一种锚具内壁面带V型凹槽的CFRP群锚锚固体系
本发明涉及高强度锚固的，尤其涉及一种锚具内壁面带v型凹槽的cfrp群锚锚固体系。
背景技术：
1、粘结型锚具由于能充分发挥cfrp索股的抗拉强度，国内外学者研制了各种粘结型锚具。目前cfrp粘结型锚具设计主要以内锥形为主，锚具内锥形设计不仅能利用粘结介质的粘结力来锚固cfrp索股，还能通过内壁的楔形面产生挤压应力，显著增强锚固效果。然而，cfrp索股对剪切作用较为敏感，内锥型锚具虽然通过增大径向挤压力提高了承载力，但易在加载端产生过大的径向压应力导致cfrp索股损伤。cfrp索股锚具的设计原则是避免在锚固区域产生过大或突变的径向应力。
技术实现思路
1、鉴于上述现有的cfrp索股对剪切敏感，内锥形锚具可能因径向挤压力过大而损伤cfrp索股的问题，提出了一种锚具内壁面带v型凹槽的cfrp群锚锚固体系。
2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：依次包括钢套筒，设置于钢套筒内部的所述cfrp索股，设置于所述钢套筒两端的封堵件，以及
3、其中，沿着所述钢套筒的轴向设置有环状槽，所述环状槽的横截面呈v字状；
4、所述钢套筒外径呈圆柱状，所述cfrp索股位于所述钢套筒的内部，所述钢套筒与cfrp索股之间填充有环氧树脂；
5、所述环状槽用于提高钢套筒和环氧树脂结剂界面上的摩擦力；
6、所述封堵件位于钢套筒的两端，所述封堵件用于防止环氧树脂流出。
7、作为本发明所述一种锚具内壁面带v型凹槽的cfrp群锚锚固体系的一种优选方案，其中：所述环状槽位于所述钢套筒的内壁，所述环状槽用于改善cfrp索股的应力分布；
8、所述环状槽深度为2mm～8mm之间，所述环状槽间距为5mm～15mm之间，所述环状槽的夹角为120°；所述环状槽深度的优选值为2mm，所述环状槽间距的优选值为5mm。
9、作为本发明所述一种锚具内壁面带v型凹槽的cfrp群锚锚固体系的一种优选方案，其中：所述钢套筒的外表面所刻螺纹为4mm～55mm深，长度为1/2；
10、所述钢套筒长度在mm～600mm之间，所述钢套筒的长度的优选值为600mm；
11、所述钢套筒可锚固7、19、37、61、91丝cfrp索股。
12、作为本发明所述一种锚具内壁面带v型凹槽的cfrp群锚锚固体系的一种优选方案，其中：所述钢套筒依次包括内锥段、圆弧段、直筒段；所述内锥段用于增大粘结介质与cfrp索股的径向挤压应力；所述圆弧段用于衔接直筒段与内锥段；所述直筒段用于减少加载端a的应力集中。
13、作为本发明所述一种锚具内壁面带v型凹槽的cfrp群锚锚固体系的一种优选方案，其中：所述内锥段、圆弧段、直筒段上依次开设有第一灌胶口、第二灌胶口、第三灌胶口；
14、其中，所述第一灌胶口、第二灌胶口、第三灌胶口均用于环氧树脂的灌装。
15、作为本发明所述一种锚具内壁面带v型凹槽的cfrp群锚锚固体系的一种优选方案，其中：所述钢套筒从内锥段向着直筒段流动方向为第一方向y；
16、其中，沿着第一方向y流动行径的一端为加载端a，所述第一方向y流动的起始端为自由端b；
17、所述内锥段位于钢套筒的自由端b，所述圆弧段连接内锥段和直筒段，所述直筒段位于钢套筒的加载端a。
18、作为本发明所述一种锚具内壁面带v型凹槽的cfrp群锚锚固体系的一种优选方案，其中：所述内锥段的倾角在4°～6°之间，所述圆弧段半径在1500mm～2500mm之间，所述直筒段占所述钢套筒的1/6～1/3的位置；
19、其中，所述内锥段倾角的优选值为5°，所述圆弧段半径的优选值2500mm，所述直筒段长度的优选值为占所述钢套筒1/4的位置。
20、作为本发明所述一种锚具内壁面带v型凹槽的cfrp群锚锚固体系的一种优选方案，其中：所述封堵件包括设置于所述钢套筒上的限位螺母，设置于所述的钢套筒两端的端堵；
21、所述限位螺母用于钢套筒的固定，所述端堵为中间开圆孔的钢薄片，所述钢薄片的外径与对应的钢套筒口的外径相同，所述钢薄片的内径稍大于cfrp索股。
22、作为本发明所述一种锚具内壁面带v型凹槽的cfrp群锚锚固体系的一种优选方案，其中：所述端堵用于防止环氧树脂流出，使得cfrp索股穿过内孔，保证筋材对中，所述端堵的内径优选值比cfrp索股的直径大1mm。
23、作为本发明所述一种锚具内壁面带v型凹槽的cfrp群锚锚固体系的一种优选方案，其中：三段式锚固体系参数构造几何关系是根据钢套筒的相关参数进行计算得出，具体计算公式如下：
24、
25、其中，l1为锚具内锥段，l2为圆弧段，l3为直筒段，d1为加载端a内径，d2为自由端b内径，dc为单根cfrp索股直径，ds为cfrp索股净距，de为加载端a处最外层cfrp索股圆心至套筒内边缘距离，r为圆弧段曲率半径，θ为内锥角，△h为凹槽深度，△s为凹槽间距。
26、本发明的有益效果为：
27、(1)新型锚具三段式结构的设计，使锚固区的径向应力峰值明显降低，同时使cfrp索股材受到的挤压应力沿纵向分布达到更加均匀的效果。同时相比于传统的内锥形锚固体系加载端径向应力最大，新型锚固体系的径向应力分布规律刚好相反，即加载端处的径向应力最小，有效避免了加载端应力集中的现象。
28、(2)新型锚固体系锚具内壁面v形凹槽的设计，增大粘结介质－钢套筒界面的摩擦系数减小粘结介质的楔入量，改善cfrp索股的应力分布。避免cfrp索股内外层筋材由于受力不均匀而提前破坏，具有较高锚固效率和抗疲劳性能。
技术特征：
1.一种锚具内壁面带v型凹槽的cfrp群锚锚固体系，其特征在于：依次包括钢套筒(100)，设置于钢套筒(100)内部的cfrp索股(200)，设置于所述钢套筒(100)两端的封堵件(300)，以及
2.如权利要求1所述的一种锚具内壁面带v型凹槽的cfrp群锚锚固体系，其特征在于：所述环状槽(400)位于所述钢套筒(100)的内壁，所述环状槽(400)用于改善cfrp索股(200)的应力分布；
3.如权利要求1所述的一种锚具内壁面带v型凹槽的cfrp群锚锚固体系，其特征在于：所述钢套筒(100)的外表面所刻螺纹为4mm～55mm深，长度为1/2；
4.如权利要求2所述的一种锚具内壁面带v型凹槽的cfrp群锚锚固体系，其特征在于：所述钢套筒(100)依次包括内锥段(101)、圆弧段(102)、直筒段(103)；所述内锥段(101)用于增大粘结介质与cfrp索股(200)的径向挤压应力；所述圆弧段(102)用于衔接直筒段(103)与内锥段(101)；所述直筒段(103)用于减少加载端(a)的应力集中。
5.如权利要求4所述的一种锚具内壁面带v型凹槽的cfrp群锚锚固体系，其特征在于：所述内锥段(101)、圆弧段(102)、直筒段(103)上依次开设有第一灌胶口(104)、第二灌胶口(105)、第三灌胶口(106)；
6.如权利要求4所述的一种锚具内壁面带v型凹槽的cfrp群锚锚固体系，其特征在于：所述钢套筒(100)从内锥段(101)向着直筒段(103)流动方向为第一方向(y)；
7.如权利要求5所述的一种锚具内壁面带v型凹槽的cfrp群锚锚固体系，其特征在于：所述内锥段(101)的倾角在4°～6°之间，所述圆弧段(102)半径在1500mm～2500mm之间，所述直筒段(103)占所述钢套筒(100)的1/6～1/3的位置；
8.如权利要求3所述的一种锚具内壁面带v型凹槽的cfrp群锚锚固体系，其特征在于：所述封堵件(300)包括设置于所述钢套筒(100)上的限位螺母(301)，设置于所述的钢套筒(100)两端的端堵(302)；
9.如权利要求8所述的一种锚具内壁面带v型凹槽的cfrp群锚锚固体系，其特征在于：所述端堵(302)用于防止环氧树脂流出，使得cfrp索股(200)穿过内孔，保证筋材对中，所述端堵(302)的内径优选值比cfrp索股(200)的直径大1mm。
10.如权利要求9所述的一种锚具内壁面带v型凹槽的cfrp群锚锚固体系，其特征在于：三段式锚固体系参数构造几何关系是根据钢套筒(100)的相关参数进行计算得出，具体计算公式如下：
技术总结
本发明公开了一种锚具内壁面带V型凹槽的CFRP群锚锚固体系，涉及煤矿开采的技术领域，依次包括钢套筒，设置于钢套筒内部的所述CFRP索股，设置于所述钢套筒两端的封堵件，以及其中，沿着所述钢套筒的轴向设置有环状槽，所述环状槽的横截面呈V字状；所述环状槽开设在所述钢套筒的内壁；所述钢套筒外径呈圆柱状，新型锚具三段式结构的设计，使锚固区的径向应力峰值明显降低，同时使CFRP索股材受到的挤压应力沿纵向分布达到更加均匀的效果。同时相比于传统的内锥形锚固体系加载端径向应力最大，新型锚固体系的径向应力分布规律刚好相反，即加载端处的径向应力最小，有效避免了加载端应力集中的现象。
技术研发人员：贾丽君,张文超,肖汝诚,徐利平,裴辉腾,袁杉杉,李珂韦,罗可典,彭洲
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5