过去粘结式锚固frp筋时难以将frp筋固定在套筒轴心以及粘结填充材料固化过程中frp筋逐渐偏离套筒中心的问题。
附图说明
36.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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1为本发明用于纤维增强复合材料筋的锚固系统的结构示意图；图1(a)为用于纤维增强复合材料筋的锚固系统的立体图；图1(b)为用于纤维增强复合材料筋的锚固系统的正视图；图1(c)为用于纤维增强复合材料筋的锚固系统的侧视图；图1(d)为用于纤维增强复合材料筋的锚固系统的俯视图；
38.图1(e)为用于纤维增强复合材料筋的锚固系统的cad线条结构图；
39.图2为本发明第一限位环的结构示意图；图2(a)为第一限位环的立体图；图2(b)为第一限位环的正视图；图2(c)为第一限位环的侧视图；图2(d)为第一限位环的俯视图；图2(e)为第一限位环的cad线条结构图；
40.图3为本发明第二限位环的结构示意图；图3(a)为第二限位环的立体图；图3(b)为第二限位环的正视图；图3(c)为第二限位环的侧视图；图3(d)为第二限位环的俯视图；图3(e)为第二限位环的cad线条结构图；
41.图4为本发明第三限位环的结构示意图；图4(a)为第三限位环的立体图；图4(b)为第三限位环的正视图；图4(c)为第三限位环的侧视图；图4(d)为第三限位环的俯视图；图4(e)为第三限位环的cad线条结构图；
42.图5为本发明第一限位环卡在端部时的frp筋锚固成品部分实物图；
43.图6为本发明第二限位环卡在端部时的frp筋锚固成品部分实物左侧图；
44.图7为本发明第二限位环卡在端部时的frp筋锚固成品部分实物俯视图；
45.图8为本发明frp筋锚固成品部分实物图；
46.图9为本发明frp筋锚固成品完整实物图；
47.图10为本发明用于纤维增强复合材料筋的锚固系统的锚固方法的流程示意图。
48.符号说明：
49.1、frp筋，2、锚固套筒，3、环氧树脂填充剂，4、第一限位环，5、第二限位环，6、第三
限位环，7、第一限位板，8、第二限位板、9、第三限位板，10、底板，11、夹持块、12、夹持块调节螺栓。
具体实施方式
50.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，所描述的实施例仅仅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。
51.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
52.为了解决现有的粘结式锚固方法存在的frp筋偏离锚固套筒轴心的问题，本发明提供了一种用于纤维增强复合材料筋的锚固系统及锚固方法。
53.实施例一
54.参见图1，本实施例提供的一种用于纤维增强复合材料筋的锚固系统，包括：固化放置装置、锚固套筒2、第一限位环4、第二限位环5和第三限位环6。
55.所述第一限位环4用于卡入所述锚固套筒的一端。
56.所述锚固套筒2用于盛有粘结填充材料。
57.所述第二限位环5用于卡入盛有粘结填充材料的锚固套筒的另一端。
58.所述固化放置装置用于放置装配有第一限位环和第二限位环的锚固套筒。
59.所述第三限位环6用于卡入目标固化放置装置的标记限位孔内；所述目标固化放置装置包括纤维增强复合材料frp筋以及目标锚固套筒；其中，所述目标锚固套筒为放置在固化放置装置，且装配有第一限位环和第二限位环的锚固套筒；所述frp筋1依次穿过所述标记限位孔、所述第二限位环后插入锚固套筒中，直到穿到所述第一限位环的中心。
60.优选地，粘结填充材料为环氧树脂填充剂3。
61.作为一种优选的实施方式，所述第一限位环4、所述第二限位环5和所述第三限位环6均为卡扣式限位环；所述第一限位环4、所述第二限位环5和所述第三限位环6用于在锚固操作和粘结填充材料固化过程中，将frp筋固定在锚固套筒的轴心位置，而不发生偏离。
62.进一步地，
63.参见图2，所述第一限位环4包括第一环形结构、第二环形结构以及连接所述第一环形结构和所述第二环形结构的过渡结构；所述第一环形结构和所述第二环形结构围成的区域为所述第一限位环的槽区。所述第一环形结构的内径(第一限位环4的圆孔内径)与所述frp筋1的外径相等，所述槽区的槽宽(第一限位环4的槽宽)与所述锚固套筒2的壁厚相等，所述第一环形结构的外径(第一限位环4的槽内径)与所述锚固套筒2的内径相等，所述第二环形结构(第一限位环4的槽外径)的内径与所述锚固套筒2的外径相等。
64.第一限位环4的高度、槽深可根据锚固套筒2的尺寸适当调整，可实现达到卡扣的目的。
65.参见图3，所述第二限位环5包括第三环形结构以及与所述第三环形结构的一端面连接的第四环形结构。所述第四环形结构的内径(第二限位环5的圆孔内径)与所述frp筋1的外径相等，所述第三环形结构的内径(第二限位环5的圆壁内径)与所述锚固套筒2的外径
相等。
66.第一限位环4和第二限位环5的作用在于固定frp筋在锚固套筒轴心。
67.参见图4，所述第三限位环6包括两个相同且形状为半环形的凸台结构，分别为第一凸台结构和第二凸台结构；所述第一凸台结构包括第一半环结构和放置在所述第一半环结构上的第二半环结构；所述第二凸台结构包括第三半环结构和放置在所述第三半环结构上的第四半环结构；所述第一半环结构、所述第二半环结构、所述第三半环结构和所述第四半环结构的圆心均为同一圆心，且所述第一半环结构和所述第三半环结构相同；所述第二半环结构和所述第四半环结构相同。
68.所述第二半环结构和所述第四半环结构组成的环形结构的内径(第三限位环6的内径)与所述frp筋的直径相等，所述第二半环结构和所述第四半环结构组成的环形结构的外径与所述标记限位孔的孔径相等。
69.作为一种优选地实施方式，所述固化放置装置在锚固过程中不局限于垂直放置，也可根据需要水平放置，而不影响锚固。
70.所述固化放置装置包括一层底板10，三层带有圆孔的限位板，以及在第二层限位板8的上的两块夹持块11。三层限位板上孔的位置垂直对中，孔径大于锚固套筒2的外径；夹持块11的半环弧尺寸与锚固套筒2的外径相同，夹持块11的厚度大于3mm，通过夹持块调节螺栓12，即角柱的螺栓可调节夹持块的张合状态。
71.限位板的数量可按需加工。三层限位板的高度可通过螺栓调节。在第二层限位板8上有通过四个夹持块调节螺栓12连接的两块夹持块11，其作用在于夹持固定锚固套筒。
72.进一步地，所述固化放置装置从顶部到底部依次为相互平行设置的第一限位板7、夹持块11、第二限位板8、第三限位板9和底板10；所述标记限位孔为所述第一限位板7上的限位孔；其中，第三限位环6放置在固化放置装置的第一层限位板7的圆孔位置。其中，所述夹持块11用于将装配有第一限位环和第二限位环的锚固套筒固定在所述底板10与所述第一限位板7之间。所述第一限位板7、所述第二限位板8和所述第三限位板9上的限位孔的孔径大于所述第一限位环4的外径。
73.示例性的，锚固套筒2可由传统具有内螺纹的钢管按需切割而成，内螺纹的目的旨在增强套筒与粘结填充材料之间的粘结能力。锚固套筒的尺寸根据frp筋的直径、粘结填充材料的粘结性能进行选择。
74.一种使用上述锚固系统对frp筋进行锚固的锚固及其固定方法，包含但不限于如下步骤：
75.步骤1：根据frp筋的直径选择合适尺寸的锚固套筒、卡扣式第一限位环、卡扣式第二限位环、卡扣式第三限位环的尺寸以及合适半环的夹持块。
76.步骤2：根据锚固套筒长度调整第二限位板、第三限位板的高度，并拧紧紧固螺栓。
77.步骤3：将卡扣式第一限位环贴上一层保鲜膜后，卡入锚固套筒的一端。
78.步骤4：将配置好的环氧树脂填充剂进行过真空排除气泡后，从锚固套筒的另一端注入垂直放置的锚固套筒内，注入的量通过锚固套筒内径和frp筋直径计算，敲击锚固套筒使环氧树脂胶粘剂在锚固套筒内充实，并用第二限位环卡入盛有环氧树脂胶粘剂的锚固套筒的另一端。
79.步骤5：将步骤4后的锚固套筒放置在固化放置装置上，调节固化放置装置上的螺
栓，令夹持块夹住锚固套筒。
80.步骤6：将frp筋穿过第二限位环，通过固化放置装置，缓慢旋转并将插入锚固套筒中，直到穿到底部的第一限位环的中心。
81.步骤7：安装上半环形的第三限位环，以卡住frp筋，保证固化过程中frp筋始终处于锚固套筒的中心位置。
82.步骤8：待环氧树脂填充剂固化后，拆下第一限位环和第三限位环，将锚固好一端的frp筋从固化放置装置上取出。
83.步骤9：重复上述步骤3-5后，将已锚固好一端的frp筋倒置，穿过第二限位环，通过第一层限位板缓慢垂直插入盛有环氧树脂胶粘剂的锚固套筒中，直到穿到底部第一限位环的中心，不重复步骤7和步骤8即可完成整个frp筋的锚固，详细参见图5-图9。
84.实施例二
85.参见图10，本实施例提供了实施例一所述的用于纤维增强复合材料筋的锚固系统的锚固方法，包括：
86.步骤100：将第一限位环卡入所述锚固套筒的一端。
87.步骤200：将第二限位环卡入盛有粘结填充材料的锚固套筒的另一端。
88.步骤300：用固化放置装置放置装配有第一限位环和第二限位环的锚固套筒。
89.步骤400：将第三限位环卡入目标固化放置装置的标记限位孔内；其中，所述目标固化放置装置包括纤维增强复合材料frp筋以及目标锚固套筒；所述目标锚固套筒为放置在固化放置装置上，且装配有第一限位环和第二限位环的锚固套筒；所述frp筋依次穿过所述标记限位孔、所述第二限位环后插入锚固套筒中，直到穿到第一限位环的中心。
90.步骤500：待所述粘结填充材料固化后，拆下所述第一限位环和所述第三限位环，并将锚固好一端的frp筋从所述固化放置装置上取出。
91.步骤600：重复所述步骤100和所述步骤200，将目标frp筋的未锚固好的一端插入标记锚固套筒，直到所述标记锚固套筒的第一限位环的中心，并当所述粘结填充材料固化后，完成整个frp筋的锚固；所述目标frp筋为锚固好一端的frp筋；所述标记锚固套筒为放置在固化放置装置上，装配有第一限位环和第二限位环，且未插入frp筋的锚固套筒。
92.与现有技术相比，本发明具有以下效果：
93.本发明的锚固系统和锚固方法可实现frp筋在锚固套筒内、粘结填充材料固化前后都能处于轴心位置，解决过去粘结式锚固过程中frp筋逐渐偏离套筒中心的问题。
94.本发明能保证frp筋和锚固套筒的同轴度，使环氧树脂胶粘剂的厚度均匀一致，锚固套筒内受力均匀，不出现应力集中的问题。在对frp筋进行拉伸性能测试时，更有助于提高拉伸试验结果的准确度，使得试验结果准确反映frp筋的实际拉伸性能，减少由于锚固过程及测试带来的并不属于材料离散型的测试系统误差。
95.本发明锚固系统结构简单，设计合理，灵活易操作，成本较低，匹配的锚固方法操作简单，提高frp筋的锚固效率和锚固质量的稳定性。
96.本发明通过匹配锚固套筒、限位环和限位板的孔径尺寸实现对不同直径frp筋的锚固，普适性高。
97.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
98.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。