本實用新型涉及一種巖土錨固工程和結構加固工程領域專用的板式錨具結構裝置，特別是涉及一種高性能纖維增強復合材料(FRP)板的專用端頭錨固的雙夾片式板錨結構系統。

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筋或板替換鋼筋、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筋或板的專用錨具。

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或板的錨固系統，特別是用于CFRP和BFRP筋或板的具有安全可靠、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或板在巖土錨固、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，適用于高性能纖維增強復合材料板的一種雙夾片式板錨結構系統。

本實用新型一種雙夾片式板錨結構系統，包括錨筒，所述錨筒中部開設有沿其中心線延伸的內錐孔，沿錨筒的中心線方向，所述內錐孔的孔徑R相同，孔高H遞減，所述內錐孔內放置有外形與其匹配的楔形雙夾片式結構，所述楔形雙夾片式結構的中部開設有沿其中心線延伸的中心孔，所述中心孔內夾持有板材，所述板材上下表面設置有與其同寬的護墊，所述錨筒的一端與中部開設通孔的錨板吻合相接，另一端設有插接機構，后置防腐帽通過插接機構與錨筒相連接，軸向受拉的所述板材貫穿所述通孔、內錐孔后最終貫穿并固定于所述中心孔之中。

本實用新型一種雙夾片式板錨結構系統，其中所述楔形雙夾片式結構的橫截面較小的一端的中心孔的邊緣處設有圓弧倒角，所述楔形雙夾片式結構的傾斜角度θ大于所述內錐孔的傾斜角度α。

本實用新型一種雙夾片式板錨結構系統，其中所述錨板上設置有平面A或內凹的球面，所述錨筒靠近錨板一端的形狀與所述球面或平面A配合。

本實用新型一種雙夾片式板錨結構系統，其中所述護墊的橫截面為矩形，且其表面涂刷環氧石英砂或浸透聚氨酯，所述護墊的軸向長度a大于所述楔形雙夾片式結構的軸向長度L及所述錨筒的軸向長度W。

本實用新型一種雙夾片式板錨結構系統，其中所述楔形雙夾片式結構包括相互對稱布置的上夾片、下夾片，所述上夾片、下夾片的橫截面為圓弧形或矩形且各自縱剖面的外包絡線均為相對于內錐孔的中心線傾斜的直線，所述上夾片、下夾片的相對面均為平面B，所述上夾片、下夾片對稱間隔布置形成中心孔，所述平面B上均加工有橫向牙紋或黏貼有聚氨酯糙面。

本實用新型一種雙夾片式板錨結構系統，其中所述上夾片、下夾片的平面B上對稱開設有矩形凹槽A，所述上夾片、下夾片上的矩形凹槽A對稱間隔布置形成中心孔。

本實用新型一種雙夾片式板錨結構系統，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圓弧形凹槽B或矩形凹槽C，所述圓弧形凹槽B或矩形凹槽C對接形成內錐孔。

本實用新型一種雙夾片式板錨結構系統，其中所述錨筒為具有矩形橫截面的一體式結構。

本實用新型一種雙夾片式板錨結構系統，通過采用楔形雙夾片式結構設計、分體式與一體式錨筒承載、纖維板/布護墊保護、錨板的張拉角度可調、分段噴涂石英砂的增摩工藝，以及錨筒傾斜角度與楔形雙夾片式結構傾斜角度的差異化設計，優化了錨固區內的壓應力分布，使作用在CFRP、BFRP板表面上的壓應力能夠在錨固區域內沿軸線分布相對均勻，有效降低了錨具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板的早期斷裂破壞和錨固體系的整體失效。因此，與現有錨具相比，本實用新型的雙夾片式板錨結構系統夾持力大、體積小、長度短、可干作業、易裝配、承載快、可復用，這就有力地保證了錨固結構體系的安全性、可靠性，因而特別適用于巖土錨固工程與結構加固工程領域。

下面結合附圖對本實用新型的一種雙夾片式板錨結構系統作進一步說明。

附圖說明

圖1為本實用新型一種雙夾片式板錨結構系統實施例一的主視透視結構示意圖；

圖2為本實用新型一種雙夾片式板錨結構系統實施例一的俯視透視結構示意圖；

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為本實用新型一種雙夾片式板錨結構系統實施例一中錨筒的一端的橫向剖面圖；

圖6b為本實用新型一種雙夾片式板錨結構系統實施例一中錨筒的另一端的橫向剖面圖；

圖7a為本實用新型一種雙夾片式板錨結構系統實施例一的錨筒變形結構的一端的橫向剖面圖；

圖7b為本實用新型一種雙夾片式板錨結構系統實施例一的錨筒變形結構的另一端的橫向剖面圖；

圖8為本實用新型一種雙夾片式板錨結構系統實施例二的主視透視結構示意圖；

圖9a為圖8的C-C截面的剖視圖；

圖9b為圖8的D-D截面的剖視圖；

圖10為本實用新型一種雙夾片式板錨結構系統實施例三的主視透視結構示意圖；

圖11為本實用新型一種雙夾片式板錨結構系統實施例三的俯視透視結構示意圖；

圖12a為圖10的E-E截面的剖視圖；

圖12b為圖10的F-F截面的剖視圖；

圖13a為圖10的變形結構的E-E截面的剖視圖；

圖13b為圖10的變形結構的F-F截面的剖視圖；

圖14為本實用新型一種雙夾片式板錨結構系統實施例一的楔形雙夾片式結構的立體結構示意圖；

圖15為本實用新型一種雙夾片式板錨結構系統實施例一的楔形雙夾片式結構的一種變形結構的立體結構示意圖；

圖16為本實用新型一種雙夾片式板錨結構系統實施例一的楔形雙夾片式結構的另一種變形結構的立體結構示意圖；

圖17為本實用新型一種雙夾片式板錨結構系統實施例一的楔形雙夾片式結構的又一種變形結構的立體結構示意圖；

圖18a為本實用新型一種雙夾片式板錨結構系統實施例三的裝配方法中步驟Ⅰ的施工狀態主視圖；

圖18b為本實用新型一種雙夾片式板錨結構系統實施例三的裝配方法中步驟Ⅱ的施工狀態主視圖；

圖18c為本實用新型一種雙夾片式板錨結構系統實施例三的裝配方法中步驟Ⅲ的施工狀態主視圖；

圖18d為本實用新型一種雙夾片式板錨結構系統實施例三的裝配方法中步驟Ⅳ的施工狀態主視圖；

圖18e為本實用新型一種雙夾片式板錨結構系統實施例三的裝配方法中步驟Ⅴ的施工狀態主視圖；

圖18f為本實用新型一種雙夾片式板錨結構系統實施例三的裝配方法中步驟Ⅵ的施工狀態主視圖；

圖19a為本實用新型一種雙夾片式板錨結構系統實施例四的使用狀態主視圖；

圖19b為圖19a中H處的局部放大圖；

圖20a為本實用新型一種雙夾片式板錨結構系統實施例五的使用狀態主視圖；

圖20b為圖20a中I處的局部放大圖。

具體實施方式

實施例一：

如圖1至圖6b所示，本實用新型一種雙夾片式板錨結構系統包括兩塊分離的高強度GFRP材料制作的錨筒構件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圓弧形凹槽B131，兩個凹槽B131對接后形成內錐孔8。該內錐孔8沿錨筒3中心線延伸，且沿錨筒3的中心線方向從左至右，內錐孔8的孔徑R相同，孔高H遞減。內錐孔8內放置有外形與其匹配的楔形雙夾片式結構1。

結合圖14所示，楔形雙夾片式結構1為細長扁圓臺柱結構，包括相互對稱布置的上夾片101、下夾片102，上夾片101、下夾片102的橫截面均為圓弧形且各自縱剖面的外包絡線均為相對于內錐孔8的中心線傾斜的直線。上夾片101、下夾片102的相對的內表面均為平面B10，上夾片101、下夾片102對稱間隔布置后形成中心孔9，該中心孔9沿楔形雙夾片式結構1的中心線延伸。中心孔9內夾持有長方體型板材2，該板材2為一根1cm厚、10cm寬、光面的CFRP板。為增加摩擦力改善夾持效果，平面B10上均加工有橫向牙紋或黏貼有聚氨酯糙面，CFRP板雙面均勻噴涂有120目石英砂。楔形雙夾片式結構1的傾斜角度θ和內錐孔8的傾斜角度α均可設計為1°至9°，且兩者的角度差為0.1°至0.4°。為增強鎖緊效果，楔形雙夾片式結構1的傾斜角度θ大于內錐孔8的傾斜角度α。本實施例中，楔形雙夾片式結構1的傾斜角度θ，即上夾片101或下夾片102的縱剖面的外包絡線與平面B10之間的夾角θ為3.1°，內錐孔8的傾斜角度α，即內錐孔8的母線與中心線之間的角度α為3°，兩者的角度差為0.1°。

如圖16所示，為上夾片101、下夾片102的一種變形結構，該變形結構與圖14所示的結構的不同之處在于，平面B10中部開設有矩形凹槽A11，上夾片101、下夾片102上的矩形凹槽A11對稱間隔布置形成中心孔9。

如圖7a、圖7b所示，為錨筒3的一種變形結構，該結構與圖6a、圖6b所示的錨筒3的不同之處在于，該結構的錨筒3的兩塊錨筒構件13的相對面上均開設有沿各自中心線延伸的矩形凹槽C132，兩個凹槽C132對接后形成內錐孔8。為與該結構匹配，如圖15、圖17所示，為上夾片101、下夾片102的變形結構，該兩種結構與圖14、圖16所示的楔形雙夾片式結構1的不同之處在于，上夾片101、下夾片102的橫截面均為矩形。同時，如圖15、圖17所示的上夾片101、下夾片102的不同之處又在于，圖15中的上夾片101、下夾片102的相對面為平面B10，而圖17中的上夾片101、下夾片102則在中部開設矩形凹槽D133。

板材2的上、下表面均設置有與其同寬的護墊4。該護墊橫截面為矩形，厚度大于0.2mm，可采用BFRP、GFRP、CFRP纖維板或纖維布，其表面可以涂刷環氧石英砂或浸透聚氨酯。本實施例中，護墊4的厚度為0.5mm，寬度為10cm。為切實保護板材2位于錨筒3及楔形雙夾片式結構1外的部分，防止板材2在楔形雙夾片式結構1的細端處斷裂，護墊4的軸向長度a大于楔形雙夾片式結構1的軸向長度L及錨筒3的軸向長度W。

錨筒3的右端與中部開設通孔7的錨板5吻合相接，錨板5為正方形或矩形，且其左側面上設置有內凹的球面52，錨筒3靠近錨板5的右端設置有外凸的球面，該外凸的球面與內凹的球面52配合，通過兩者沿球面的緊密配合與轉動調整，實現遠端板材2的軸線與錨筒3的軸線的對中。

錨筒3左端還設有插接機構，后置防腐帽6通過插接機構與錨筒3相連接，軸向受拉的板材2貫穿通孔7、內錐孔8后最終貫穿并固定于中心孔9之中。

為避免中心孔9邊緣處對板材2造成切割傷害，楔形雙夾片式結構1的橫截面較小的一端的中心孔9的邊緣處設有圓弧倒角12。

裝配時，在錨固區域內的板材2由護墊4上下覆蓋保護，再將楔形雙夾片式結構1的上夾片101、下夾片102推入內錐孔8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，并使楔形雙夾片式結構1的外壁面與錨筒3的內壁面緊密接觸。通過轉動調整錨板5上的內凹的球面52與錨筒3的外凸的球面，使二者緊密配合的同時實現遠端板材2的軸線與錨筒3軸線的對中，在張拉鎖定工作完成后，錨筒3的后端插接后置防腐帽6。為進一步保證對中效果，內錐孔8、中心孔9、通孔7、板材2的中心線重合。

實施例二：

如圖8至圖9b所示，本實施例與實施例一的區別在于：

構成錨筒3的錨筒構件13為3個，3個錨筒構件13均為鋼制且至上而下疊加在一起，該結構的錨筒3的兩塊錨筒構件13的相對面上均開設有沿各自中心線延伸的矩形凹槽C132，相鄰兩個矩形凹槽C132對接后形成內錐孔8，共形成2個相互平行的內錐孔8。當然，上述矩形凹槽C132也可以變形為圓弧形凹槽B131，只要選擇外形與其匹配的楔形雙夾片式結構1即可，此處不贅述。每個內錐孔8內放置有一個楔形雙夾片式結構1，每個楔形雙夾片式結構1內夾持有一個覆蓋了護墊4的BFRP板2。BFRP板2為光面板，厚度為1.2cm，寬度為8cm。錨板5為鋼制且其左側面為平面A51，錨筒3右端面也為平面，二者之間為平面接觸。楔形雙夾片式結構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°。BFRP纖維布護墊4的表面均勻涂刷有110目環氧石英砂，其厚度為0.4mm。

本實施例的板錨結構系統裝配時，在錨固區域內的BFRP板2表面由護墊4上下覆蓋保護，再將楔形雙夾片式結構1的4個夾片推入錨筒3的2個內錐孔8中，并使楔形雙夾片式結構1的外壁面與錨筒3的內壁面緊密接觸，錨筒3的三塊可分離的錨筒構件13通過8個緊固螺栓鎖緊。采用千斤頂和工具錨對2根矩形BFRP板2施加150KN的軸向預應力，張拉后，通過將楔形雙夾片式結構1的4個夾片鎖定在錨筒3的2個內錐孔8中，再通過錨板5將本實施例的板錨結構系統與錨固結構體系錨定。

實施例三：

如圖10至圖12b所示，本實施例與實施例一的區別在于：

錨筒3為具有矩形橫截面的一體式結構，即為封閉式結構。錨板5為鋼制且其左側面為平面A51，錨筒3右端面也為平面，二者之間為平面接觸。板材2為CFRP光面板，厚度為0.8cm，寬度為12cm。楔形雙夾片式結構1的傾斜角度θ和內錐孔8的傾斜角度α均可設計為2°至10°。楔形雙夾片式結構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。護墊4為BFRP板，護墊4的厚度為0.3mm、寬度為12cm。

如圖13a、圖13b所示，為錨筒3、楔形雙夾片式結構1的一種變形結構，即采用了如圖14所示的上夾片101、下夾片102。

本實施例的板錨結構系統裝配時，在錨固區域內，CFRP板表面由BFRP板護墊4上下覆蓋保護，之后將楔形雙夾片式結構1的兩夾片推入封閉式矩形錨筒3的內錐孔8中，并使楔形雙夾片式結構1的外壁面與封閉式矩形錨筒3的內壁面緊密接觸。利用千斤頂和工具錨對矩形CFRP板施加180KN的軸向預應力，張拉完成后，將矩形CFRP板通過楔形雙夾片式結構1的2個夾片鎖定在內錐孔8中，最后通過錨板5將雙夾片式板錨結構系統與錨固結構體系錨定。

如圖18a至圖18f所示，本實施例的板錨結構系統的裝配方法，包括如下步驟：

I、將錨板5經通孔7從板材2的尾端穿入，并與錨定結構的表面固定連接；

II、將錨筒3從板材2的尾端穿入，并將錨筒3的右端平面與錨板5的平面A51緊密配合接觸；

III、在錨固區域為板材2的上下表面安放BFRP板護墊4，并將楔形雙夾片式結構1的2個夾片置放在覆蓋有BFRP板護墊4的板材2的上下面上；

IV、將內夾持有BFRP板護墊4和板材2的楔形雙夾片式結構1的2個夾片推入錨筒3的內錐孔8中；

V、采用千斤頂和工具錨對板材2施加軸向預應力，并通過楔形雙夾片式結構1的2個夾片將板材2鎖定在錨筒3的內錐孔8中，即將雙夾片式板錨結構系統與錨固結構體系錨定；

VI、切割板材2尾端的多余長度，利用后置防腐帽6將雙夾片式板錨結構系統的尾端密封。

實施例四：

如圖19a、圖19b所示，本實施例的板錨結構系統用于海岸防護結構的全風化地層中的CFRP板土層錨桿外錨頭的錨定。本實施例與實施例一的區別在于，板材2為長27m、橫截面尺寸為8mm厚、14cm寬的單根碳纖維增強復合材料CFRP板。錨筒3為具有矩形橫截面的一體式結構，即為封閉式結構。錨板5為鋼制且其左側面為平面A51，錨筒3右端面也為平面，二者之間為平面接觸。護墊4為GFRP板。

拉力型全長粘結式CFRP板土層錨桿施工步驟，即利用本實施例的系統的錨固方法，包括如下步驟：

㈠應用錨桿鉆機在已建有混凝土護岸擋墻的外側施工平臺上按設計位置及角度施打長26m、直徑為170mm的土層錨孔，并進行清水洗孔；

㈡將帶有對中器和注漿管的CFRP板2放入錨孔中的設計位置；

㈢開啟注漿泵，以0.6MPa的注漿壓力將水灰比為0.46的水泥漿從注漿管的底部灌入錨孔底部，直到注滿錨孔為止；

㈣將帶有通孔7的錨板5自CFRP板2的尾端穿過，在保證錨板5與施工錨孔垂直條件下，將錨板5焊接到雙工字鋼腰梁結構上；

㈤將錨筒3穿過CFRP板2的尾端，在錨固區域內的CFRP板2上下面覆蓋GFRP板護墊4；

㈥將楔形雙夾片式結構1的兩個夾片推入內錐孔8中，并使楔形雙夾片式結構1的外壁面與錨筒3的內壁面緊密接觸；

㈦采用千斤頂和工具錨對CFRP板2施加軸向預應力至設計值，然后利用楔形雙夾片式結構1的兩個夾片鎖定錨筒3中的CFRP板2，實現雙夾片式板錨結構系統與錨固結構體系的錨定；

㈧切割CFRP板2尾端的多余部分，利用后置防腐帽6將雙夾片式板錨結構系統的尾端密封，完成單根拉力型全長粘結式CFRP板土層錨桿的錨固施工。

實施例五：

如圖20a、圖20b所示，本實施例的板錨結構系統用于橋梁加固工程的CFRP張拉板端頭的錨固，該錨固工程共包含9套板錨結構系統。本實施例的板錨結構系統與實施例一的區別在于，楔形雙夾片式結構1采用如圖14、圖16所示的結構。錨筒3為具有矩形橫截面的一體式結構，即為封閉式結構。板材2為CFRP板。護墊4為BFRP板。

在裝配過程中，首先將2個帶有內凹的球面52的錨板5固定在鋼錨固件201上，再通過螺栓和高強結構膠將鋼錨固件201錨固于待加固橋梁底面的設計位置，并使2個鋼錨固件201相向間隔布置。然后將厚6mm，寬16cm的CFRP板2的兩端分別穿過2個鋼錨固件201的中心通孔202，隨后將2個錨筒3分別從CFRP板2的兩端穿入，并且錨筒3的前端凸球面與錨板5的內凹球面52緊密接觸。在CFRP板2的預定錨固位置的上下表面分別覆蓋BFRP板護墊4，再在BFRP板護墊的上下表面分別置放楔形雙夾片式結構1的2個夾片，隨后將夾持有BFRP板護墊4的楔形雙夾片式結構1的2個夾片推入錨筒3的內錐孔8中。在CFRP板2分別出露于楔形雙夾片式結構1的兩外端位置處分別利用工具錨夾緊CFRP板2的露出端，其中一端的千斤頂夾緊工具錨，并頂置于鋼錨固件201上，另一端的千斤頂對工具錨進行張拉。張拉達到設計預應力值后利用楔形雙夾片式結構1的兩夾片鎖定錨筒3中的CFRP板2。重復上述實施步驟，完成另一端的張拉鎖定工作，退出CFRP板2兩端的千斤頂及工具錨。最后切割CFRP板2兩端的露出端的多余部分，并在兩端的錨筒3的后端裝配后置防腐帽6，完成橋梁加固的一條張拉CFRP板的施工。

上述各實施例中，板材2為一根或兩根，還可以為三根或多根，其厚度大于2mm，寬度大于3cm。CFRP或BFRP板的外表面可以是光面或壓紋面，并可以通過局部石英砂噴涂進行表面加糙處理。在楔形雙夾片式結構1的錨固長度范圍內，可以在CFRP或BFRP板表面進行石英砂均勻噴涂處理，或采用前端局部范圍內不處理，后部大部分范圍內進行石英砂噴涂，也可以采用前端局部范圍內進行石英砂低密度噴涂，而后部大部分范圍內進行石英砂高密度噴涂。楔形雙夾片式結構1的長度L可大于或小于錨筒3的長度W。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。

分體式結構的錨筒3和楔形雙夾片式結構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。封閉式即一體式結構的錨筒3以及楔形雙夾片式結構1的夾片則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，本實用新型一種雙夾片式板錨結構系統，其目的在于針對巖土錨固、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板的端頭錨固提供一種安全可靠、實用經濟的板式錨具。采用本實用新型的雙夾片式板錨結構系統能夠減少板式錨具的幾何尺寸，降低板錨產生的小孔端應力集中的切口效應，避免CFRP/BFRP板在錨固過程中發生早期剪斷破壞致使錨固結構體系失效。而且，本實用新型的板錨結構系統裝配簡單，使用快速裝配方法，即可將CFRP/BFRP板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。