本實用新型涉及一種巖土錨固、空間索網和結構加固工程領域專門的用于FRP筋的夾片式錨具，特別是涉及一種高性能纖維增強復合材料(FRP)筋的專用端頭錨固的夾片式錨具。

背景技術：

高性能纖維增強復合材料(FRP)具有高強度、耐腐蝕、低松弛等優異性能，近年來碳纖維增強復合材料(CFRP)、玄武巖纖維增強復合材料(BFRP)和芳綸纖維增強復合材料(AFRP)已應用于結構加固工程、巖土錨固工程、空間索網工程和橋梁工程。一個世紀以來在巖土錨固工程領域，作為巖土錨桿受力主筋的鋼筋、鋼絞線存在易腐蝕、耐久性不足的弊病。而利用高性能纖維增強復合新型材料CFRP、BFRP、AFRP筋替換鋼筋、鋼絞線作為巖土錨桿的受力主筋是解決上述技術難題的可靠途徑之一。

高性能纖維增強復合材料FRP(包括CFRP、BFRP、AFRP和GFRP)是各向異性材料，其纖維的平行與垂直方向的強度/剛度差異顯著，其抗剪強度與抗拉強度之比約為1:20。若采用傳統鋼夾片型錨具易引發FRP筋在端頭錨固過程中發生早期斷裂破壞，致使錨固體系整體失效。如何降低因近受荷端的應力集中而出現的切口效應、解決CFRP或BFRP筋的早期剪斷破壞，一直是國內外巖土錨固工程界急于打破的技術瓶頸，其技術關鍵之一就在于能否成功開發用于CFRP、BFRP筋的專用錨具。

目前，國內外土木工程界正在致力于研究開發適用于高性能纖維增強復合材料筋的錨固系統，特別是用于CFRP和BFRP筋的具有安全可靠、尺寸較小、安裝方便與經濟實用特點的新型夾片型錨具，以期推動新型高性能纖維增強復合材料筋在巖土錨固、空間索網和結構加固及海洋工程領域中的應用。

技術實現要素：

本實用新型要解決的技術問題是提供一種安全可靠、裝配方便、經濟實用，并且適用于高性能纖維增強復合材料筋的一種用于FRP筋的夾片式錨具。

本實用新型一種用于FRP筋的夾片式錨具，包括錨筒，所述錨筒中部開設有沿其中心線延伸的內錐孔，所述內錐孔內放置有外形與其匹配的楔形夾片式結構，所述楔形夾片式結構的中部開設有沿其中心線延伸的圓柱狀中心孔，所述中心孔內設有中空圓柱狀的軟金屬護管，所述軟金屬護管內穿設有線材，所述錨筒的一端與中部開設圓柱狀通孔的錨板吻合相接，另一端設有插接機構，密封蓋通過插接機構與所述錨筒連接，所述內錐孔、中心孔、通孔、線材的中心線重合，軸向受拉的所述線材貫穿所述通孔、內錐孔后最終貫穿并固定于所述中心孔之中。

本實用新型一種用于FRP筋的夾片式錨具，其中所述楔形夾片式結構的細端的中心孔的邊緣處設有圓弧倒角。

本實用新型一種用于FRP筋的夾片式錨具，其中所述楔形夾片式結構的傾斜角度θ大于所述內錐孔的傾斜角度α。

本實用新型一種用于FRP筋的夾片式錨具，其中所述錨板為球面錨板或平面錨板，所述錨筒靠近錨板一端的外表面的形狀與所述球面錨板或平面錨板配合。

本實用新型一種用于FRP筋的夾片式錨具，其中所述軟金屬護管采用鋁箔、銅箔、鉛箔或鋅箔中的任一種卷制而成且內壁表面涂刷有環氧石英砂，所述軟金屬護管的橫截面為圓環形或雙半圓環形，且所述軟金屬護管的軸向長度a大于所述楔形夾片式結構的軸向長度L及所述錨筒的軸向長度W。

本實用新型一種用于FRP筋的夾片式錨具，其中所述楔形夾片式結構包括相互分離且中部對稱開設有半圓形凹槽的上夾片、下夾片，所述上夾片、下夾片的橫截面為半圓形或矩形且各自縱剖面的外包絡線均為斜線，所述上夾片、下夾片上的半圓形凹槽對接后形成所述中心孔，所述半圓形凹槽的表面加工有橫向牙紋。

本實用新型一種用于FRP筋的夾片式錨具，其中所述錨筒為由至少兩塊可分離的錨筒構件構成的分體式結構，所述分體式結構的各錨筒構件通過緊固螺栓緊固連接，相鄰錨筒構件的相對面上均開設有凹槽，所述凹槽對接形成內錐孔，所述錨板上開設有至少1個通孔。

本實用新型一種用于FRP筋的夾片式錨具，其中所述錨筒為具有圓形或矩形橫截面的一體式結構，所述錨筒上設置有至少1個內錐孔，所述錨板上開設有至少1個通孔。

綜上所述，與現有技術相比，本實用新型的錨具至少具有以下有益效果：

通過采用楔形夾片式結構、分體式與一體式錨筒承載、軟金屬護管保護、球面錨板的張拉角度可調、分段噴涂石英砂的增摩技術，以及錨筒與楔形夾片式結構傾斜角度的差異化技術，優化了錨固區內的壓應力分布，使作用在CFRP、BFRP筋等線材上的壓應力能夠在錨固區域內沿線材軸線相對均勻地分布，有效降低了CFRP、BFRP筋等線材在加載端承受的應力峰值，從而避免了由于缺口效應或彎折損傷引發的CFRP、BFRP筋等線材的早期斷裂破壞和錨固體系的整體失效。可見，與現有錨具相比，本實用新型的用于FRP筋的夾片式錨具具有安全可靠、夾持力大、體積小、長度短、干作業、易裝配、承載快及可復用等突出優勢，特別適用于巖土錨固、空間索網與結構加固等工程領域。

下面結合附圖對本實用新型的一種用于FRP筋的夾片式錨具作進一步說明。

附圖說明

圖1為本實用新型一種用于FRP筋的夾片式錨具實施例一的主視結構示意圖；

圖2為本實用新型一種用于FRP筋的夾片式錨具實施例一的俯視結構示意圖；

圖3為圖1的A-A截面的剖視圖；

圖4為圖2的B-B截面的剖視圖；

圖5為圖1中G部位的局部放大圖；

圖6a為本實用新型一種用于FRP筋的夾片式錨具實施例一中錨筒的一端的橫向剖面圖；

圖6b為本實用新型一種用于FRP筋的夾片式錨具實施例一中錨筒的另一端的橫向剖面圖；

圖7為本實用新型一種用于FRP筋的夾片式錨具實施例一的楔形夾片式結構的立體結構示意圖；

圖8a為本實用新型一種用于FRP筋的夾片式錨具實施例一的軟金屬護管的一種形式的立體結構示意圖；

圖8b為本實用新型一種用于FRP筋的夾片式錨具實施例一的軟金屬護管的另一種形式的立體結構示意圖；

圖9為本實用新型一種用于FRP筋的夾片式錨具實施例二的結構主視圖；

圖10a為圖9的C-C截面的剖視圖；

圖10b為圖9的D-D截面的剖視圖；

圖11為本實用新型一種用于FRP筋的夾片式錨具實施例二的楔形夾片式結構的立體結構示意圖；

圖12為本實用新型一種用于FRP筋的夾片式錨具實施例三的結構主視圖；

圖13為本實用新型一種用于FRP筋的夾片式錨具實施例三的結構俯視圖；

圖14a為圖12的E-E截面的剖視圖；

圖14b為圖12的F-F截面的剖視圖；

圖15a為圖12的一種變形結構的E-E截面的剖視圖；

圖15b為圖12的一種變形結構的F-F截面的剖視圖；

圖16a為本實用新型一種用于FRP筋的夾片式錨具實施例三的錨固方法中步驟a的施工狀態主視圖；

圖16b為本實用新型一種用于FRP筋的夾片式錨具實施例三的錨固方法中步驟b的施工狀態主視圖；

圖16c為本實用新型一種用于FRP筋的夾片式錨具實施例三的錨固方法中步驟c的施工狀態主視圖；

圖16d為本實用新型一種用于FRP筋的夾片式錨具實施例三的錨固方法中步驟d的施工狀態主視圖；

圖16e為本實用新型一種用于FRP筋的夾片式錨具實施例三的錨固方法中步驟e的施工狀態主視圖；

圖16f為本實用新型一種用于FRP筋的夾片式錨具實施例三的錨固方法中步驟f的施工狀態主視圖；

圖17a為本實用新型一種用于FRP筋的夾片式錨具實施例四的使用狀態主視圖；

圖17b為圖17a中H處的局部放大圖；

圖18a為本實用新型一種用于FRP筋的夾片式錨具實施例五的使用狀態主視圖；

圖18b為圖18a中K處的局部放大圖。

具體實施方式

實施例一：

如圖1至圖8a所示，本實用新型的錨具包括由高強度GFRP材料制作的兩塊分離的錨筒構件13，兩塊錨筒構件13配套8個緊固螺栓構成分體式結構的錨筒3。兩塊錨筒構件13的相對面上均開設有沿各自中心線延伸的凹槽，凹槽對接后形成內錐孔8，該內錐孔8的幾何形態為前小后大變截面的內錐孔。內錐孔8內放置有外形與其匹配的楔形夾片式結構1。為增強錨固效果，楔形夾片式結構1的傾斜角度θ大于內錐孔8的傾斜角度α，兩者的角度可以為1°至9°，兩者的角度差為0.1°至0.3°。具體的，楔形夾片式結構1的傾斜角度θ為3.1°，內錐孔8的傾斜角度α為3°，兩者的角度差為0.1°。

楔形夾片式結構1的中部開設有沿其中心線延伸的圓柱狀中心孔9。楔形夾片式結構1包括相互分離且中部對稱開設有半圓形凹槽11的上夾片101、下夾片102，上夾片101、下夾片102的橫截面為半圓形且各自縱剖面的外包絡線均為斜線。上夾片101、下夾片102拼接后形成細長臺柱結構。上夾片101、下夾片102上的半圓形凹槽11對接后形成中心孔9。半圓形凹槽11的表面加工有橫向牙紋，便于增加與線材2之間的摩擦力，改善夾持效果。

為保護線材2，中心孔9內設有中空圓柱狀的軟金屬護管4，軟金屬護管4內穿設有線材2，該線材2為直徑為16mm的CFRP筋。在錨固長度范圍內的CFRP筋的光圓表面均勻噴涂有120目環氧石英砂。在錨固長度范圍內，可以在CFRP或BFRP筋表面進行石英砂均勻噴涂處理，也可以采用前端局部范圍內進行低密度石英砂噴涂，而后部大部分范圍內進行高密度石英砂噴涂處理。軟金屬護管4采用銅箔卷制而成，厚度為0.2mm至1.2mm，本實施例的厚度為0.3mm，內壁表面涂刷有環氧石英砂，軟金屬護管4的橫截面為圓環形或雙半圓環形，且其軸向長度a大于楔形夾片式結構1的軸向長度L及錨筒3的軸向長度W。

在錨固區域內，CFRP筋套裝軟金屬護管4后，將楔形夾片式結構1的上夾片101、下夾片102放入分體式錨筒3的內錐孔8位置中，再將兩塊可分離的錨筒構件13拼合在一起，并通過8個緊固螺栓在從前向后的遞增扭力作用下鎖緊，使楔形夾片式結構1的外壁面與分體式錨筒3的內壁面緊密接觸。錨筒3的左端設有插接機構，密封蓋6通過插接機構與錨筒3連接。錨板5、密封蓋6分別位于楔形夾片式結構1的細端、粗端。內錐孔8、中心孔9、通孔7、線材2的中心線重合，軸向受拉的線材2貫穿通孔7、內錐孔8后最終貫穿并固定于圓柱狀中心孔9之中。在按設計要求完成張拉鎖定工作后，在分體式錨筒3的后端插接密封蓋6。

錨筒3的一端與中部開設圓柱狀通孔7的錨板5吻合相接。分體式結構的錨筒3的前端即右端設計為外凸球面，錨板5為正方形且帶內凹球面，通過內凹球面與外凸球面緊密配合與轉動調整，實現遠端CFRP筋的軸線與錨筒3的軸線對中，保證錨固效果。

優選的，為避免中心孔9邊緣處對線材2造成切割傷害，楔形夾片式結構1的細端的中心孔9的邊緣處設有圓弧倒角12。

實施例二：

如圖9至圖11所示，本實施例與實施例一的不同之處在于，三塊鋼制可分離的錨筒構件13通過緊固螺栓在從前向后的遞增扭力作用下緊固后構成分體式結構的錨筒3。錨筒3內放置有2個楔形夾片式結構1。錨板5為平面錨板，錨筒3右端外表面也為平面。線材2為2根具有淺壓紋的BFRP筋，直徑為18mm且在錨固段表面粘貼有環氧石英砂。上夾片101、下夾片102的橫截面為矩形。上夾片101、下夾片102拼接后形成一端粗一端細的細長棱柱結構。軸向受拉的2根BFRP筋貫穿平面錨板、錨筒3，最終放置于楔形夾片式結構1的2個中心孔9中。楔形夾片式結構1的傾斜角度θ為2.8°，內錐孔8的傾斜角度α為2.6°，兩者的角度差為0.2°。軟金屬護管4采用鋁箔制成，厚度為0.4mm。

在錨固區域內的2根BFRP筋套裝軟金屬護管4后，將2個楔形夾片式結構1的4個夾片推入錨筒3的2個內錐孔8中，并使楔形夾片式結構1的外壁面與錨筒3的內壁面緊密接觸。采用千斤頂和工具錨對2根圓形BFRP筋施加100KN的軸向預應力，張拉后，通過將楔形夾片式結構1的4個夾片鎖定在錨筒的2個內錐孔8中，完成用于FRP筋的夾片式錨具與錨固結構體系的錨定。

實施例三：

如圖12至圖14b所示，本實施例與實施例二的區別在于，錨筒3為一體式結構且橫截面為圓形。楔形夾片式結構1的數量為1個。線材2為CFRP加肋筋，直徑為20mm。軟金屬護管4采用鋅箔制成，厚度為0.3mm。上夾片101、下夾片102的橫截面為半圓形。楔形夾片式結構1的傾斜角度θ、內錐孔8的傾斜角度α可以為2°至10°，本實施例的楔形夾片式結構1的傾斜角度θ為2.6°，內錐孔8的傾斜角度α為2.5°，兩者的角度差為0.1°。

在錨固區域內的CFRP筋套裝鋅箔護管4后，將楔形夾片式結構1的夾片推入一體式錨筒3的內錐孔8中，并使楔形夾片式結構1的外壁面與一體式錨筒3的內壁面緊密接觸。利用千斤頂和工具錨對CFRP筋施加160KN的軸向預應力，張拉完成后，將CFRP筋通過楔形夾片式結構的2個夾片鎖定在一體式錨筒3的內錐孔8中，即通過平面錨板將用于FRP筋的夾片式錨具與錨固結構體系錨定。

如圖15a、15b所示，為本實施例的一種變形結構，該變形結構與本實施例的不同之處在于，錨筒3的橫截面為矩形。上夾片101、下夾片102的橫截面也為矩形。

如圖16a至圖16f所示，使用本實施例的錨具的錨固方法，包括如下步驟：

a.將平面錨板從CFRP筋的尾端穿入，并與錨定結構的表面固定連接；

b.將一體式錨筒3從CFRP筋的尾端穿入，并將一體式錨筒3的前端平面與平面錨板的板面緊密配合接觸；

c.在錨固區域為CFRP筋套裝鋅箔護管4，并將楔形夾片式結構1的2個夾片置放在套裝有鋅箔護管4的CFRP筋的周圍；

d.將內夾持有鋅箔護管4和CFRP筋的楔形夾片式結構1的2個夾片推入一體式錨筒3的內錐孔8中；

e.采用千斤頂和工具錨對CFRP筋按設計要求施加軸向預應力，然后將楔形夾片式結構1的2個夾片鎖定在一體式錨筒3的內錐孔8中，完成了用于FRP筋的夾片式錨具與錨固結構體系錨定工作；

f.切割多余長度的CFRP筋的尾端，利用密封蓋6將用于FRP筋的夾片式錨具的尾端密封。

實施例四：

如圖17a、圖17b所示，本實施例用于深基坑支護結構的拉力型BFRP筋土層錨桿外錨頭的錨定。本實施例與實施例三的區別在于，線材2為長24m、直徑為18mm的2根表面加肋的BFRP筋。

使用本實施例的錨具的錨固方法，即拉力型BFRP筋土層錨桿施工步驟如下：

①應用錨桿鉆機在已建鋼板樁擋墻的內側基坑中按設計位置、標高及角度施打長23m、直徑為140mm的錨孔；

②將帶有對中器和注漿管的2根BFRP筋放入錨孔中的設計位置；

③開啟注漿泵，以0.5MPa的注漿壓力將水灰比為0.48的水泥漿從注漿管的底部灌入錨孔底部直到水泥漿自錨孔溢出為止；

④將帶有2個通孔7的平面錨板自2根BFRP筋的尾端穿過，在保證平面錨板與施工錨孔垂直條件下，將平面錨板焊接到雙工字鋼腰梁結構上；

⑤將帶有2個內錐孔8的一體式錨筒3穿過2根BFRP筋的尾端；

⑥將2個楔形夾片式結構1推入一體式錨筒3的2個內錐孔8中，并使楔形夾片式結構1的外壁面與一體式錨筒3的內壁面緊密接觸；

⑦采用千斤頂和工具錨對2根BFRP筋施加軸向預應力至設計值，然后利用楔形夾片式結構1的夾片鎖定一體式錨筒3中的2根BFRP筋，完成用于FRP筋的夾片式錨具與錨固結構體系的錨定工作；

⑧切割BFRP筋的多余長度的尾端，利用密封蓋6將錨筒3的尾端密封，完成單根拉力型BFRP筋土層錨桿的施工。

實施例五：

如圖18a、圖18b所示，本實施例的錨具用于地下空間的CFRP擴體抗浮錨桿的端頭錨定。本實施例與實施例四的不同之處在于，共包含500根CFR P擴體抗浮錨桿，每根CFRP錨桿包括4個楔形夾片式結構1、4個鋁箔護管4。其中，線材2為4根CFRP筋、一體式錨筒3上設置有4個內錐孔8。平面錨板上設置有4個通孔7。作為壓力型CFRP擴體抗浮錨桿，其4根受拉主筋長為26m、直徑為16mm的加肋CFRP筋。

本實施例的錨具錨固方法，即CFRP擴體抗浮錨桿的施工步驟如下：

⑴采用塔式旋噴錨桿鉆機，在深基坑基礎底板上的抗浮錨桿的設計錨位垂直施打長25m、直徑為160mm的錨孔，并用30MPa旋噴壓力進行底部長5m、直徑為600mm的擴孔，利用高壓旋噴技術以水泥漿置換錨孔內的土體；

⑵將底端帶有承壓型機構、對中器和2套注漿管的4根CFRP筋放入錨孔中的設計位置；

⑶開啟注漿泵，以1.0MPa的注漿壓力將水灰比為0.46的水泥漿通過第1套注漿管注入錨孔底端，直至注滿錨孔為止；

⑷1天后利用第2套注漿管進行水泥漿體的二次劈裂壓力注漿；

⑸將4孔平面錨板和4孔一體式錨筒3分別穿過4根CFRP筋，將平面錨板放在基礎底板平面上，再將4孔一體式錨筒3置放于平面錨板之上；

⑹在4根CFRP筋分別插入4孔一體式錨筒3的4個內錐孔8內后，將4套夾片分別推入一體式錨筒3的4個內錐孔8中；

⑺利用千斤頂和工具錨等張拉設備對4根CFRP筋施加軸向預應力至設計值，并通過4套夾片逐一鎖定4根CFRP筋，完成用于FRP筋的夾片式錨具與錨固結構體系的基礎底板的錨定；

⑻利用密封蓋6將一體式錨筒3的尾端密封，完成單根壓力型CFRP擴體抗浮錨桿的施工。

上述各實施例中，線材2為外表面光滑、壓紋或加肋的高性能纖維增強復合材料CFRP或BFRP筋，且線材2外表面局部噴涂有石英砂。楔形夾片式結構1夾持的線材2，如CFRP或BFRP筋可以為一根或多根，CFRP或BFRP筋的直徑大于等于6mm。楔形夾片式結構1的長度可大于或小于一體式或分體式錨筒3的長度。楔形夾片式結構1的傾斜角度和錨筒3的傾斜角度均可為1°至9°或2°至10°。當然，本實施例中列出的所有數據僅用于對本實用新型的技術方案進行說明，不構成對本實用新型的限定，具體實踐中，上述數據可根據需求調整。

本實用新型的分體式錨筒3以及楔形夾片式結構1的夾片可以采用鋼材或高強纖維復合材料BFRP纏繞注塑或RPC活性粉末高性能混凝土制作，也可以采用鋼材或高強纖維復合材料GFRP纏繞注塑或UHPC超高性能混凝土制作。

總之，本實用新型一種用于FRP筋的夾片式錨具，其目的在于針對巖土錨固、空間索網、結構加固及海洋工程領域的需要，為高性能纖維增強復合材料筋的端頭錨固提供一種安全可靠、實用經濟的夾片式錨具。采用本實用新型的錨具能夠減少錨具自身的幾何尺寸，降低錨具產生的小孔端應力集中的切口效應，避免CFRP/BFRP筋在錨固過程中發生早期剪斷破壞致使錨固體系失效。另外，本實用新型的錨具裝配簡單，可快速裝配，可以利用這種夾片式錨具將CFRP/BFRP筋與錨固結構體系進行可靠錨固。

以上所述的實施例僅僅是對本實用新型的優選實施方式進行描述，并非對本實用新型的范圍進行限定，在不脫離本實用新型設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本實用新型的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本實用新型權利要求書確定的保護范圍內。