用於碳纖維索股的內曲面分區式粘結型錨具的製作方法

2023-10-16 22:59:54 2

本發明屬於土木工程技術領域，具體涉及一種用於碳纖維索股的內曲面分區式粘結型錨具。

背景技術：

眾所周知，碳纖維聚合材料筋（cfrp）具有輕質、高強、耐疲勞、耐腐蝕及低鬆弛等突出優點，是理想的鋼絞線替代材料，可廣泛的應用於土木工程中。錨固碳纖維的錨具有夾片型錨具、粘結型錨具、複合型錨具，碳纖維索股（即cfrp索股）的錨具大多為內錐形粘結型錨具。當索股承擔拉力後，錨具內部結構（粘結介質及錨固區索股）與錨環發生相對滑移，錨環提供楔緊力與索股拉力相平衡。由於內錐形粘結型錨具所錨固的碳纖維索股含有多根碳纖維索，在錨固區碳纖維索股受力不均勻，主要表現在縱向和橫向上：縱向上，碳纖維索股受到的徑向擠壓應力分布不均勻，應力集中現象較為嚴重，進而導致碳纖維索股在高擠壓應力區（即小孔端附近）很容易被剪壞；橫向上，以外緣cfrp絲受力最為不利，在中心cfrp絲未達到極限強度之前提前破壞，不能發揮所有cfrp絲的極限強度。目前，現行的一些錨具的錨固性能較差，雖然有一些錨具的錨固性能較好，但是結構複雜、製作和組裝都存在一定困難，因此，急需開發一種結構簡單、易於施工、錨固效率高，並且能夠改善徑向擠壓應力不均勻的粘結型錨具。

申請公布號為cn102002911a的發明專利公開了一種碳纖維索股內套管錐形粘結型錨具，由具有內錐形孔的錨環、置於錨環內用於包裹住索股的套管等組成，錨環的外螺紋上套接限位固件螺母，在套管外側設置有加勁螺紋鋼筋，所述套管具有軸向楔形鏤空槽，鏤空槽的楔尖朝向所述錨環錐形孔的小孔端，所述加勁螺紋鋼筋的一端呈楔形結構，錨環上設置有排氣孔和灌膠孔，錨環錐形孔的大孔端及小孔端設置有用於固定索股定位端堵。雖然該錨具可以改善索股受力不均勻的狀態，提高錨固效率，但是對於直徑較大的索股，其橫向受力仍不均勻，而且索股直徑越大，橫向受力越不均勻。在錨環內部設置帶鏤空槽的套管，雖然能夠改善縱向受力不均勻的問題，但在小孔端附近內套管阻止強大的擠壓力的能力有限，導致碳纖維索股在小孔端附近仍然受到一定程度的不利剪切作用，且索股直徑的越大這種不利作用就越大。內套管的鏤空槽的寬度是漸變的，需要較高的製作工藝。同時加勁螺紋鋼組件，使錨具結構變得極其複雜，這不僅增加製作成本，而且降低製作效率。

技術實現要素：

為解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種用於碳纖維索股的內曲面分區式粘結型錨具，其目的在於：使碳纖維索股（即cfrp索股）在橫向和縱向的受力均勻，避免產生應力集中現象，錨固大直徑碳纖維索股時降低尺寸效應的影響，提高錨固性能。

為實現上述目的，本發明採用的技術方案是：一種用於碳纖維索股的內曲面分區式粘結型錨具，包括錨環、大孔端堵和小孔端堵，所述大孔端堵和所述小孔端堵分別設置在所述錨環的兩端；所述錨環內部為喇叭形曲面形狀；所述錨環內部設置分區槽，所述分區槽的每個分區內均填充碳纖維索，所述碳纖維索簇集在一起形成碳纖維索股；所述錨環內部的喇叭形曲面與所述碳纖維索之間形成的空腔內填充環氧樹脂膠；所述大孔端堵和所述小孔端堵的中心部位均設有炭纖維索限位孔。

錨環為內部呈喇叭形曲面的鋼質環狀筒；大孔端堵和小孔端堵分別對錨環兩端的碳纖維索股起到固定的作用；炭纖維索限位孔用於穿插碳纖維索，並進行定位。

優選的是，所述錨環中部的外側面設置外螺紋，所述外螺紋套接限位螺母。限位螺母與外螺紋相互配合，對錨環起到緊固和限位的作用。

在上述任一方案中優選的是，所述錨環上設置灌膠孔和排氣孔。

在上述任一方案中優選的是，所述排氣孔設置在靠近大孔端的部位，所述灌膠孔設置在所述排氣孔與所述外螺紋之間的部位。

在上述任一方案中優選的是，所述灌膠孔的直徑大於所述排氣孔的直徑。

在上述任一方案中優選的是，所述環氧樹脂膠從所述灌膠孔內注入到所述錨環內部。

在上述任一方案中優選的是，所述錨環內部曲面的縱軸向截面線為曲線段，該曲線段在錨環的小孔端接近於直線，該曲線段的曲率從小孔端向大孔端逐漸增大，使錨環內部呈喇叭形曲面。

在上述任一方案中優選的是，所述縱軸向截面線為橢圓曲線、圓曲線、冪函數曲線、指數函數曲線、雙曲線中的任一種曲線段。

在上述任一方案中優選的是，所述曲線段在大孔端某點切線的斜率絕對值為0.05-0.1。當索股受拉後，錨具內部結構（環氧樹脂膠、索股及分區槽）向小孔端移動，內部結構受到錨環的阻力沿縱向不均勻，若大孔端內曲面的曲率較大，則阻力也較大，因此內曲面的曲率在大孔端不易過大，以防止阻力在縱向上差異過大而導致環氧樹脂斷裂，並與索股滑脫。

在上述任一方案中優選的是，所述曲線段在小孔端某點切線的斜率絕對值為0或無限接近於0。

在上述任一方案中優選的是，所述錨環的大孔端壁厚與小孔端壁厚的比為1:3-4。

在上述任一方案中優選的是，所述錨環的小孔端壁厚與所述錨環的縱向長度的比為1:10-20。

本申請經過大量試驗證明，該用於碳纖維索股的內曲面分區式粘結型錨具需要綜合考慮上述各個參數，包括曲線段在大孔端某點切線的斜率絕對值為0.05-0.1、錨環的大孔端壁厚與小孔端壁厚的比為1:3-4、錨環的小孔端壁厚與錨環的縱向長度的比為1:10-20等，這樣才能使碳纖維索股在橫向和縱向的受力都均勻，不會產生應力集中現象，而且錨固大直徑碳纖維索股時降低了尺寸效應的影響，進而提高錨固性能。

在上述任一方案中優選的是，所述分區槽沿周向設置分區。

在上述任一方案中優選的是，所述分區槽沿周向設置分區的數量為3-6個。利用分區槽將大直徑的索股分成3-6個小索股，化整為零，每個小索股作為一個相對獨立的受力區，可以減小大直徑索股在橫向上受力不均勻的程度。另外，分區槽由鋼質材料製成，增加了索股區域的剛度，也可減小索股在橫向受力不均勻的程度。試驗數據表明，分區後錨具的錨固效率係數可提高6%。

在上述任一方案中優選的是，每個分區內至少填充3根碳纖維索。本發明的錨具能夠錨固大直徑的碳纖維索股，碳纖維索能夠達到幾千根，甚至幾萬根，根據實際工程需要，可任意增大碳纖維索股的直徑。

在上述任一方案中優選的是，所述分區槽的中心設有鋼製軸。

在上述任一方案中優選的是，所述鋼製軸的兩端分別定位於所述大孔端堵和所述小孔端堵的中心位置。所述分區槽沿著整根鋼製軸向外延伸設置，分區槽也由鋼製材料製成。

本發明的錨具在安裝施工時，首選通過分區槽將碳纖維索股平均分配在不同的分區內，並將其穿入錨具內部，採用大孔端堵和小孔端堵將碳纖維索股和分區槽調整並固定在錨環的中心位置，再繼續穿入另一端的錨具中，完成碳纖維索股的布置；然後採用玻璃膠對大孔端堵和小孔端堵進行密封處理，玻璃膠凝固後，將調配好的粘結劑（環氧樹脂）從灌膠孔內灌注到內部為曲面形的錨具中，灌滿後靜置1-2小時，再根據實際情況進行一次或多次補灌，補灌結束後，在常溫下放置2-3天，使粘結劑充分凝固；最後將大孔端堵取下，將超出大孔端面的碳纖維索股鋸斷，打磨使斷面光滑平順，再對錨具進行預緊處理，預緊後錨環對碳纖維索股產生徑向擠壓應力，增大粘結力，即可完成錨具的現場安裝。

本發明的用於碳纖維索股的內曲面分區式粘結型錨具，其結構簡單、施工方便、造價低廉。安裝施工時，無需在錨具內部使用套管和加勁螺紋鋼，關鍵是因為將錨環內部的錐形結構改為曲面形結構，同時在曲面形的錨環內部置入分區槽，將錨具內部的碳纖維索股進行分區布置；然後在錨具兩端固定索股的端堵，灌注粘結劑，對錨具進行預緊處理，預緊後錨環對碳纖維索股產生徑向擠壓應力，增大粘結力。錨環內部的曲面形結構對碳纖維索股的橫向擠壓力由大孔端向小孔端逐漸減小，小孔端的橫向擠壓力最小，從而改善了小孔端徑向擠壓應力的集中程度，避免索股被剪壞。內曲面形的錨環結構使索股受到的擠壓應力沿縱向的不均勻程度顯著降低。使索股在錨固區處於理想的受力狀態，達到了提高錨固效率的目的。本發明的錨具可使碳纖維索股在橫向和縱向的受力達到均勻狀態，使所有的cfrp絲均能同時發揮極限承載能力，提高錨固效率，並具有優異的靜力和動力性能。

與現有技術相比，本發明具有如下顯著進步：（1）採用內曲面形的錨環，利用錨環內曲面的曲率沿縱向變化，來調整索股受到的徑向擠壓力，使其沿縱向分布合理，直接改變錨環的構造，可省去內套管和加勁鋼筋等輔助組件，減少製作、組裝和施工成本，能達到更好的錨固效果；（2）內套管錐形粘結型錨具在錨固較大直徑索股時，小孔端徑向擠壓力過大，內套管阻礙徑向擠壓力的能力有限，本發明的內曲面形錨具可直接從力源上解決受力分布不合理的問題，對錨固大直徑碳纖維索股更具有優勢；（3）可對錨具進行預緊，預緊後粘結劑對碳纖維索股產生徑向擠壓力，從而對索股提供較大的粘結力；（4）錨環內部採用分區槽，分區槽將碳纖維索股平均分布在不同的分區內，將大直徑索股分成若干小直徑索股，降低了尺寸效應，從另一個方面為錨固大直徑的碳纖維索股提供了可靠保障。

附圖說明

圖1為按照本發明的用於碳纖維索股的內曲面分區式粘結型錨具的一優選實施例結構示意圖；

圖2為按照本發明的用於碳纖維索股的內曲面分區式粘結型錨具的圖1所示實施例的a-a剖面圖；

圖3為按照本發明的用於碳纖維索股的內曲面分區式粘結型錨具的圖1所示實施例的b-b剖面圖；

圖4為按照本發明的用於碳纖維索股的內曲面分區式粘結型錨具的圖1所示實施例的c-c剖面圖；

圖5為按照本發明的用於碳纖維索股的內曲面分區式粘結型錨具的圖1所示實施例的錨環內部喇叭形曲面示意圖。

圖中標註說明：1-錨環，2-大孔端堵，3-小孔端堵，4-分區槽，5-碳纖維索股，6-環氧樹脂膠，7-外螺紋，8-限位螺母，9-灌膠孔，10-排氣孔，11-縱軸向截面線，12-碳纖維索限位孔。

具體實施方式

為了更進一步了解本發明的發明內容，下面將結合具體實施例詳細闡述本發明。

實施例一：

如圖1-4所示，按照本發明的用於碳纖維索股的內曲面分區式粘結型錨具的一實施例，包括錨環1、大孔端堵2和小孔端堵3，所述大孔端堵2和所述小孔端堵3分別設置在所述錨環1的兩端；所述錨環1內部為喇叭形曲面形狀；所述錨環1內部設置分區槽4，所述分區槽4的每個分區內均填充碳纖維索，所述碳纖維索簇集在一起形成碳纖維索股；所述錨環1內部的喇叭形曲面與所述碳纖維索之間形成的空腔內填充環氧樹脂膠6；所述大孔端堵2和所述小孔端堵3的中心部位均設有炭纖維索限位孔12。

錨環為內部呈喇叭形曲面的鋼質環狀筒；大孔端堵和小孔端堵分別對錨環兩端的碳纖維索股起到固定的作用；炭纖維索限位孔用於穿插碳纖維索，並進行定位。

所述錨環1中部的外側面設置外螺紋7，外螺紋7套接限位螺母8，限位螺母與外螺紋相互配合，對錨環起到緊固和限位的作用。所述錨環1上設置灌膠孔9和排氣孔10，排氣孔10設置在靠近大孔端的部位，灌膠孔9設置在排氣孔10與外螺紋7之間的部位；所述灌膠孔9的直徑大於所述排氣孔10的直徑。所述環氧樹脂膠6從9灌膠孔內注入到錨環1內部。

所述錨環內部曲面的縱軸向截面線為曲線段，該曲線段在錨環的小孔端接近於直線，該曲線段的曲率從小孔端向大孔端逐漸增大，使錨環內部呈喇叭形曲面。

如圖5所示，所述錨環1內部曲面的縱向截面線11為橢圓曲線，如圖5中的實線所示，兩條曲線段形成喇叭形狀。曲線段在大孔端某點切線的斜率絕對值為0.05；曲線段在小孔端某點切線的斜率絕對值為0或無限接近於0，即曲線段在小孔端為直線或者無限接近於直線。所述錨環1的大孔端壁厚與小孔端壁厚的比為1:3；所述錨環1的小孔端壁厚與所述錨環1的縱向長度的比為1:20。本實施例經過大量試驗證明，該用於碳纖維索股的內曲面分區式粘結型錨具需要綜合考慮上述各個參數，包括曲線段在大孔端某點切線的斜率絕對值為0.05、錨環的大孔端壁厚與小孔端壁厚的比為1:3、錨環的小孔端壁厚與錨環的縱向長度的比為1:20等，這樣才能使碳纖維索股在橫向和縱向的受力都均勻，不會產生應力集中現象，而且錨固大直徑碳纖維索股時降低了尺寸效應的影響，進而提高錨固性能。

所述分區槽4沿周向設置六個分區，根據實際情況，每個分區內可任意填充碳纖維索的數量，任意增大碳纖維索股的直徑。利用分區槽將大直徑的索股分成六個小索股，化整為零，每個小索股作為一個相對獨立的受力區，可以減小大直徑索股在橫向上受力不均勻的程度。另外，分區槽由鋼質材料製成，增加了索股區域的剛度，也可減小索股在橫向受力不均勻的程度。試驗數據表明，分區後錨具的錨固效率係數可提高6%。所述分區槽的中心設有鋼製軸，鋼製軸的兩端分別定位於所述大孔端堵和所述小孔端堵的中心位置。

本實施例的錨具在安裝施工時，首選通過分區槽將碳纖維索股平均分配在不同的分區內，並將其穿入錨具內部，採用大孔端堵和小孔端堵將碳纖維索股和分區槽調整並固定在錨環的中心位置，再繼續穿入另一端的錨具中，完成碳纖維索股的布置；然後採用玻璃膠對大孔端堵和小孔端堵進行密封處理，玻璃膠凝固後，將調配好的粘結劑（環氧樹脂）從灌膠孔內灌注到內部為曲面形的錨具中，灌滿後靜置1-2小時，再根據實際情況進行一次或多次補灌，補灌結束後，在常溫下放置2-3天，使粘結劑充分凝固；最後將大孔端堵取下，將超出大孔端面的碳纖維索股鋸斷，打磨使斷面光滑平順，再對錨具進行預緊處理，預緊後錨環對碳纖維索股產生徑向擠壓應力，增大粘結力，即可完成錨具的現場安裝。

本實施例的用於碳纖維索股的內曲面分區式粘結型錨具，其結構簡單、施工方便、造價低廉。安裝施工時，無需在錨具內部使用套管和加勁螺紋鋼，關鍵是因為將錨環內部的錐形結構改為曲面形結構，同時在曲面形的錨環內部置入分區槽，將錨具內部的碳纖維索股進行分區布置；然後在錨具兩端固定索股的端堵，灌注粘結劑，對錨具進行預緊處理，預緊後錨環對碳纖維索股產生徑向擠壓應力，增大粘結力。錨環內部的曲面形結構對碳纖維索股的橫向擠壓力由大孔端向小孔端逐漸減小，小孔端的橫向擠壓力最小，從而改善了小孔端徑向擠壓應力的集中程度，避免索股被剪壞。內曲面形的錨環結構使索股受到的擠壓應力沿縱向的不均勻程度顯著降低。使索股在錨固區處於理想的受力狀態，達到了提高錨固效率的目的。本實施例的錨具可使碳纖維索股在橫向和縱向的受力達到均勻狀態，使所有的cfrp絲均能同時發揮極限承載能力，提高錨固效率，並具有優異的靜力和動力性能。

與現有技術相比，本實施例具有如下顯著進步：（1）採用內曲面形的錨環，利用錨環內曲面的曲率沿縱向變化，來調整索股受到的徑向擠壓力，使其沿縱向分布合理，直接改變錨環的構造，可省去內套管和加勁鋼筋等輔助組件，減少製作、組裝和施工成本，能達到更好的錨固效果；（2）內套管錐形粘結型錨具在錨固較大直徑索股時，小孔端徑向擠壓力過大，內套管阻礙徑向擠壓力的能力有限，本實施例的內曲面形錨具可直接從力源上解決受力分布不合理的問題，對錨固大直徑碳纖維索股更具有優勢；（3）可對錨具進行預緊，預緊後粘結劑對碳纖維索股產生徑向擠壓力，從而對索股提供較大的粘結力；（4）錨環內部採用分區槽，分區槽將碳纖維索股平均分布在不同的分區內，將大直徑索股分成若干小直徑索股，降低了尺寸效應，從另一個方面為錨固大直徑的碳纖維索股提供了可靠保障。

實施例二：

按照本發明的用於碳纖維索股的內曲面分區式粘結型錨具的另一實施例，其基本結構、各部件之間的連接關係、工作原理和有益效果等均與實施例一相同，不同的是：所述錨環內部曲面的縱軸向截面線為圓曲線，曲線段形成喇叭形狀，曲線段在大孔端某點切線的斜率絕對值為0.1，曲線段在小孔端某點切線的斜率絕對值為0或無限接近於0。所述錨環的大孔端壁厚與小孔端壁厚的比為1:4，所述錨環的小孔端壁厚與所述錨環的縱向長度的比為1:10。

實施例三：

按照本發明的用於碳纖維索股的內曲面分區式粘結型錨具的另一實施例，其基本結構、各部件之間的連接關係、工作原理和有益效果等均與實施例一相同，不同的是：所述錨環內部曲面的縱向截面線為冪函數曲線，曲線段形成喇叭形狀，曲線段在大孔端某點切線的斜率絕對值為0.08，曲線段在小孔端某點切線的斜率絕對值為0或無限接近於0。所述錨環的大孔端壁厚與小孔端壁厚的比為1:3.5，所述錨環的小孔端壁厚與所述錨環的縱向長度的比為1:15。

實施例四：

按照本發明的用於碳纖維索股的內曲面分區式粘結型錨具的另一實施例，其基本結構、各部件之間的連接關係、工作原理和有益效果等均與實施例一相同，不同的是：所述錨環內部曲面的縱向截面線為指數函數曲線，曲線段形成喇叭形狀，曲線段在大孔端某點切線的斜率絕對值為0.06，曲線段在小孔端某點切線的斜率絕對值為0或無限接近於0。所述錨環的大孔端壁厚與小孔端壁厚的比為1:3.2，所述錨環的小孔端壁厚與所述錨環的縱向長度的比為1:18。

實施例五：

按照本發明的用於碳纖維索股的內曲面分區式粘結型錨具的另一實施例，其基本結構、各部件之間的連接關係、工作原理和有益效果等均與實施例一相同，不同的是：所述錨環內部曲面的縱向截面線為雙曲線，曲線段形成喇叭形狀，曲線段在大孔端某點切線的斜率絕對值為0.09，曲線段在小孔端某點切線的斜率絕對值為0或無限接近於0。所述錨環的大孔端壁厚與小孔端壁厚的比為1:3.8，所述錨環的小孔端壁厚與所述錨環的縱向長度的比為1:12。

本領域技術人員不難理解，本發明的用於碳纖維索股的內曲面分區式粘結型錨具包括上述本發明說明書的發明內容和具體實施方式部分以及附圖所示出的各部分的任意組合，限於篇幅並為使說明書簡明而沒有將這些組合構成的各方案一一描述。凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。