CN101929220B - 智能复合螺旋箍筋及其制造方法和建筑复合材料锚固头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能复合螺旋箍筋及其制造方法和建筑复合材料锚固头，涉及建筑复合材料和检测传感器领域。智能复合螺旋箍筋是一种由复合材料和光导纤维复合而成的呈圆形或多边形的锥体螺旋状箍筋。建筑复合材料锚固头包括智能复合螺旋箍筋、锚垫板、预应力绳材和波纹管；智能复合螺旋箍筋的小螺旋端面和锚垫板的左端面连接成一个锚固整体；在锚固整体的中心轴线设置有预应力绳；在预应力绳材的外圈设置有波纹管，波纹管的右端面和锚垫板的左端面连接。本智能复合螺旋箍筋具有自监测、自诊断功能，具有强度高、稳定性好、耐腐蚀、抗电磁干扰强、体积小、重量轻、精度高等优点。本智能复合螺旋箍筋及其锚固头适用于桥墩、隧道等工程的施工与监测。

Description

智能复合螺旋箍筋及其制造方法和建筑复合材料锚固头

技术领域

本发明涉及建筑复合材料和检测传感器领域，尤其涉及一种智能复合螺旋箍筋及其制造方法和建筑复合材料锚固头。

背景技术

长期以来，我国建筑材料主要使用传统的土木建筑材料和钢筋等金属建筑材料。随着我国经济建设的持续快速发展，高强、轻型、优质的新型建筑复合材料作为现代建筑的基础材料，其发展越来越受到重视。随着新型建筑复合材料需求的大幅度攀升，原有建筑材料已经不能满足现代建筑的需求。

美国OCF公司凭借其在玻璃纤维领域的优势，研发了轻型的玻璃纤维复合筋等新型建筑复合材料；21世纪初，日本的专家又研究出用基于碳纤维增强树脂的高强碳纤维复合筋代替钢筋等新材料，并已被实际应用。复合筋具有重量轻、强度高、耐腐蚀性强等优点。

近几年来，碳纤维复合筋在我国也进行了小规模的生产和应用试验，并且经过国家建材局产品质检中心和中冶研究院等对复合筋的安全使用性能进行了试验和研究。由于碳纤维材料价格昂贵，对于大量应用碳纤维复合筋作为建筑材料，不但要进口碳纤维，而价格很高(300-500元/kg)，投资大，因而受到资金等条件限制；而且碳纤维复合箍筋只能手工制作，还是单箍。

传统型电阻应变片和振弦传感器是在使用时粘贴于被测试的建筑上，而封装式光纤传感器是将传感器封装于薄金属套管中或是埋于FRP纤维片材的层间，使用时将其粘贴于被测试的建筑上，给施工布设传感器带来了很多不便，成品率不高，测试时传感器的精度也低，所以传统型智能筋应用于建筑结构监测上的寿命很短，未能得到大量的推广和应用。

经检索，尚无智能复合螺旋箍筋及其建筑复合材料锚固头。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种智能复合螺旋箍筋及其制造方法和建筑复合材料锚固头。

本发明的目的是这样实现的：

一、智能复合螺旋箍筋

本智能复合螺旋箍筋是一种由复合材料和光导纤维复合而成的呈圆形或多边形的锥体螺旋状箍筋。

本箍筋具有优良的力学、化学、热学等方面的性能，又有较低的价格优势，是一种自监测、自诊断、并具有优化配置的智能型多功能的新型建筑材料。

二、智能复合螺旋箍筋的制造方法(简称方法)

本方法在于用机械的生产方式代替手工生产，不仅能制造单圈开口式箍筋或单圈封闭式箍筋，还能制造螺旋箍筋。

本方法是通过螺旋牵引，使半固化的玄武岩纤维或其他纤维、树脂和光导纤维在模芯上弯曲成螺旋状圆形或多边形箍筋，其圈数可以从1到任意圈，保持箍筋的两端不张开。

具体地说，本方法包括下列步骤：

①将玄武岩纤维从纱架上引出，在树脂粘合剂槽中浸渍后，经过多孔成型板，使其成为一种扭力状态下的浸渍纤维；

②将浸渍纤维牵引到纤维集束装置的模芯套孔中，同时将光纤引导器中的光纤引导进入纤维集束装置的模芯中心，经模芯连续转动、拉挤制成一种中央是光纤、周围是玄武岩纤维或者其他纤维(纤维含量大于80％)、表面有螺纹状的复合光纤筋雏形；

③将复合光纤筋雏形送入75℃-110℃半固化烘干炉中，使其达到半固化状，得到一种稳定尺寸的复合光纤筋毛坯；

④将复合光纤筋毛坯在模芯上以设定的螺旋牵引速度前进，使其螺旋缠绕成圆形或多边形的智能复合螺旋箍筋毛坯，前进的速度是1-3m/分钟；

⑤将智能复合螺旋箍筋毛坯送到固化烘干定形炉中经过180℃-245℃的固化温度使半固化状材料得以固化定型即为本智能复合螺旋箍筋；

⑥在切割机中，按照规定的圈数切割成智能复合螺旋箍筋单个件；

⑦将每件智能复合螺旋箍筋的两个端部的光纤引出与光缆相联结，光缆为使用时与检测仪器的连接导线，从而形成圆形或多边形的智能复合螺旋箍筋产品；

⑧检验光路畅通后，进行包装。

三、基于智能复合螺旋箍筋的建筑复合材料锚固头(简称锚固头)

本锚固头包括智能复合螺旋箍筋、锚垫板、预应力绳材和波纹管；

智能复合箍筋的小螺旋端面和锚垫板的左端面连接成一个锚固整体；

在锚固整体的中心轴线设置有预应力绳材；

在预应力绳材的外圈设置有波纹管，波纹管的右端面和锚垫板的左端面连接。

锚固头的工作原理：

在后张法制作预应力混凝土构件时，在预应力绳(或钢绞线)拉张过程中，随着张力的增加，锚垫板附近的混凝土承受很大的压力载荷；由于载荷非常集中，一般情况，混凝土都会发生断裂，因此无法实现预应力拉张，也就无法使构件保持足够的预应力。因此必须在局部采用钢筋或复合材料筋加强局部抗挤压强度。混凝土本身抗压强度很高，上述的断裂破坏的主要原因是与压力方向呈45度的斜截面上的剪切应变，螺旋箍筋可以限制这种切应变，因而加强了构件的局部强度。其力学原理是：材料在轴向压缩，径向即发生泊松效应而膨胀，泊松效应越强，45度截面的切应变越大。限制了泊松效应，就限制了切应变。因此提高了承载力。

螺旋箍筋呈锥形扩展，锥形的局部加强结构引导应力均匀化分散，使应力分布到更大的截面，并当远离挤压点较远时，应力已经不再集中在局部，就不再需要螺旋箍筋了。因此。螺旋箍筋起局部加强作用，所需要的长度较小，一般为几十厘米到一米左右，不需要贯穿整个构件。其锥形小端直径与锚垫板相当，大端面积接近构件的截面积的四分之一到二分之一即可。

本发明具有下列优点和积极效果：

1、本智能复合螺旋箍具有自监测、自诊断功能；

自身既是混凝土的骨架和增强材料，又是传感器，可以测量应变、应力、温度和混凝土内部的裂纹与位置等很多物理变化状况；

在施工时与建筑物的钢筋或复合筋同时布设。

2、本智能复合螺旋箍的抗拉强度是钢筋的3倍而重量是钢筋的四分之一，具有强度高、稳定性好、耐腐蚀、抗电磁干扰强、体积小、重量轻、精度高等优点。

3、本智能复合螺旋箍的形状与尺寸保持规整一致，方便包装、运输和安装，成品率高。

4、本方法实现了机械化生产，提高了生产效率，减轻了生产工人的劳动强度，减少了原料的损耗和作业场地，节能效果明显；

5、本智能复合螺旋箍及其锚固头适用于桥墩、隧道等工程的施工与监测。

附图说明

图1是本箍筋的结构示意图

图2.1是本锚固头的结构示意图(主视)；

图2.2是本锚固头的结构示意图(侧视)。

其中：

10-智能复合螺旋箍筋；

20-锚垫板；

30-预应力绳材；

40-波纹管。

具体实施方式

下面结合附图和实例详细说明：

一、智能复合螺旋箍筋10

如图1，智能复合螺旋箍筋10是一种由复合材料和光导纤维复合而成的呈圆形或多边形的锥体螺旋状箍筋。

*所述的复合材料是玄武岩纤维与碳纤维复合材料，也可以是玄武岩纤维和高性能玻璃纤维的混合纤维，混合比在30％到70％之间。

*所述的光导纤维是经过标定的普通通讯光纤，作为传感器用，同时也是信号传输的载体；数量为3-6根：

一根用于测试智能复合螺旋箍筋10的温度，并作为测量应变时的温度补偿；

一根用于测试智能复合螺旋箍筋10的应变；

其余为备用件。

智能复合螺旋箍筋10可以测量包括应变、应力、温度等物理场，检测混凝土内部的裂纹、空洞、气泡并确定其位置。

智能复合螺旋箍筋10具有强度高、稳定性好、耐腐蚀等优点，作为带有传感器的智能化构件，传感器的设置不影响原有物理场，能感知的内部应力、应变、温度等信息，而不是根据表面的测量推测内部状态，另外它还具有抗电磁干扰强、体积小、重量轻、精度高等优点。

二、基于智能复合螺旋箍筋的建筑复合材料锚固头(简称锚固头)

1、总体结构

如图2.1、2.2，本锚固头包括智能复合螺旋箍筋10、锚垫板20、预应力绳材30和波纹管40；

智能复合螺旋箍筋10的小螺旋端面和锚垫20的左端面连接成一个锚固整体；

在锚固整体的中心轴线设置有预应力绳30；

在预应力绳材30的外圈设置有波纹管40，波纹管40的右端面和锚垫板的左端面连接。

2、功能部件

1)智能复合箍筋10

面前已述。

2)锚垫板20

如图2.1、2.2，锚垫板20是一种用复合材料制成的板块，其上设置有小孔。

其功能是：

(1)传递预应力锚具的挤压力，并使压力分散，以便提高混凝土的局部抗挤压能力；

(2)密封波纹管，以便在预应力张拉以后向波纹管灌浆固化；

(3)锚垫板上的预留的小孔作为灌浆的入口，以及灌浆时空气排出的出口；

(4)作真空灌浆时，排气口用作抽真空的接口。

3)预应力绳材30

如图2.1、2.2，预应力绳材30一种用复合材料制成的绳材；

其功能是通过张拉为混凝土构件提供预应力

4)波纹管40

如图2.1、2.2，波纹管40是一种常用件。

其功能是在混凝土浇筑时在精确的位置留下预应力绳的通道。混凝土固化以后，预应力绳材穿过其中，并实施张拉；波纹管配合锚垫板对预应力绳管道进行密封，以便张拉完毕后压浆或者真空灌浆，固定拉张后的预应力绳。

Claims (1)

1.一种智能复合螺旋箍筋的制造方法，智能复合螺旋箍筋(10)是一种由复合材料和光导纤维复合而成的呈圆形或多边形的锥体螺旋状箍筋；

其特征在于制造方法包括下列步骤：

①将玄武岩纤维从纱架上引出，在树脂粘合剂槽中浸渍后，经过多孔成型板，使其成为一种扭力状态下的浸渍纤维；

②将浸渍纤维牵引到纤维集束装置的模芯套孔中，同时将光纤引导器中的光纤引导进入纤维集束装置的模芯中心，经模芯连续转动、拉挤制成一种中央是光纤、周围是玄武岩纤维、表面有螺纹状的复合光纤筋雏形；

③将复合光纤筋雏形送入75℃-110℃半固化烘干炉中，使其达到半固化状，得到一种稳定尺寸的复合光纤筋毛坯；

④将复合光纤筋毛坯在模芯上以设定的螺旋牵引速度前进，使其螺旋缠绕成圆形或多边形的智能复合螺旋箍筋毛坯，前进的速度是1-3m/分钟；

⑤将智能复合螺旋箍筋毛坯送到固化烘干定形炉中经过180℃-245℃的固化温度使半固化状材料得以固化定型即为本智能复合螺旋箍筋；

⑥在切割机中，按照规定的圈数切割成智能复合螺旋箍筋单个件；

⑦将每件智能复合螺旋箍筋的两个端部的光纤引出与光缆相联结，光缆为使用时与检测仪器的连接导线，从而形成圆形或多边形的智能复合螺旋箍筋产品；

⑧检验光路畅通后，进行包装。

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