[发明专利]一种内镶FRP筋加固混凝土锚固件

说明书

技术领域

本发明涉及一种建筑技术领域中的新型锚固件，特别是涉及一种内镶FRP筋加固混凝土锚固件。

背景技术

纤维增强聚合物（FRP）在土木工程中的应用分为两大类，一类是用FRP筋代替钢筋用于新建结构，另一类是将FRP筋用于旧结构物的维修与加固。目前关于FRP筋预应力加固混凝土结构的研究受到各国研究机构及工程界的普遍重视。FRP筋加固桥梁的工程实例日益增多。本发明总结了最的国内外关于FRP材料的最新研究成果，对FRP材料未来的发展做出了展望。

目前预应力和地下桩基础结构中钢筋的腐蚀问题严重。人们发现使用耐腐蚀的FRP材料取代钢筋是解决这一问题的根本性方法，特别是FRP材料的高抗拉强度及耐腐蚀性等特点使它成为预应力结构的理想材料。FRP材料已在许多工程中被采用，但它与混凝土的粘结性能相对钢筋稍差，且FRP材料是脆性材料，导致FRP混凝土结构的安全性能降低，因此利用FRP筋取代钢筋最根本的问题总是在于解决FRP与混凝土的粘结性能和FRP混凝土结构的延性和耐久性问题。

由于FRP的破坏呈脆性，FRP混凝土结构的弯曲变形能力的研究显得尤为重要。英国的Janet.M.Lees等人研究了芳纶筋与混凝土全粘结、未粘结和部分粘结3种粘结方式对芳纶筋与混凝土粘结力和芳纶筋混梁弯曲变形能力的影响。在试验中部分粘结分为两种形式：一是间隔粘结，纤维筋在梁纵轴线方向与混凝土间隔粘结；二是吸附粘结，在纤维筋的表面涂一层树脂，由表面涂层控制纤维筋与混凝土的粘结力。

试验证明，①全粘结芳纶筋混凝土梁的极限承载力很高，极限弯曲变形较小，梁的破坏是由纤维筋被拉断导致；②未粘结芳纶筋混梁的极限承载力较低，破坏时仅有一条裂缝产生，但极限弯曲变形很大，梁的破坏是由于混凝土被压碎；③部分粘结芳纶筋混凝土梁表现出较高的极限承载力和较大的极限弯曲变形，梁的破坏是由于纤维筋被拉断。梁在破坏时裂缝较多，避免了混凝土被压碎，特别是吸附粘结和螺旋缠绕间隔粘结芳纶筋混凝土梁的极限承载力达到了全粘结芳纶筋混凝土梁的极限承载力。这表明部分粘结能优化FRP筋预应力混凝土梁的极限承载力和弯曲变形能力。

部分粘结纤维筋预应力混凝土梁表现出良好的力学性能和延性，但以上试验的两种部分粘结施工复杂、技术难度高，不宜推广使用，因此寻求简便的部分粘结方式是未来的一个发展方向，同时需要进一步研究部分粘结纤维筋混凝土梁的破坏特性和剪切性能等。

对于大部分旧混凝土结构，特别是桥梁、停车场和一些有纪念意义的建筑物等，由于使用功能的改变、结构要求的提高、使用年限的期限，原设计中的缺陷和结构在使用过程中的损坏等原因，同时为了达到经济优化的原则，需要对旧混结构进行修复和加固。一个有效的修复和加固的方法就是对结构物进行外部预应力加固。外部加固具有施工方便和便于对外部筋进行监测的优点。以前外部筋都采用钢筋，因为它具有良好的延性，但由于裸露在外表，容易腐蚀，需要长期的养护，不够经济。最近人们常采用FRP筋作为外部筋。尽管它的延性较差，弹性模量较低，但它具有强度高、质量轻和耐腐蚀等优点。在外部预应力加固时外部筋承受的应力较小（远低于纤维筋的极限承载力），且低弹性模具有且于降低预应力损失，因此利用FRP筋对旧结构物进行外部预应力加固是结构加固的发展方向。

锚具有预应力的关键问题。对于采用纤维筋对结构进行外部预应力加固，锚固性能直接影响对梁的加固效果。国内外许多专家学者对这个问题进行了深入的研究。一般折线布置形式的纤维筋锚固在梁的两端。一端固定，另一端是活动铰，在活动端用千斤顶给纤维筋施加预应力。目前锚具形式有：①锚具为楔形钢铰，楔形铰直接张拉和固定纤维筋，这种锚具能有效地张拉纤维筋；②由于纤维筋的表面较脆弱且侧向抗压能力较差，采用楔形钢铰直接锚固纤维筋时容易使纤维筋产生侧向挤压破坏。加拿大Raafat.El-Hacha等人对楔形钢铰进行了改进，他们在楔形钢铰与纤维筋之间加了一个楔形金属铸模，在固定端加一个铸模，而在千斤顶加载端加两个铸模。试验表明它能有效地减少铰对纤维筋的损坏；③锚具采用楔形钢铰时也容易产生应力集中和纤维筋在楔形顶端破坏，美国的Houssam.Toutany对这一缺点进行了改善，利用聚酰胺代替钢制作楔形铰，取到了良好的效果。虽然外部纤维筋的锚固技术已达到了一个相对成熟的阶段，但需要进一步减少铰对纤维筋的损伤和优化铰与纤维筋的接触面性能。

另外，内镶FRP筋加固混凝土常发生锚固破坏，FRP筋无法发挥其优越的受力性能。因此，为了保证内镶FRP筋具有良好的锚固性能，有必要开发出锚固性能良好的锚固件。

发明内容