一种FRP片材柳叶状刻痕夹板锚制造技术

本发明专利技术公开了一种FRP片材柳叶状刻痕夹板锚，包括FRP片材、上柳叶状刻痕夹板、下柳叶状刻痕夹板；设计的柳叶状刻痕方向与FRP板材纤维方向垂直，柳叶状刻痕之间相间分布，柳叶状刻痕深度与宽度从锚具的出口处到端部逐渐增大，上下夹板提供的摩擦力从出口处到端部也随之逐渐增大，能够有效降低锚具出口处的应力峰值，充分发挥材料性能，增大接触面之间的摩擦力，提高抗滑能力和锚固效率，缩短锚固长度，节省材料，提高经济性。本发明专利技术在尺寸以及其他条件相同的情况下，锚固效率比作用面不采用柳叶状刻痕的夹板提高了28％。状刻痕的夹板提高了28％。状刻痕的夹板提高了28％。

【技术实现步骤摘要】
一种FRP片材柳叶状刻痕夹板锚


[0001]本专利技术涉及一种FRP片材柳叶状刻痕夹板锚，属于土木工程和复合材料


技术介绍

[0002]FRP(Fiber Reinforced Polymer，纤维增强塑料)具有质量轻，强度高，耐腐蚀，抗疲劳性能好等优点，相对于钢材FRP有更好的发展前景。FRP片材可以用于建筑结构和桥梁领域，如结构加固和用作索桥的拉索等。
[0003]FRP是一种新型的高性能复合材料，具有轻质、高强、耐腐蚀、抗疲劳、低蠕变、高阻尼等诸多优异的力学性能。由FRP制成拉索，可以解决钢索自重过大、强度不足、承载效率低、耐久性差等缺点。而FRP又是一种典型的正交各项异性材料，虽然纵向抗拉强度很高，但横向强度与抗剪强度均较低，通常会在锚固体系的锚具出口处产生过大的正应力与剪应力峰值，造成FRP拉索的提前破坏，这就使得FRP材料不容易如钢材一般通过夹持来锚固。为了减小锚具出口处的应力峰值，防止FRP拉索的过早破坏，国内外现有的锚固体系通常采用增大锚固长度、提高锚固厚度，或采用护套、变刚度黏结剂等特殊的构造措施，这将会使锚具过长、体积过大、结构复杂、造价增加，极大地影响FRP拉索的经济性与适用性。
[0004]中国专利201911366867.8设计了一种基于环
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夹协同作用的FRP多层片材锚固体系，所述的锚固体系包括FRP多层片材、套环、波形夹板、紧固螺栓、螺母和垫圈。所述FRP多层片材等分为两股，其端头分别按顺时针和逆时针方向绕过所述套环完成缠绕，然后用所述波形夹板、紧固螺栓、螺母和垫圈将FRP多层片材端头夹紧，最后将锚固区FRP多层片材层合固化。该技术充分考虑了FRP自身的材料特性，能很好利用套环处FRP多层片材层间的黏结力、FRP片材与套环之间的摩擦力与索夹处波形夹板与FRP片材之间的机械咬合力与摩擦力，实现套环和索夹的协同锚固作用，从而达到提升锚固效率、缩短锚固长度、简化生产工艺、降低制造成本的目标。
[0005]中国专利201910174103.2设计了一种FRP片材变夹持力波形夹板锚，涉及高强度复合材料领域的工程结构用锚具。包括上波形夹板、下波形夹板、螺栓、螺帽、垫圈及FRP片材。FRP片材穿过上下波形夹板，上下波形夹板将FRP片材紧密夹持，在上下波形夹板的螺栓孔处加上垫圈螺栓穿过上下波形夹板，通过拧紧螺帽将FRP片材锚固。采用波形夹板代替平夹板来夹持FRP片材，且锚固螺栓半径从锚具的出口处到端部逐渐增大，锚固螺栓所提供的夹持力从出口处到端部也随之逐渐增大，可有效降低锚具出口处的应力峰值，提高锚固效率，缩短锚固长度，节省材料，提高经济性。
[0006]FRP是一种正交异性材料，其垂直于纤维向的强度与模量远小于纤维向的强度与模量，这使得FRP不容易如钢材一般通过夹持来锚固。要锚固FRP片材需要研制专门的锚具、夹具。国内外现存的FRP片材锚具主要存在两大缺点：1)锚固刚度不足，致使锚固长度过长，FRP片材滑移量过大；2)在锚具出口处会产生较大的应力峰值，致使FRP片材提前破坏，锚固效率不高。现有的FRP拉索锚固体系主要是平板夹持、楔形夹片或黏结体系，都是对于FRP拉索锚固结构本身的升级优化，这种技术设计往往存在锚固体积过大、结构复杂、经济性与适
用性不佳的问题。因此设计一种利用锚具夹板自身结构和材料特性相融合的新型夹板锚非常有必要。

技术实现思路

[0007]为了实现上述目的，本专利技术设计了一种FRP片材柳叶状刻痕夹板锚，设计的柳叶状刻痕方向与FRP板材纤维方向垂直，柳叶状刻痕之间相间分布，柳叶状刻痕深度与宽度从锚具的出口处到端部逐渐增大，上下夹板提供的摩擦力从出口处到端部也随之逐渐增大，能够有效降低锚具出口处的应力峰值，充分发挥材料性能，增大接触面之间的摩擦力，提高抗滑能力和锚固效率，缩短锚固长度，节省材料，提高经济性。CFRP是一种先进的高性能结构材料，轻质高强性能十分突出，可以解决传统结构材料不能解决或者不能很好解决的工程问题。同时，CFRP具有耐腐蚀、抗疲劳等优异性能，CFRP拉索理论寿命可达100年，可显著减少桥梁拉索的运营维护费用，降低桥梁全寿命周期的经济成本。CFRP索，特别是大吨位CFRP索的锚固问题，一直是制约国产CFRP索在大型工程中应用的瓶颈。山东省聊城市兴华路跨徒骇河大桥成功应用CFRP索，在中国乃至世界土木工程领域都具有里程碑式意义，为我国将来在更大跨度桥梁中应用CFRP索迈出了坚实的一步，为CFRP应用开辟了新领域，培育了新市场，有力促进国产碳纤维产业的健康发展。本专利技术在实际工程中应用时，需要先对CFRP索进行预应力张拉，从CFRP索的类型、位置、强度、尺寸以及厚度等方面综合考虑，合理的对FRP片材柳叶状刻痕夹板锚的各项参数指标进行设计，比如刻痕数目、刻痕间距、深浅程度等。本专利技术所用到的柳叶状刻痕夹板锚固系统，上下夹板表面带有柳叶状刻痕，相比波形以及平夹板能够提供更多的摩擦力，刻痕相间分布，由浅入深，材料所受摩擦应力也会由小到大，能够很好的降低端口的峰值应力。同时，螺栓以及刻痕的搭配也会大大提高CFRP索和锚具之间的机械咬合力，从而提高CFRP索的锚固效率，进而减少锚固长度，降低经济成本。本专利技术对CFRP拉索在土木工程新建结构领域的应用起到了一定的推进作用。
[0008]本专利技术采用的技术方案为一种FRP片材柳叶状刻痕夹板锚，包括FRP片材(1)、上柳叶状刻痕夹板(2)、下柳叶状刻痕夹板(3)；上柳叶状刻痕夹板(2)、下柳叶状刻痕夹板(3)上下对应布置，FRP片材(1)穿在上柳叶状刻痕夹板(2)和下柳叶状刻痕夹板(3)之间，上柳叶状刻痕夹板(2)和下柳叶状刻痕夹板(3)将FRP片材(1)夹持紧密；上柳叶状刻痕夹板(2)底面与下柳叶状刻痕夹板(3)顶面上均设有柳叶状刻痕，上柳叶状刻痕夹板(2)底面的柳叶状刻痕为凸起结构，下柳叶状刻痕夹板(3)顶面的柳叶状刻痕为凹槽结构；上柳叶状刻痕夹板(2)底面与下柳叶状刻痕夹板(3)顶面之间互相紧密吻合并且无缝对接；柳叶状刻痕方向与FRP板材纤维方向垂直布置。
[0009]上柳叶状刻痕夹板(2)底面与下柳叶状刻痕夹板(3)顶面上的柳叶状刻痕的深度与宽度沿夹持FRP片材(1)的长度方向逐渐增大，上柳叶状刻痕夹板(2)底面与下柳叶状刻痕夹板(3)顶面之间的摩擦力从锚具的出口处到端部也随之逐渐增大。
[0010]设柳叶状刻痕夹板的长度的为L，柳叶状刻痕夹板的宽度为B，则刻痕的深度h与每排刻痕中心线到第一排刻痕中心线的距离x成线性关系，刻痕长度l与夹板宽度B成线性关系，刻痕宽度b与刻痕深度h成线性关系，具体的尺寸关系如下：
[0011]①
.柳叶状刻痕深度h：
[0012]FRP片材柳叶状刻痕夹板锚的夹板出口端距离第一排刻痕20mm，且第一排刻痕的
深度为0.5mm，以此为原点，每向端部延伸20mm，刻痕深度就增加0.5mm，深度满足一次函数，公式为：h＝0.025x+1
[0013]②
.柳叶状刻痕长度l：
[0014]上柳叶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种FRP片材柳叶状刻痕夹板锚，其特征在于：包括FRP片材(1)、上柳叶状刻痕夹板(2)、下柳叶状刻痕夹板(3)；上柳叶状刻痕夹板(2)、下柳叶状刻痕夹板(3)上下对应布置，FRP片材(1)穿在上柳叶状刻痕夹板(2)和下柳叶状刻痕夹板(3)之间，上柳叶状刻痕夹板(2)和下柳叶状刻痕夹板(3)将FRP片材(1)夹持紧密；上柳叶状刻痕夹板(2)底面与下柳叶状刻痕夹板(3)顶面上均设有柳叶状刻痕，上柳叶状刻痕夹板(2)底面的柳叶状刻痕为凸起结构，下柳叶状刻痕夹板(3)顶面的柳叶状刻痕为凹槽结构；上柳叶状刻痕夹板(2)底面与下柳叶状刻痕夹板(3)顶面之间互相紧密吻合并且无缝对接；柳叶状刻痕方向与FRP板材纤维方向垂直布置；上柳叶状刻痕夹板(2)底面与下柳叶状刻痕夹板(3)顶面上的柳叶状刻痕的深度与宽度沿夹持FRP片材(1)的长度方向逐渐增大，上柳叶状刻痕夹板(2)底面与下柳叶状刻痕夹板(3)顶面之间的摩擦力从锚具的出口处到端部也随之逐渐增大。2.根据权利要求1所述的一种FRP片材柳叶状刻痕夹板锚，其特征在于：设柳叶状刻痕夹板的长度的为L，柳叶状刻痕夹板的宽度为B，则刻痕的深度h与每排刻痕中心线到第一排刻痕中心线的距离x成线性关系，刻痕长度l与夹板宽度B成线性关系，刻痕宽度b与刻痕深度h成线性关系，具体的尺寸关系如下：
①
.柳叶状刻痕深度h：FRP片材柳叶状刻痕夹板锚的夹板出口端距离第一排刻痕20mm，且第一排刻痕的深度为0.5mm，以此为原点，每向端部延伸20mm，刻痕深度就增加0.5mm，深度满足一次函数，公式为：h＝0.025x+1
②
.柳叶状刻痕长度l：上柳叶状刻痕夹板(2)与下柳叶状刻痕夹板(3)的两侧需要布置螺栓(4)，所以实际夹板与FRP片材(1)相互作用的面的宽度为刻痕夹板宽度减去两侧螺栓(4)所占宽度，公式如下：奇数排刻痕长度：l＝3...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳清瑞，刘开全，刘越，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：