专利名称：高强度复合材料波形齿夹具锚的制作方法
专利说明
一、技术领域本实用新型属于复合材料夹具和锚具技术领域。
二背景技术：
高强度复合材料，如碳纤维增强塑料、高分子聚合物纤维增强塑料、玻璃纤维增强塑料等，具有自重轻、承载力大、抗疲劳、耐腐蚀等特性，广泛应用于航天航空、飞机制造、体育娱乐用品、船舶、汽车、建筑等领域。但因其抗剪性能较差，不便于连接和锚固；例如，用碳纤维加固补强工程结构时，由于粘结剂为塑料胶，在较高应力作用下或较高温度作用下易发生较大剪切变形，使加固补强效果大为下降。此外，国外正在研究和试验的在碳纤维复合材料绞线上涂覆软质合金，以改善复合材料在夹持和锚固时的抗剪性能和保护复合材料绞线，但是这种涂覆软质合金以改善抗剪性能的技术非常复杂、夹持和锚固效果也不理想，并且成本高，不便于在工程结构中普遍推广。
三
发明内容
本实用新型的目的是提供一种高强度复合材料波形齿夹具锚，其结构合理、成本低廉、制造工艺简单，如采用简便的手工工艺，就可以制作承拉力达400吨以上的大吨位高强度复合材料拉索构件；并能简便地对已有的工程结构进行加固补强，以提高其承载能力、延长结构的使用寿命，等等。从而扩大高强度复合材料的工程应用范围，为工程的结构轻型化、承载能力的重型化、性能的优良化〔如抗疲劳、耐腐蚀、使用寿命长等〕奠定了基础。
本实用新型的目的是这样实现的一种高强度复合材料波形齿夹具锚，主要由上波形齿板、加劲波形板、下波形齿板、压紧及锁定装置等组成，上、下波形齿板及加劲波形板的凸缘〔或凹缘〕波形线是相互吻合的，上、下波形齿板两者之间〔指的是无加劲波形板的夹具锚〕或上波形齿板、加劲波形板、下波形齿板三者之间可以无缝隙地紧密地结合在一起成为夹持和锚固高强度复合材料的基础，并在上、下波形齿板及加劲波形板上对应的位置设置作为安装压紧及锁定装置的螺栓孔，以便起连接作用的螺杆穿过。上、下波形齿板及加劲波形板的材质为钢材、合金、陶瓷、刚化塑料等。将高强度复合材料片材〔如碳纤维增强塑料、高分子聚合物纤维增强塑料、玻璃纤维增强塑料等〕粘贴于上、下波形齿板之间；当复合材料片材的层数较多、厚度较大时，为了防止复合材料片材之间发生较大的剪切变形而夹持不牢时，在上、下波形齿板之间增设一道或多道加劲波形板，将多层较厚的复合材料片材分层并分别粘贴于上波形齿板、加劲波形板、下波形齿板之间。压紧及锁定装置由4～10根螺栓和螺母及弹簧垫圈等组成，待复合材料片材粘贴后，将螺杆穿过预留螺栓孔，拧紧带弹簧垫圈的螺母，对上、下波形齿板施加一定压力并锁定，使上波形齿板、加劲波形板、下波形齿板以及它们之间粘贴并夹持的复合材料片材互相挤压、紧密结合地形成一个整体结构，实现对复合材料片材的夹持和锚固。
本实用新型的工作原理是利用复合材料片材与上、下波形齿板及加劲波形板之间的粘结力和摩擦力，将复合材料可靠地夹持并锚固于上、下波形齿板及加劲波形板之间；上、下波形齿板为凸缘〔或凹缘〕结构，有增大摩擦力和增加粘结面积的作用；压紧及锁定装置使上波形齿板、加劲波形板、下波形齿板以及它们之间所粘贴并夹持的复合材料片材之间互相挤压，进一步增大摩擦力和提高粘结力，使复合材料片材的夹持和锚固效果更可靠。由于本夹具锚是依靠粘结力和摩擦力工作的，对抗剪性能较差的复合材料没有集中的剪切力作用，因此复合材料不会被夹断。
再将已形成一个整体结构的夹具锚与相应的连接或固定装置相配合〔例如焊接、嵌入、锚入工程结构物中等方式〕，对工程结构进行增强或对已有的结构进行加固补强。本夹具锚可以制成多种形状以适应被增强或加固的工程结构外形，如直线型、曲线型、折线型等。若需要加固圆柱形的柱，本夹具锚可以做成圆弧形与之相适应；若对矩形截面柱加固，本夹具锚可以制造为折线型〔即四个角的形状〕与之相适应。另外，本夹具锚的上波形齿板、加劲波形板、下波形齿板的剖面布置可以呈平行式、扇形式等；例如制造大吨位的吊索，上、下波形齿板及加劲波形板可以呈扇形布置，以使复合材料吊索结构更紧凑、更合理。
本实用新型采用上述技术方案，其结构合理，工作可靠性高；制造工艺简单，成本低廉，经济性好；形状多样化，适应性好；操作简单，适用性好；等等。本实用新型的功能多样，应用范围广，既可以作为复合材料片材的夹具和锚具，又可以用作复合材料片材的连接器；还可以制造大吨位的高强度复合材料拉力构件，如吊索、拉索、预应力筋等；也可以作为工程结构〔如钢结构、木结结、混凝土结构等〕如梁、板、柱等的承受拉应力的部位的增强材料使用，还可以为已有的工程结构〔如桥梁、房屋、船舶等〕作加固补强之用。
四
图1本实用新型的上、下波形齿板立体示意图；图2实施例碳纤维复合材料波形齿夹具锚平面图和I-I剖面图；图3本实用新型的几种常见形式结构示意图；1上波形齿板、2下波形齿板、3加劲波形板、4复合材料片材、5螺栓孔、6吊扣预留孔。
五具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本实用新型。
如图2所示，用四块长200mm、宽100mm、厚25mm的钢板各制作成两块上波形齿板1和两块下波形齿板2，制得两个夹具锚〔由互相吻合的上波形齿板1和下波形齿板2各一块组成〕。由于试验用的碳纤维布片材较薄、层数较少〔为2×0.111mm〕，不设置加劲波形板3。并在每个夹具锚的上波形齿板1和下波形齿板2上按图2所示位置预留了四个高强螺栓孔5和两个吊扣预留孔6。然后用手工工艺，先将两层宽50mm、厚0.111mm的碳纤维布组成的碳纤维增强塑料片材的两头用环氧树脂粘贴于两个夹具锚的上波形齿板1与下波形齿板2之间；然后分别用四根直径为16mm的高强螺栓穿过上、下波形齿板的螺栓预留孔5并拧紧带预应力弹簧垫圈的的螺母，从而实施对上、下波形齿板施加一定压力并锁定，使上、下波形齿板以及它们之间粘贴并夹持的碳纤维增强塑料片材互相挤压、紧密地结合在一起形成整体结构。将上述已制作好的结构构件放置24小时后，用吊扣穿过吊扣预留孔6，并用钢丝绳将其一端的夹具锚悬挂起来，另一端的夹具锚悬挂一个用于放置重物的木筐子，然后往木筐里加重物做拉力试验。碳纤维拉断后，将锚具拆开检查并清洗，再重复以上试验。经多次试验表明，碳纤维的设计最大拉应力为2650Mpa，试验值均在3200Mpa以上，最高可达3976Mpa，这说明本夹具锚的夹持和锚固是十分可靠的。
权利要求1.一种高强度复合材料波形齿夹具锚，主要由压紧及锁定装置组成，其特征在于还有上波形齿板〔1〕、下波形齿板〔2〕及加劲波形板〔3〕，并在上、下波形齿板及加劲波形板上对应地设置螺栓孔〔5〕，将高强度复合材料片材〔4〕粘贴于上波形齿板〔1〕、加劲波形板〔3〕、下波形齿板〔2〕之间后，用压紧及锁定装置的螺栓穿过上、下波形齿板及加劲波形板的螺栓孔〔5〕并拧紧螺母；当复合材料片材〔4〕层数较少或厚度较小时，不设置加劲波形板〔3〕。
2.按照权利要求1所述的高强度复合材料波形齿夹具锚，其特征在于上波形齿板〔1〕和下波形齿板〔2〕及加劲波形板〔3〕或上波形齿板〔1〕和下波形齿板〔2〕的凸缘或凹缘，制成互相紧密吻合并无缝隙紧密配合的波形状。
3.按照权利要求1所述的高强度复合材料波形齿夹具锚，其特征在于上波形齿板〔1〕、下波形齿板〔2〕、加劲波形板〔3〕的材质为钢材或合金或陶瓷或刚化塑料。
专利摘要一种高强度复合材料波形齿夹具锚，属于复合材料夹具和锚具技术领域，主要由上、下波形齿板、加劲波形板和压紧及锁定装置等组成。其结构合理，工作可靠性高；制造工艺简单，成本低廉；形状多样化，操作简单。本实用新型的功能多样，应用范围广，既可以作为复合材料片材的夹具和锚具，又可以用作复合材料片材的连接器；还可以制造大吨位的高强度复合材料拉力构件，如吊索、拉索、预应力筋等；也可以作为工程结构〔如钢结构、木结结、混凝土结构等〕如梁、板、柱等的承受拉应力的部位的增强材料使用，还可以为已有的工程结构〔如桥梁、房屋、船舶等〕作加固补强之用。
文档编号E04C5/12GK2594357SQ0224458
公开日2003年12月24日 申请日期2002年10月29日 优先权日2002年10月29日
发明者卓静 申请人:卓静