提高复材筋锚固性能的结构及其挤压成型方法与流程

本发明涉及土木工程，具体涉及一种提高复材筋锚固性能的结构及其挤压成型方法。

背景技术：

纤维增强复合材料具有轻质高强、耐腐蚀等优点，在当前建筑工程中的应用前景十分广阔。纤维增强复合材料筋，简称为复材筋，作为纤维增强复合材料的一种产品形式，轴向抗拉强度非常高，而横向抗剪和抗压强度却比较低，使得复材筋的锚固难题一直未能得到较好的解决。为了锚固复材筋，通常需要设置较长的锚固长度，工程中常无法满足这一条件。即使具有足够的锚固长度，也可能由于端部剪切裂缝的产生导致复材筋剥离，尤其是疲劳荷载作用下的滑移量增大。目前，在预应力复材筋锚固时，通常采用的粘结式锚具和夹片式锚具虽已有相关专利但应用很少。这两类锚具中，粘结式锚具中传递剪力的树脂胶体易老化且长期蠕变大，夹片式锚具的实施难度大且易带来较大的复材筋损伤，此外两种锚具尺寸通常都较大，应用局限性较大，锚固性能不佳且不易实施。

技术实现要素：

发明目的：本发明提供一种提高复材筋锚固性能的结构及挤压成型方法，解决复材筋锚固时复材筋易损伤，实施难度大，锚固性能不佳的问题。

技术方案：本发明提供一种提高复材筋锚固性能的结构，包括复材筋，复材筋上套有若干个附加肋，所述附加肋通过挤压产生横向均匀压缩与复材筋形成一体结构，附加肋为金属短管。

其中，附加肋为铝合金或青铜制成，也可以采用低硬度金属做内层高硬度金属做外层而制成，所述附加肋按照等间距规则或者不等间距规则设置在复材筋上。所述附加肋的数量为2～4个。所述复材筋为螺纹筋，且螺纹深度为0.3～0.5mm。所述的附加肋长度为复材筋直径的1～4倍，挤压前附加肋内径大于复材筋外径且相差0～1mm。

本发明所述的提高复材筋锚固性能的结构的挤压成型方法，包括以下步骤：

(a)附加肋定位：在复材筋处标示出要安装附加肋的位置，将附加肋套在复材筋上并予以固定；

(b)挤压成型：采用挤压设备对所述步骤(a)中固定的附加肋进行分段循环挤压，每段挤压时，分多次旋转角度逐渐挤压，从一端到另一端循环挤压三次使得挤压均匀。

其中，所述步骤(b)挤压时短管端部预留一小段后进行挤压，挤压过程中控制附加肋壁厚的压缩率为30％-40％，挤压前在复材筋表面涂抹界面剂提高短管锚固效果。

本发明利用金属材质管易于挤压成型且具有一定强度的特点，将若干个金属材质短管挤压握裹于复材筋外侧，形成复材筋的附加肋，为复材筋提供额外的锚固力。通过调节短管材质、壁厚、长度和间距，以及挤压力大小，达到锚固承载力成倍增长的效果，且能通过均匀挤压工艺保证复材筋因挤压造成的强度损失在5％以下。

有益效果：应用本发明后，复材筋锚固承载力成倍增长，复材筋因挤压造成的强度损失率在5％以下；本发明适用范围广，不仅适用于复材筋新建结构，也适用于复材筋加固既有结构；简便易行，附加肋布置灵活，挤压过程不需大型设备，挤压完成后不需要养护周期，挤压完成后的复材筋可立即投入使用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的挤压过程图；

图3是在新建混凝土结构使用本发明的示意图；

图4是在既有混凝土结构使用本发明的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。

如图1所示，一种提高复材筋锚固性能的结构，包括复材筋1，复材筋为螺纹筋，且螺纹深度为0.3～0.5mm，复材筋上套有多个附加肋2，附加肋2通过外力挤压产生横向均匀压缩，产生塑性变形，与复材筋1形成一体结构，附加肋2为金属短管。

其中，附加肋可以选择铝合金或青铜材质制成，也可以选用低硬度金属做内层高硬度金属做外层制成，附加肋可以按照等间距规则或者不等间距规则设置在复材筋上，附加肋的数量可以根据复材筋的长度设置若干个，附加肋的数量优选为2～4个，附加肋长度为复材筋直径的1～4倍，附加肋挤压前内径大于复材筋外径且相差0～1mm。

如图2所示，提高复材筋锚固性能的结构采用的挤压方法，包括以下步骤：附加肋定位，在复材筋处标示出要安装附加肋的位置，将附加肋套在复材筋上并予以固定；挤压成型，为了提高附加肋锚固效果，可以在挤压前在复材筋表面涂抹界面剂，挤压时附加肋端部预留一小段后再进行挤压，预留的长度可根据附加肋的长度进行调节，一般预留2mm，挤压过程控制附加肋壁厚的压缩率为30％-40％，采用液压钳、挤压机或液压传动挤压装置等挤压设备对固定的附加肋进行挤压，挤压过程为循环分段挤压，每段挤压时，分多次旋转角度逐渐挤压到位，使得挤压均匀。其中附加肋可采用单规格或者几个规格相结合的方式。使用该方法挤压结构时，挤压造成的复材筋强度损失率在5％以内，本发明的提高复材筋锚固性能的结构既可以用于新建混凝土结构中，也可以用于既有混凝土结构中，都可以起到增强锚固性能的效果。如图3所示，在新建混凝土结构中，当结构中配有纤维增强复合材料筋时，为提高复材筋的锚固性能，在复材筋端部一定长度范围内，采用本发明所述的方法间隔地锚固几个金属材质短管附加肋，复材筋的锚固性能将会得到一定程度的提高。如图4所示，将本发明的结构嵌入既有混凝土结构中，增强锚固效果。

对采用本发明的挤压成型方法得到的复材筋—附加肋试件进行抗剪切性能试验，试验中通过穿心式千斤顶沿着筋材长度方向对附加肋端部进行顶压加载，测试复材筋-附加肋界面的抗剪承载力。达到峰值荷载前加载速率控制在10kn/min左右，达到峰值荷载后，以位移控制，使得附加肋位移计示数缓慢均匀地增长。当附加肋与筋材自由端二者位移计读数差(即相对滑移)超过10mm后，认为滑移量过大，停止加载。试验中考虑了8组共计24个试件。参数的变化主要有：复材筋直径，铝合金管型号和壁厚，详细参数见表1。试件编号中字母“h”和“t”分别代表所用铝合金型号为5052-h32和6061-t6。复材筋-附加肋界面抗剪性能试验结果如表1所示：

表1复材筋-附加肋试件参数及界面抗剪性能试验结果

由于20mm长度铝合金管挤压成型附加肋后长度变为25mm，为了对比复材筋-附加肋和复材筋-混凝土的界面抗剪性能，对10mm和11mm直径的两种复材筋进行中心拉拔试验，粘结长度取25mm。拉拔试验中混凝土立方体的边长为150mm，混凝土实测抗压强度平均值为39mpa，每种筋材2个试件，试件编号中最后一个字母“c”代表复材筋-混凝土界面抗剪性能试验。试验结果汇总列于表2。

表2复材筋-混凝土试件的界面抗剪性能结果

将复材筋-附加肋与复材筋-混凝土界面抗剪强度进行对比可知，在界面粘结长度为25mm的条件下，相比于复材筋-混凝土界面抗剪强度，复材筋-附加肋界面的抗剪强度有较大幅度提高，10mm直径的cfrp筋提高至1.31～1.90倍；11mm直径的cfrp筋提高至1.71～2.49倍。由此可见，附加肋的引入提高了复材筋的锚固性能。

为了解试验中挤压成型过程对复材筋性能的影响，进行了4组共12个带有附加肋复材筋的极限抗拉强度试验，试验所用筋材的中部有按相同挤压工艺挤压成型的原长20mm的铝合金管，试验结果见表3。

表310mm直径cfrp筋极限抗拉强度试验结果

从表3可以看到，挤压附加肋后筋材强度均有一定程度下降。对于10mm直径cfrp筋，采用5052-h32型号的铝合金管，平均强度损失率为3.99％-10.34％。而采用6061-t6型号的铝合金管，只进行了4mm壁厚的试验，cfrp筋的平均强度损失率为9.29％，大于5052-h32型号的3.99％。

试验研究发现，确保铝合金管径向均匀同步压缩，能够进一步降低筋材损伤的程度，使复材筋强度损失率在5％以内，如表中带“*”号数据所示。

试验主要研究附加肋个数对复材筋锚固性能的影响，对带附加肋复材筋进行拉拔试验：采用上述10mm和11mm直径复材筋，20mm长、壁厚为4mm的铝合金管为附加肋材料，按照上述挤压方法在复材筋上挤压成型附加肋，对带附加肋的复材筋进行拉拔试验。混凝土设计等级为c30。拉拔试件混凝土试块尺寸为150mm×150mm×150mm和150mm×150mm×300mm。附加肋与筋材界面粘结长度为lb的倍数(lb＝25mm)，分别取4lb和6lb，即100mm和150mm。附加肋在复材筋粘结长度范围内，按照等间距均匀分布。两种直径复材筋的拉拔试验的结果分别列于表4和表5。表中试件编号形式为：筋材类型和直径-粘结长度-附加肋个数，其中c表示cfrp筋。

表410mm直径cfrp筋不同粘结长度下附加肋个数对粘结锚固性能的影响

表511mm直径cfrp筋不同粘结长度下附加肋个数对粘结锚固性能的影响

从表4可以看到，对于10mm直径的cfrp筋，当粘结长度为100mm时，带附加肋复材筋的极限拉应力相比无附加肋复材筋提高了33.89％。当粘结长度为150mm时，锚固2个或3个附加肋时，其极限拉应力分别提高了30.82％和42.25％，并且筋材的破坏形态从复材筋拔出转变到筋材的断裂破坏，筋材极限拉应力比较接近原始极限抗拉强度。可见附加肋对提高复材筋锚固性能效果明显。

从表5可以看到，对于11mm直径的cfrp筋，粘结长度为100mm时，虽然试件的破坏模式均为混凝土劈裂破坏，但是可以看到，劈裂破坏的试件中，因附加肋的存在，破坏时复材筋的拉应力提高了29.70％。当粘结长度为150mm时，锚固3个附加肋的筋材拉应力比无锚固的提高了52.79％。