CN112064504B - 自锚式碳纤维拉索及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自锚式碳纤维拉索，包括碳纤维索体和锚具，碳纤维索体是由单向碳纤维预浸料依次层叠环绕固化形成的具有多层碳纤维层的索体，碳纤维索体的纤维方向与碳纤维索体的长度方向相同，其中，碳纤维索体的两端形成封闭环，碳纤维索体在位于两个封闭环之间的部分为索体主体；两个锚具分别包括钢内芯、钢夹板和紧固件；两个锚具的钢内芯分别一一对应地位于两个封闭环中并与相应的封闭环的内表面贴合；两个锚具的钢夹板分别对应地设置在封闭环的外表面上；两个锚具的紧固件分别将对应的钢夹板与钢内芯紧固。本发明可以实现自锚，能有效地提高碳纤维拉索的锚固效率，结构简单且生产方便。本发明还公开了一种自锚式碳纤维拉索的加工方法。

Description

自锚式碳纤维拉索及加工方法

技术领域

本发明涉及碳纤维拉索结构技术领域，尤其是涉及一种自锚式碳纤维拉索及加工方法。

背景技术

近年来，碳纤维拉索被广泛运用于大跨度桥梁、大型屋盖等结构中，而目前已有的碳纤维拉索大部分采用与钢索类似的锚固连接技术，通过表面锚固的方式实现锚固，但是碳纤维材料是一种各向异性材料，在沿纤维方向的力学性能优越，但是横向强度较弱，传统钢材的锚固方法不再适用于碳纤维材料，现有的碳纤维拉索锚具难以适用于大拉力碳纤维拉索的应用。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种自锚式碳纤维拉索，可以实现自锚，能有效地提高碳纤维拉索的锚固效率，结构简单且生产方便。

根据本发明第一方面实施例的自锚式碳纤维拉索，包括：

碳纤维索体，所述碳纤维索体是由单向碳纤维预浸料依次层叠环绕固化形成的具有多层碳纤维层的索体，其中，所述碳纤维索体的两端形成封闭环，所述碳纤维索体在位于两个所述封闭环之间的部分为索体主体；

锚具，所述锚具有两个，两个所述锚具分别包括钢内芯、钢夹板和紧固件；两个所述锚具的所述钢内芯分别一一对应地位于两个所述封闭环中并与相应的所述封闭环的内表面贴合；两个所述锚具的所述钢夹板分别对应地设置在所述封闭环的外表面上；两个所述锚具的所述紧固件分别将对应的所述钢夹板与所述钢内芯紧固，以使所述钢夹板和所述钢内芯夹紧所述封闭环。

根据发明第一方面实施例的自锚式碳纤维拉索，将单向碳纤维预浸料依次层叠环绕固化形成碳纤维索体，通过将两个钢内芯分别设置在碳纤维索体两端的封闭环中，由此，避免了传统碳纤维锚具通过表面锚固的方式实现锚固，可以实现碳纤维拉索的自锚；此外，通过钢夹板和紧固件将两个钢内芯分别一一对应地与两个封闭环固定夹紧，以使封闭环与钢内芯之间通过钢夹板和紧固件施加预紧力，从而可以通过摩擦力将部分碳纤维中的拉力传递到钢内芯上，从而降低碳纤维索体的封闭环的应力，实现有效锚固。综上，本发明第一方面实施例的自锚式碳纤维拉索可以实现自锚，能有效地提高碳纤维拉索的锚固效率，结构简单且生产方便。

根据本发明第一方面的一个实施例，所述碳纤维索体的纤维方向与所述碳纤维索体的长度方向相同。

根据本发明第一方面的一个实施例，每一所述钢内芯包括圆环柱部和V形板部，所述圆环柱部的轴线与所述碳纤维索体的长度方向垂直；所述V形板部由两个斜板构成，两个所述斜板的一端端部分别与所述圆环柱部的外柱面相切且另一端端部相连，所述V形板部靠近所述索体主体且所述圆环柱部远离所述索体主体。

根据本发明第一方面进一步的实施例，所述钢内芯的外表面与所述封闭环的内表面之间粘结固定。

根据本发明第一方面进一步的实施例，所述钢内芯的宽度大于所述碳纤维索体的宽度。

根据本发明第一方面再进一步的实施例，所述V形板部的两个所述斜板及相对应的所述钢夹板在所述碳纤维索体的宽度方向上靠近两外侧分别设有通孔，所述紧固件穿过所述V形板部的两个所述斜板及相对应的所述钢夹板上的通孔将相对应的所述钢夹板与所述斜板锁紧。

根据本发明第一方面再进一步的实施例，所述紧固件为螺栓或铆钉。

根据本发明第一方面再进一步的实施例，与每一所述斜板固定的所述钢夹板可以为一个或多个。

根据本发明第一方面的一个实施例，与所述封闭环接触的所述钢内芯的表面及与所述封闭环接触的所述钢夹板的表面均为磨砂面。

本发明第二方面还提出了一种自锚式碳纤维拉索的加工方法。

根据本发明第二方面实施例的自锚式碳纤维拉索的加工方法，所述自锚式碳纤维拉索为第一方面实施例中任意一项所述的自锚式碳纤维拉索，所述加工方法包括如下步骤：

将两个所述钢内芯相对间隔开地固定；

将单向碳纤维预浸料沿纤维方向裁减成窄条；

将所述窄条在两个所述钢内芯之间的部位开始连续铺设并顺次环绕在两个所述钢内芯上，依次层叠环绕，其中，在两个所述钢内芯之间的碳纤维层层层粘合，在所述钢内芯处的外表面上的碳纤维层层层粘合且最里层的碳纤维层粘结在所述钢内芯的外表面上；

当铺设厚度到达设计厚度后，对所述铺设完成的多层碳纤维进行高温处理，高温处理的温度和时间根据所用预浸料的固化条件决定；

当固化完成后，安装所述钢夹板，并用所述紧固件将对应的所述钢夹板与所述钢内芯进行紧固并施加预紧力，从而得到所述自锚式碳纤维拉索。

根据本发明第二方面实施例的自锚式碳纤维拉索的加工方法，首先，根据实际情况确定两个钢内芯的位置，将两个钢内芯相对间隔开地固定，保证两个圆环柱部的轴线平行且在宽度方向上两侧对齐，圆环柱部的轴线与碳纤维索体的长度方向垂直；然后，将单向碳纤维预浸料沿纤维方向裁剪成窄条，单向碳纤维预浸料窄条的宽度小于钢内芯的宽度，将窄条从两个钢内芯之间的部位开始连续铺设并顺次环绕在两个钢内芯上，依次层叠环绕，碳纤维层层层粘合，在钢内芯处的外表面上的碳纤维层层层粘合且最里层的碳纤维层粘结在钢内芯的外表面上；当铺设厚度到达设计厚度后，对铺设完成的多层碳纤维进行高温处理，高温处理的温度和时间根据所用预浸料的固化条件决定；最后，当固化完成后，根据实际情况选择钢夹板的数量，将多个钢夹板分别对应地设置在封闭环的外表面上，根据实际情况选择紧固件的数量，将紧固件(例如螺栓或铆钉)分别将对应的钢夹板与钢内芯紧固并施加预紧力，根据锚具选择决定预紧力的大小，从而得到自锚式碳纤维拉索，制作方法简单，制作便捷。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明第一方面实施例的自锚式碳纤维拉索的结构示意图。

图2为本发明第一方面实施例的自锚式碳纤维拉索的俯视图。

图3为本发明第一方面实施例的自锚式碳纤维拉索的侧视图。

图4为本发明第一方面实施例的自锚式碳纤维拉索的碳纤维索体的侧视图。

图5为本发明第一方面实施例的自锚式碳纤维拉索的钢内芯的结构示意图。

附图标记：

自锚式碳纤维拉索1000

碳纤维索体1 封闭环11 索体主体12

锚具2 钢内芯21 圆环柱部211 V形板部212 钢夹板22 紧固件23

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合图1至图5来描述本发明第一方面实施例的自锚式碳纤维拉索1000。

如图1至图5所示，根据本发明第一方面实施例的自锚式碳纤维拉索1000，包括碳纤维索体1和锚具2，碳纤维索体1是由单向碳纤维预浸料依次层叠环绕固化形成的具有多层碳纤维层的索体，其中，碳纤维索体1的两端形成封闭环11，碳纤维索体1在位于两个封闭环11之间的部分为索体主体12；锚具2有两个，两个锚具2分别包括钢内芯21、钢夹板22和紧固件23；两个锚具2的钢内芯21分别一一对应地位于两个封闭环11中并与相应的封闭环11的内表面贴合；两个锚具2的钢夹板22分别对应地设置在封闭环11的外表面上；两个锚具2的紧固件23分别将对应的钢夹板22与钢内芯21紧固，以使钢夹板22和钢内芯21夹紧封闭环11。

具体地，碳纤维索体1是由单向碳纤维预浸料依次层叠环绕固化形成的具有多层碳纤维层的索体，其中，碳纤维索体1的两端形成封闭环11，碳纤维索体1在位于两个封闭环11之间的部分为索体主体12。可以理解的是，单向碳纤维预浸料是由碳纤维纱和环氧树脂，经过涂膜、热压、冷却和覆膜等工艺加工而成的复合材料，将单向碳纤维预浸料布条依次层叠环绕固化以形成具有多层碳纤维层的索体，这样，碳纤维索体1的力学性能好、产品缺陷少加工特性一致性好且可精确控制纤维体积含量，碳纤维索体1的两端形成封闭环11以方便与外部结构固定连接。

锚具2有两个，两个锚具2分别包括钢内芯21、钢夹板22和紧固件23；两个锚具2的钢内芯21分别一一对应地位于两个封闭环11中并与相应的封闭环11的内表面贴合；两个锚具2的钢夹板22分别对应地设置在封闭环11的外表面上；两个锚具2的紧固件23分别将对应的钢夹板22与钢内芯21紧固，以使钢夹板22和钢内芯21夹紧封闭环11。可以理解的是，两个钢内芯21分别与外部接结构固定连接，两个钢内芯21分别一一对应地位于两个封闭环11中并与相应的封闭环11的内表面贴合，并通过两个锚具2的紧固件23分别将对应的钢夹板22与钢内芯21紧固，以使封闭环11与钢内芯21之间通过钢夹板22和紧固件23施加预紧力，从而可以通过摩擦力将部分碳纤维中的拉力传递到钢内芯21上，从而降低碳纤维索体1的封闭环11的应力，实现有效锚固。

根据发明第一方面实施例的自锚式碳纤维拉索1000，将单向碳纤维预浸料依次层叠环绕固化形成碳纤维索体1，通过将两个钢内芯21分别设置在碳纤维索体1两端的封闭环11中，由此，避免了传统碳纤维锚具2通过表面锚固的方式实现锚固，可以实现碳纤维拉索的自锚；此外，通过钢夹板22和紧固件23将两个钢内芯21分别一一对应地与两个封闭环11固定夹紧，以使封闭环11与钢内芯21之间通过钢夹板22和紧固件23施加预紧力，从而可以通过摩擦力将部分碳纤维中的拉力传递到钢内芯21上，从而降低碳纤维索体1的封闭环11的应力，实现有效锚固。综上，本发明第一方面实施例的自锚式碳纤维拉索1000可以实现自锚，能有效地提高碳纤维拉索的锚固效率，结构简单且生产方便。

根据本发明第一方面的一个实施例，碳纤维索体1的纤维方向与碳纤维索体1的长度方向相同。可以理解的是，碳纤维材料是一种各向异性材料，在沿纤维方向的力学性能优越，但是在沿与纤维方向垂直的方向强度较弱，当碳纤维索体1的纤维方向与碳纤维索体1的长度方向相同时，碳纤维索体1的受力方向沿碳纤维索体1的纤维方向，受力合理，力学性能好。

如图1至图3及图5，根据本发明第一方面的一个实施例，每一钢内芯21包括圆环柱部211和V形板部212，圆环柱部211的轴线与碳纤维索体1的长度方向垂直；V形板部212由两个斜板构成，两个斜板的一端端部分别与圆环柱部211的外柱面相切且另一端端部相连，V形板部212靠近索体主体12且圆环柱部211远离索体主体12。可以理解的是，钢内芯21的圆环柱部211用于与外部结构进行连接，例如，可以通过销轴连接，两个斜板的一端端部分别与圆环柱部211的外柱面相切，以方便钢内芯21的外表面与封闭环11的内表面贴合，结构合理。

根据本发明第一方面进一步的实施例，钢内芯21的外表面与封闭环11的内表面之间粘结固定。这样，可以通过钢内芯21外表面与封闭环11内表面之间的粘接力将部分碳纤维中的拉力传递到钢内芯21上，从而降低碳纤维索体1的封闭环11的应力，实现有效锚固。

根据本发明第一方面进一步的实施例，钢内芯21的宽度大于碳纤维索体1的宽度。可以理解的是，钢内芯21的外表面与封闭环11的内表面贴合，且两个钢夹板22分别对应地设置在封闭环11的外表面上，两个紧固件23分别将对应的钢夹板22与钢内芯21紧固，钢内芯21及V形板部212的宽度大于碳纤维索体1的宽度，可以方便钢夹板22和紧固件23将钢内芯21与封闭环11固定且可以避免碳纤维索体1中碳纤维的完整性，保证碳纤维索体1的强度。

优选地，圆环柱部211和V型板部在宽度方向上两端对齐。

根据本发明第一方面再进一步的实施例，V形板部212的两个斜板及相对应的钢夹板22在碳纤维索体1的宽度方向上靠近两外侧分别设有通孔，紧固件23穿过V形板部212的两个斜板及相对应的钢夹板22上的通孔将相对应的钢夹板22与斜板锁紧。可以理解的是，V形板部212的两个斜板及相对应的钢夹板22在碳纤维索体1的宽度方向上靠近两外侧分别设有通孔，碳纤维索体1位于两侧通孔之间，钢夹板22的内表面与碳纤维索体1的外表面贴合，碳纤维索体1的内表面与钢内芯21的外表面贴合，紧固件23穿过V形板部212的两个斜板及相对应的钢夹板22上的通孔以将相对应的钢夹板22与斜板锁紧，从而将碳纤维索体1夹紧在钢夹板22及钢内芯21之间，以方便将部分碳纤维中的拉力传递到钢内芯21上。

需要说明的是，V形板部212的两个斜板及相对应的钢夹板22上的通孔对应设置，通孔数量和间距根据实际情况进行设计。

根据本发明第一方面再进一步的实施例，紧固件23为螺栓或铆钉。这样，结构简单，螺栓或铆钉可以方便地穿过V形板部212的两个斜板及相对应的钢夹板22上的通孔以将相对应的钢夹板22与斜板锁紧。

根据本发明第一方面再进一步的实施例，与每一斜板固定的钢夹板22可以为一个或多个。具体地，与每一斜板固定的钢夹板22可以为一个或多个，当与每一斜板固定的钢夹板22有多个时，每个钢夹板22上所施加的预紧力大小可以不同，可以根据实际情况设计施加最优的预紧力。

根据本发明第一方面的一个实施例，与封闭环11接触的钢内芯21的表面及与封闭环11接触的钢夹板22的表面均为磨砂面。由此，可以提高封闭环11的外表面与钢夹板22的内表面之间及封闭环11的内表面与钢内芯21的外表面之间的接触力，以通过摩擦力将部分碳纤维中的拉力传递到钢内芯21上。

本发明第二方面还提出了一种自锚式碳纤维拉索的加工方法。

根据本发明第二方面实施例的自锚式碳纤维拉索的加工方法，自锚式碳纤维拉索为第一方面实施例中任意一项的自锚式碳纤维拉索1000，加工方法包括如下步骤：

将两个钢内芯21相对间隔开地固定；

将单向碳纤维预浸料沿纤维方向裁减成窄条；

将窄条在两个钢内芯21之间的部位开始连续铺设并顺次环绕在两个钢内芯21上，依次层叠环绕，其中，在两个钢内芯21之间的碳纤维层层层粘合，在钢内芯21处的外表面上的碳纤维层层层粘合且最里层的碳纤维层粘结在钢内芯21的外表面上；

当铺设厚度到达设计厚度后，对铺设完成的多层碳纤维进行高温处理，高温处理的温度和时间根据所用预浸料的固化条件决定；

当固化完成后，安装钢夹板22，并用紧固件23将对应的钢夹板22与钢内芯21进行紧固并施加预紧力，从而得到自锚式碳纤维拉索1000。

根据本发明第二方面实施例的自锚式碳纤维拉索的加工方法，首先，根据实际情况确定两个钢内芯21的位置，将两个钢内芯21相对间隔开地固定，保证两个圆环柱部211的轴线平行且在宽度方向上两侧对齐，圆环柱部211的轴线与碳纤维索体1的长度方向垂直；然后，将单向碳纤维预浸料沿纤维方向裁剪成窄条，单向碳纤维预浸料窄条的宽度小于钢内芯21的宽度，将窄条从两个钢内芯21之间的部位开始连续铺设并顺次环绕在两个钢内芯21上，依次层叠环绕，碳纤维层层层粘合，在钢内芯21处的外表面上的碳纤维层层层粘合且最里层的碳纤维层粘结在钢内芯21的外表面上；当铺设厚度到达设计厚度后，对铺设完成的多层碳纤维进行高温处理，高温处理的温度和时间根据所用预浸料的固化条件决定；最后，当固化完成后，根据实际情况选择钢夹板22的数量，将多个钢夹板22分别对应地设置在封闭环11的外表面上，根据实际情况选择紧固件23的数量，将紧固件23(例如螺栓或铆钉)分别将对应的钢夹板22与钢内芯21紧固并施加预紧力，根据锚具2选择决定预紧力的大小，从而得到自锚式碳纤维拉索1000，制作方法简单，制作便捷。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种自锚式碳纤维拉索，其特征在于，包括：

碳纤维索体，所述碳纤维索体是由单向碳纤维预浸料依次层叠环绕固化形成的具有多层碳纤维层的索体，所述碳纤维索体的纤维方向与所述碳纤维索体的长度方向相同，其中，所述碳纤维索体的两端形成封闭环，所述碳纤维索体在位于两个所述封闭环之间的部分为索体主体；

锚具，所述锚具有两个，两个所述锚具分别包括钢内芯、钢夹板和紧固件；两个所述锚具的所述钢内芯分别一一对应地位于两个所述封闭环中并与相应的所述封闭环的内表面贴合；两个所述锚具的所述钢夹板分别对应地设置在所述封闭环的外表面上；两个所述锚具的所述紧固件分别将对应的所述钢夹板与所述钢内芯紧固，以使所述钢夹板和所述钢内芯夹紧所述封闭环；

每一所述钢内芯包括圆环柱部和V形板部，所述圆环柱部的轴线与所述碳纤维索体的长度方向垂直；所述V形板部由两个斜板构成，两个所述斜板的一端端部分别与所述圆环柱部的外柱面相切且另一端端部相连，所述V形板部靠近所述索体主体且所述圆环柱部远离所述索体主体；所述钢内芯的外表面与所述封闭环的内表面之间粘结固定；

所述钢内芯的宽度大于所述碳纤维索体的宽度；

所述V形板部的两个所述斜板及相对应的所述钢夹板在所述碳纤维索体的宽度方向上靠近两外侧分别设有通孔，所述紧固件穿过所述V形板部的两个所述斜板及相对应的所述钢夹板上的通孔将相对应的所述钢夹板与所述斜板锁紧。

2.根据权利要求1所述的自锚式碳纤维拉索，其特征在于，所述紧固件为螺栓或铆钉。

3.根据权利要求1所述的自锚式碳纤维拉索，其特征在于，与每一所述斜板固定的所述钢夹板可以为一个或多个。

4.根据权利要求1所述的自锚式碳纤维拉索，其特征在于，与所述封闭环接触的所述钢内芯的表面及与所述封闭环接触的所述钢夹板的表面均为磨砂面。

5.一种自锚式碳纤维拉索的加工方法，其特征在于，所述自锚式碳纤维拉索为根据权利要求1-4中任意一项所述的自锚式碳纤维拉索，所述加工方法包括如下步骤：

将两个所述钢内芯相对间隔开地固定；

将单向碳纤维预浸料沿纤维方向裁减成窄条；

将所述窄条在两个所述钢内芯之间的部位开始连续铺设并顺次环绕在两个所述钢内芯上，依次层叠环绕，其中，在两个所述钢内芯之间的碳纤维层层层粘合，在所述钢内芯处的外表面上的碳纤维层层层粘合且最里层的碳纤维层粘结在所述钢内芯的外表面上；

当铺设厚度到达设计厚度后，对所述铺设完成的多层碳纤维进行高温处理，高温处理的温度和时间根据所用预浸料的固化条件决定；

当固化完成后，安装所述钢夹板，并用所述紧固件将对应的所述钢夹板与所述钢内芯进行紧固并施加预紧力，从而得到所述自锚式碳纤维拉索。

Images