一种内置锚具式预应力FRP筋张拉锚固装置.pdf

本发明涉及一种内置锚具式预应力FRP筋张拉锚固装置，包括预应力FRP筋、粘结材料、钢套管、螺杆、螺母、环形钢垫片和圆形锚环，所述预应力FRP筋的两端分别插入位于张拉端和锚固端处的钢套管的开口端内，并用粘结材料固定，在张拉端处的钢套管的封闭端焊接一段螺杆，使螺杆穿过张拉端的圆形锚环的环壁，并在圆形锚环内安装与螺杆配套的环形钢垫片和螺母；将锚固端的钢套管的封闭端穿过锚固端的圆形锚环的环壁，并与圆形锚环焊接在一起。本发明装置适用于各种材料和各种截面形式的FRP筋材，且构造简单、成本低、施工方便，可用于各类采用预应力FRP筋技术建造和加固的混凝土结构构件中。

1.  一种内置锚具式预应力FRP筋张拉锚固装置，其特征在于，包括预应力FRP筋（1）、粘结材料（2）、钢套管（3）、螺杆（4）、螺母（5）、环形钢垫片（6）和圆形锚环（7），所述预应力FRP筋（1）的两端分别插入位于张拉端和锚固端处的钢套管（3）的开口端内，并用粘结材料（2）固定，在张拉端处的钢套管（3）的封闭端焊接一段螺杆（4），使螺杆（4）穿过张拉端的圆形锚环（7）的环壁，并在圆形锚环（7）内安装与螺杆（4）配套的环形钢垫片（6）和螺母（5）；将锚固端的钢套管（3）的封闭端穿过锚固端的圆形锚环（7）的环壁，并与圆形锚环（7）焊接在一起。

2.  根据权利要求1所述的内置锚具式预应力FRP筋张拉锚固装置，其特征在于，在张拉端处的钢套管（3）靠近螺杆（4）的端部预先焊接一个门式钢片（8）来限制钢套管（3）的转动。

3.  根据权利要求1所述的内置锚具式预应力FRP筋张拉锚固装置，其特征在于，所述预应力FRP筋（1）采用碳纤维筋、芳纶纤维筋或玻璃纤维筋，其截面形状为圆形、矩形或方形；或采用FRP板条代替预应力FRP筋（1）；对预应力FRP筋（1）表面用喷砂或研磨方法进行处理以增强预应力FRP筋（1）与粘结材料（2）间的粘结力。

4.  根据权利要求1所述的内置锚具式预应力FRP筋张拉锚固装置，其特征在于，所述粘结材料（2）选用丙烯酸树脂、环氧树脂，或在粘结材料（2）中加入固化剂、增韧剂来改善粘结性能。

5.  根据权利要求1所述的内置锚具式预应力FRP筋张拉锚固装置，其特征在于，所述钢套管（3）内部加工有螺纹，且在开口端内部加工成向端口收缩的杯口状。

6.  根据权利要求1所述的内置锚具式预应力FRP筋张拉锚固装置，其特征在于，所述圆形锚环（7）的厚度为7~11mm，作为预应力承力结构能提供足够的刚度；圆形锚环（7）的直径为76mm，为扳手旋紧螺母（5）的操作提供足够的空间；圆形锚环（7）的高度与其埋置深度相适应，为20~30mm。

一种内置锚具式预应力FRP筋张拉锚固装置
技术领域
本发明涉及一种内置锚具式预应力FRP筋张拉锚固装置。
背景技术
近年来，FRP筋材因具有轻质高强、耐腐蚀和抗疲劳等突出优点而被越来越广泛地应用于实际工程中。相较于非预应力FRP筋，在采用预应力FRP筋建造或加固混凝土结构构件时不仅可以克服前者FRP材料高强性能利用率低的缺点，而且在预防FRP剥离破坏的发生、提高构件的刚度和开裂荷载等方面都有十分积极的作用，因此预应力FRP筋技术具有更广阔的应用前景。
然而目前在采用类似传统的夹持钢筋式张拉锚固装置对FRP筋施加预应力时，由于FRP筋是一种各向异性材料，其横向抗剪强度远远低于纵向抗拉强度，因此在张拉端或锚固端等应力集中部位往往容易发生因部分FRP纤维丝被剪断而导致的FRP筋整体断裂的现象，从而无法对FRP筋施加有效的预应力。另一方面现有的FRP筋张拉锚固装置大多构造复杂且需外置于构件端部，因而难以在钢筋混凝土连续梁、板等构件的负弯矩区域使用。此外在对FRP筋施加预应力时普遍需要借助大型液压设备，施工工艺复杂且费用高。这些问题的存在制约着预应力FRP筋技术的发展和应用。
发明内容
为解决上述FRP筋预应力施加方案中存在的问题，本发明的目的是提供一种内置锚具式预应力FRP筋张拉锚固装置，既能有效防止FRP筋在施加预应力过程中被横向剪断，又能通过简易的手动操作方式施加预应力，且在构件正、负弯矩区域都适用的内置锚具式FRP筋张拉锚固装置。
为达到上述目的，本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
一种内置锚具式预应力FRP筋张拉锚固装置，包括预应力FRP筋、粘结材料、钢套管、螺杆、螺母、环形钢垫片和圆形锚环，所述预应力FRP筋的两端分别插入位于张拉端和锚固端处的钢套管的开口端内，并用粘结材料固定，在张拉端处的钢套管的封闭端焊接一段螺杆，使螺杆穿过张拉端的圆形锚环的环壁，并在圆形锚环内安装与螺杆配套的环形钢垫片和螺母；将锚固端的钢套管的封闭端穿过锚固端的圆形锚环的环壁，并与圆形锚环焊接在一起。
在张拉端处的钢套管靠近螺杆的端部预先焊接一个门式钢片来限制钢套管的转动。
所述预应力FRP筋采用碳纤维筋、芳纶纤维筋或玻璃纤维筋，其截面形状为圆形、矩形或方形；或采用FRP板条代替预应力FRP筋；对预应力FRP筋表面用喷砂或研磨方法进行处理以增强预应力FRP筋与粘结材料间的粘结力。
所述的粘结材料可根据FRP筋的不同而选用不同性质的粘结剂，如丙烯酸树脂、环氧树脂等，并可在其中加入固化剂、增韧剂等改善粘结性能。
所述钢套管内部加工有螺纹，且在开口端内部加工成向端口收缩的杯口状。可以有效地增加其与粘结材料之间的咬合作用，确保预应力可以通过粘结材料由钢套管传递给预应力FRP筋。钢套管的长度可根据不同的预应力水平要求予以调整。
所述圆形锚环具有一定厚度，一般取7~11mm，作为预应力承力结构能提供足够的刚度；圆形锚环具有一定直径，可取76mm，为扳手旋紧螺母的操作提供足够的空间；圆形锚环的高度与其埋置深度相适应，一般取20~30mm。圆形锚环还可以最大限度地减小施加预应力时锚环处混凝土所受的应力集中的影响。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
本发明将预应力施加在钢套管上，利用钢套管与FRP筋之间可靠的粘结将预应力传递给FRP筋，张拉时两者共同受力，从而有效避免了传统的直接夹持FRP筋施加预应力时因其横向抗剪强度不足而导致的FRP筋被剪断的现象。
本发明中利用扳手旋转螺母来拉紧螺杆就可手动实现预应力的施加，整个过程无需使用液压张拉机械，操作简单且所需操作空间小，特别适合现场作业的开展。
本发明中锚具为一对锚环，构造简单，可根据预应力FRP筋的设计位置灵活地嵌入构件相应部位的混凝土内，有效解决了在构件负弯矩区施加预应力的困难，达到正、负弯矩区域均适用的目的。
此外，本发明所述的预应力FRP筋张拉锚固装置适用于各种材料和各种截面形式的FRP筋材，且构造简单、成本低、施工方便，可用于各类采用预应力FRP筋技术建造和加固的混凝土结构构件中。
附图说明
图1是本发明预应力FRP筋张拉锚固装置整体结构示意图。
图2是本发明张拉端的结构示意图。
图3是本发明张拉端焊接门式钢片处截面示意图。
图4是本发明锚固端的结构示意图。
图5是本发明钢套管杯口处截面示意图。
图6是本发明预应力FRP筋张拉锚固装置嵌入混凝土构件内的平面示意图。
图7是本发明配有两根预应力FRP筋时的张拉锚固装置整体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的具体实施方式做进一步描述。
实施例一：
如图1，图2，图4，图6所示，一种内置锚具式预应力FRP筋张拉锚固装置，包括预应力FRP筋1、粘结材料2、钢套管3、螺杆4、螺母5、环形钢垫片6和圆形锚环7，所述预应力FRP筋1的两端分别插入位于张拉端和锚固端处的钢套管3的开口端内，并用粘结材料2固定，在张拉端处的钢套管3的封闭端焊接一段螺杆4，使螺杆4穿过张拉端的圆形锚环7的环壁，并在圆形锚环7内安装与螺杆4配套的环形钢垫片6和螺母5；将锚固端的钢套管3的封闭端穿过锚固端的圆形锚环7的环壁，并与圆形锚环7焊接在一起。
如图1和图3所示，在张拉端处的钢套管3靠近螺杆4的端部预先焊接一个门式钢片8来限制钢套管3的转动。
所述预应力FRP筋1采用碳纤维筋、芳纶纤维筋或玻璃纤维筋，其截面形状为圆形、矩形或方形；或采用FRP板条代替预应力FRP筋1；对预应力FRP筋1表面用喷砂或研磨方法进行处理以增强预应力FRP筋1与粘结材料2间的粘结力。
所述粘结材料2选用丙烯酸树脂、环氧树脂，或在粘结材料2中加入固化剂、增韧剂来改善粘结性能。
如图5所示，所述钢套管3内部加工有螺纹，且在开口端内部加工成向端口收缩的杯口状。
所述圆形锚环7具有一定厚度，一般取7~11mm，作为预应力承力结构能提供足够的刚度；圆形锚环7具有一定直径，可取76mm，为扳手旋紧螺母5的操作提供足够的空间；圆形锚环7的高度与其埋置深度相适应，一般取20~30mm。
本发明装置的制作过程如下：
1）取一长一短两根内表面带螺纹的钢套管3，钢套管3的长度可根据预应力水平的不同而调节。两根钢套管3均一端封闭，另一端内部加工成向端口收缩的杯口状，杯口的大小与预应力FRP筋1的截面大小相适应，且方便后续向钢套管3内灌注粘结材料2。长钢套管3封闭端焊接螺杆4，然后将螺杆4穿过张拉端圆形锚环7环壁上的洞口而插入圆形锚环7内，再旋上与螺杆4配套的环形钢垫片6和螺母5；同时为防止施加预应力时张拉端钢套管3在螺母5钻进过程中发生转动，在靠近螺杆4的钢套管3端部焊接一个门式钢片8来限制钢套管3的转动。短钢套管3封闭端穿过锚固端圆形锚环7环壁上的洞口后抵靠在另一侧内壁上，然后将钢套管3与圆形锚环7在相接触的两端牢固焊接。
2）将预应力FRP筋1两端分别通过张拉端和锚固端钢套管3杯口插入至钢套管封闭端，再由杯口处向钢套管3内灌注粘结材料2把预应力FRP筋1与钢套管3牢固地粘结成为整体。灌注时先用真空机抽吸孔道中的空气，然后用压浆泵把粘结材料2压入钢套管3内，以提高钢套管3内粘结材料2的饱满度和密实度。
3）如图6所示，先根据预应力FRP筋1的设计位置在混凝土构件9的相应部位开两个圆形槽以安放张拉端和锚固端圆形锚环7，圆形槽的大小和深度可根据圆形锚环7的尺寸确定；再沿着两圆形槽的圆心连线方向在混凝土构件9表面开出一道狭窄的细槽，用于放置预应力FRP筋1，细槽宽度可根据预应力FRP筋1的尺寸确定，且在放置钢套管3和门式钢片8的区域要局部适当加宽。
4）向细槽内灌注约二分之一槽深的粘结材料2后将步骤2）中组装好的装置放置于步骤3）开设的槽中，然后利用扳手不断旋扭张拉端圆形锚环7内的螺母5来施加预应力。为了减小螺母5与螺杆4之间的摩擦阻力，可在螺杆4端头涂抹润滑油。
5）预应力施加完毕后，再次使用粘结材料2将全部孔槽的缝隙填满，待胶体完全凝固成型达到预定强度后，整个施工过程即告完成。
实施例二：
本实施例与上述实施例一基本相同，不同之处在于，所述的预应力FRP筋1有两根且相距较近，此时可将张拉端和锚固端的锚环加以改进，同时混凝土构件表面所开的孔槽也做相应的调整，如图7所示，其它具体实施步骤与实施例一相同，即可实现对具有两根预应力FRP筋的构件同时施加预应力。