CN204531181U - 复合线状体的末端固定结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型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)，其用树脂材料使连续纤维复合化，并以绞线状成形；楔体(30)，其以筒状形成，并且其外径从承受拉力的顶端部向固定侧的后端部扩大，在其内壁面(42)转印所述复合线状体的外表面，并形成有与所述复合线状体(20)的外表面卡合的被卡合部(42)；及套筒(50)，其设置于楔体(30)的外周侧，并具有朝向固定侧的后端部扩径的圆锥状中空的内部结构，所述楔体(30)由在圆周方向上被分割，并以各分割面具有间歇地相互对置的方式形成的多个分割楔体(40)构成，通过将所述分割楔体(40)的内壁面由细微凹凸(42b)形成，能够在短时间内加工，并且长期维持充分的把持力。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种张拉复合线状体时用于末端固定的复合线状体的末端固定结构，其中复合线状体在土木、桥梁等领域中用于补强结构体。
背景技术
复合线状体作为代替PC钢绞线的材料而被人们所知。复合线状体是通过用环氧树脂等热固化树脂将碳纤维等连续纤维复合化，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。复合线状体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、预应力混凝土梁及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，将圆筒状二分割结构的缓冲套筒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，且为二分割结构，因此容易安装于树脂增强碳纤维，并且以圆筒状成型，因此在压缩金属套筒时不会施加局部的压缩力，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，具备在不产生基于剪切的损伤的情况下，在高张拉力的状态下保持复合线状体的功能。
此外，还提出使用树脂制复合缓冲材料来代替防滑片的方法(例如，日本国特开平01－272889号公报)。
实用新型内容
在上述复合线状体的末端固定结构中，存在如下问题。即，在上述技术中，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。但若使用机械装置则会导致成本变高。另外，对上述技术所示的二分割的缓冲套筒而言，为了防止压缩力局部集中而引起碳纤维芯的压垮受损，需要采用以锌等为主要成分的金属进行制造。
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，需要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。
另外，在上述方法中，存在如下问题：需要一定人数的熟练者，并且经过复杂的多个工艺从而耗费时间。
此外，当使用复合缓冲材料时，能够将作业时间缩短10分钟左右，但对于使用PC钢绞线的固定结构，作业时间缩短为1分钟左右，需要进一步将作业时间缩短。另外，若对作为复合缓冲材料的树脂，持续施加大的力，则由于会发生变形、破损，可能不能经受长期使用。
另一方面，树脂制复合缓冲材料蠕变量多，不适合供长期使用的固定。而且，复合缓冲材料的树脂发生蠕变变形，因此不能经受长期使用。
在此，本实用新型的目的在于，提供如下一种复合线状体的末端固定结构：无需使用用于压缩的机械装置，并且不使用难以进行作业的防滑片或复合缓冲材料等，通过用于保持充分的把持力的末端固定结构，能够简单地进行固定作业，并且可经受长期使用的复合线状体的末端固定结构。
本实用新型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，并以绞线状成形；楔体，其以筒状形成，并且其从作为拉伸侧的小径侧的顶端部向作为固定侧的大径侧的后端部扩径，在其内壁面转印所述复合线状体的外表面，并形成有与所述复合线状体的外表面卡合的被卡合部；及套筒，其设置于该楔体的外周侧，并具有朝向作为固定侧的大径侧的后端部扩径的圆锥状中空的内部结构，所述楔体由多个分割楔体构成，其中，所述分割楔体在圆周方向上被分割，并以各分割面具有间隙地相互对置的方式形成，所述分割楔体的所述内壁面由细微的凹凸面形成。
附图说明
图1是示出本实用新型实施方案的复合线状体的固定结构的纵剖视图。
图2是示出所述固定结构中的分割楔体和套筒的纵剖视图。
图3是示出所述固定结构中的复合线状体和楔体的立体图。
图4是示出所述复合线状体和楔体的分解立体图。
图5是示出所述固定结构的横剖视图。
图6是示出所述固定结构的主要部分的放大图。
具体实施方式
下面，参照附图对本实用新型的实施方案进行说明。
图1是示出本实用新型实施方案的复合线状体的固定结构的纵剖视图，图2是示出所述固定结构中的分割楔体和套筒的纵剖视图，图3是示出所述固定结构中的复合线状体和楔体的立体图，图4是示出所述复合线状体和楔体的分解立体图，图5是示出所述固定结构的横剖视图，图6是示出所述固定结构的主要部分的放大图。在本说明书中，轴向是指复合线状体20延伸的长度方向。
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，并以绞线状成形；金属材料制楔体30，其用于覆盖该复合线状体20；及金属材料制套筒50，其设置于该楔体30的外周侧。此外，从图1中的左方施加拉力，右端部是自由端。在楔体30中，将作为拉伸侧的小径侧称为顶端部，将作为固定侧的大径侧称为后端部。
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。
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，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。
楔体30的内径由作为被固定体的复合线状体20的形状决定。因此，为了在不会压坏复合线状体20程度的压力下获得充分的固定效率，需要确保足够的长度。作为具体的长度，以侧基础丝21b返回到圆周方向的相同位置的1节距为基准而决定。在下文中描述关于决定的过程。
楔体30通过组合在圆周方向分割成两部分的分割楔体40而形成为中空的圆锥台状。
分割楔体40具有半圆筒状的主体41和凹凸部42a，所述凹凸部42a设置于该主体41的内壁面(卡合部)42并与复合线状体20的外形相嵌合。该凹凸部42a具有将构成复合线状体20的基础丝21的外形转印而成的凹凸，呈所谓的绳结状。在形成将外形转印而成的这一凹凸的基础上，如图6所示，在内壁面形成有细微凹凸42b。
对于内壁面42，通过这些绳结状的凹凸部42a，可以在复合线状体20与楔体30之间得到高摩擦力。而且，通过具有细微凹凸42b产生如下效果，即，增大了与复合线状体20的各基础丝21的接触面积，并且使容易变形的复合线状体20在剖面方向上进一步增大摩擦力。细微凹凸42b实现长时间的高把持力和稳定的固定。
进行拉伸试验以求出适当的表面粗糙度和楔子长度。表1示出对于复合线状体20，改变了表面粗糙度和楔子长度情况下，由基于楔体 的固定结构进行拉伸试验时的表面粗糙度、楔子长度、固定负荷、固定效率、断裂状况、及评价的关系。固定效率为固定负荷与复合线状体的规定断裂负荷的比值。固定效率超过75％时，评价计为○(良)。
表1
对于调整作为铸件的分割楔体40的表面粗糙度有各种方法，在该实施方案中在形成分割楔体40后，通过后期加工以增加表面凹凸的方式进行调整。用触针式表面粗糙度测量仪测定表面粗糙度。
形成细微凹凸42b的内表面的表面粗糙度Rz(十点平均粗糙度)优选为60-500μm，由于形成适当大小的细微凹凸42b，因此如上所述摩擦力增大，从而可以得到高固定负荷。
若表面粗糙度过小(Rz＝30μm以下)，则由于细微凹凸42b的尺寸小，因此摩擦力降低，从而导致脱落。另外，若表面粗糙度过大(Rz＝800μm以上)，则由于细微凹凸42b过大，使复合线状体20的表面受损，因此不能提高固定负荷。另一方面，将丝线间的凹槽转印而成的绳结状突出部被切削，从而使接触面积显著减小，从而导致脱落。
另一方面，关于楔子长度，在表面粗糙度Rz＝200的条件下，用130-320mm范围内的130mm、150mm、210mm、280mm、300mm、320mm等各种长度进行了试验。复合线状体20的1节距为209mm。并且，选用150mm、210mm、280mm长度的试验结果是合格的。此外，在长度为130mm以下时，基于楔体30的紧固产生的侧压会损伤复合线状体20，因此会在低固定负荷下断裂。此外，在约等于1节距的200mm以上的情况下，由于摩擦面积变大，因此得到更高的固定 负荷。但是，若超过约等于1节距的134％的280mm，则缺乏实用性。通过这次试验的结果，得知长度采用1节距的72％-134％是适当的。
此外，在主体41的圆周方向的端面形成有分割面43。另外，在顶端部侧，设有随着接近端口而扩径的扩径部44。
如上所述，楔体30呈二分割结构，因此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，并且具有大致圆锥台状的外形。
分割楔体40以如下方式成形。即，以具有与上述外径为15.2mm的1×7的绞合结构的复合线状体20相同结构的复合线状体作为原型，制作3D CAD数据，或者用3D扫描仪等扫描外形，从而进行数据化。通过该数据制作模型。之后，由模型形成砂型，通过铸造方式制造分割楔体40。材质采用成型性、强度、韧性、疲劳强度优异的球状石墨铸铁。球状石墨铸铁的收缩率为1％，比钢铁的收缩率3％小，因此尺寸精度高。另外，石墨为片状的灰口铸铁，其疲劳龟裂在层间发展而导致疲劳强度低，与此相对地，由于球状石墨铸铁为球状的石墨而使疲劳龟裂停止，因此疲劳强度高。此外，将楔体的内壁面的表面制作成Rz为60-500μm的范围内的细微的凹凸形状。
此外，对于分割楔体40的内壁面42的表面粗糙度，使用触针式表面粗糙度测量仪测定Rz。
在分割楔体40的内表面，具体地，具有如下绞线形状的绳结：基于基础丝21的外形转印的绞线形状的绳结是直径为5.1mm且相对于芯基础丝21a具有18°以下的角度的圆弧。此外，在内壁面具有细微凹凸42b。
由于分割楔体40的内表面的凹凸42a是按照复合线状体20的形状而制作的形状，因此，若将其安装在复合线状体20，则与复合线状体20的绳结吻合，从而由分割楔体40填满基于复合线状体20的绞合结构的表面绳结。
一对分割楔体40以相互对置分割面42的方式邻接，并形成有规定尺寸的间隙S。该规定尺寸例如为3-6mm。
楔体30具有如下结构：其外径从顶端部向后端部扩大，在其中空部卡合有复合线状体20。
这种复合线状体的固定结构10以如下方式组装。即，将套筒50 套在复合线状体20的外周上。接着，通过使一对分割楔体40的顶端部朝向套筒50侧嵌合于复合线状体20而形成楔体30。然后，使套筒50朝向楔体30移动，从而与其嵌合。
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20被拉伸时起到如下作用。即，复合线状体20与楔体30形成为一体，因此，若拉伸复合线状体20，则同时楔体30被拉入套筒50中。楔体30被拉入套筒50中时，楔体30通过其倾斜度来紧固复合线状体20。通过该紧固操作，楔体30和复合线状体20各自的摩擦力进一步增大，从而使二者的一体化更加牢固。
并且，在将复合线状体20作为原型，并由上述方法得到的分割楔体40的内表面，具有将构成复合线状体20的基础丝21的外形转印而成的凹凸。通过具有该凹凸，楔体30牢固地卡合于复合线状体20，并且由于不使用树脂缓冲材料等，能够长期得到高把持力。
套筒50由金属材料制造，并形成为具有内径从顶端部向后端部扩大的圆锥状中空的内部结构，并具有固定外径的筒状。此外，，使楔体30的外径的扩径角度略大于套筒50的内径的扩径角度C。由此，能够减小端口侧(施加有拉伸力一侧的顶端部)的侧压，能够减少端口的应力集中，从而可以得到高把持力。另外，在这种形状的基础上，在扩径部44中对端口进行R加工，使端口附近朝向顶端部侧形成为锥形(扩径)，从而进一步提高效果。
而且，楔体30是将圆筒状二分割的简单成型体，因此并不需要特意做安装前的准备，能够在短时间内容易安装于复合线状体20。另外，楔体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，将楔体30推压至复合线状体20，由此自然地与复合线状体20嵌合。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压缩力，而是由基于楔体30与套筒50的紧固力产生固定力。通过楔体30的紧固操作来牢固地紧固复合线状体20，从而能够发挥高固定力。
另外，楔体30形成为与复合线状体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进行作业，也 能够得到所期望的质量，因此能够简单地进行固定作业。
此外，本实用新型并不限于上述实施方案。例如，楔体可以是三分割结构也可以是四分割结构。另外，在不脱离本实用新型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或缓冲材料也能够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 (5)
1.一种复合线状体的末端固定结构，其特征在于，
所述复合线状体的末端固定结构具备：
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；
楔体，其以筒状形成，并且其外径从承受拉力的顶端部向固定侧的后端部扩大，在其内壁面转印所述复合线状体的外表面，并形成有与所述复合线状体的外表面卡合的被卡合部；及
套筒，其设置于所述楔体的外周侧，并具有朝向固定侧的后端部扩径的圆锥状中空的内部结构；
所述楔体由多个分割楔体构成，其中，所述多个分割楔体是以在圆周方向上被分割，且使分割面具有间隙地相互对置的方式形成的，
所述分割楔体的所述内壁面由细微的凹凸面形成。
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，
所述分割楔体的所述内壁面的凹凸面粗度是在粗糙度Rz＝60-500μm的范围内的无数值。
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，
所述分割楔体的长度采用侧基础丝的1节距的72％-134％。
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，
所述分割楔体的材质由收缩率为1％左右的球状石墨铸铁构成。
5.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，
其是使用所述分割楔体的所述末端固定结构；
所述套筒的内径的扩径角度与所述分割楔体的外径的扩径角度相同或小于所述分割楔体的外径的扩径角度；
所述被卡合部的所述顶端部侧的内径平滑地扩径。
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| CN105887699A (zh) * | 2015-02-16 | 2016-08-24 | 东京制纲株式会社 | 复合线状体的末端固定结构 |
| CN108571566A (zh) * | 2017-03-14 | 2018-09-25 | 东京制纲株式会社 | 绞线楔 |
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