自应力FRP筋锚固系统及锚固方法与流程

本发明涉及土木工程领域，尤其涉及一种自应力frp筋锚固系统及锚固方法，用于桥梁结构、大跨空间结构中纤维增强复合材料筋或索的锚固。

背景技术：

1、以碳纤维复合材料(cfrp)为代表的纤维增强复合材料(frp)具有轻质高强、耐腐蚀、抗疲劳等优异性能，是一种新型高性能结构材料，frp材料往往具有超高抗拉强度，将其制作成只受拉的拉索能充分发挥其抗拉强度，可在大跨空间结构(如索网结构、张弦梁结构)和索承桥梁中作为主要受拉构件。然而，frp筋(索)的高效锚固一直是个难题，尤其是大吨位frp索。传统的粘结式锚具存在以下问题：frp材料与锚固胶体之间界面粘结强度和变形能力有限，有效锚固长度受到限制，当锚固长度超过有效锚固长度后，继续增加锚固长度将无法进一步提高锚固力(即锚固长度较大时，锚具尾部对锚固作用的贡献大幅降低)；锚具前端存在切口效应，导致frp筋在端部存在应力集中，降低了锚固效率。现有的锚具主要通过两方面来提高锚固效果：一是优化锚固料性能，比如变刚度方案，降低前端锚固料的弹性模量，提高其变形能力，从而减小前端应力集中并提高中后部锚固料的贡献，但该方式受限于材料性能，存在局限性；二是改变锚杯构造，限制锚固锥体滑移，减小切口效应，该方式无法解决有效锚固长度受限的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种自应力frp筋锚固系统及锚固方法，通过分段完成锚固料的浇筑和固化，在锚固系统内部形成预应力。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种自应力frp筋锚固系统，其包括前端放大的内锥形锚杯、定位环、约束环、楔块及锚固料，所述锚杯包括内锥形后端和局部放大内锥形前端，frp筋尾部通过所述楔块和所述约束环配合进行机械锚固并通过定位环固定于所述内锥形后端，所述frp筋前端穿过所述内锥形前端以施加预拉力，所述锚固料分段将所述frp筋浇筑于所述内锥形后端和所述内锥形前端。

4、作为本发明进一步的方案，所述内锥形后端包括楔角为α1的楔形段和平直段，所述楔形段的窄口端与所述平直段的一端连接，所述平直段的另一端与所述内锥形前端连接。

5、作为本发明进一步的方案，所述内锥形前端整体呈楔形，楔角为α2，收缩方向与所述内锥形后端的楔形段方向一致，并且在与所述平直段连接侧呈局部放大，放大角度为β1，β1＞α2。

6、作为本发明进一步的方案，所述锚杯还包括整体为放大的直线形端口，所述端口与所述内锥形前端的连接侧呈局部放大，放大角度为β2。

7、作为本发明进一步的方案，所述楔块安装于所述frp筋尾部劈裂口中，所述约束环采用软金属或frp布缠绕对应套设在劈裂口部位的frp筋外。

8、作为本发明进一步的方案，所述定位环的数量至少为两个，一个套设在所述frp筋尾部且外环面卡合于所述内锥形后端，另一个套设在所述frp筋前端且外环面卡合于所述端口。

9、作为本发明进一步的方案，当所述frp筋替换为多根frp筋组成的frp筋束时，所述定位环对应更换为分丝板，所述分丝板上对应每一根frp筋开设有定位孔。

10、一种如上所述自应力frp筋锚固系统的锚固方法，其包括步骤：

11、通过楔块和约束环配合对frp筋尾部进行机械锚固并通过定位环固定于锚杯内锥形后端，frp筋前端穿过锚杯内锥形前端；

12、于锚杯内锥形后端内浇筑锚固料，将frp筋尾部锚固于内锥形后端；

13、待锚固料完成固化后，对frp筋前端施加向前的预拉力；

14、在张拉状态下浇筑锚杯内锥形前端的锚固料；

15、待锚固料达到要求强度后，卸载预拉力，完成制锚。

16、作为本发明进一步的方案，通过楔块和约束环配合对frp筋尾部进行机械锚固的步骤，包括：

17、在frp筋尾部距离端面一定距离设置约束环；

18、在frp筋尾部自端面对称剖开至所述约束环，形成劈裂口；

19、于劈裂口中嵌入楔块。

20、作为本发明进一步的方案，通过定位环将所述frp筋尾部固定于锚杯内锥形后端的步骤，包括：

21、在锚杯内锥形后端内安装定位环，定位环的外环面卡合于所述内锥形后端内；

22、frp筋穿过所述定位环的内环面安装到所述锚杯内。

23、本发明采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：本发明提出一种自应力frp筋(索)锚固系统，通过分段完成锚固料的浇筑和固化，在锚固系统内部形成预应力。当frp筋(索)受外部拉应力作用时，锚固系统前部的预应力被优先抵消，中后部优先发挥作用，从而解决了frp筋(索)粘结式锚具有效锚固长度受限的问题，同时大幅降效了锚具前端的切口效应，端部锚固料以及粘结界面的应力和变形也会大幅减小，从而提高了高强度、大吨位frp筋(索)的锚固效率。锚固系统中后段受力状态和前端的应力、变形降低程度取决于制锚时的预拉力p的大小，可根据结构实际受力根通过设计灵活调整。

技术特征：

1.一种自应力frp筋锚固系统，其特征在于：包括前端放大的内锥形锚杯、定位环、约束环、楔块及锚固料，所述锚杯包括内锥形后端和局部放大内锥形前端，frp筋尾部通过所述楔块和所述约束环配合进行机械锚固并通过定位环固定于所述内锥形后端，所述frp筋前端穿过所述内锥形前端以施加预拉力，所述锚固料分段将所述frp筋浇筑于所述内锥形后端和所述内锥形前端。

2.如权利要求1所述的自应力frp筋锚固系统，其特征在于：所述内锥形后端包括楔角为α1的楔形段和平直段，所述楔形段的窄口端与所述平直段的一端连接，所述平直段的另一端与所述内锥形前端连接。

3.如权利要求2所述的自应力frp筋锚固系统，其特征在于：所述内锥形前端整体呈楔形，楔角为α2，收缩方向与所述内锥形后端的楔形段方向一致，并且在与所述平直段连接侧呈局部放大，放大角度为β1，β1＞α2。

4.如权利要求3所述的自应力frp筋锚固系统，其特征在于：所述锚杯还包括整体为放大的直线形端口，所述端口与所述内锥形前端的连接侧呈局部放大，放大角度为β2。

5.如权利要求1所述的自应力frp筋锚固系统，其特征在于：所述楔块安装于所述frp筋尾部劈裂口中，所述约束环采用软金属或frp布缠绕对应套设在劈裂口部位的frp筋外。

6.如权利要求4所述的自应力frp筋锚固系统，其特征在于：所述定位环的数量至少为两个，一个套设在所述frp筋尾部且外环面卡合于所述内锥形后端，另一个套设在所述frp筋前端且外环面卡合于所述端口。

7.如权利要求1所述的自应力frp筋锚固系统，其特征在于：当所述frp筋替换为多根frp筋组成的frp筋束时，所述定位环对应更换为分丝板，所述分丝板上对应每一根frp筋开设有定位孔。

8.一种如权利要求1～7中任一项的所述自应力frp筋锚固系统的锚固方法，其特征在于，包括步骤：

9.如权利要求8所述的锚固方法，其特征在于，通过楔块和约束环配合对frp筋尾部进行机械锚固的步骤，包括：

10.如权利要求8所述的锚固方法，其特征在于，通过定位环将所述frp筋尾部固定于锚杯内锥形后端的步骤，包括：

技术总结
本发明公开了一种自应力FRP筋锚固系统及锚固方法，系统包括前端放大的内锥形锚杯、定位环、约束环、楔块及锚固料，锚杯包括内锥形后端和局部放大内锥形前端，FRP筋尾部通过楔块和约束环配合进行机械锚固并通过定位环固定于内锥形后端，FRP筋前端穿过内锥形前端以施加预拉力，锚固料分段将FRP筋浇筑于内锥形后端和内锥形前端。本发明通过分段完成锚固料的浇筑和固化，在锚固系统内部形成预应力。当FRP筋(索)受外部拉应力作用时，锚固系统前部的预应力被优先抵消，中后部优先发挥作用，从而解决了FRP筋(索)粘结式锚具有效锚固长度受限的问题，提高了高强度、大吨位FRP筋(索)的锚固效率。

技术研发人员：许国文,亓立刚,马明磊,杨燕,葛杰,李知恒,吴杭姿,王彬楠,王婕,武念铎
受保护的技术使用者：中国建筑第八工程局有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13