一种GFRP锚杆预应力锚固结构及预应力加载方法与流程

一种gfrp锚杆预应力锚固结构及预应力加载方法
技术领域
1.本发明涉及边坡、隧洞或基坑gfrp锚杆预应力锚固支护领域，特别涉及一种gfrp锚杆的预应力锚固结构及其预应力加载方法。


背景技术：

2.gfrp是一种由树脂基质和纤维材料复合而成的新型加固材料，与钢筋锚杆相比具有耐腐蚀、抗拉强度高、自重轻等优点，gfrp锚杆弹性模量低，约为钢筋的1/4。为限制边坡、隧洞或基坑等加固体前期变形，在使用gfrp锚杆进行边坡、基坑锚固支护时，需施加预应力。
3.gfrp锚杆为各向异性材料，其抗剪强度约为抗拉强度的1/5～1/4。采用常规锚杆的楔形夹片锚具对gfrp锚杆施加预应力，极易导致锚固部位剪切破坏，不能充分发挥gfrp锚杆的抗拉性能。
4.gfrp锚杆是由玻璃纤维束经过浸润、压模、挤压、拉拔、固化工艺后成型的，其抗拉强度较高，抗扭性能较差。目前常用的gfrp锚杆施加预应力时，主要用钢套筒填充粘合剂，后转接锚杆或钢绞线，再采用空心千斤顶进行轴向张拉。通过空心千斤顶张拉gfrp锚杆设备复杂，工序繁琐，操作不方便，工作效率低，特别是在需要预应力锚杆加固的倒悬位置，布置千斤顶施加预应力比较困难。


技术实现要素：

5.本发明要的目的是：针对上述存在的问题，提出一种gfrp锚杆的预应力锚固结构及预应力加载方法，以避免剪切破坏和方便安装及确保结构可靠。
6.根据本发明的第一个方面，本发明所采用的技术方案如下：
7.一种gfrp锚杆预应力锚固结构，其特征在于，包括抗扭锚杆系统、承压系统和加载输入系统；
8.所述抗扭锚杆系统由套筒锚杆结构及其防转限位槽和升降滑轨组成，套筒锚杆结构中的套筒设置抗扭配合结构，套筒上端设置外螺纹，其中，防转限位槽和升降滑轨设置在承压系统中；所述承压系统由承压板、减阻钢珠及混凝土承台组成，所述套筒的上端穿过承压板及混凝土承台，其伸出段设置所述外螺纹；所述加载输入系统包括与所述外螺纹螺纹连接并处在减阻钢珠之上的锚固螺母，锚固螺母设置与扭力施加设备连接的扭力输入部位。
9.进一步地，所述套筒锚杆结构包括套筒、粘合剂、gfrp锚杆，所述套筒通过粘合剂将套筒与gfrp锚杆杆体牢固结合，防止gfrp锚杆在施加预应力时发生剪切破坏；所述套筒的上端设置所述外螺纹；所述粘合剂形成的套状结构基本布置在套筒和gfrp锚杆重叠的整个长度内。
10.进一步地，所述套筒锚杆结构包括套筒、粘合剂、gfrp锚杆，所述套筒通过粘合剂将套筒与gfrp锚杆杆体牢固结合；粘合剂形成厚度均匀的连接隔套，套筒和gfrp锚杆保持
同轴。
11.进一步地，所述套筒穿过承台的部分焊接抗扭翼板作为抗扭结构，所述抗扭翼板与升降滑轨滑动连接配合；所述滑轨设置在防转限位槽中。所述滑轨可减少所述抗扭结构与限位槽的接触面积，减小预应力损失。
12.进一步地，所述承压板顶面围绕套筒锚杆结构的伸出孔设置环形滑轨，在环形滑轨中放置一圈减阻钢珠，所述减阻钢珠为高强度耐腐蚀圆珠，减阻钢珠、滑轨用于减小摩擦阻力，提高力矩与轴向应力的转换效率。
13.所述混凝土承台根据工程实际情况及设计要求尺寸浇筑，并预留限位槽及孔洞，用于承受所述承压板传递过来的轴向压力；所述混凝土承台预留竖向空槽作为所述防转限位槽，用于限制套筒锚杆结构发生扭转变形。
14.所述承压板为防腐性能好的钢板，支撑于混凝土承台之上，承压板和混凝土承台用于将gfrp锚杆的轴线应力传递至加固体。
15.所述锚固螺母采用高强度耐腐蚀，所述锚固螺母内螺纹与所述抗扭套筒锚杆结构的套筒外螺纹配合，所述锚固螺母用于将扭力施加设备的力矩转换为gfrp锚杆的轴向应力，并在荷载分级施加完成后锁定轴向应力。
16.所述扭力加载设备为预应力施加设备，向所述锚固螺母施加荷载，所述扭力施加设备可选手动扭力扳手、电动扭力扳手或液压扭力扳手；
17.所述扭力施加设备施加的扭力荷载，通过所述锚固螺母及所述套筒外螺纹将荷载转换为锚杆的轴向荷载，进而达到施加预应力的目的。
18.根据本发明的第二个方面，本发明所采用的技术方案如下：
19.一种gfrp锚杆预应力加载方法，其特征在于，包括以下步骤：
20.(1)、在加固体中按照设计要求钻孔；
21.(2)、将加工好的上述的抗扭套筒锚杆结构放入钻孔中，并按照设计要求进行灌浆；
22.(3)、在钻孔孔口浇筑混凝土承台，浇筑混凝土承台时预留防转限位槽并预埋滑轨；
23.(4)、待灌浆及混凝土承台强度达到设计要求的强度后，在混凝土承台上放置承压板，在承压板上放置减阻钢珠，将锚固螺母拧紧至减阻钢珠位置；
24.(5)、根据锚固螺母大小选择合适的扭力施加设备，根据预应力设计值大小采用手动、电动或者液压扭力设备，逐级施加扭力，最终完成预应力施加及锁定。
25.进一步地，加工抗扭套筒锚杆结构时，将套筒的设置螺纹的这一端朝下，竖放在支撑面上，将锚杆居中插入套筒中到底，并灌胶排气，待胶水固化后完成套筒和锚杆的连接；套筒表面的抗扭配合结构在套筒与锚杆粘结之前或之后焊接在套筒表面的设定位置。
26.本发明的有益效果是：
27.(1)本发明合理的利用钢套筒将施加预应力时的锚具与gfrp锚杆隔离，将预应力施加在钢套筒上，通过与gfrp锚杆牢固结合的钢套筒将预应力传递给gfrp锚杆，避免了预应力施加过程中锚具与gfrp锚杆直接接触而发生剪切破坏的现象，并且，该装置中的限位槽及套筒外的抗扭结构，限制gfrp锚杆的扭转，防止gfrp锚杆受扭破坏。有效简化预应力施加设备，简化预应力施加工序，提高工作效率。
28.(2)本发明合理地利用限位槽限制gfrp锚杆发生扭转变形，利用滑轨及减阻钢珠减少摩阻力，提高扭矩与轴力之间的转换效率，利用扭力施加设备提供扭矩，通过锚固螺母将扭矩转换为轴向应力，进而达到预应力施加及锁定的目的。避免了gfrp锚杆受扭破话，同时简化了预应力施加设备及预应力施加工序。
附图说明
29.图1是本发明的平面结构示意图。
30.图2是本发明的纵剖面结构示意图。
31.图3-1是本发明中承压板和减阻钢珠配置的俯视图。
32.图3-2是本发明中承压板和减阻钢珠配置的侧视图。
33.图4是本发明扭力施加示意图。
具体实施方式
34.下面详述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
35.如图1～图4所示，本发明的gfrp锚杆预应力锚固结构包括抗扭限位槽1、升降滑轨2、抗扭翼板3、钢套筒5、粘合剂6、gfrp锚杆7、混凝土承台8、锚固螺母9、减阻钢珠11和承压板10。
36.所述抗扭限位槽1可在浇筑所述混凝土承台8时预留，限位槽1尺寸可根据所述抗扭翼板3的长度和厚度确定。
37.所述升降滑轨2可在浇筑所述混凝土承台8时预埋在所述限位槽1中，所述抗扭翼板3与升降滑轨接触，可降低摩擦阻力，提高扭矩与轴向应力的转换效率。
38.所述抗扭翼板3焊接在所述钢套筒5上，根据预应力设计值大小确定抗扭翼板3的尺寸及焊接长度；抗扭翼板3深入限位槽1并与滑轨2接触，在施加扭力时限制gfrp锚杆7扭转变形，进而防止gfrp锚杆受扭破坏。
39.所述钢套筒5一端带有外螺纹，另一端与抗扭翼板3焊接。
40.所述粘合剂6为膨胀性填充材料，确保gfrp锚杆7与钢套筒5内壁之间牢固结合，避免了预应力施加过程中锚具与gfrp锚杆7直接接触而发生剪切破坏的现象。粘合剂形成厚度均匀的连接隔套，套筒和gfrp锚杆保持同轴。所述粘合剂形成的套状结构基本布置在套筒和gfrp锚杆重叠的整个长度内。
41.所述gfrp锚杆7一端深入钢套筒5中，通过粘合剂6与钢套筒5牢固结合，另一端深入钻孔，通过灌浆与加固体牢固结合。
42.所述混凝土承台8可根据加固对象不同选择不同的结构形式，如框架梁或单独混凝土承台等形式。
43.所述锚固螺母9与所述钢套筒5的外螺纹满足装配要求，锚固螺母9与所述承压板10接触面一侧带有环形滑轨；所述螺母9的作用是将所述扭力施加设备12施加的力矩转换为所述gfrp锚杆7的轴向应力，并锁定轴向应力。
44.所述承压板10为耐腐蚀钢板，承压板与所述锚固螺母9接触面一侧带有一环形滑
轨；所述减阻钢珠11放置在锚固螺母9和承压板10的环形滑轨之间并密布一圈，将锚固螺母9与承压板10之间的滑动摩擦阻力转换为滚动摩擦阻力，进而实现减小摩擦阻力的目的。
45.如图1～图4所示，采用上述gfrp锚杆预应力锚固结构的预应力施加方法，包括以下步骤：
46.(1)、在边坡、隧洞或基坑等加固体中按照设计要求钻孔7。
47.(2)、将由钢套筒5、抗扭翼板3、粘合剂6及gfrp锚杆组装好的抗扭套筒锚杆结构放入钻孔7中，抗扭翼板3处在钻孔孔口以上部分，并按照设计要求进行灌浆。
48.(3)、在钻孔口部浇筑混凝土承台8，浇筑混凝土承台8时预留限位槽1并预埋升降滑轨2。
49.(4)、待灌浆及混凝土承台8强度达到设计要求的强度后，在混凝土承台8上放置承压板10，在承压板10的环形滑轨中放置一圈减阻钢珠11，将锚固螺母9拧紧至减阻钢珠11位置。
50.(5)、根据锚固螺母9大小选择合适的扭力施加设备12，根据预应力设计值大小采用手动、电动或者液压扭力设备12，逐级施加扭力，最终完成预应力施加，并通过锚固螺母9锁定轴向应力。
51.本发明通过粘合剂6将gfrp锚杆7与钢套筒5牢固结合，避免了预应力施加过程中锚具与gfrp锚杆直接接触而发生剪切破坏的现象；利用限位槽限制gfrp锚杆发生扭转变形，防止gfrp锚杆受扭破坏；利用滑轨及减阻钢珠减少摩阻力，提高扭矩与轴力之间的转换效率；利用扭力施加设备提供扭矩，通过锚固螺母将扭矩转换为轴向应力，进而达到预应力施加及锁定的目的；同时，还简化了预应力施加设备及预应力施加工序。
52.以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围，即凡依本发明所作的均等变化与修饰，皆为本发明权利要求范围所涵盖，这里不再一一举例。