本文介绍了一种用于控制剪切销钉锚栓安装质量的方法，该锚栓旨在延缓外贴纤维增强聚合物的分层。本方案包括钻孔准备和插入过程。文中讨论了影响锚栓效率的最关键参数。
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本文内容
摘要
摘要
纤维增强聚合物（FRP）锚具是一种有前景的技术，可提高应用于既有结构的外贴FRP的性能，因其能够延缓甚至防止剥离破坏。然而，设计人员面临的一个主要问题是锚具因应力集中而导致的过早破坏。清孔质量差和钻孔准备不当可能引起应力集中，从而导致此类过早破坏。本文介绍一种旨在减小应力集中影响并实现钻孔制备过程有效质量控制的安装方法。该方法包括三个部分：钻孔与清孔、使用定制钻头对孔边缘进行修整，以及锚具本身的安装，包括锚杆的浸渍和插入。随后将锚具扇片（钉刺的自由段）粘贴至外部FRP加固层上。对于端部锚固，且在多层加固的情况下，建议将锚具扇片插入两层之间，以促进应力传递机制。
该建议的施工流程辅以一种基于大量数据库的钉形锚固件设计方法。建议设计过程遵循若干步骤，即：选择锚固件直径及连接件的相应抗拉强度（即锚固件在自由端展开前的抗拉强度）、评估因弯曲导致的抗拉强度折减、提供足够的埋入深度以防止滑移破坏，以及针对特定的加固材料考虑锚固件的数量和间距。需要指出的是，为进一步获得钉形锚固件对FRP加固材料整体粘结强度贡献的通用表达式，仍需开展深入研究。
引言
FRP 锚具为提升现有结构外贴 FRP 的性能提供了一种有前景的方法，因为它可以延缓甚至防止剥离破坏1,2。然而，设计人员主要担忧的问题是锚具在弯曲区域因应力集中而在剪切作用下发生过早破坏。安装质量以及预留孔的加工精度对于限制引发此类过早破坏的应力集中至关重要。
本文介绍一种安装方法，旨在减小应力集中的影响，并对钻孔制备和锚杆安装过程提供适当的质量控制。该方法包括四个部分：钻孔并清理孔洞，使用定制钻头修整孔边缘以避免弯曲区域内的应力分布不均，锚杆本身的安装（包括锚杆的浸渍及其插入），以及将锚杆粘结到加固材料上。
根据先前已发表的研究3,4,5,6,7，可以得出结论：带有弯曲区域的钉状锚栓（即自由端与嵌入区域之间存在一定角度）会发生应力集中，容易导致过早失效。由于原始构件的几何形状限制，这种情况并不总是能够避免。在许多情况下，广泛采用90°的销钉角度，尽管普遍认为135°的销钉角度能够....
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方案
1. 锚点安装方法
注意：该方法包括钻孔、清洁孔边缘并使其平滑，以及锚固剂的浸渍和锚栓的插入。
- 钻孔至所需的埋置深度，并确保孔径符合规定。
- 使用合适的钻孔工具（例如电锤或金刚石取芯钻头）。对于混凝土结构，钻孔工具的选择标准与粘结锚栓相同，可参考已发表的研究10,11。使用电锤时，钻孔转速不得超过800 rpm。
- 应保证钻孔间隙（即钻头直径与连接件直径之差）不小于4 mm，建议该间隙为8–10 mm。这有助于孔壁的修整，并允许锚杆在钻孔内弯曲。
注意：商用纤维绳在浸渍后的公称直径通常为10至12 mm。视频协议中展示的锚杆所用纤维绳的公称直径为12 mm。
- 应保证钻孔间隙（即钻头直径与连接件直径之差）不小于4 mm，建议该间隙为8–10 mm。这有助于孔壁的修整，并允许锚杆在钻孔内弯曲。
- 使用合适的钻孔工具（例如电锤或金刚石取芯钻头）。对于混凝土结构，钻孔工具的选择标准与粘结锚栓相同，可参考已发表的研究10,11。使用电锤时，钻孔转速不得超过800 rpm。
- 控制埋置长度并修整孔壁。长度控制极为重要，因为锚杆性能对长度极为敏感。建议埋置长度范围为75至150 mm。
- 进行长度控制时，将一根刚性杆插入钻孔中，用卷尺测量该杆的总长度以及插入后外露部分的长度，通过比较两者来确定埋深。
- 钻孔完成后，使用手动吹气泵进行首次清尘。请遵循吹气泵制造商的操作说明。首....
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结果
对分离的连接件进行测试，以评估平滑方法的有效性。此外，比较了两种连接件的浸渍与插入方法。湿法是在插入前立即浸渍锚固件，如本方案所述。硬化法（或预浸渍法）则是在插入前至少24小时预先对锚固件的嵌入区域进行浸渍。
根据所提出的方法进行的测试表明，与相同埋入长度和孔径的未抛光试样相比，平均强度提高了27 MPa。值得注意的是标准差方面的差异：采用该方法处理的抛光试样标准差仅为10.9 MPa，而相同构型的未抛光试样标准差则为88.2 MPa。需要指出的是，在任何测试中均未达到所用碳纤维绳的抗拉强度，因为所有锚固试样均因发生剪切破坏而提前失效。
两种浸渍与安装方法在极限荷载方面差异不大，但在数据离散性方面存在显著差异。这与质量控制的相对难易程度有关，而质量控制对钉形锚固件尤为关键。需要注意的是，FRP锚固件的操作需要熟练工人。然而，由于硬化.......
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讨论
本文介绍了一种用于安装和设计纤维增强复合材料（FRP） spike anchors 的分步操作方案。据作者所知，目前尚无关于安装参数及安装过程对锚固承载力影响的 spike anchors 详细操作规程。
所提出的修整钻头通过降低应力集中，有助于提高倒刺锚杆的性能，并已证明其在减少单个锚杆试验数据离散性方面具有显著效果。这与安装过程中质量控制的提升密切相关。此外，按照建议的安装规程施工的锚杆表现出较低的数据离散性，从而可减小标准差，有助于实现更可靠的设计。
关于所呈现的测试结果，在极限载荷方面，预浸渍安装与湿法安装之间没有显著差异。然而，针对所提出的方案，建议在插入锚固销钉之前立即进行浸渍，以确保弯曲区域得到充分浸渍。此外，这可以防止因弯曲区域中树脂固化而导致的脆性破坏。如果采用预浸渍安装，则必须确保已固化部分的长度短于锚固销钉的直腿部分。在测试条件下，插入后对弯曲区域实现充分浸渍较为困难。但应注意，当连接器的分叉区域被展开时，这一问题会有所减轻。
定制钻头的主要缺点是其.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
作者谨向Sika SAU表示感谢，感谢他们的支持，特别是为锚栓和加固材料提供的物资。特别感谢Betazul在定制钻头以及视频制作过程中提供的帮助。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 混凝土 | 用于支撑的混凝土由作者配制，强度等级不低于C40 | ||
| SikaWrap anchor C | SIKA | 该材料用于FRP spike锚栓。SikaWrap Anchor C是一种单向碳纤维绳，外覆弹性纱布。该纱布可在现场切割，形成扇形端部，用于锚固在砌体和混凝土结构加固中使用的CFRP布材和板材。 | |
| Sikadur 330 | SIKA | 浸渍树脂，适用于手工浸渍方法。该产品用于在插入前对锚固销进行浸渍处理 | |
| Sikadur 30 | SIKA | 触变性双组分环氧树脂，可用刮刀涂抹，因此几乎适用于任何施工场合，包括顶面施工 | |
| 钻头 | Betazul | 用于修整孔洞的钻头，由作者设计并由Betazul SA公司开发 | |
| 电锤钻 | Hilti | 用于在砌体和混凝土上钻设锚固孔的工具，适用于不同钻孔范围 | |
| 钢丝刷 | Hilti | Hit系列 | 用于对不同直径和埋置深度的钻孔进行适当清理 |
| 吹气泵 | Hilti | Hit系列 | 手动吹气泵 |
| SikaWrap-230 C | SIKA | 用于干法施工的单向编织碳纤维布 | |
| 铝制气泡滚压辊 | Fibre glast | 适用于需要施加较高压力以排除气泡的层压操作。其辊面宽度方向平直，可为几乎所有应用提供优良的排气效果 | |
| 刷子 | 用于FRP束材和片材的浸渍 | ||
| 600 kN试验机 | Proeti | DI-CP/S | 用于锚固件的抗剪试验，以评估所提出插入方法的有效性 |
| 扎带 | 需要使用扎带来固定锚固销的末端，以防止纤维在插入过程中散开 | ||
| 卷尺 | 卷尺用于控制埋置长度以及钻头直径和孔径间隙 | ||
| 钢丝 | 辅助插入操作所需 | ||
| 刚性（钢制）杆 | 需要一根任何材质的刚性杆（本例中使用钢杆）来控制埋置长度 |
参考文献
- Grelle, S., Sneed, L. An evaluation of anchorage systems for fiber-reinforced polymer (FRP) laminates bonded to reinforced concrete elements. Struct Cong. , 1157-1168 (2011).
- Kalfat, R., Al-Mahaidi, R., Smith, S. Anchorage devices used to improve the performance of reinforced concrete beams retrofitted with FRP composites: State-of-the-art review. J Compos Constr
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