CN102493660B - 一种碳纤维增强复合材料预应力筋的锚固方法及锚具 - Google Patents

Abstract

一种碳纤维增强复合材料预应力筋的锚固方法及锚具，该方法包括以下步骤：步骤一、确定冷挤压套筒型号；步骤二、将冷挤压套筒固定在碳纤维增强复合材料筋上；步骤三、组装锚具；步骤四、灌注超高性能水泥基复合材料并固定锚具；步骤五、对超高性能水泥基复合材料进行养护。该锚具包括碳纤维增强复合材料筋、超高性能水泥基复合材料、锚筒、张拉螺母、端部密封部件、定位件、冷挤压套筒和锚板，所述的碳纤维增强复合材料筋从锚筒、定位件和锚板中心孔穿过，所述的冷挤压套筒固定在碳纤维增强复合材料筋上，冷挤压套筒锚固在锚筒长度范围内。本发明实现了操作简单、安装方便、锚固端牢固、耐久性好，具有较强的工程实用性。

Description

一种碳纤维增强复合材料预应力筋的锚固方法及锚具

一、技术领域

本发明涉及现代土木工程材料的锚固技术，尤其涉及一种碳纤维增强复合材料作为预应力筋或拉索的锚固方法及锚具。

二、背景技术

传统锚固体系普遍采用高强钢丝或钢绞线作为预应力筋，由于钢材耐腐蚀性能较差，致使其极易发生锈蚀和老化，严重影响了锚固结构的耐久性和安全性。新型土木工程材料碳纤维增强复合材料以其强度高(有的高于3000MPa，约为高强预应力钢筋的2倍)、重量轻(约为钢材的1/5)和免锈蚀等优异性能极有希望成为传统钢制预应力筋的替代品，在锚固工程中有着广泛的应用前景。但是，碳纤维增强复合材料的性质有别于钢材，主要体现在其为各向异性材料，抗剪强度低，传统钢制预应力筋和拉索的锚固系统已不再适用于锚固碳纤维增强复合材料筋，需研制新的锚固方法。

目前技术较为成熟的钢制预应力筋和拉索的锚固系统，根据锚固方式不同，主要分为机械式锚固系统和粘结式锚固系统。其中，机械式锚固系统多采用挤压锚具(挤压套)、夹片锚具(楔型锚固)等，结构简单，系统的锚固性能主要取决于夹具对筋材的环向压力以及由环向压力引起的摩擦力，筋材需承受较大的环向压力。由于碳纤维增强复合材料抗剪能力差，简单的机械锚固方法并不适用。相对而言，粘结式锚固系统依靠筋材与灌浆料之间的粘结作用提供锚固力，对筋材损伤小，但普通水泥、砂浆、环氧铁砂和环氧树脂等传统粘结介质强度较低、徐变过大或热稳性能较差等，与碳纤维增强复合材料的粘结性能不理想，锚固系统进行预应力张拉时常常伴随较大滑移或体系耐久性差，导致预应力损失大而影响结构安全。因此，简单的粘结锚固体系需设计较长的粘结长度提供充分锚固，工程实用性不强。

三、发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种操作简单、使用效率高的碳纤维增强复合材料作为预应力筋或拉索的锚固方法及锚具。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用的技术方案是：一种碳纤维增强复合材料预应力筋的锚固方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、确定冷挤压套筒型号：根据碳纤维增强复合材料筋的型号选择匹配的冷挤压套筒；

步骤二、将冷挤压套筒固定在碳纤维增强复合材料筋上：将碳纤维增强复合材料筋穿过定位件，然后再使用冷挤压套筒设备将冷挤压套筒间隔固定在碳纤维增强复合材料筋锚固端；

步骤三、组装锚具：冷挤压套筒固定后，将碳纤维增强复合材料筋从锚筒和锚板中心轴穿过并定位；

步骤四、灌注超高性能水泥基复合材并固定锚具：将定位件或锚板固定，从另一端向锚筒内灌注超高性能水泥基复合材料，再将锚板或定位件固定；

步骤五、对超高性能水泥基复合材料进行养护。

一种用于碳纤维增强复合材料预应力筋的锚具，包括碳纤维增强复合材料筋、超高性能水泥基复合材料、锚筒、张拉螺母、端部密封部件、定位件、冷挤压套筒和锚板，所述的张拉螺母固定在锚筒外侧靠近后端部，所述的定位件固定在锚筒的前端，锚板固定在锚筒的后端部内侧，所述的碳纤维增强复合材料筋从锚筒、定位件和锚板中心轴穿过，所述的冷挤压套筒固定在碳纤维增强复合材料筋上，冷挤压套筒锚固在锚筒长度范围内。

以上所述的碳纤维增强复合材料预应力筋的锚具，所述的锚筒腔内灌注有超高性能水泥基复合材料。

以上所述的碳纤维增强复合材料预应力筋的锚具，使用冷挤压套筒设备将冷挤压套筒间隔固定在碳纤维增强复合材料筋上。

以上所述的碳纤维增强复合材料预应力筋的锚具，所述的挤压套筒材料采用适于压延的无缝钢管加工制成。

以上所述的碳纤维增强复合材料预应力筋的锚具，所述的端部密封部件将锚筒的后端密封。

本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明由于采用了土木工程中极具实际应用前景的超高性能水泥基复合材料-活性粉末混凝土(RPC-ReactivePowder Concrete)或高致密超细颗粒均布材料(DSP-Densified SystemsContaining homogeneously arranged ultrafine Particles)作为粘结介质，以全面提高粘结性能。超高性能水泥基复合材料通过提高组分的细度与活性，使材料内部的缺陷(孔隙与微裂缝)降到最少，以获得由其组分材料所决定的最大承载力及优异的耐久性，具有强度高、韧性大和耐久性好的显著特点。将其应用于本发明的锚固系统中，既可以提高锚固介质与筋材的粘结力以减小有效锚固长度，还能延长锚固系统的使用寿命，充分发挥碳纤维增强材料耐久性好的优点。本发明为一种用于锚固碳纤维增强复合材料预应力筋的锚固方法及锚具，据此可设计出可用于锚固多种类型碳纤维筋的成套锚具系统。该锚固方式吸收了机械与粘结锚固方法的优点，实现了操作简单、安装方便、锚固端牢固、耐久性好，具有较强的工程实用性。

四、附图说明

图1为本发明所述的碳纤维增强复合材料预应力筋的锚具应用在单根碳纤维增强复合材料筋锚固端的结构示意图；

图2为图1所示锚具中冷挤压套筒7结构示意图。

附图中标号所示名称为：1-碳纤维增强复合材料筋；2-超高性能水泥基复合材料；3-锚筒；4-张拉螺母；5-端部密封部件；6-定位件；7-冷挤压套筒；8-锚板。

五、具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细阐述，但本发明的实施方式不限于此。

本发明所述的碳纤维增强复合材料预应力筋的锚固方法，具体实施步骤如下：

(1)确定冷挤压套筒型号：根据碳纤维增强复合材料筋1的型号选择匹配的冷挤压套筒7。

(2)将冷挤压套筒固定在碳纤维增强复合材料筋上：将碳纤维增强复合材料筋1穿过定位件6，当所选碳纤维增强复合材料筋1表面极不平整时，需预先对碳纤维增强复合材料筋1表面凹槽处填充高强介质(本发明优选超高性能水泥基复合材料作为高强介质)，从而保护碳纤维增强复合材料筋1在安装过程中不受损伤，然后再使用冷挤压套筒设备将冷挤压套筒7间隔固定在碳纤维增强复合材料筋1锚固端，冷挤压套筒设备施加的压力需严格控制以避免损伤碳纤维增强复合材料筋1核心强度，在锚固段内沿长度方向均匀布置多个冷挤压套筒7，在碳纤维增强复合材料筋1表面固定多个冷挤压套筒7能够增大碳纤维增强复合材料筋1与超高性能水泥基复合材料2之间的接触面积，从而提高碳纤维增强复合材料筋1与超高性能水泥基复合材料2之间的摩擦力，减少荷载施加过程中碳纤维增强复合材料筋1与超高性能水泥基复合材料2的相对滑移，从而实现对碳纤维增强复合材料筋1的有效锚固。

(3)组装锚具：冷挤压套筒7固定后，将碳纤维增强复合材料筋1从锚筒3和锚板8中心轴穿过并定位；

(4)灌注超高性能水泥基复合材料并固定锚具：将定位件6或锚板8固定，从另一端向锚筒3内灌注超高性能水泥基复合材料2，再将锚板8或定位件6固定。

(5)对超高性能水泥基复合材料进行养护：灌浆料后，在一定的时间内采取措施对超高性能水泥基复合材料2保持适当温度和湿度，使超高性能水泥基复合材料2有良好硬化条件，待其达到要求强度，即可应用于预应力张拉。

图1为本发明所述的碳纤维增强复合材料预应力筋的锚具应用在单根碳纤维增强复合材料筋1锚固端的实施例。所述的碳纤维增强复合材料预应力筋的锚具，主要由碳纤维增强复合材料筋1、超高性能水泥基复合材料2、锚筒3、张拉螺母4、端部密封部件5、定位件6、冷挤压套筒7和锚板8组成。所述的张拉螺母4固定在锚筒3外侧靠近后端部；所述的定位件6固定在锚筒3的前端，锚板8固定在锚筒3的后端部内侧；所述的端部密封部件5将锚筒3的后端密封；所述的碳纤维增强复合材料筋1选用带肋的碳纤维增强复合材料棒材，碳纤维增强复合材料筋1从锚筒3、定位件6和锚板8中心孔穿过；使用冷挤压套筒设备将冷挤压套筒7间隔固定在碳纤维增强复合材料筋1锚固端；所述的锚筒3腔内灌注有超高性能水泥基复合材料2。

挤压套筒7结构如图2所示，所述的挤压套筒7材料采用适于压延的无缝钢管加工制成。

本发明所述的锚固方法及锚具同样适用于碳纤维增强复合材料作为拉索的应用。

综上所述的本发明具体实施例仅为本发明优选的实施方式，并非用于限定本发明保护范围的限制。因此，任何在本发明的技术特征之内所作的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种碳纤维增强复合材料预应力筋的锚固方法，其特征在于:该方法包括以下步骤：

步骤一、确定冷挤压套筒型号：根据碳纤维增强复合材料筋（1）的型号选择匹配的冷挤压套筒（7）；

步骤二、将冷挤压套筒固定在碳纤维增强复合材料筋上：将碳纤维增强复合材料筋（1）穿过定位件（6），然后再使用冷挤压套筒设备将冷挤压套筒（7）间隔固定在碳纤维增强复合材料筋（1）锚固端；

步骤三、组装锚具：冷挤压套筒（7）固定后，将碳纤维增强复合材料筋（1）从锚筒(3)和锚板(8)中心轴穿过并定位；

步骤四、灌注超高性能水泥基复合材料并固定锚具：将定位件（6）或锚板（8）固定，从另一端向锚筒（3）内灌注超高性能水泥基复合材料（2），再将锚板（8）或定位件（6）固定；

步骤五、对超高性能水泥基复合材料（2）进行养护。

2.一种用于碳纤维增强复合材料预应力筋的锚具，包括碳纤维增强复合材料筋（1）、超高性能水泥基复合材料（2）、锚筒（3）、张拉螺母（4）、端部密封部件（5）、定位件（6）、冷挤压套筒（7）和锚板（8），张拉螺母（4）固定在锚筒（3）外侧靠近后端部，其特征在于：所述的定位件(6)固定在锚筒(3)的前端，锚板(8)固定在锚筒(3)的后端部内侧，所述的碳纤维增强复合材料筋(1)从锚筒(3)、定位件(6)和锚板(8)中心孔穿过，所述冷挤压套筒（7）通过冷挤压套筒设备间隔固定在碳纤维增强复合材料筋（1）上，且所述冷挤压套筒（7）锚固在锚筒（3）长度范围内，所述锚筒（3）腔内灌注有超高性能水泥基复合材料（2），所述端部密封部件（5）将锚筒（3）的后端密封。

3.根据权利要求2所述的一种用于碳纤维增强复合材料预应力筋的锚具，其特征在于：所述的冷挤压套筒（7）材料采用适于压延的无缝钢管加工制成。

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