[发明专利]用于纤维增强高分子材料杆的锚具系统的锚固方法

说明书

用于纤维增强高分子材料杆的锚具系统的锚固方法，本发明的目的是基于现有大直径FRP杆在长期环境及反复疲劳荷载下FRP杆的锚固力不足的问题。该锚具系统是沿FRP杆的锚固长度方向切割有切口，在FRP杆的切口处插嵌有涂覆有环氧树脂填充剂的楔块，在FRP杆的切口端的杆体上缠绕有多层碳纤维布，碳纤维布中浸润有环氧树脂填充剂，内部锚固钢管紧密套设在FRP杆外，外部固定钢管通过螺纹连接套设在内部锚固钢管上，FRP杆内注射有环氧树脂填充剂，在外部固定钢管的管端设置有固定螺栓。本发明所述的锚具系统结构设计简单、内部受力合理，锚固方法方便，可将不同直径的FRP杆拉伸至断裂，可靠性高。

技术领域

本发明涉及一种用于土木工程中纤维强复合材料杆(FRP杆)的锚具及其新型锚固方法。

背景技术

近二十年来，纤维增强树脂复合材料以其轻质、高强、优越的耐腐蚀性和耐疲劳性能而广泛的应用于土木工程中。作为替代钢筋的一种新型材料，土木工程领域中常用的FRP杆的形式有受力筋、体外预应力筋、斜拉索和地锚等。

目前，针对于小直径的FRP杆的锚固技术已经发展成熟，锚固系统所提供的锚固力已经足够将FRP杆拉断，锚固效率较高。但当FRP杆直径增大时，其与连接构件之间的锚固技术尚未发展成熟，仍需要进一步的研究与开发。目前适用于大直径FRP杆锚固方法主要有粘结型、摩擦型和夹片型三种。

对于粘结式锚固系统，主要采用填充树脂将FRP杆连接至钢管中。此锚固技术的优点为：采用树脂填充对FRP杆体无损伤。其缺点在于树脂在长期使用过程中会产生较大的蠕变变形，可能造成预应力结构的应力损失；其次，树脂依赖其自身的抗剪性能提供锚固力，一般对于大直径的FRP杆并不适用，往往由于树脂的抗剪承载力不足而造成FRP杆从锚固钢管中发生脱粘破坏。

对于摩擦型锚固系统，其采用膨胀材料(如膨胀水泥浆等)作为荷载传递介质，实现将外荷载通过FRP杆传递至锚固钢管上，作用机理为通过膨胀材料固化后膨胀而产生对锚固钢管内壁上的挤压力，进而增大两者之间的摩擦力。然而，膨胀材料所提供的膨胀力和自身的抗压承载力有限，对于大尺度的FRP杆可能并不适用。此外，膨胀材料在长期荷载作用下可能发生较大的蠕变变形，从而使其提供的锚固力大大的下降。

夹片式锚具是较为常用的FRP杆的锚固方式，通过楔形夹片与FRP杆之间的挤压力提供锚固力，其具有施工方便、锚固效率高等优势。对于一般的各向异性的FRP杆而言，其纵向拉伸性能较大，然而其径向抗剪性能较低，夹片式锚具在使用前通过较大的挤压力夹持住FRP杆，从而对FRP杆产生较大的径向剪切力，并剪切力集中现象严重，使其材料形成一定的初始损伤甚至破坏，即“缺口效应”。当锚固系统长期承受车辆及行人等动荷载时往往在初始损伤处首先发生破坏，随即破坏进一步扩展导致锚固失效。另一方面，夹片式锚固对于FRP杆承受静力拉伸性能时的锚固效果较好，但当FRP杆在实际结构中承受反复荷载时，往往发生锚具内部FRP杆与夹片之间的剥离破坏。

现有的锚固方法对于大直径FRP杆的锚固技术尚未成熟，考虑到FRP杆在实际结构中承受侵蚀性环境及反复疲劳荷载作用，一种对于新型并适用于上述条件的FRP杆锚固技术的研发势在必行。

发明内容

本发明的目的是基于现有对大直径FRP杆在长期环境及反复疲劳荷载下的锚固方式易受侵蚀性环境的影响，以及FRP杆的锚固力不足的问题，而提供用于纤维增强高分子材料杆的锚具系统及其锚固方法。

本发明用于纤维增强高分子材料杆的锚具系统包括外部固定钢管、内部锚固钢管、环氧树脂填充剂、(高强)楔块、FRP杆和固定螺栓，沿FRP杆的锚固长度方向从杆端起切割有切口，楔块的表面涂覆有环氧树脂填充剂，在FRP杆的切口处插嵌有涂覆有环氧树脂填充剂的楔块，在FRP杆的切口端的杆体上缠绕有多层碳纤维布，碳纤维布中浸润有环氧树脂填充剂，内部锚固钢管紧密套设在FRP杆外，内部锚固钢管的管腔带有锥度，外部固定钢管通过螺纹连接套设在内部锚固钢管上，FRP杆内注射有环氧树脂填充剂，在外部固定钢管的管端设置有固定螺栓，固定螺栓的栓杆端部与楔块紧密接触。