一种FRP筋锚杆预应力施加装置及方法

本发明属于岩土锚固，具体涉及一种frp筋锚杆预应力施加装置及方法。

背景技术：

1、这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

2、frp筋锚杆以其耐腐蚀、高强度、重量轻等优势成为钢筋锚杆腐蚀问题解决途径之一。锚杆框架梁结构广泛应用于边坡加固工程，但钢筋锚杆易受cl-和so4-等离子的腐蚀，发生不可预测的破坏，造成财产和人身安全损害。纤维增强聚合物(frp)筋锚杆以其强耐腐蚀和高强度的优势，已广泛应用于公路、桥梁、混凝土加固工程中，逐步代替钢筋锚杆用于岩土锚固工程，从根本上解决因钢筋锈蚀所导致的加固结构失效问题。然而，若用frp筋锚杆代替传统钢筋锚杆用于框架梁结构，需借助试验手段明确frp筋锚杆与框架梁的连接方法，提高预应力的张拉和锁定的可控性，并对抗拔承载力试验方法进行系统研究。在钢筋锚杆框架梁中，通常将钢筋锚杆的锚头部分弯折(弯折部分置于框架梁内受力筋外缘)，进而浇筑框架梁混凝土进行锚固，此锚固方式不需设计专门锚具，因此技术简便，造价经济。frp筋由于横向抗剪性能相对较弱，无法在施工现场进行弯折处理，并且与钢筋锚杆的材料性质、外表面形式等均存在差异。因此，为了充分发挥frp筋耐腐蚀、强度高的优势，在锚杆不弯折情况下明确框架梁对frp筋锚杆的锚固性能，是决定frp筋锚杆技术能否被推广的关键。为了使得frp筋可以更广泛的应用于实际工程中，拥有灵活的预应力施加装置和简易经济的张拉试验方法就格外重要。目前提出的各种预应力施加装置大都存在一定的不足，无法实现预应力的灵活施加或者实现试验装置的循环利用，不利于工程师或科研人员进行frp筋锚杆的试验研究与工程推广应用。

3、目前，对frp筋的预应力施加装置主要是对其力学性能的测试，试验中的锚固方法主要有申请号为cn201910162243.8的夹片式、申请号为cn201920994373.3的套筒灌胶式以及申请号为cn201610254162.7发明的混合式。夹片式锚固法主要利用刚性夹片内表面与锚杆外表面间的摩擦力及机械咬合力锚固frp筋端部，从而提供抗拔力，由于frp筋层间抗剪强度较小，因此该种锚固法易导致frp筋表面因抗剪强度不足而破坏。套筒灌胶式锚固法主要利用钢套管内壁与frp筋表面间膨胀剂提供的膨胀力锚固frp筋端部，该种锚固法的锚具与锚杆之间会产生一定的相对滑移，且钢套管端部膨胀剂极易风化脱落，影响锚固效果。申请号为cn201921000592.1的技术曾在套筒灌胶式锚固法的基础上开发了钢管填充膨胀剂端部封闭锚固装置，该装置借由钢套管端部良好的密封性，可有效阻止膨胀剂风化，限制套管与锚杆之间的相对滑移，但其无法准确锁定锚杆施加的预应力，并且装置无法反复利用，因此无法指导实际工程及开展长期荷载试验。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种frp筋锚杆预应力施加装置及方法，该装置可以对frp筋锚杆进行灵活的预应力施加或预应力补偿。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、第一方面，本发明提供了一种frp筋锚杆预应力施加装置，包括混凝土承台，混凝土承台预留孔洞供frp筋锚杆穿入；所述frp筋锚杆套设于套管内，frp筋锚杆顶端和套管之间设置定位环，套管上部与钢拉杆连接；所述混凝土承台顶部设置测力计，测力计顶部设置定制支架，定制支架顶部放置千斤顶，千斤顶顶部设置钢垫板，钢垫板顶部设置张拉螺母，张拉螺母与钢拉杆螺纹连接。

4、作为进一步的技术方案，所述frp筋锚杆和套管管壁之间填充膨胀剂；套管顶端高出frp筋锚杆顶端设定距离，frp筋锚杆底端延伸出套管底端设定距离，frp筋锚杆底部穿入混凝土承台中。

5、作为进一步的技术方案，所述定位环中心设置中孔供frp筋锚杆穿过进行固定定位。

6、作为进一步的技术方案，所述套管底端和frp筋锚杆之间设置密封环，密封环可供frp筋锚杆穿过；密封环的内侧和外侧设置螺纹，密封环内侧与frp筋锚杆连接，密封环外侧与套管相连接。

7、作为进一步的技术方案，所述套管内侧与外侧均设置螺纹，其内侧与钢拉杆通过螺纹连接，外侧通过螺纹与锁定螺母连接；所述套管的内螺纹段设置于定位环上方。

8、作为进一步的技术方案，所述定制支架包括上部钢板和下部钢板，上部钢板和下部钢板之间设置多根丝杆；所述上部钢板和下部钢板中心均开设通孔，供套管和frp筋锚杆穿过。

9、作为进一步的技术方案，所述锁定螺母底端与下部钢板的顶面相接触；所述上部钢板的通孔可使锁定螺母穿过，下部钢板的通孔可使套管穿过却不可使得锁定螺母穿过。

10、作为进一步的技术方案，所述定位环的内侧和外侧设置螺纹，定位环内侧与钢拉杆端部连接，定位环外侧与套管连接。

11、作为进一步的技术方案，所述钢垫板、千斤顶均设置通孔供钢拉杆穿过；所述钢拉杆顶部高出张拉螺母设定距离，钢拉杆底部延伸至套管内并与套管螺纹连接。

12、第二方面，本发明还提供了一种采用如上所述的frp筋锚杆预应力施加装置的张拉试验方法，包括以下步骤：

13、在加载时，千斤顶通过钢垫板作用在张拉螺母上对钢拉杆进行张拉，套管依靠与钢拉杆之间的连接，使得拉力从钢拉杆传递到套管上，此时锁定螺母随套管一起向上移动；拉力从千斤顶到张拉螺母，然后到钢拉杆，然后到套管最后传递给frp筋锚杆，从而进行frp筋锚杆的张拉试验；试验过程中，测力计测得frp筋锚杆所受到的拉力；加载过程结束后，拧紧锁定螺母进行锁定，使得拉力一直存在，对frp筋锚杆的预应力进行锁定。

14、上述本发明的有益效果如下：

15、本发明的预应力施加装置，frp筋锚杆穿入混凝土承台的预留孔洞，frp筋锚杆外侧套设套管，套管上部与钢拉杆连接，由千斤顶、钢垫板和张拉螺母将张拉力提供给钢拉杆，钢拉杆经由套管将张拉力提供给frp筋锚杆，实现加载，加载过程不需要对frp筋进行弯折即可连接，避免frp筋因抗剪性能差，发生破坏的现象。

16、本发明的预应力施加装置，试验过程中通过千斤顶灵活施加预应力，并且在预应力加载结束后可以通过拧紧锁定螺母对frp筋锚杆的预应力进行锁定，实现加载和试验的可控性。

17、本发明的预应力施加装置，多个部件之间设置耦合螺纹，使得试验装置各部位之间连接牢固可靠，既能保障试验过程中的装置稳定性，又使得试验设备安装、拆卸方便。

18、本发明的预应力施加装置，在加载结束后可以撤去钢拉杆、钢垫板、千斤顶、定制支架，进行循环使用，保证了试验研究的经济效益。

技术特征：

1.一种frp筋锚杆预应力施加装置，其特征是，包括混凝土承台，混凝土承台预留孔洞供frp筋锚杆穿入；所述frp筋锚杆套设于套管内，frp筋锚杆顶端和套管之间设置定位环，套管上部与钢拉杆连接；所述混凝土承台顶部设置测力计，测力计顶部设置定制支架，定制支架顶部放置千斤顶，千斤顶顶部设置钢垫板，钢垫板顶部设置张拉螺母，张拉螺母与钢拉杆螺纹连接。

2.如权利要求1所述的frp筋锚杆预应力施加装置，其特征是，所述frp筋锚杆和套管管壁之间填充膨胀剂；套管顶端高出frp筋锚杆顶端设定距离，frp筋锚杆底端延伸出套管底端设定距离，frp筋锚杆底部穿入混凝土承台中。

3.如权利要求1所述的frp筋锚杆预应力施加装置，其特征是，所述定位环中心设置中孔供frp筋锚杆穿过进行固定定位。

4.如权利要求1所述的frp筋锚杆预应力施加装置，其特征是，所述套管底端和frp筋锚杆之间设置密封环，密封环可供frp筋锚杆穿过；密封环的内侧和外侧设置螺纹，密封环内侧与frp筋锚杆连接，密封环外侧与套管相连接。

5.如权利要求1所述的frp筋锚杆预应力施加装置，其特征是，所述套管内侧与外侧均设置螺纹，其内侧与钢拉杆通过螺纹连接，外侧通过螺纹与锁定螺母连接；所述套管的内螺纹段设置于定位环上方。

6.如权利要求5所述的frp筋锚杆预应力施加装置，其特征是，所述定制支架包括上部钢板和下部钢板，上部钢板和下部钢板之间设置多根丝杆；所述上部钢板和下部钢板中心均开设通孔，供套管和frp筋锚杆穿过。

7.如权利要求6所述的frp筋锚杆预应力施加装置，其特征是，所述锁定螺母底端与下部钢板的顶面相接触；所述上部钢板的通孔可使锁定螺母穿过，下部钢板的通孔可使套管穿过却不可使得锁定螺母穿过。

8.如权利要求1所述的frp筋锚杆预应力施加装置，其特征是，所述定位环的内侧和外侧设置螺纹，定位环内侧与钢拉杆端部连接，定位环外侧与套管连接。

9.如权利要求1所述的frp筋锚杆预应力施加装置，其特征是，所述钢垫板、千斤顶均设置通孔供钢拉杆穿过；所述钢拉杆顶部高出张拉螺母设定距离，钢拉杆底部延伸至套管内并与套管螺纹连接。

10.采用如权利要求1-9任一项所述的frp筋锚杆预应力施加装置的张拉试验方法，其特征是，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种FRP筋锚杆预应力施加装置及方法，属于岩土锚固技术领域，包括混凝土承台，混凝土承台预留孔洞供FRP筋锚杆穿入；所述FRP筋锚杆套设于套管内，FRP筋锚杆顶端和套管之间设置定位环，套管上部与钢拉杆连接；所述混凝土承台顶部设置测力计，测力计顶部设置定制支架，定制支架顶部放置千斤顶，千斤顶顶部设置钢垫板，钢垫板顶部设置张拉螺母，张拉螺母与钢拉杆螺纹连接。

技术研发人员：白晓宇,刘一鸿,孙淦,闫楠,米春荣,齐阳,包希吉,罗述正,刘德忠,赵广,于风波,井德胜
受保护的技术使用者：青岛理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22