CN102094536B - 一种阵列式波形齿夹具锚 - Google Patents

Abstract

一种阵列式波形齿夹具锚，涉及增强或加固工程结构的高强度纤维复合材料片材的夹具和锚具。本发明主要包括上波形齿板、0～29层加劲波形齿板、下波形齿板及3～31排高强度螺栓和螺母。本发明具有结构紧凑，自重轻，使用灵活方便，适应能力强，应用范围广，成本低等优点，更利于在工程应用中推广；利用本发明能夹持和锚固2～900条FRP片材，并能提高FRP片材的材料强度利用率，能提高工程结构的承载力及跨越能力。本发明可广泛应用于用FRP片材制作大吨位斜拉索、吊杆拉索、系杆拉索及体外预应力索等。

Description

一种阵列式波形齿夹具锚

一、技术领域

本发明属于纤维复合材料的连接和锚固技术领域，具体涉及增强或加固工程结构的高强度纤维复合材料片材的夹具和锚具。

二、背景技术

高强度纤维增强复合材料(简称FRP)，如碳纤维增强塑料、高分子聚合物纤维增强塑料、玻璃纤维增强塑料等，具有自重轻、承载力大、抗疲劳、耐腐蚀等特性，广泛应用于航天航空、飞机制造、体育娱乐用品、船舶、汽车、建筑等领域。但因其抗剪性能较差，不便于连接和锚固。因此，在应用中，FRP片材的连接和锚固是必须解决的难题。

现有的连接和锚固FRP片材的夹具和锚具，如专利号为ZL02244587.0的“高强度复合材料波形齿夹具锚”专利，公开的波形齿夹具锚主要由上、下波形齿板、加劲波形齿板和压紧及锁定装置组成。该专利的主要缺点只能对1～4条高强度纤维复合材料片材进行夹持和锚固；而且由于该专利只能对0.1～1mm的FRP片材能够提供可靠的锚固，即使夹持和锚固4条FRP片材，其总的锚固吨位不高。又如专利号为201020161019.1专利的“夹持厚型高强度纤维复合材料片材的波形齿夹具锚”专利，公开的波形齿夹具锚主要由上、下波形齿板和压紧及锁定装置组成。该专利虽然能够夹持厚型FRP片材(1～30mm厚)，锚固吨位得到了大幅度提高，但是该专利的主要缺点是只能对1条高强度纤维复合材料片材进行夹持和锚固，而且由于该专利对很厚的FRP片材进行夹持和锚固时，所要求的波形齿的齿高较高，相应地波形齿夹具锚的长度以及厚度都比较大，使得锚具的长度和重量相对增大，在同等锚具重量下，所能提供的总的锚固吨位有限，不能满足大型拉索结构的锚固吨位。

现有的大型桥梁的斜拉索的所要求的锚固吨位非常大，少则几百吨，多则几千吨，现有的波形齿夹具锚不能用于大型工程结构中对高强度纤维复合材料进行连接和锚固。

三、发明内容

本发明的目的是针对现有连接和锚固FRP片材的夹具和锚具的不足，提供一种阵列式波形齿夹具锚，具有能可靠且有效夹持2～900条的FRP片材，且结构紧凑，制造工艺简单，施工方便，成本低廉；本发明结构合理，能作为大吨位的锚夹具，充分发挥FRP片材的强度，扩大FRP材料在工程结构中的应用范围；本发明能作为FRP片材的锚固用的锚具，也能用作FRP片材的连接夹具，具有功能多样等特点。

本发明的机理是：增加上波形齿板、下波形齿板及加劲波形齿板的宽度，增加加劲波形齿板的层数，并增加高强度螺栓的排数，使被夹持和锚固的FRP片材形成多种形式的矩阵排列(即阵列)，实现对多条FRP片材的可靠夹持和锚固，达到制作大吨位拉索锚夹具的目的。

实现本发明目的的技术方案是：一种阵列式波形齿夹具锚，主要包括上波形齿板、加劲波形齿板、下波形齿板及高强度螺栓和螺母，特征是：所述的加劲波形齿板的层数为0～29层，所述的上、下波形齿板及加劲波形齿板的宽度和长度，均根据被增强和加固的工程结构的要求确定，在所述的上、下波形齿板及加劲波形齿板上，分别对应地设置3～31排螺栓孔，每排螺栓孔之间相距50mm～300mm。用于增强和加固工程结构的高强度纤维增强复合材料(FRP)片材分别放置在两相邻波形齿板之间的每两排螺栓孔之间，所述的两相邻波形齿板之间是指上波形齿板与相邻的加劲波形齿板之间和相邻两加劲波形齿板之间及下波形齿板与相邻的加劲波形齿板之间、或无加劲波形齿板的波形齿夹具锚的相邻的上、下波形齿板之间。所述的每排螺栓孔的数量，分别根据上、下波形齿板及加劲波形齿板的长度确定。每根高强度螺栓分别穿过上、下波形齿板或上波形齿板、加劲波形齿板、下波形齿板上对应的每个螺栓孔后，用防松动螺母拧紧，将上、下波形齿板及其间夹持的高强度纤维增强复合材料(FRP)片材或上波形齿板、加劲波形齿板、下波形齿板及其间夹持的高强度纤维增强复合材料(FRP)片材压紧及锁定。

本阵列式波形齿夹具锚，在上、下波形齿板之间(即当加劲波形齿板为0层时)夹持和锚固1层高强度纤维增强复合材料(FRP)片材，或者在上波形齿板与加劲波形齿板之间、1～29层加劲波形齿板之间、加劲波形齿板与下波形齿板之间，夹持和锚固2～30层高强度纤维增强复合材料(FRP)片材，即夹持和锚固高强度纤维增强复合材料(FRP)片材的层数(也是阵列式波形齿夹具锚的行数)为1～30；单层夹持和锚固高强度纤维增强复合材料(FRP)片材的数量为2～30条(即本阵列式波形齿夹具锚加固和锚固FRP片材的列数为2～30)，最后采用3～31排高强螺栓和螺母固定连接并锁定，从而完成(1～30)×(2～30)的阵列式波形齿夹具锚的功能。因此在设计锚固吨位较大的情况下，本阵列式波形齿夹具锚的尺寸较紧凑，结构更简单，自重更小，制作成本更低，使用更方便，更利于在工程应用中推广。

本发明采用上述技术方案后，主要有以下效果：

1.本发明能够夹持和锚固2～900条[即(1～30)×(2～30)阵列的]FRP片材，使得阵列式波形齿夹具锚的锚固吨位能得到大幅度提高，能用来制作大吨位桥梁拉索的锚夹具，为具有高强、轻质、耐腐蚀等优良特性的FRP材料在大型桥梁工程中的应用奠定了坚实的基础，能提高该工程结构的承载能力及跨越能力。

2.本发明能夹持多条FRP片材，在锚固吨位一定的前提下，单条FRP片材的设计拉力较小，则片材的厚度和宽度等参数较小，这将使得波形齿夹具锚各个组成部件的设计尺寸更小，即总体的锚具重量能控制在合理的范围内，使得锚具的运输、安装都比较方便，成本低，便于在工程应用中推广。

3.本发明对被夹持和锚固的FRP片材采用多种形式的阵列布置方式，少则1×2阵列，多达30×30阵列，中间的每排高强螺栓能对其两侧的2条FRP片材实现压紧及锁定，结构更合理、紧凑，使得作为压紧及锁定装置的高强螺栓的使用效率达到最高，减轻了锚夹具的自重，进一步降低了制作成本。

4.本发明增加上、下波形齿板及加劲波形齿板的宽度，使被夹持和锚固的FRP片材在横向阵列，也能提高上、下波形齿板及加劲波形齿板的波形齿面的利用效率，使波形齿夹具锚在宽度方向上更紧凑，减轻了锚夹具的重量。

本发明可广泛适用于用FRP片材制作大吨位斜拉索、吊杆拉索、系杆拉索及体外预应力索等，能作为这类构件的FRP片材的夹具和锚具，用于对FRP索进行预应力张拉、锚固及连接，能提高FRP片材的材料强度利用率，能提高桥梁等工程结构的承载力，能增加桥梁的跨越能力。

四、附图说明

图1为本实施例1的立体示意图；

图2为图1的A-A剖面图；

图3为图1的B-B剖面图(即4×3阵列)；

图4为本实施例2阵列示意图(即1×2阵列)。

图中：1上波形齿板，2下波形齿板，3加劲波形齿板，4高强度螺栓和螺母，5高强度纤维增强复合材料片材。

五、具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步说明本发明。

实施例1：

如图1～3所示，一种阵列式波形齿夹具锚，主要包括上波形齿板1、加劲波形齿板3、下波形齿板2及高强度螺栓和螺母4，特征是：所述的加劲波形齿板3的层数为3层，根据被增强和加固的工程结构的要求，所述的上、下波形齿板1、2及3层加劲波形齿板3的宽度为400mm、长度为600mm。在所述的上、下波形齿板1、2及加劲波形齿板3上，分别对应地设置4排螺栓孔，每排螺栓孔之间相距100mm，12条用于增强和加固工程的高强度碳纤维增强复合材料(CFRP)片材分4层(即4排)、每层3条(即3列)分别放置在两相邻波形齿板之间的每两排螺栓孔之间，所述的两相邻波形齿板之间是指上波形齿板1与相邻的加劲波形齿板3之间和相邻两加劲波形齿板3之间及下波形齿板2与相邻的加劲波形齿板3之间。所述的每排螺栓孔的数量，根据上、下波形齿板1、2及加劲波形齿板3的长度为600mm而确定为10个。每根高强度螺栓4分别穿过上波形齿板1、加劲波形齿板3、下波形齿板2上对应的每个螺栓孔后，用防松动螺母拧紧，将上波形齿板1、加劲波形齿板3、下波形齿板2及其间夹持的碳纤维片材压紧及锁定。

由于每条厚型碳纤维增强复合材料(CFRP)片材的设计拉力为60吨，该4×3阵列式锚具能达到设计吨位720吨。

实施例2：

如图4所示，一种阵列式波形齿夹具锚，同实施例1，其中：所述的加劲波形齿板3的层数为0层，所述的上、下波形齿板1、2的宽度为800mm、长度为500mm。在所述的上、下波形齿板1、2上，分别对应地设置3排螺栓孔，每排螺栓孔之间相距300mm，2条用于增强和加固工程的高强度玄武岩纤维增强复合材料片材分1层分别放置在上、下波形齿板1、2之间的两排螺栓孔之间，每排螺栓孔的数量5个。

由于每条厚型玄武岩纤维增强复合材料(CFRP)片材的设计拉力为30吨，该1×2阵列式锚具能达到设计吨位60吨。

实施例3：

一种阵列式波形齿夹具锚，同实施例1，其中：所述的加劲波形齿板3的层数为29层，所述的上、下波形齿板1、2及29层加劲波形齿板3的宽度为1800mm、长度为1000mm。在所述的上、下波形齿板1、2及加劲波形齿板3上，分别对应地设置31排螺栓孔，每排螺栓孔之间相距50mm，900条用于增强和加固工程的高强度芳纶纤维增强复合材料(AFRP)片材分30层(即30排)、每层30条(即30列)分别放置在两相邻波形齿板之间的每两排螺栓孔之间，所述的两相邻波形齿板之间是指上波形齿板1与相邻的加劲波形齿板3之间和相邻两加劲波形齿板3之间及下波形齿板2与相邻的加劲波形齿板3之间，所述的每排螺栓孔的数量为20个。

由于每条薄型芳纶纤维增强复合材料(CFRP)片材的设计拉力为2吨，该30×30阵列式锚具能达到设计吨位1800吨。

Claims (1)

1.一种阵列式波形齿夹具锚，主要包括上波形齿板(1)、加劲波形齿板(3)、下波形齿板(2)及高强度螺栓和螺母(4)，其特征在于：所述的加劲波形齿板(3)的层数为29层，所述的上、下波形齿板(1、2)及加劲波形齿板(3)的宽度1800mm、长度为1000mm，在所述的上、下波形齿板(1、2)及加劲波形齿板(3)上，分别对应地设置31排螺栓孔，每排螺栓孔之间相距50mm，900条用于增强和加固工程的高强度芳纶纤维增强复合材料片材分30层、每层30条分别放置在两相邻波形齿板之间的每两排螺栓孔之间，所述的两相邻波形齿板之间是指上波形齿板(1)与相邻的加劲波形齿板(3)之间和相邻两加劲波形齿板(3)之间及下波形齿板(2)与相邻的加劲波形齿板(3)之间，所述的每排螺栓孔的数量为20个，所述的每排螺栓孔的数量，分别根据上、下波形齿板(1、2)及加劲波形齿板(3)的长度确定，每根高强度螺栓分别穿过上波形齿板(1)、加劲波形齿板(3)、下波形齿板(2)上对应的每个螺栓孔后，用防松动螺母拧紧，将上波形齿板(1)、加劲波形齿板(3)、下波形齿板(2)及其间夹持的高强度芳纶纤维增强复合材料片材压紧及锁定。

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