CN110469056B - 一种用于纤维增强复合材料拉索的组合式锚具及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于纤维增强复合材料拉索的组合式锚具，包括钢套筒，所述钢套筒的套筒空腔分为平直段和斜向段，钢套筒的尾端上设置有锚板，钢套筒的筒壁上设置有用于固定的限位插销，锚板上开设有多个圆锥形孔，圆锥形孔内设置有一体式楔形夹片，钢套筒的前端上设置有分丝板，纤维增强复合材料筋一端从分丝板穿入钢套筒，并从一体式楔形夹片内穿出，锚板与分丝板之间的套筒空腔内填充有胶体，钢套筒的筒壁上设置有灌浆孔；制备锚具时，先预张拉，消除一体式楔形夹片与锚板及纤维增强复合材料筋之间的间隙，后撤销预张拉力，往套筒空腔内注胶，张拉施工前取出限位插销即完成锚具制备。本发明锚固效果好，降低“切口效应”，减少蠕变松弛的风险。

Description

一种用于纤维增强复合材料拉索的组合式锚具及制备方法

技术领域

本发明涉及拉索锚具领域，具体涉及一种用于纤维增强复合材料拉索的组合式锚具及其制备方法。

背景技术

纤维增强复合材料筋材由于强度高、重量轻、耐锈蚀和抗疲劳性能好等优点，有望在实际工程中取代预应力钢筋或者桥梁缆索。由单向连续的纤维丝与树脂基体复合而成的纤维增强复合材料筋材，以及由多根纤维增强复合材料筋材组合而成的纤维增强合材料拉索，具有十分显著的各向异性特征，垂直于纤维方向的横向抗剪强度远小于平行于纤维方向的抗拉强度(仅1/10左右)，给纤维增强复合材料筋材/拉索的锚固带来了难题，用于锚固钢绞线的各类商业化锚具产品不再适用于各向异性的纤维增强复合材料筋材/拉索的锚固，否则将会由于纤维增强复合材料筋材/拉索的横向强度过低导致过早失效。现阶段纤维增强复合材料筋材/拉索锚固技术和体系尚未成熟，其技术高效性、承载稳定性以及长期可靠性还存在较多不足，锚固问题已经成为纤维增强复合材料进一步发展以及工程应用的主要瓶颈问题。

现有纤维增强复合材料的锚具主要分为粘结型和夹片型两种。虽然通过套筒灌胶或者夹片夹持等方法成功实现了纤维增强复合材料拉索的锚固，但各自存在着缺陷。粘结型锚具锚固长度大造成锚具尺寸较大，对粘结介质的性能要求较高。同时有机树脂作为锚固填料的蠕变性能和老化性能存在不确定性，存在蠕变滑移变形大等缺陷。夹片型锚具“切口效应”明显，在受荷端易发生夹断破坏，同时夹片的同步性差导致锚固效率较低且锚固稳定性差。为消除工程中锚固效果不确定性带来的担忧，大都采用成倍提高拉索安全储备的做法，这使经济性受到很大的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于纤维增强复合材料拉索的组合式锚具及其制备方法，锚固效果好，大大降低“切口效应”，同时减少蠕变松弛的风险。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于纤维增强复合材料拉索的组合式锚具，包括钢套筒，所述钢套筒的套筒空腔分为平直段和斜向段，所述钢套筒的尾端上设置有锚板，所述锚板设置在平直段内，所述平直段对应的钢套筒的筒壁上设置有限位插销，所述限位插销用于固定锚板的位置，所述锚板上开设有多个圆锥形孔，所述圆锥形孔内设置有一体式楔形夹片，所述钢套筒的前端上设置有分丝板，所述分丝板设置在斜向段的小端一侧，纤维增强复合材料拉索的纤维增强复合材料筋一端从分丝板穿入钢套筒，并从一体式楔形夹片内穿出，纤维增强复合材料筋通过分丝板与一体式楔形夹片固定位置；所述锚板与分丝板之间的套筒空腔内填充有胶体，所述胶体对应的钢套筒的筒壁上设置有用于注胶的灌浆孔；

一体式楔形夹片选取高延性、高韧性的合金材料制成，其内表面经压纹处理，且齿纹圆润，夹持纤维增强复合材料筋时夹片与筋材之间设有芳纶纤维布作为过渡层。

进一步的，所述分丝板与钢套筒一体成型制成。

进一步的，所述平直段为圆柱形结构，所述斜向段为锥台形结构。

进一步的，所述胶体对应的钢套筒的筒壁上设置有排气孔。

进一步的，所述钢套筒外壁上设置有螺母。

进一步的，所述限位插销的数量至少为2。

一种用于纤维增强复合材料拉索的组合式锚具制备方法，包括上述的组合式锚具，制备方法包括以下步骤：

1)将锚板安装于钢套筒尾端的套筒空腔内，并用限位插销固定位置；

2)将纤维增强复合材料筋穿过钢套筒前端的分丝板，再穿过后端的锚板中的圆锥形孔；

3)在锚板中的圆锥形孔内安装一体式楔形夹片；

4)对纤维增强复合材料筋进行预张拉，张拉力为纤维增强复合材料拉索极限承载力的40％～60％，实现一体式楔形夹片与锚板及纤维增强复合材料筋之间的预紧，消除间隙；

5)撤销预张拉力，通过钢套筒的灌浆孔向套筒空腔内注入有机或无机胶体，直到空腔灌满为止，等待固化完成；

6)在纤维增强复合材料拉索现场张拉施工前，取出钢套筒上连接锚板的限位插销，最终形成夹片-粘结组合式锚具。

本发明的有益效果：

1、本发明将张拉荷载分摊于粘结段和夹片段，大大降低夹片段的“切口效应”，即降低夹片受荷端的纤维增强复合材料拉索的径向应力，使得纤维增强复合材料筋/拉索在锚具体内应力均匀分布。同时因减少粘结段的荷载，大大减少粘结材料的锚固的尺寸，因此减小锚具尺寸。

2、本发明可以保证在长期荷载作用下，在粘结段发生松弛蠕变时可以将部分荷载转移至夹片段，保证该锚固体系不发生较大蠕变松弛。

3、本发明因尺寸较小，加工方便，既可用于工厂制作，也可在施工现场制作，造价可控，安全可靠。

附图说明

图1是本发明的组合式锚具结构示意图；

图2是本发明的组合式锚具分解结构示意图；

图3是本发明的纤维增强复合材料筋穿入锚具并预张拉的结构示意图；

图4是本发明制备完成的组合式锚具示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1和图2所示，本发明的用于纤维增强复合材料拉索的组合式锚具的一实施例，包括钢套筒1、锚板和限位插销，钢套筒的套筒空腔分为平直段2和斜向段3，锚板4安装在钢套筒的尾端并位于平直段内，平直段具有引导锚板沿钢套筒纵向移动的导向作用，并且平直段对应的钢套筒的筒壁上设置有限位插销5，限位插销用于固定锚板的位置，使得锚板在被限位插销固定时，无法移动；锚板上开设有多个圆锥形孔，圆锥形孔内设置有一体式楔形夹片6，通过一体式楔形夹片与圆锥形孔配合，能够使得一体式楔形夹片收缩夹紧，即张拉时能够对纤维增强复合材料拉索的纤维增强复合材料筋进行夹固；一体式楔形夹片选取高延性、高韧性的合金材料制成，其内表面经压纹处理，且齿纹可采用打磨的方式使其圆润，夹持纤维增强复合材料筋时夹片与筋材之间设有芳纶纤维布作为过渡层，以上技术手段是为了防止纤维增强复合材料筋被夹坏，同时增加夹片与筋材之间的摩擦力。钢套筒的前端上设置有分丝板7，以保证纤维增强复合材料筋均匀分布，其与锚板配合实现双层限位分布效果，在锚板与分丝板之间的套筒空腔内填充有胶体8，胶体通过对应设置在钢套筒的筒壁上的灌浆孔9进行灌注，胶体用于包裹纤维增强复合材料筋，并且两端分别抵接分丝板和锚板。分丝板设置在斜向段的小端一侧，在纤维增强复合材料筋被张拉时，胶体朝向斜向段的小端移动，不会脱出，并且胶体朝向小端移动时，产生胶体被挤压变形的效果，最终胶体在纤维增强复合材料筋径向具有更大的径向应力，提高夹持固定的效果。

分丝板与钢套筒一体成型制成，便于制备，分丝板上的分丝孔可以采用机加工打孔制得。

平直段为圆柱形结构，便于导向，制备简单；斜向段为锥台形结构，胶体朝向斜向端移动时，能够产生均匀的径向应力。胶体对应的钢套筒的筒壁上设置有排气孔。排气孔可以单独设置，也可以借助于灌浆孔排气。钢套筒外壁上设置有螺母10，便于钢套筒的安装使用。限位插销的数量至少为2，保证锚板与钢套筒之间的连接稳定性。

本发明还公开了一种纤维增强复合材料拉索的组合式锚具制备方法，采用上述的组合式锚具的组合部件；

制备时先将锚板安装于钢套筒尾端的套筒空腔内，并用限位插销固定位置；

然后将纤维增强复合材料筋11穿过钢套筒前端的分丝板，再穿过后端的锚板中的圆锥形孔，并在锚板中的圆锥形孔内安装一体式楔形夹片；

接着对纤维增强复合材料筋进行预张拉，张拉力为纤维增强复合材料拉索极限承载力的40％～60％，实现一体式楔形夹片与锚板及纤维增强复合材料筋之间的预紧，消除间隙，参照图3所示；

随后进行撤销预张拉力，通过钢套筒的灌浆孔向套筒空腔内注入有机或无机胶体，直到空腔灌满为止，等待固化完成，参照图1所示；

最后在纤维增强复合材料拉索现场张拉施工前，取出钢套筒上连接锚板的限位插销，最终形成夹片-粘结组合式锚具，参照图4所示。开始张拉后，拉索与胶体之间的粘结作用，会引起拉索带动胶体向钢套筒前端挤压变形，胶体因此受到垂直于钢套筒斜向段的压应力作用，而挤压变形后的胶体能够进一步增大了对纤维增强复合材料筋的握裹力；另一方面，拉索随着胶体的压缩变形带动了锚板的纵向移动，由于锚板挤压胶体，胶体反作用纵向挤压力于锚板，抑制了夹片纵向移动的趋势，从而增加了夹片对纤维增强筋材的夹持作用，因此在张拉过程中夹持段和粘结段各自分担部分的张拉力。

以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (6)

1.一种用于纤维增强复合材料拉索的组合式锚具，其特征在于，包括钢套筒，所述钢套筒的套筒空腔分为平直段和斜向段，所述钢套筒的尾端上设置有锚板，所述锚板设置在平直段内，所述平直段对应的钢套筒的筒壁上设置有限位插销，所述限位插销用于固定锚板的位置，所述锚板上开设有多个圆锥形孔，所述圆锥形孔内设置有一体式楔形夹片，所述钢套筒的前端上设置有分丝板，所述分丝板设置在斜向段的小端一侧，纤维增强复合材料拉索中的纤维增强复合材料筋一端从分丝板穿入钢套筒，并从一体式楔形夹片内穿出，纤维增强复合材料筋通过分丝板与一体式楔形夹片固定位置；所述锚板与分丝板之间的套筒空腔内填充有胶体，所述胶体对应的钢套筒的筒壁上设置有用于注胶的灌浆孔；

所述一体式楔形夹片选取高延性、高韧性的合金材料制成，其内表面经压纹处理，且齿纹圆润，夹持纤维增强复合材料筋时夹片与筋材之间设有芳纶纤维布作为过渡层；

所述组合式锚具的制备方法包括以下步骤：

1)将锚板安装于钢套筒尾端的套筒空腔内，并用限位插销固定位置；

2)将纤维增强复合材料筋穿过钢套筒前端的分丝板，再穿过后端的锚板中的圆锥形孔；

3)在锚板中的圆锥形孔内安装一体式楔形夹片；

4)对纤维增强复合材料筋进行预张拉，张拉力为纤维增强复合材料拉索极限承载力的40％～60％，实现一体式楔形夹片与锚板及纤维增强复合材料筋之间的预紧，消除间隙；

5)撤销预张拉力，通过钢套筒的灌浆孔向套筒空腔内注入有机或无机胶体，直到空腔灌满为止，等待固化完成；

6)在纤维增强复合材料拉索现场张拉施工前，取出钢套筒上连接锚板的限位插销，最终形成夹片-粘结组合式锚具。

2.如权利要求1所述的用于纤维增强复合材料拉索的组合式锚具，其特征在于，所述分丝板与钢套筒一体成型制成。

3.如权利要求1所述的用于纤维增强复合材料拉索的组合式锚具，其特征在于，所述平直段为圆柱形结构，所述斜向段为锥台形结构。

4.如权利要求1所述的用于纤维增强复合材料拉索的组合式锚具，其特征在于，所述胶体对应的钢套筒的筒壁上设置有排气孔。

5.如权利要求1所述的用于纤维增强复合材料拉索的组合式锚具，其特征在于，所述钢套筒外壁上设置有螺母。

6.如权利要求1所述的用于纤维增强复合材料拉索的组合式锚具，其特征在于，所述限位插销的数量至少为2。

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