确保大跨度桥梁中纤维增强复合材料拉索长期锚固的锚具及其方法技术

本发明专利技术公开了一种确保大跨度桥梁中纤维增强复合材料拉索长期锚固的锚具及其方法。锚具包括钢套筒，纤维增强复合材料拉索沿着钢套筒的轴线布置；钢套筒的内腔在其自由端与加载端之间沿着轴线顺序设置成两段，对应为第一、第二套筒内腔；第一、第二套筒内腔的腔壁均设置成由自由端向加载端渐缩的圆锥状，且第一、第二套筒内腔之间存在分段台阶；第一套筒内腔通过装入夹片摩擦式锚固组件来锚固纤维增强复合材料拉索，而第二套筒内腔则通过粘结摩擦式锚固结构来锚固纤维增强复合材料拉索。本发明专利技术采用了两种不同锚固方式结合的方式，极大地缓解了端口处的应力集中，并且使整体的径向应力更加平缓，更加适用于大跨度桥梁。更加适用于大跨度桥梁。更加适用于大跨度桥梁。

【技术实现步骤摘要】
确保大跨度桥梁中纤维增强复合材料拉索长期锚固的锚具及其方法


[0001]本专利技术涉及土建交通领域的索体锚固技术，主要用于纤维增强复合材料拉索锚固


技术介绍

[0002]时至今日已建成的超大跨桥梁大部分时使用钢绞线。未来人们对跨度超过千米的桥梁需求将进一步增大，传统钢拉索随着桥梁跨度的增加显得越来越不适应。纤维增强复合材料拉索非常高的比强度和刚度、优异的等效模量和出色的疲劳性能相较于钢拉索更加凸显在桥梁结构应用中的适用性，纤维增强复合材料拉索应用于大跨度桥梁的前景不可限量。纤维增强复合材料拉索作为各向异性材料，其横向力学性能远小于纵向，因此传统锚固钢拉索的锚具不再适用于纤维增强复合材料拉索。否则会在锚固区对拉索造成损伤或挤压破坏，影响其纵向拉伸强度。因此纤维增强复合材料拉索锚固体系如何确保纤维增强复合材料拉索长期锚固大跨度桥梁成为亟待解决的问题。
[0003]目前，常见的纤维增强复合材料拉索锚具形式主要有：粘结型锚具、粘结摩擦型锚具和摩擦型锚具。粘结式锚具不会损害纤维增强复合材料拉索本体，但鉴于此锚具需要两者之间的荷载粘结介质所提供的剪切强度进行锚固，所以荷载传递介质本身存在的蠕变性能也会影响纤维增强复合材料拉索长期锚固效果。摩擦式锚具虽然使用便捷，但常见的问题是加载端出现的应力集中现象，故导致纤维增强复合材料拉索在拉伸破坏之前先发生了横向剪切破坏，不利于长期锚固。国内外普遍用于锚固纤维增强复合材料拉索的锚具为粘结摩擦式锚具，拉索的锚固力区别于粘结式锚具，在提供粘结力的同时摩擦力也参与锚固。虽然可以可靠地锚固纤维增强复合材料拉索，并在长期锚固大跨度桥梁有着很大的优势，但也因为其跨度大导致施工安装等不利于经济性能的问题。
[0004]因此，在综合分析现有锚具的优缺点的情况下，若要进一步将FRP适用于未来大跨度桥梁，如何研发一种确保大跨度桥梁中纤维增强复合材料拉索长期锚固的方法已成为亟待解决的问题。

技术实现思路
技术问题
[0005]针对现阶段纤维增强复合材料拉索锚具出现的缺陷和不足，本专利技术旨在为适用于大跨度桥梁（索力500
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1000T）提供一种受力合理并能够长期高效服役的锚固系统，又能保证拉索在长期荷载作用下的安全性。
[0006]技术方案：一种确保大跨度桥梁中纤维增强复合材料拉索长期锚固的锚具，包括钢套筒，纤维增强复合材料拉索沿着钢套筒的轴线布置，钢套筒的一端为加载端，另一端则为自由端；
所述钢套筒的内腔在自由端与加载端之间沿着轴线顺序设置成两段，对应为第一、第二套筒内腔；第一、第二套筒内腔的腔壁均设置成由自由端向加载端渐缩的圆锥状，且第一套筒内腔的窄端的内径小于第二套筒内腔的宽端的内径，以使第一、第二套筒内腔之间形成分段台阶，同时第一套筒内腔的轴向长度小于第二套筒内腔的轴向长度；第一套筒内腔通过装入夹片摩擦式锚固组件来锚固纤维增强复合材料拉索，而第二套筒内腔则通过粘结摩擦式锚固结构来锚固纤维增强复合材料拉索。
[0007]优选地，第一、第二套筒内腔的轴向长度比满足L1:L2≤3:7。
[0008]优选地，所述夹片摩擦式锚固组件通过三片或者四片钢夹片围合而成，且夹片摩擦式锚固组件为整体上具有中通孔的圆锥形拼装构件；圆锥形拼装构件的外壁形状与第一套筒内腔的腔壁形状匹配，而圆锥形拼装构件的中通孔能够包覆纤维增强复合材料拉索。
[0009]优选地，粘结摩擦式锚固结构通过灌注于第二套筒内腔中的荷载粘结介质固化而形成，且粘结摩擦式锚固结构为整体上具有中通孔的圆锥形固化构件；圆锥形固化构件的外壁形状与第二套筒内腔的腔壁形状匹配，圆锥形固化构件的中通孔能够包覆纤维增强复合材料拉索；所述荷载粘结介质由树脂和石英砂按照1：0.2～1：1的质量比混合而成，且荷载粘结介质的刚度范围为2GPa到10GPa。
[0010]优选地，第一套筒内腔的腔壁锥度α为2
‑
4度。
[0011]优选地，第二套筒内腔的腔壁锥度β为3
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5度。
[0012]优选地，纤维增强复合材料拉索的材料包括碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维或芳纶纤维。
[0013]优选地，第一、第二套筒内腔的轴向长度比为1:4。
[0014]优选地，第二套筒内腔的腔壁贯通开设有灌注孔、溢流孔。
[0015]本专利技术的另一个技术目的是提供一种确保大跨度桥梁中纤维增强复合材料拉索长期锚固的方法，起采用上述的确保大跨度桥梁中纤维增强复合材料拉索长期锚固的锚具来锚固大跨度桥梁中纤维增强复合材料拉索，包括如下步骤：步骤一、优化钢套筒的内壁形状将钢套筒的内腔在加载端与自由端之间沿着轴线设置成两段，对应为第一、第二套筒内腔，并将第一、第二套筒内腔的腔壁均设置成由自由端向加载端渐缩的圆锥状，且第一套筒内腔的窄端的内径小于第二套筒内腔的宽端的内径，以使第一、第二套筒内腔之间形成分段台阶，同时第一套筒内腔的轴向长度小于第二套筒内腔的轴向长度；其中，第一套筒内腔紧靠着自由端设置，而第二套筒内腔则紧靠着加载端设置；在紧邻加载端处的钢套筒上设置两个洞口，其中一个洞口为灌注孔，另一个则为溢流孔；步骤二、将纤维增强复合材料拉索穿过钢套筒，并张拉纤维增强复合材料拉索；步骤三、将各钢夹片顺序顶进钢套筒；步骤四、松开纤维增强复合材料拉索，则纤维增强复合材料拉索回缩，钢夹片对纤维增强复合材料拉索产生径向挤压压力，依靠二者之间的摩擦力形成自锁来锚固纤维增强复合材料拉索，实现钢套筒和纤维增强复合材料拉索相对固定；步骤五、将荷载粘结介质由灌注孔灌注到钢套筒中，直至荷载粘结介质从溢流孔
溢出，则停止灌注，固化即可形成所述的粘结摩擦式锚固结构；荷载粘结介质由环氧树脂石英砂构成，且树脂与石英砂的质量配比为1：0.2
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1：1。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：1. 本专利技术开发出的一种确保大跨度桥梁中纤维增强复合材料拉索长期锚固的方法，保留了使用便捷的特点，解决了常见的加载端出现的应力集中问题，避免了纤维增强复合材料拉索在拉伸破坏之前先发生了横向剪切破坏，保证了长期锚固。结合了常规的粘结摩擦式锚具的优势，即保证了在锚固初步阶段由粘结力平衡索力，且在锚固后半阶段靠摩擦力提供锚固力。本专利技术适用于工程应用中预应力纤维增强复合材料拉索，并且锚具尺寸明显减小。
[0017]3. 本专利技术开发出的一种确保大跨度桥梁中纤维增强复合材料拉索长期锚固的方法，在锚具前端利用刚度较小的树脂基粘结钢套筒和纤维增强复合材料拉索。采用刚度较小的树脂和石英砂作为荷载粘结介质能够大大减轻对筋材造成的损伤。锚具加载端采用粘结摩擦式型可以缓解应力集中的现象，并且能够将径向应力由加载端传递到自由端。锚具后半部分采用自锁式夹片，用来承担传递过来的径向应力。
[0018]4.本专利技术结合了两种不同锚固方式，极大地缓解了端口处的应力集中，避免拉索的径向损伤。整体的径向应力更加平缓，解决了因径向应力不均衡导致的树脂蠕变变形大的程度，进一步提高了纤维增强复合材料拉索长期持荷下的稳定性能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种确保大跨度桥梁中纤维增强复合材料拉索长期锚固的锚具，包括钢套筒（4），纤维增强复合材料拉索（1）沿着钢套筒（4）的轴线布置，钢套筒（4）的一端为加载端，另一端则为自由端；其特征在于：所述钢套筒（4）的内腔在自由端与加载端之间沿着轴线顺序设置成两段，对应为第一、第二套筒内腔；第一、第二套筒内腔的腔壁均设置成由自由端向加载端渐缩的圆锥状，且第一套筒内腔的窄端的内径小于第二套筒内腔的宽端的内径，以使第一、第二套筒内腔之间形成分段台阶，同时第一套筒内腔的轴向长度小于第二套筒内腔的轴向长度；第一套筒内腔通过装入夹片摩擦式锚固组件来锚固纤维增强复合材料拉索，而第二套筒内腔则通过粘结摩擦式锚固结构来锚固纤维增强复合材料拉索。2.根据权利要求1所述的确保大跨度桥梁中纤维增强复合材料拉索长期锚固的锚具，其特征在于：第一、第二套筒内腔的轴向长度比满足L1:L2≤3:7。3.根据权利要求1所述的确保大跨度桥梁中纤维增强复合材料拉索长期锚固的锚具，其特征在于：所述夹片摩擦式锚固组件通过三片或者四片钢夹片（3）围合而成，且夹片摩擦式锚固组件为整体上具有中通孔的圆锥形拼装构件；圆锥形拼装构件的外壁形状与第一套筒内腔的腔壁形状匹配，而圆锥形拼装构件的中通孔能够包覆纤维增强复合材料拉索（1）。4.权利要求1所述的确保大跨度桥梁中纤维增强复合材料拉索长期锚固的锚具，其特征在于：粘结摩擦式锚固结构通过灌注于第二套筒内腔中的荷载粘结介质（2）固化而形成，且粘结摩擦式锚固结构为整体上具有中通孔的圆锥形固化构件；圆锥形固化构件的外壁形状与第二套筒内腔的腔壁形状匹配，圆锥形固化构件的中通孔能够包覆纤维增强复合材料拉索（1）；所述荷载粘结介质（2）由树脂和石英砂按照1：0.2～1：1的质量比混合而成，且荷载粘结介质（2）的刚度范围为2GPa到10GPa。5.权利要求1所述的确保大跨度桥梁中纤维增强复合材料拉索长期锚固的锚具，其特征在于：第一套筒内腔的腔壁锥度α为2
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4度。6.权利要求1所述的确保大跨度桥梁中纤维增强复合材料拉索长期锚固的锚具，其特征在于：第二套筒内腔的腔壁锥...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜文韬，冯博，李红明，谢丹，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：