复合结构预存应力筋及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种复合结构预存应力筋及其制造方法，为了解决现有的先张法和后张法预应力技术的局限性，弥补现有预应力技术布筋方面的问题，该力筋是由外管与芯棒或内管通过粘结锚固构成的拉压平衡体，且在拉压平衡体中布设发热体，粘结剂的粘结强度或者芯棒的强度通过发热体的温升控制。当复合结构预存应力筋布设到目标体里时，通过发热体升高温度，使芯棒不能再给外管提供支持力，导致外管收缩或者伸长，打破原来结构的拉压平衡。通过外管与目标体基材的粘结力给目标体施加预压应力或者预拉应力，使外管与目标体形成一个新的拉压平衡体，即复合结构预存应力筋所储存的预应力释放到目标体中，对目标体施加预应力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及能够提供预应力给目标体、具有储存预应力和具有预应力被控制释放功能的复合结构预存应力筋及制造方法以及预应力释放技术方法。
技术介绍
预应力技术给结构和构件带来了良好的耐久性、抗裂性、防水性、抗冲击性等性能的优点，因此预应力技术在世界各种工程结构领域中得到极其广泛的应用。其应用有铁路桥梁、公路、储罐、水工建筑、机场跑道、海洋结构、核电站安全壳等需要预应力的地方。目前普遍采用的预应力技术方法有两种先张法和后张法。两者共同点都是将预应力筋被机械张拉后得到的应力直接施加到构件上，需要机械和构件同时在场。先张法的实施需要台座或模板，由于先张法直线布筋，无法降低梁端的主拉应力，限制了结构受力。虽然工程上有采用折线布束先张法技术，对结构的受力性能有所改善，但是其曲线布筋的灵活性远远不够。后张法需要预埋管道和锚具，虽然能按应力分布来布置预应力筋的路径方向，但如果预应力筋路径曲线弧度过大时，在张拉预应力筋时，预应力筋与管道摩擦力过大，预应力损失很大，造成预应力很难实施，因此后张法在布筋方面灵活性还不够。不管是先张法还是后张法，张拉的整束预应力筋的应力都是等大小的，因此施加给结构和构件也是相等的。当在结构和构件受力时，沿着预应力筋路径各段应力大小是变化的，而先张法和后张法预应力筋无法随着结构和构件各段应力变化大小施加预应力，因此它们不能更好地改善结构的受力性能。当预应力筋布置成螺旋型、波浪型等复杂曲线时，根本没法用传统的先张法和后张法。而在多方向和大面积预应力方面实施起来非常困难，在大面积需要抗裂性、防水性、耐久性和防腐蚀性高的混凝土结构也很难实施。人们想到用纤维增强来解决结构和构件的抗裂性、耐久性和防腐蚀性等问题。如纤维增强混凝土、纤维增强陶瓷等纤维增强复合材料。然而由于混凝土和陶瓷的低拉伸率自身缺陷问题，即使采用如碳纤维、碳化硅纤维等高强度、高弹性模量无机纤维也很难解决脆性开裂问题。原因是当混凝土或者陶瓷等脆性材料制品受力开裂之前，纤维中的应力很小，其还远没达到自己的强度，因此无预应力的纤维很难解决结构和构件的耐久性和安全性。而像高强度、而弹性模量不够高有机纤维，更加难以解决混凝土或者陶瓷等脆性开裂问题。因此无预应力纤维增强很难解决结构和构件的耐久性和安全性。
技术实现思路
为了克服现有预应力技术的局限性，本专利技术旨在提供一种，该应力筋自身可储存预应力，该方法可增加预应力布筋的灵活性和简便性，更好地改善结构的受力性能；解决无预应力纤维或者纤维束的增强体低拉伸率问题，增加脆性材料的韧性。解决以往预应力技术在多方向预应力和大面积体预应力方面实施难的问题，提高促使预应力技术的能得到跟广泛的应用。本专利技术应用一种新预应力模式，是将预应力能存储到一种复合结构预存应力筋。在该筋使用时，只要通过解除该筋的自身锚固，就可以给目标体(结构物或构件)施加预应力，无需机械张拉设备和构件同时在场，这样对目标体施加预应力显得很方便。该预应力筋中受拉材料采用高强度材料，甚至低模量高强度的有机材料，受压材料采用高强度、高模量材料。施加到目标体中的预应力的大小可根据复合结构预存应力筋储存的变形能和根据加入到目标体的该力筋数量来确定。其预应力的大小还可按照结构的应力分布变化施加。本专利技术可以分布到目标体内的每个部分中去，因此它们就可以把变形能变成很小份分布到混凝土或者陶瓷等需要预应力的目标体中去。通过体外间接的方式将存储的变形能转移并释放到结构和构件中去，形成预应力。传统的预应力技术在双、三向以及多向预应力方面施工工序较繁琐，而本专利技术在对结构和构件施加双向、三向和多向预应力比较容易，免去了预孔管道和锚具，免去了施加预应力时需要的大型设备带来的不便。其施加的应力均布或者有梯度的分布在构件和结构所需要的各个部分，而且在大面积需要抗裂性、防水性、耐久性和防腐蚀性高的混凝土结构很容易实施，因此它能在现有技术难以实施的实施。本专利技术在港口、码头和水坝等水工结构、支护和挡墙的防护结构、路基路面的公路工程、高速铁路的轨道板设施、地下建筑防水结构工程，海洋和近海工程、大跨度框架梁柱。通过该专利技术制成的复合结构预存应力筋布到混凝土梁体表层，通过预应力，防止混凝土表面开裂，使腐蚀性物质无法侵蚀结构内部钢筋，保障结构的耐久性。本专利技术可以通过不同材料的组合和制造技术制成不同性质的板件、杆件或纤维，应用到很多需要预应力增加强度、增加抗裂性、增加冲击韧性、增加耐久性的工程领域。本专利技术还可应用到高强高性能陶瓷上，提高其抗拉强度和韧性。适用于航天航空器、核反应堆壁、燃烧轮机燃烧器等要求高强度、高刚度、耐高温和抗高温热震的部件纤维增强用，适用于枪炮管、装甲车、航天器、内燃机气缸、制动器材等部件要求高强度、高刚度、耐高温和抗冲击的结构中纤维增强用。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是一种复合结构预存应力筋，其包括至少具有一个孔的外管与至少一根芯体，其结构特点是所述芯体置于外管管孔中，该外管和芯体中的一者为受拉体，另一者为受压体，所述外管与芯体通过粘结型锚固方式、复合粘结型锚固方式中的一种锚固方式锚固连接构成拉压平衡体。所述的粘结型锚固方式是指在拉压平衡体中，存在组件的结合面主要是通过粘结结合力传递锚固力的一种锚固方式。所述的复合粘结型锚固方式是指在拉压平衡体中，存在组件的结合面是通过粘结与机械夹持相结合传递锚固力的一种锚固方式。所述的粘结锚固方式便于较小截面尺寸预存应力筋的制造。所述的复合粘结型锚固方式增加了组件锚固的稳定性、灵活性，便于力筋的制造及其预应力的释放。所述采用上述两种锚固方式的锚固解除的方法采用发热体升温解除锚固，或者切除锚固区解除锚固，则预存应力筋的预应力的释放显得很容易。但如果仅仅采用机械夹持一种方式锚固的力筋，其缺点是该筋的截面尺寸较大，制造起来麻烦，特别是其锚固的解除显得很困难。在所述拉压平衡体中设有通过温升控制拉压平衡体中粘结剂的粘结锚固强度的发热体。通过发热体或者直接加热升高拉压平衡体中的锚固区域温度，使粘结剂、芯体中至少一者丧失承力能力，解除粘结锚固，导致外管回缩或者伸长，对目标体施加预应力。所述外管与芯体直接结合锚固相连构成拉压平衡体，在该拉压平衡体中设有发热体，且芯体材料的热变温度低于外管的极限使用温度。所述外管与芯体之间具有间隙或芯体的端部具有伸缩空隙，该间隙或伸缩空隙内设有粘结剂，外管与芯体通过粘结剂锚固构成拉压平衡体。所述外管与芯体通过粘结剂销子锚具锚固构成拉压平衡体，该粘结剂销子锚具中的销子粘结在外管端部位置内，承受芯体的压力。外管与芯体间隙可加入润滑剂，如石墨粉。所述外管与芯体通过粘结剂帽筒锚具或粘结剂套筒锚具锚固构成拉压平衡体，该粘结剂帽筒锚具中的帽筒粘结在芯体的端部，承受芯体的压力，或者将粘结剂套筒锚具中的套筒粘结在芯体的端部，承受外管的压力。外管与芯体间隙可加入润滑剂，如石墨粉。例如，以陶瓷为目标体，由外管与芯棒采用粘结剂销子锚具或者粘结剂帽筒锚具锚固构成的拉压平衡体，通过切削拉压平衡体中的锚固区，对目标体施加预应力。所述外管是由纤维增强复合材料、金属材料、铁磁性材料中的至少一种构成；所述芯体是由纤维增强复合材料、颗粒增强树脂基复合材料、金属材料、活性粉末混凝土材料、铁磁性材料中的至少一种构成。所述的外管是由至少一块管片通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合结构预存应力筋，其包括至少具有一个孔的外管与至少一根芯体，其特征是：所述芯体置于外管管孔中，该外管和芯体中的一者为受拉体，另一者为受压体，所述外管与芯体通过粘结型锚固方式、复合粘结型锚固方式中的一种锚固方式锚固连接构成拉压平衡体。

【技术特征摘要】
1.一种复合结构预存应力筋，其包括至少具有一个孔的外管与至少一根芯体，其特征是所述芯体置于外管管孔中，该外管和芯体中的一者为受拉体，另一者为受压体，所述外管与芯体通过粘结型锚固方式、复合粘结型锚固方式中的一种锚固方式锚固连接构成拉压平衡体。2.根据权利要求1所述的复合结构预存应力筋，其特征是在所述拉压平衡体中设有通过温升控制拉压平衡体中粘结剂的粘结锚固强度的发热体。3.根据权利要求1所述的复合结构预存应力筋，其特征是，所述外管与芯体直接结合锚固相连构成拉压平衡体，在该拉压平衡体中设有发热体，且芯体材料的热变温度低于外管的极限使用温度。4.根据权利要求1或2或3所述的复合结构预存应力筋，其特征是，所述外管与芯体之间具有间隙或芯体的端部具有伸缩空隙，该间隙或伸缩空隙内设有粘结剂。5.根据权利要求1或2或3所述的复合结构预存应力筋，其特征是，所述外管与芯体通过粘结剂销子锚具锚固构成拉压平衡体，该粘结剂销子锚具中的销子粘结在外管端部位置内。6.根据权利要求1或2或3所述的复合结构预存应力筋，其特征是，所述外管与芯体通过粘结剂帽筒锚具或粘结剂套筒锚具锚固构成拉压平衡体，该粘结剂帽筒锚具中的帽筒或粘结剂套筒锚具中的套筒粘结在芯体的端部。7.根据权利要求1或2或3所述的复合结构预存应力筋，其特征是，所述外管是由纤维增强复合材料、金属材料、铁磁性材料中的至少一种构成；所述芯体是由纤维增强复合材料、颗粒增强树脂基复合材料、金属材料、活性粉末混凝土材料、铁磁性材料中的至少一种构成。8.根据权利要求1或2或3所述的复合结构预存应力筋，其特征是，所述的外管是由至少一块管片通过粘合剂拼合而成，外管的径向管片层数为一层或为多层。9.根据权利要求2所述的复合结构预存应力筋，其特征是，所述的外管材料的极限使用温度高于粘结剂、芯体...

【专利技术属性】
技术研发人员：王子国，王子良，孙宇雁，王文杰，艾文虎，王泽龙，
申请(专利权)人：王子国，
类型：发明
国别省市：