纤维增强复合材料筋拉索用可调预紧力螺旋摩擦式锚具   0    0

[0002] 本发明涉及一种土木工程和交通工程中的纤维增强复合材料（FRP）筋拉索锚固装置，是一种应用于纤维增强复合材料筋拉索的可调预紧力摩擦式锚具。

[0003] 目前世界上斜拉桥主跨最大已达到1088m（苏通大桥），采用的钢缆拉索已渐近其使用极限。因为随着跨度的继续大幅度增加，钢缆拉索的重量在桥的荷载中的比重将明显增加，这时钢缆拉索已不能胜任。超大跨度悬索桥也有同样的问题。碳纤维增强复合材料(CFRP)筋具有质量轻、强度高、耐腐蚀、耐疲劳、低松弛、电磁绝缘性佳及减震性能好等优点，作为斜拉桥和悬索桥的强力拉索有很好的应用前景。作为主要受力构件的CFRP筋拉索，其承载力主要由锚固性能控制，而不是由CFRP筋本身的强度控制。这是因为CFRP筋的横向抗压强度和抗剪强度较低，传统的钢缆拉索锚具将不再适合CFRP拉索的锚固，否则由于CFRP筋的较低的抗剪静力强度和更低的抗剪疲劳强度，将导致其在锚固区的过早失效。这也是CFRP筋拉索现在没有能在桥梁工程和一般土木工程中达到广泛应用的重要原因之一。因此要将CFRP筋拉索应用到超大跨度及特大跨度斜拉桥和悬索桥上，可靠有效的强力锚具的研制是一个急需解决的问题。现在各国一直在进行CFRP筋专用锚具的研究和开发，按照这些锚具的受力工作原理，它们基本上可以分为机械夹持式和粘结式锚具两大类。机械夹持式锚具存在着夹持区中施压应力均匀性的问题；当拉索张力方向不断变化时，机械夹持式锚具还存在加持区端部弯折和剪切疲劳等问题，粘结式锚具也存在粘结区端部弯折和剪切疲劳等问题。

[0004] 本发明的目的在于提供一种结构合理，性能可靠、持久耐用的应用于纤维增强复合材料筋拉索的可调预紧力摩擦式锚具。

[0005] 本发明的技术解决方案是：

[0006] 一种应用于纤维增强复合材料筋拉索的可调预紧力摩擦式锚具，其特征是：包括两块带螺旋槽的盖板A和盖板B、一个带螺旋槽的柱芯、一个拉索紧固器；其中盖板和柱芯中的螺旋槽截面均为直径相同的半圆，两块盖板和柱芯中的螺旋槽相互配合形成一截面为圆的空间螺旋槽；盖板A在螺旋槽的起点和终点分别开有进入孔和输出孔，和螺旋槽截面相同直径的FRP筋拉索穿过盖板A的进入孔、缠绕在柱芯中的螺旋槽内，并穿过盖板A的输出孔，FRP筋拉索被盖板和柱芯形成的空间旋转槽曲面所包裹， FRP筋拉索末端由安装在盖板A上的拉索紧固器固定。

[0007] 盖板A、盖板B、带螺旋槽的柱芯三者通过两端的定位销连接固定。

[0008] 盖板A、盖板B设有裙边，盖板A、盖板B通过固定裙边上的固定螺栓、螺母连接。

[0009] 盖板A和盖板B之间留有间隙，可以调节固定螺栓螺母，使螺旋槽和FEP筋拉索间产生预紧压力。

[0010] 进入孔和输出孔的曲面和螺旋槽的曲面过渡连续光滑。

[0011] 本发明结构合理，并具有如下优点：

[0012] 1、可对承受巨大拉力的CFRP筋拉索进行锚固。传统的夹片式或粘结式锚具需增长夹片长度或粘结区域长度来提高对纤维拉索的夹持力，夹持力增加有限。而本发明锚具是利用CFRP筋拉索的螺旋摩擦来平衡拉索的拉力，由欧拉柔索摩擦公式知，拉索的摩擦力与旋转圈数成几何级数增长关系。

[0013] 2、FRP筋拉索在传统的夹片式或粘结式锚具的锚固区迎力端部极易受到横向压力和剪力的作用，而FRP筋拉索的横向抗压强度和抗剪强度较低，在使用过程中易发生横向剪切疲劳破坏。在本发明锚具中，FRP筋拉索缠绕在两块盖板和柱芯的螺旋槽内，可以基本消除横向剪力的作用。只要根据FRP筋拉索直径，确定适当的柱芯内外直径和盖板内外直径，加工出柱芯和盖板A、盖板B，并逐个分段高精度加工出空间位置精确，配合严丝合缝的螺旋槽，就可以保证FRP筋拉索可充分地包裹在锚具的空间螺旋槽内。

[0014] 3、本发明锚具可以通过调节两盖板之间的固定螺栓螺母来调节螺旋槽和FRP筋拉索之间的预紧力，进一步增大FRP筋拉索所受旋转摩擦力。

[0020] 一种应用于纤维增强复合材料筋拉索的可调预紧力摩擦式锚具，包括两块带螺旋槽的盖板（A）1和盖板（B）2、一个带螺旋槽的柱芯3、一个拉索紧固器4；其中盖板和柱芯中的螺旋槽截面均为直径相同的半圆，两块盖板和柱芯中的螺旋槽相互配合形成一截面为圆的空间螺旋槽；盖板A在螺旋槽的起点和终点分别开有进入孔和输出孔，和螺旋槽截面相同直径的FRP筋拉索5穿过盖板A的进入孔、缠绕在柱芯中的螺旋槽内，并穿过盖板A的输出孔，FRP筋拉索被盖板和柱芯形成的空间旋转槽曲面所包裹， FRP筋拉索末端由安装在盖板A上的拉索紧固器4固定。盖板和柱芯均由高强度钢制成，具有较高的材料强度。

[0021] 盖板A、盖板B、带螺旋槽的柱芯三者通过两端的定位销6连接固定。

[0022] 盖板A、盖板B设有裙边7，盖板A、盖板B通过固定裙边上的固定螺栓、螺母8连接。

[0023] 盖板A和盖板B之间留有间隙，可以调节固定螺栓螺母，使螺旋槽和FEP筋拉索间产生预紧压力。

[0024] 进入孔和输出孔的曲面和螺旋槽的曲面过渡连续光滑。

[0015] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

[0016] 图1是本发明一个实施例的结构示意图。

[0017] 图2是图1的另一角度示意图。

[0018] 图3是图1的左视图。

[0019] 图4是图3的左视图。