一种研究FRP筋拉伸性能的线性锚固辅助装置

摘要

本发明提供的一种研究FRP筋拉伸性能的线性锚固辅助装置，包括主架(1)、底座(2)、同心轴孔系统(3)和摆锤装置(4)；所述主架(1)固定于底座(2)上，包括下层(11)和上层(12)；所述同心轴孔系统(3)为一组分别设于底座(2)、下层(11)和上层(12)上的三层同轴心的孔道；所述摆锤装置(4)为两个，分别固定于同心轴孔系统(3)两侧的上层(12)上。该装置结构简单、使用方便，可用于研究直径不规则FRP筋本身拉伸性能时两端的锚固，保证FRP筋与锚具同轴，避免拉伸过程中剪切应力的影响，有效增加锚固的效率和有效性，提高科学研究的效率和有效性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种研究FRP筋拉伸性能的线性锚固辅助装置；具体地说，将需要进行 拉伸性能研究的FRP筋锚固过程，借助于此装置完成，保证FRP筋锚固的线性，避免 拉伸过程中的偏心现象。

背景技术

钢筋混凝土结构因其价格低廉，施工简单，性能优异广泛应用土木工程、建筑、军 工和某些特殊工程等。然而，传统钢筋混凝土配筋或现有的钢结构工程需要大量的钢材， 钢铁资源有限，随着资源的耗竭开采成本大幅度增大，而大大增加现有混凝土结构和钢 结构工程的耗资。另外，随着混凝土结构应用越来越广泛，在西部盐湖、南海及近海工 程中混凝土结构面临着苛刻的服役环境，钢筋锈蚀成为了影响混凝土结构寿命的主要问 题。因此需要寻找有效的材料以替代钢筋，解决资源及工程寿命问题。以碳纤维、芳纶 纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维等为增强材料，以树脂为基体制备而成的纤维增强聚合物 复合材料(Fiber Reinforced Polymer,简称FRP)成为了研究热点。

纤维增强聚合物筋(简称FRP筋)根据增强纤维的种类不同可分为玻璃纤维筋、碳 纤维筋、芳纶纤维筋和玄武岩纤维筋等，其拉伸强度是普通钢筋的1.5～5倍，密度是普 通钢筋的20％～25％，具有较高的强质比、不锈蚀和耐久性能好等优点，是一种新型和 优质用以替代钢筋增强混凝土的理想材料。

1941年，美国人Jackson首次提出用GFRP筋增强混凝土结构的专利，并逐渐开始 研究用GFRP筋代替钢筋作为混凝土的增强材料，但由于其抗碱性差而中断。1978年， 德国施屈劳柏建筑公司于拜耳化学厂合作研发“Polystal”的GFRP筋用于德、奥两国几座 桥梁上。21世纪初，日本的专家研制出以碳纤维增强树脂的高强复合筋，并应用于实际 工程中。2004年，天津静海地磁台记录室利用碳纤维的抗磁干扰性能，采用碳纤维增强 聚合物(CFRP)代替钢筋建成了国内第一个无钢结构建筑。

然而，随着FRP筋的研究深入，暴露出的问题越来越多，如玻璃纤维筋材的耐碱侵 蚀性能差、抗剪切强度低等严重限制了其应用范围，有关FRP筋在多种环境条件下的耐 久性能成为了新的研究热点。FRP筋拉伸性能是表征其力学性能的主要参数，但由于 FRP筋抗压及抗剪切强度低，在拉伸试验中夹具的压力容易引起应力集中而造成FRP 筋端部碎裂，所以需要在FRP筋两端锚固钢制锚具，用于研究FRP筋本身的拉伸强度。

FRP筋锚固时相对锚具的对中度决定着拉伸工程中剪切应力的大小，剪切应力的存 在将影响FRP筋拉伸强度值的有效性。本发明针对FRP筋锚固中的对中问题，设计了 一种锚固辅助装置，通过摆锤、预制同心孔系统和橡皮泥微调三重矫正FRP筋在锚固时 的线性，保证FRP筋的有效锚固，提高FRP筋拉伸性能测试的有效性。经检索，现有 技术中未见用摆锤、预制同心孔系统和橡皮泥保证FRP筋线性锚固的辅助装置。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于克服现有FRP筋拉伸性能研究中锚固技术存在的缺点 和不足，提供一种FRP筋有效线性锚固的辅助装置。

技术方案：本发明提供的一种研究FRP筋拉伸性能的线性锚固辅助装置，包括主架、 底座、同心轴孔系统和摆锤装置；所述主架固定于底座上，包括下层和上层；所述同 心轴孔系统为设于为一组分别设于底座、下层和上层上的三层同轴心的孔道；所述摆锤 装置为两个，分别固定于同心轴孔系统两侧的上层上。

作为改进，所述底座底部设有底座调节螺丝，中部设有气孔盘；底座调节螺丝用于 调节底座的水平度，底座的水平度根据气孔盘中气泡是否在中心位置判断。

作为另一种改进，所述下层与底座的距离为200mm～300mm，所述上层与下层的距 离为150mm～250mm。

作为另一种改进，所述下层和上层的孔径相同，为12mm～20mm；底座的孔径为 26mm～34mm。

作为另一种改进，所述同心轴孔系统的孔道横截面为圆形或正多边形。

作为另一种改进，所述摆锤装置的长度为100mm～200mm。

有益效果：本发明提供的研究FRP筋拉伸性能的线性锚固辅助装置结构简单、使用 方便，可用于研究直径不规则FRP筋本身拉伸性能时两端的锚固，保证FRP筋与锚具 同轴，避免拉伸过程中剪切应力的影响，有效增加锚固的效率和有效性，提高科学研究 的效率和有效性。

具体而言，本发明装置相对于现有技术，具有以下突出的优势：

(1)本发明研究FRP筋拉伸性能的线性锚固辅助装置可用于FRP螺纹筋或粘砂筋的锚 固，保证FRP筋锚固的线性；

(2)本发明研究FRP筋拉伸性能的线性锚固辅助装置可同时支持多根筋材的锚固，增 加锚固的效率和有效性；

(3)本发明研究FRP筋拉伸性能的线性锚固辅助装置锚固FRP筋操作简便；

(4)本发明研究FRP筋拉伸性能的线性锚固辅助装置采用钢材制造，结构牢固，可支 持长久实用，提高科学研究效率和有效性。

附图说明

图1为本发明研究FRP筋拉伸性能的线性锚固辅助装置的主视图；

图2为本发明研究FRP筋拉伸性能的线性锚固辅助装置的左视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做出进一步说明。

研究FRP筋拉伸性能的线性锚固辅助装置，见图1和2，包括主架1、底座2、同心 轴孔系统3和摆锤装置4。

主架1固定于底座2上，采用不锈钢制作，分为两层结构，包括下层11和上层12；， 主要支撑同心轴孔系统3和摆锤装置4。根据FRP筋常用锚固长度，设计主架1的下层 11与底座2的距离为200mm～300mm，上层12与下层11的距离为150mm～250mm；主 架的长度可根据一次性需要锚固试样的多少而定。

同心轴孔系统3为一组分别设于底座2、下层11和上层12上的三层同轴心的孔道； 主架1的下层11和上层12的孔径相同，可根据锚固筋材的直径决定，优选12mm～20mm； 底座2的孔径大小根据筋材所用锚具的直径决定，孔径较大部分利用橡皮泥填补，优选 为26mm～34mm。采用橡皮泥根据FRP筋外径相应调整，保证FRP筋与孔系统同轴。 同心轴孔系统3的孔道横截面为圆形或正多边形。

摆锤装置4为两个，其长度均为100mm～200mm，分别固定于同心轴孔系统3两侧 的上层12上；摆锤装置4用于辅助验证FRP筋材的线性。

底座2底部设有底座调节螺丝5，中部设有气孔盘6；底座调节螺丝5用于调节底座 2的水平度，底座2的水平度根据气孔盘6中气泡是否在中心位置判断。

研究FRP筋拉伸性能的线性锚固辅助装置的应用方法，包括以下步骤：首先采用底 座调节螺丝5和气孔盘6调平底座2；将锚固FRP筋用锚具插入底座的孔道中，锚具和 底座上的孔道之间会有一定的间隙，这个间隙用于调整FRP筋的中心位置，最后如果仍 存在间隙，用橡皮泥填补；然后，将欲锚固的FRP筋插入主架1的下层11和上层12 的孔道和锚具中，根据同心轴孔系统3上标记的轴线对中FRP筋中心位置。对中后，利 用橡皮泥将FRP筋固定于主架结构的下层11和上层12的孔道中，根据FRP筋与锚具 同轴将锚具固定于底座结构上的孔道中，然后向锚具中浇注锚固浆体或锚固胶，完成 FRP筋的锚固。

更具体的：

根据FRP筋常用锚固长度设计主架结构，下层11距底座高度为250mm，上层12 距下层11的高度为200mm，摆锤装置4安装于同心轴孔系统3两侧，长度为190mm。

同心轴孔系统3采用13孔道长度；根据研究FRP筋直径决定主架1上层12和下层 11的孔径，以15mm最常用，底座结构2上的孔道直径以30mm为佳。由于FRP筋表 面处理方式不同，导致其直径分布不均，锚固中橡皮泥的作用是适应FRP筋表面形貌调 整对中度。