CN216739276U - 一种桥梁拉索用的碳纤维筋及其锚固结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种桥梁拉索用的碳纤维筋及其锚固结构，其碳纤维筋包括位于锚固端的膨胀结，膨胀结包括沿碳纤维筋轴向剖切形成2条以上碳纤维束的剖切段、安装于剖切段内部的膨胀块、位于剖切段两端的约束部；约束部用于收束被膨胀块撑开的碳纤维束。本实用新型公开的一种桥梁拉索用的碳纤维筋及其锚固结构，通过两端的约束部收束被膨胀块撑开的碳纤维束，使剖切段的碳纤维束成弧形结构，能够提高碳纤维筋的锚固力、提高其静载及疲劳锚固强度，单个锚头制作只涉及一次环氧砂浆的固化，膨胀结的制作可在常温下进行，因此，加工步骤简单、制索效率较高。

Description

一种桥梁拉索用的碳纤维筋及其锚固结构

技术领域

本实用新型涉及一种碳纤维筋，尤其涉及一种桥梁拉索用的碳纤维筋及其锚固结构。

背景技术

目前，桥梁使用的拉索均采用钢绞线或钢丝制成，随着既有桥梁的服役时间增长，现有拉索的稳定性逐渐变差，例如拉索腐蚀、疲劳、抗风等性能，以及后续的维保、施工成本等问题日益突出。为了解决现有钢绞线或钢丝拉索的问题，提出了碳纤维筋组成的桥用拉索，碳纤维筋具有良好的抗拉强度、疲劳性能及抗腐蚀性能，但其各向异性的材料性能导致其无法直接应用到现有拉索的锚固结构中。

现有技术中，已有一些关于碳纤维筋的锚固结构及锚固方法的公开，主要通过两种方式进行锚固：第一种，在碳纤维筋锚固端的外环增设锚固套筒，通过与锚杯填充的砂浆配合实现碳纤维筋的锚固；第二种，在碳纤维筋锚固端的内部增设楔块，增大与锚杯内部砂浆的接触面积，从而实现碳纤维筋的锚固。上述现有技术在加工、锚固性能等方面均存在不足，由于碳纤维材料各向异性的特点，在其外环增设锚固套筒的方式易损坏碳纤维筋，且需要在锚固套筒与碳纤维筋之间增设粘结剂或高强材料层，加工步骤繁琐。

在其内部增设楔块的方式，例如，中国专利CN107575257A公开了用于纤维增强高分子材料杆的锚具系统及其锚固方法，该锚具系统是沿FRP杆的锚固长度方向切割有切口，在FRP杆的切口处插嵌有涂覆有环氧树脂填充剂的楔块，在FRP杆的切口端的杆体上缠绕有多层碳纤维布，碳纤维布中浸润有环氧树脂填充剂，内部锚固钢管紧密套设在FRP杆外，外部固定钢管通过螺纹连接套设在内部锚固钢管上，FRP杆内注射有环氧树脂填充剂，在外部固定钢管的管端设置有固定螺栓。中国专利CN100494598C公开了一种用于锚固纤维增强塑料筋或拉索的粘结式锚具与锚固方法，锚具有一端设有端盖而另一端有定位孔的套筒，套筒有锥形内腔，设有灌浆孔和排气孔的套筒外周装有螺母，纤维增强塑料筋或拉索穿过定位孔且其位于锥形内腔中的一端被劈裂成分叉的两瓣，在该两瓣之间楔入支撑楔块而使之成楔形；所述筋或拉索一端的分叉起始部位套有约束环且其通过所述定位孔的部位套有薄壁铝套管，套筒的锥形内腔中充满活性粉末混凝土。现有的该种锚固方式，碳纤维筋的切口段在安装完成后均成楔形的直线结构，虽然提高了与砂浆的接触面积，但该种结构碳纤维筋的锚固力较差，其静载及疲劳锚固强度欠佳。此外，在制作单根碳纤维筋锚固接头的过程涉及到多次环氧树脂填充剂的固化过程，加工步骤繁琐。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供一种桥梁拉索用的碳纤维筋及其锚固结构，旨在解决现有碳纤维筋锚固力较差、锚固强度欠佳、加工步骤繁琐、制索效率低等问题。

本实用新型采取以下技术方案实现上述目的：

一种桥梁拉索用的碳纤维筋，包括位于锚固端的膨胀结，所述膨胀结包括沿碳纤维筋轴向剖切形成2条以上碳纤维束的剖切段、安装于剖切段内部的膨胀块、位于剖切段两端的约束部；所述约束部用于收束被膨胀块撑开的碳纤维束。

本技术方案中，将膨胀块安装至剖切段的内部，再通过两端的约束部收束被膨胀块撑开的碳纤维筋，使剖切段的2条以上碳纤维束形成弧形结构，与现有技术中的直线结构相比，能够提高碳纤维筋的锚固力、提高其静载及疲劳锚固强度，同时，采用本技术方案碳纤维筋的单个锚头制作只涉及一次环氧砂浆的固化，膨胀结的制作可在常温下进行，因此，加工步骤简单、制索效率较高。

其制作步骤为：

一、使用刀具在碳纤维筋的锚固端沿其轴向进行剖切，将碳纤维筋分为2条以上碳纤维束，剖切长度根据具体碳纤维筋所需的锚固力大小进行设计；

二、将膨胀块安装至碳纤维束内部，并将膨胀块调整至合适的位置；

三、在碳纤维束轴向合适位置通过约束部收束被膨胀块撑开的碳纤维筋1，即得到一个膨胀结；如果需制作多个膨胀结，可以重复上述步骤将膨胀块安装至不同位置，再通过新增约束部进行收束。

进一步的技术方案为，约束部为套设于碳纤维筋外环的约束环。本技术方案中，收束部为套设于碳纤维筋外环的约束环，具体技术方案可在两端均采用约束环对碳纤维束进行收束，或在一端采用约束环、另一端通过下述技术方案所述的未被剖切的碳纤维筋端部对碳纤维束进行收束。

进一步的技术方案为，约束部为未剖切的碳纤维筋端部。本技术方案中，收束部为未剖切的碳纤维筋端部，具体技术方案可在两端均通过该种方式进行收束，或在一端采用上述技术方案中的约束环、另一端通过未被剖切的碳纤维筋端部对碳纤维束进行收束。

进一步的技术方案为，膨胀块为圆柱形结构。

进一步的技术方案为，膨胀块外环设有与碳纤维束相配合的凹槽。本技术方案中，膨胀块外环的凹槽形状、数量均与碳纤维束相配合，能够提高膨胀块在剖切段内部的稳定性，进而提高碳纤维筋的静载及疲劳锚固性能。

一种碳纤维筋的锚固结构，包括上述桥梁拉索用的碳纤维筋、与碳纤维筋锚固端相配合的锚杯、安装于锚杯两端的堵头和端盖、填充至锚杯内部的环氧砂浆；其中，所述碳纤维筋的膨胀结通过环氧砂浆锚固于锚杯内部，所述堵头设有用于贯穿碳纤维筋的通孔。

本技术方案的具体加工步骤为：

一、将堵头穿入碳纤维筋中，再通过上述加工步骤制备带有膨胀结的碳纤维筋，将膨胀结装入锚杯当中，安装端盖至锚杯的一端；

二、将整个锚固结构竖直放置，将准备好的环氧砂浆从端盖相对的锚杯一端填入，填充环氧砂浆的过程中可使用振动器对整个锚固结构施加振动，使环氧砂浆均匀分布在整个锚杯中，使得环氧砂浆填满膨胀结中的间隙；

三、填满环氧砂浆后，安装堵头至锚杯的另一端，使碳纤维筋对中，将锚固结构放入固化炉中加速固化，环氧砂浆固化完成后可进行另外一个锚固端的制作。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型公开一种桥梁拉索用的碳纤维筋及其锚固结构，碳纤维筋膨胀结的2条以上碳纤维束为弧形结构，与现有技术中的直线结构相比，能够提高碳纤维筋的锚固力、提高其静载及疲劳锚固强度，同时，单个锚头制作只涉及一次环氧砂浆的固化，膨胀结的制作可在常温下进行，加工步骤简单、制索效率较高。

附图说明

图1为：本实用新型所述桥梁拉索用的碳纤维筋剖切段的结构示意图。

图2为：本实用新型所述带有一个膨胀结的碳纤维筋结构示意图。

图3为：本实用新型所述带有两个膨胀结的碳纤维筋结构示意图。

图4为：本实用新型所述碳纤维筋的锚固结构示意图。

图中：

1、碳纤维筋；10、剖切段；101、碳纤维束；11、第一剖切段；12、第二剖切段；2、约束环；21、第一约束环；22、第二约束环；3、膨胀块；31、第一膨胀块；32、第二膨胀块；4、锚杯；41、堵头；42、端盖；5、环氧砂浆。

具体实施方式

下面结合附图1至图4对本实用新型进行详细说明，在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1至图2所示，本实施方式提供一种桥梁拉索用的碳纤维筋，包括位于锚固端的膨胀结，所述膨胀结包括沿碳纤维筋1轴向剖切形成6条碳纤维束101的剖切段10、安装于剖切段10内部的膨胀块3、位于剖切段10两端的约束部；所述约束部用于收束被膨胀块3撑开的碳纤维束101；

具体的，本实施方式中碳纤维筋的锚固端设有一个膨胀结，其两端的约束部分别为未剖切的碳纤维筋1端部、约束环2，膨胀块3具体为圆柱形结构，其材料可以为金属、橡胶、塑料、复合材料中的一种；具体制作步骤为：

一、如图1所示，使用刀具在碳纤维筋1的锚固端端头沿其轴向进行剖切，将碳纤维筋1分为6条碳纤维束101，剖切长度可根据具体碳纤维筋1所需的锚固力大小进行设计；

二、将膨胀块3顺着切口塞入碳纤维束101内部，并将膨胀块调整至合适的位置；

三、如图2所示，将碳纤维筋1被剖切的端头穿入约束环2当中，使约束环2与未被剖切的碳纤维筋1端部在膨胀块3的两端对被撑开的剖切段10进行收束，使碳纤维束101形成弧形结构，即得到带有一个膨胀结的碳纤维筋1。

本实施方式的碳纤维筋1将膨胀块3安装至剖切段10的内部，再通过两端的约束部(约束环2与未被剖切的碳纤维筋1端部)收束被膨胀块3撑开的剖切段10，使剖切段10的6条以上碳纤维束101形成弧形结构，与现有技术中的直线结构相比，能够提高碳纤维筋1的锚固力、提高其静载及疲劳锚固强度，同时，碳纤维筋1的单个锚头制作只涉及一次环氧砂浆的固化，膨胀结的制作可在常温下进行，因此，加工步骤简单、制索效率较高。

上述实施方式示例性的示出了1个膨胀结的碳纤维筋1结构，在其他实施方式或实际应用中，一个锚固端还可以包括2个以上膨胀结，例如下述碳纤维筋的锚固结构实施方式中的预应力筋1具体结构。上述实施方式示例性的示出了1个膨胀块3的膨胀结具体结构，在其他实施方式或实际应用中，膨胀结还可以包括2个以上膨胀块3，即在同一剖切段10内部安装2个以上膨胀块3。上述实施方式示例性的示出了约束部的具体结构，在其他实施方式或实际应用中，两端的约束部还可以均为约束环2、或两端均为未被剖切的碳纤维筋1的端部(即自锚固端的中部沿碳纤维筋1的轴向向两端剖切，使剖切段10的两端均含有未被剖切的部分)、或通过胶粘等方式替代上述约束环2等。上述实施方式示例性的示出了剖切段10的碳纤维束101的具体数量，在其他实施方式或实际应用中，2条碳纤维束101就能实现膨胀块3的固定安装，故剖切段可以包括2条以上的碳纤维束101；此外，膨胀块3的形状还可以为其他形状，例如，六面体、或侧面为与碳纤维束弧形结构相配合的弧面结构等；为了进一步提高膨胀块3在剖切段10内部的稳定性，膨胀块3的外环还设有与碳纤维束相配合的凹槽，在两端约束部的作用下，每条碳纤维束均与膨胀块3外环的一个凹槽配合。

另一实施方式，如图3至图4所示，提供一种碳纤维筋的锚固结构，其中，碳纤维筋1的锚固端依次包括第一膨胀结和第二膨胀结，第一膨胀结包括沿碳纤维筋1轴向剖切形成6条碳纤维束的第一剖切段11、安装于第一剖切段11内部的第一膨胀块31、位于第一剖切段11两端的约束部，第一膨胀结的两个约束部分别为未剖切的碳纤维筋1端部、第一约束环21；第二膨胀结包括沿碳纤维筋1轴向剖切形成6条碳纤维束的第二剖切段12、安装于第二剖切段12内部的第二膨胀块32、位于第二剖切段12两端的约束部，第二膨胀结的两个约束部分别为第一约束环21和第二约束环22；其锚固结构包括与碳纤维筋1锚固端相配合的锚杯4、安装于锚杯4两端的堵头41和端盖42、填充至锚杯4内部的环氧砂浆5；其中，所述锚杯4具体为圆柱形结构，碳纤维筋1的第一膨胀结和第二膨胀结通过环氧砂浆锚固于锚杯4内部，所述堵头41设有用于贯穿碳纤维筋1的通孔；本实施方式具体的碳纤维筋1制作及锚固结构施工步骤为：

一、将堵头41穿入碳纤维筋1中，使用刀具在碳纤维筋1的锚固端端头沿其轴向进行剖切，将碳纤维筋1分为6条碳纤维束，剖切长度可根据具体碳纤维筋1所需的锚固力大小进行设计；

二、将第一膨胀块31顺着切口塞入碳纤维束内部，并将第一膨胀块31调整至合适的位置；

三、将碳纤维筋1被剖切的端头穿入第一约束环21当中，调整第一约束环21的位置，预应力筋1未被剖切的端部与第一约束环21之间形成第一剖切段11，即形成第一膨胀结；

四、将第二膨胀块32顺着切口塞入碳纤维束内部，并将第二膨胀块32调整至合适的位置；

五、将碳纤维筋1被剖切的端头穿入第二约束环22当中，调整第二约束环22的位置，第一约束环21与第二约束环22之间形成第二剖切段12，即形成第二膨胀结；

六、将第一膨胀结及第二膨胀结装入锚杯4当中，安装端盖42至锚杯的外端；碳纤维筋1的端头与端盖内表面贴紧，端盖42在中心位置设置一个沉孔，该沉孔与碳纤维筋上1的第二约束环22配合，起到中心定位的作用；

七、将整个锚固结构竖直放置，将准备好的环氧砂浆5从端盖42相对的锚杯4一端填入，填充环氧砂浆5的过程中可使用振动器对整个锚固结构施加振动，使环氧砂浆5均匀分布在整个锚杯4中，使得环氧砂浆5填满第一膨胀结及第二膨胀中的间隙；

八、填满环氧砂浆5后，安装堵头41至锚杯4的内端，使碳纤维筋1对中，将锚固结构放入固化炉中加速固化，环氧砂浆5固化完成后可进行碳纤维筋1另一个锚固端的制作。

本实施方式的锚固结构，单个锚头制作只涉及一次环氧砂浆5的固化，膨胀结的制作可在常温下进行，加工步骤简单、制索效率较高；且能够提高碳纤维筋1的锚固力、提高其静载及疲劳锚固强度。

为进一步提高环氧砂浆5对碳纤维筋1的握裹力，锚杯3的内腔还可以带有一定的锥度，环氧砂浆4中还可以填充铁砂。

本实用新型提供的一种桥梁拉索碳纤维筋的锚固结构，碳纤维筋1膨胀结的2条以上碳纤维束101为弧形结构，与现有技术中的直线结构相比，能够提高碳纤维筋1的锚固力、提高其静载及疲劳锚固强度，同时，单个锚头制作只涉及一次环氧砂浆5的固化，膨胀结的制作可在常温下进行，加工步骤简单、制索效率较高。

Claims (6)

1.一种桥梁拉索用的碳纤维筋，其特征在于，所述碳纤维筋包括位于锚固端的膨胀结，所述膨胀结包括沿碳纤维筋轴向剖切形成2条以上碳纤维束的剖切段、安装于剖切段内部的膨胀块、位于剖切段两端的约束部；所述约束部用于收束被膨胀块撑开的碳纤维束。

2.根据权利要求1所述的一种桥梁拉索用的碳纤维筋，其特征在于，所述约束部为套设于碳纤维筋外环的约束环。

3.根据权利要求1所述的一种桥梁拉索用的碳纤维筋，其特征在于，所述约束部为未剖切的碳纤维筋端部。

4.根据权利要求1所述的一种桥梁拉索用的碳纤维筋，其特征在于，所述膨胀块为圆柱形结构。

5.根据权利要求1所述的一种桥梁拉索用的碳纤维筋，其特征在于，所述膨胀块外环设有与碳纤维束相配合的凹槽。

6.一种碳纤维筋的锚固结构，其特征在于，包括权利要求1至5中任意一项所述的桥梁拉索用的碳纤维筋、与碳纤维筋锚固端相配合的锚杯、安装于锚杯两端的堵头和端盖、填充至锚杯内部的环氧砂浆；其中，所述碳纤维筋的膨胀结通过环氧砂浆锚固于锚杯内部，所述堵头设有用于贯穿碳纤维筋的通孔。

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