CN105089279A - 复合线状体的末端固定结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复合线状体的末端固定结构，其具备：复合线状体(20)，其用树脂材料将碳纤维复合化，并以绞线状成形；复合缓冲材料(30)，其用于覆盖复合线状体(20)；楔体(40)，其以筒状形成，且其外径从受到拉力的一侧的端部向固定侧的另一侧的端部扩大，并在其中空部嵌合有复合缓冲材料(30)；套筒(50)，其设置于楔体(40)的外周侧，与楔体的外形相嵌合，并具有直径从受到拉力的一侧的端部向固定侧的另一侧的端部扩大的圆锥状中空的内部结构，所述末端固定结构防止断路并通过保持充分的摩擦力的结构来简单地进行固定操作。

Description

复合线状体的末端固定结构

技术领域

本发明涉及一种在土木、桥梁等领域中将用于结构体补强的复合线状体张拉时用于末端固定的复合线状体的末端固定结构。

背景技术

作为代替PC钢绞线的材料已知的有复合线状体。复合线状体是通过用环氧树脂等的热固化树脂将碳纤维等的连续纤维实施复合化，以1×7等绞线状成型的。与PC钢绞线相同，复合线状体具有高拉伸强度和高弹性系数，而且具有重量轻且不生锈等特征。利用这些特征在土木、桥梁等领域中用作现有桥梁的修补用电缆、或预应力混凝土梁或桩的补强用张拉材料、后张法(post-tension)式桥梁横梁补强材料等。当复合线状体用于这种用途时，为了张拉复合线状体，需要用于保持其两端部的末端固定构件。

作为末端固定结构，已知的有将树脂增强碳纤维作为芯的电线的拉桩端部的技术(例如，日本国专利公开公报特开平8－237840号公报)。即，将圆筒状两部分结构的缓冲套筒使用在绞合电线的拉桩端部，其中，所述缓冲套筒由将以锌等为主成分的金属材料形成，并在其内周面具有在树脂增强碳纤维的外周卡合的卡合面。其中，通过如下方式形成拉桩端部：在将树脂增强碳纤维作为加强构件并在其周围绞合导电用金属线而成的电线中，在张力构件和导线用金属线的绞合层之间设置缓冲套筒，在这些外侧安装金属套筒，并且压缩固定金属套筒而形成拉桩端部。在该技术中，缓冲套筒在其内周面具有与树脂增强碳纤维的外周卡合的卡合面，且为两部分结构，因此容易安装于树脂增强碳纤维，并且以圆筒状成型，因此阻挡压缩金属套筒时的压缩力，从而具有防止树脂增强碳纤维的压垮或破损等损伤的效果。

另外，作为复合线状体的末端固定结构，已知的是：在复合线状体上包覆防滑片，并在防滑片上包覆由金属制成的编织层(braid)，并通过楔子夹住该部分并固定的结构(例如，日本国专利第5426678号公报)。其中，用张拉复合线状体时在楔子上产生的外力，使楔子紧固复合线状体，此时，位于楔子下部的防滑片和编织层与复合线状体的凹凸部相应地产生变形，并通过基于该变形的缓冲作用和基于防滑片的摩擦力，具有不产生基于剪切的损伤而在高张拉力的状态下保持复合线状体的功能。

发明内容

发明要解决的课题

在上述的复合线状体的末端固定结构中，存在如下问题。即，在现有技术中，为了形成绞合导电用金属线而成的电线的拉桩端部，需要用于进行压缩加工的机械装置。若使用机械装置则会导致成本变高。另外，对上述技术所示的两部分的缓冲套筒而言，为了阻挡压缩力而防止碳纤维芯的压垮损伤，需要采用以锌等为主成分的金属来制造。

另外，当在复合线状体中重叠多张防滑片而使用时，在准备阶段需要层叠多张防滑片。另外，当将以上述方式准备的两个长条状防滑片安装在复合线状体时，使防滑片的方向与复合线状体的轴向平行，并且需要均等地保持两个防滑片的间隔而进行安装，因此在作业时需要熟练的技巧和时间。

在此，本发明的目的在于，提供如下一种复合线状体的末端固定结构：通过无需使用用于压缩的机械装置而使用复合缓冲材料来保持充分的摩擦力的结构，由此能够简单地进行固定作业。

解决课题的方法

本发明的复合线状体的末端固定结构，其特征在于，具备：复合线状体，其用树脂材料使连续纤维复合化而以绞线状成形；缓冲材料，其用于覆盖该复合线状体；楔体，其以筒状形成，并且其外径从受到拉力的一侧端部向固定侧的另一侧端部扩大，而且在其中空部嵌合有所述缓冲材料；及套筒，其设置于该楔体的外周侧，并具有直径朝向固定侧的另一侧端部扩大的圆锥状中空的内部结构。

根据本发明的复合线状体的末端固定结构，所述连续纤维为碳纤维，所述复合缓冲材料由树脂材料制造。

根据本发明的复合线状体的末端固定结构，所述复合线状体被纤维包覆，所述纤维向与所述拉力相交叉的方向缠绕。

根据本发明的复合线状体的末端固定结构，在所述复合缓冲材料和所述楔体之间配置有编织金属线而成的编织构件。

附图说明

图1是示出本发明实施方案的复合线状体的固定结构的剖视图。

图2是示出组装在所述固定结构的复合线状体和复合缓冲材料的立体图。

图3是所述复合线状体和复合缓冲材料的分解立体图。

图4是所述复合缓冲材料的剖视图。

图5是示出所述复合缓冲材料的端面的主视图。

图6是示出变形例的安装有编织构件的复合缓冲材料的主视图。

具体实施方式

【用于实施发明的最佳方案】

下面，根据附图对本发明的实施方案进行说明。

图1是示出本发明实施方案的复合线状体的固定结构10的剖视图；图2是示出组装在所述固定结构10的复合线状体20和复合缓冲材料30的图；图3是所述复合线状体20和复合缓冲材料30的分解立体图；图4是所述复合缓冲材料30的剖视图；图5是示出所述复合缓冲材料30的端面的主视图。在本说明书中，轴向是指复合线状体20的延伸方向。

复合线状体的固定结构10具备：复合线状体20，其用树脂材料使连续纤维复合化，从而以绞线状成形；复合缓冲材料30，其用于覆盖该复合线状体20；楔体40，其用于覆盖该复合缓冲材料30；套筒50，其设置于该楔体40的外周侧。此外，拉力从图1中的左方施加，右方是固定的。

复合线状体20具有绞合了多根基础丝21的结构。基础丝21以碳纤维(连续纤维)和基体树脂(具代表性的是环氧树脂等热固化树脂)作为主材料，并且在每根基础丝21的基础丝表层形成有在该基础丝21的周围缠绕纤维22而成的包覆结构。即，复合线状体20的各基础丝21的表面具有缠绕并包覆纤维22而成的细微凹凸。

具有外径为15.2mm的1×7的绞合结构的复合线状体20，基础丝21以一根芯基础丝21a作为中心，并在其周围绞合六根侧基础丝21b而构成。芯基础丝21a及侧基础丝21b的直径均为5.1mm。芯基础丝21a与侧基础丝21b形成的角度，即捻回角具代表性的是9°，该捻回角的优选范围是18°以下。预先在这些各基础丝的表面缠绕并包覆纤维。缠绕纤维之前的基础丝21的直径为4.7mm，并在上面以5.5mm的缠绕节距均匀地缠绕约1,200根直径为33微米的涤纶复丝。缠绕后的基础丝直径为5.1mm。此时相对于基础丝方向的纤维的绕包角为70°。所缠绕的纤维直径具代表性的是33微米，但优选范围是10-50微米。根据纤维的根数和缠绕节距可以任意地调整纤维的缠绕角，具代表性的是70°，但优选范围是40-80°。

对于复合缓冲材料30，由在轴向排列维尼纶或聚酯等纤维的纤维强化塑料(FRP)制造，并以圆筒状形成。在内侧具有与复合线状体20的外形嵌合的凹凸部30a。该凹凸部30a具有与构成复合线状体20的基础丝21的外形相对应的凹凸、和与缠绕在各基础丝21的纤维22的形状相对应的细微凹凸。通过这些凹凸部30a，可以在复合线状体20和复合缓冲材料30之间得到高摩擦力。

复合缓冲材料30的轴向长度以稍微长于楔体40的方式形成。复合缓冲材料呈两部分结构(上模31及下模32)，并且能够安装在复合线状体20的任意位置，安装后覆盖复合线状体20的整个圆周，并具有圆形的外形。

复合缓冲材料30以如下方式成形。即，将具有上述的外径为15.2mm的1×7的绞合结构的复合线状体20作为芯模。即，作为芯模的复合线状体20与作为固定目标物的复合线状体20是相同的材料和相同的结构。

在复合线状体20的周围，预先配置浸渍了不饱和聚酯树脂的维尼纶纤维束，将该集束体导入至内径为18mm、长度为1.5m的模具并进行拉拔成型。模具的温度为150℃，拉拔速度为10cm/min。维尼纶纤维将由1,000根直径为14μm的单纤维构成的纱线(yarn)作为基本单位，并且使用了四十一根的、以十根该纤维并丝而成的线。不饱和聚酯使用了在间苯二甲酸系不饱和聚酯中配合了作为固化催化剂的有机过氧化物的物质。以该方式，得到了：在中心具有复合线状体的芯模，并在其周围由维尼纶纤维的不饱和聚酯树脂的纤维强化塑料层而构成的外径18mm的成型体。纤维强化塑料层的纤维体积分数约为60％。

将该成型体切割成170mm的长度，在其剖面周向的0度和180度位置的纤维强化塑料层纵向设置了缝隙。然后，从位于其中心的材料芯剥掉纤维强化塑料层，由此分离成材料芯和两部分的纤维强化塑料层。对于以该方式得到的纤维强化塑料层，外侧呈圆筒状的两部分，内侧具有将在下面描述的凹凸形状。

即，在复合缓冲材料30的内表面，具体而言具有如下两种凹凸形状。与基础丝21的外形相对应的凹凸是，直径为5.1mm且与芯基础丝21a呈18°以下的角度的圆弧。另外，基于缠绕并包覆在各基础丝21的纤维的细微凹凸是，直径为10-50微米且与基础丝方向呈40-80°的角度的圆弧。

复合缓冲材料30是，在轴向排列维尼纶纤维并以不饱和聚酯树脂作为基体树脂的纤维强化塑料，与不饱和聚酯树脂的单独固化物相比，轴向的强度和弹性模量增大。即，不饱和聚酯树脂单体的固化物的拉伸强度和弹性系数分别为40MPa、3.1GPa，但通过用维尼纶纤维补强不饱和聚酯来使复合缓冲材料30的拉伸强度和弹性系数分别形成为0.76GPa、16GPa，分别约为树脂单体的19倍和5倍。通过以该方式提高复合缓冲材料30的强度和弹性系数，可以得到适用于固定高强度、高弹性的复合线状体20的机械特性。由于复合缓冲材料30的内表面的凹凸部30a是按照复合线状体20的结构制作的部分，因此，若安装在复合线状体20，则复合线状体20与凹凸一致，从而复合缓冲材料30填满在基于复合线状体20的绞合结构的表面的凹凸。

楔体40例如具有如下结构：以两部分的筒状形成，并且其外径从一侧的端部向另一侧的端部扩大，在其中空部嵌合有所述复合缓冲材料30。楔体40也可以呈三部分结构或四部分结构。楔体40的外形呈圆锥状，内侧以圆形挖空，在内表面具有螺纹状的细槽。该螺纹状的槽起到提高楔子和复合缓冲材料30的外周面的摩擦的作用。

套筒50由金属材料制造，并具有内径从一侧的端部向另一侧端部扩大的圆锥状中空的内部结构，以具有固定外径的筒状形成。

以该方式构成的复合线状体的固定结构10，以如下方式组装。即，将两部分的复合缓冲材料30复合线状体以复合缓冲材料30的内周面的凹凸部30a与复合线状体20的凹凸对准的方式包覆在复合线状体20。接着，包覆两部分的楔体40，进而在其外周安装套筒50。楔体40的长度为155mm比复合缓冲材料30稍微短，楔体40经由复合缓冲材料30而保持复合线状体20，从而楔体40不会直接与复合线状体20接触。套筒50的长度为163mm。

对安装有该固定结构10的复合线状体20进行了拉伸试验，其结果在280kN的拉伸负荷下并未断裂。该复合线状体20的规定断裂负荷为270kN，由此确认到该复合线状体具有充分的固定强度。

根据以该方式构成的复合线状体的末端固定结构10，复合线状体被拉伸时产生如下反应。即，通过经由复合缓冲材料30的摩擦，使复合线状体20和楔体40形成一体，因此，若拉伸复合线状体20，则楔体40同时被拉入至套筒50。若楔体40被拉入至套筒50，则楔体40通过其倾斜度紧固复合线状体20。通过该紧固，楔体40和复合缓冲材料30、及复合缓冲材料30和复合线状体20的摩擦力进一步增加，从而使三者的一体化更加牢固。

并且，在将复合线状体20作为材料芯并由上述方法得到的复合缓冲材料30的内表面，具有复制了构成复合线状体20的基础丝21的外形的凹凸、和复制了缠绕并包覆在各基础丝21的纤维22的形状的细微的凹凸。通过具有这两种凹凸，复合缓冲材料30能够容易嵌合于复合线状体20，并能够得到高摩擦力。

例如用作混凝土梁补强用张拉材料时，若拉伸复合线状体20，则复合线状体20的延伸率最大可达到1.5％程度。即，相比于楔体40的顶端侧的复合线状体20的延伸率为1.5％，在楔体40的后端侧，由于未施加有拉力，因此复合线状体20的延伸率为0％。由此，楔子内部的复合线状体20产生0-1.5％的延伸率的分布，但由于复合缓冲材料30是在轴向上聚集了纤维而成的由纤维强化塑料制造的材料，因此在轴向的拉伸强度高且具有适当的弹性系数，因此，随着复合线状体20的拉伸变化而变形，并且可靠地传递复合线状体20和楔体40之间的摩擦力，从而实现能够承受高张拉力的、稳定的末端固定。

另外，由于复合缓冲材料30比楔体40稍微长，因此楔体不会直接接触于复合线状体，从而不存在楔体40使复合线状体20受损的危害。

而且，复合缓冲材料30是简单的圆筒状的两部分成型体，因此并不需要特意进行用于安装的准备，便能够在短时间内容易安装于复合线状体20。另外，复合缓冲材料30的内表面具有与复合线状体20嵌合的形状，因此在进行安装作业时，将复合缓冲材料30接触在复合线状体20，由此自然地嵌合在复合线状体20。因此，无需特别熟练的技巧，普通的操作者就能够容易地实现规定的质量。

根据本实施方案的复合线状体的末端固定结构10，并不是由压缩装置产生的压缩力，而是由基于楔体40和套筒50的紧固力而产生的固定力。通过楔体40的紧固来适当地紧固复合线状体20，使具有随着复合线状体20的延伸而产生变形的适当的弹性和强度的复合缓冲材料30设置在复合线状体20和楔体40之间，由此提高摩擦力，从而能够发挥高固定力。因此，不需要压缩装置所需的金属套筒，并能够防止断线。

另外，复合缓冲材料30形成有与复合线状体20的外形相嵌合的形状，因此只需进行包覆的作业，并且即使不通过熟练的操作者的作业，也能够得到所期望的质量，因此能够简单地进行固定作业。

在此，对复合线状体的末端固定结构10的变形例进行说明。即，在与上述相同地将复合缓冲材料30安装于复合线状体20后，如图6所示，进一步将编织构件60包覆在其外周。与上述相同地将楔体40包覆在其外周。编织构件60是编织不锈钢钢丝61而形成的。

对具体的结构及尺寸举例示出。将直径为0.4mm的不锈钢钢丝61以1×7绞合，进而将其编织而形成编织构件60。编织构件60伸缩自如，以缩小的状态安装在复合缓冲材料30上，之后，通过将编织构件60拉伸并挤压来使复合缓冲材料30和编织构件60贴紧。编织构件60的结构具代表性的是1×(6+6)，但也可以选择2×(6+6)等其他结构。具代表性的是编织时的芯材直径为12mm，节距为12mm。芯材直径或节距可以任意选取，能够安装于复合缓冲材料30的单位面积重量。

另外，在确认了复合线状体20具有超过规定断裂负荷的充分的固定强度之后，去除了该负荷。在楔体40的顶端侧付近切割了复合线状体20，使用机械装置，将推杆(未图示)顶到楔体40的顶端侧，通过将楔体40向套筒50的后端(开口部侧)推出的方法来将楔体40从套筒50中取出。该楔体40容易从编织构件60取出，而且楔体40的螺纹部依旧保持具有凹凸的状态。

在采用编织构件60时，固定性能与不使用编织构件60时相同，并可以得到如下效果。即，在预应力混凝土的制造场，作为张拉用固定，在完成混凝土的养护后，切割张拉材料的剩余部分，并取下固定结构10。该使用完毕的固定零件(楔体40及套筒50)一般会在工厂中再利用。但是，张拉力高时，楔子内表面的螺纹槽咬入至复合缓冲材料30的表层，由此使楔体40和复合缓冲材料30固定，因此，难以从复合缓冲材料30取下楔体40。另外，即使从已固定的复合缓冲材料30取下楔体40时，在楔体40的内表面，复合缓冲材料30的碎片(FRP片)塞满了螺纹部的槽，因此螺纹部的凹凸失去了功能。若要再利用该楔体40，则需要进行去除复合缓冲材料30的碎片的工艺。

如上所述，通过在复合缓冲材料30上包覆编织构件60来安装楔子时，编织构件60设置在楔体40和复合缓冲材料30之间。楔体40经由编织构件60间接地与复合缓冲材料30咬合，因此，抑制楔体40和复合缓冲材料30的直接接触，从而不会产生复合缓冲材料30的碎片塞满楔体40内侧的螺纹部的槽这一现象。因此，解除外力而分解固定结构10时，楔体40容易从复合缓冲材料30取出，并且楔体40的螺纹部依旧保持具有凹凸的状态。因此，得到楔体40可以直接再利用，而无需进行去除工程的效果。

此外，本发明并不限于上述实施方案。复合缓冲体并不限定于维尼纶，可以使用聚酯或聚酰胺等强度或弹性系数较高的纤维。另外，树脂并不限定于间苯二甲酸系，也可以使用邻苯二甲酸酐系或对苯二甲酸系的不饱和聚酯树脂、环氧树脂、或乙烯基酯树脂。复合缓冲体采用了两部分结构，但也可以采用三部分结构或四部分结构。另外，各构件的尺寸或形状是一个例子，并不限定于此。另外，在不脱离本发明主旨的范围内可以实施多种变形是理所当然的。

【产业上的可利用性】

可以获得一种通过不使用压缩装置而保持充分的摩擦力的结构，能够简单地进行固定作业的复合线状体的末端固定结构。

Claims (4)

1.一种复合线状体的末端固定结构，其特征在于，

所述末端固定结构具备：

复合线状体，其用树脂材料使连续纤维复合化，并以绞线状成形；

复合缓冲材料，其用于覆盖所述复合线状体；

楔体，其以筒状形成，并且其外径从受到拉力的一侧端部向固定侧的另一侧端部扩大，而且在其中空部嵌合有所述复合缓冲材料；及

套筒，其设置于所述楔体的外周侧，并具有直径朝向固定侧的另一侧端部扩大的圆锥状中空的内部结构。

2.根据权利要求1所述的复合线状体的末端固定结构，其特征在于，

所述连续纤维为碳纤维，

所述复合缓冲材料由树脂材料制造。

3.根据权利要求1所述的复合线状体的末端固定结构，其特征在于，

所述复合线状体被纤维包覆，所述纤维向与所述拉力相交叉的方向缠绕。

4.根据权利要求1所述的复合线状体的末端固定结构，其特征在于，

在所述复合缓冲材料和所述楔体之间配置有编织金属线而成的编织构件。