专利名称：Frp筋与钢绞线连接器及复合拉索的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种将FRP筋材与钢绞线可靠连接的装置以及使用该种连接器形成 复合拉索的技术。
背景技术：
目前，拉索和吊杆是现代大跨度悬索桥、斜拉桥和下承式拱桥的关键受力构件，其 工作状态是判断桥梁整体是否处于正常状态的主要决定因素。传统的桥梁定期病害检查手 段由于检测间隔时间太长、对突发安全事故的防范无能为力，已不能适应该类大型桥梁的
管理和养护。将光纤光栅传感元件与纤维复合材料亦即FRP与基材相结合的智能拉索是一种 对桥梁拉索内力状态进行长期实时监控的新技术，也是目前桥梁工程界和学术界的研究热 点，但是大型桥梁的拉索长度动辄数百米甚至上千米，用等长的全FRP智能拉索取代高强 钢绞线的成本很高，且对FRP智能拉索加工和安装的技术工艺要求极高，导致其加工成品 率和安装存活率较低。FRP筋一般采用多根已嵌入光纤光栅传感元件的FRP棒用热缩管收紧形成束。
发明内容
为了克服现有FRP智能拉索成本高、加工成品率和安装存活率较低的不足，本发 明所要解决的技术问题是提供一种FRP筋与钢绞线连接器及使用该种连接器形成的复合 拉索，使用该连接器，可以将一段FRP筋与其两端的钢绞线可靠连接成复合智能拉索，其功 能和抗拉强度与FRP智能拉索相当，但拉索的加工成品率和安装存活率可大幅提高。FRP筋与钢绞线连接器，包括钢铰线端连接件和FRP筋粘结件，钢铰线端连接件上 设置有由其外端到内端的通孔，FRP筋粘结件上也设置有由其外端到内端的通孔，在钢铰线 端连接件的内端和FRP筋粘结件的内端之间设置用于与钢铰线锚接的钢铰线锚固件，具有 灌充腔的中空连接件将钢铰线端连接件和FRP筋粘结件固定连接，所述灌充腔容纳了钢铰 线端连接件的内端和FRP筋粘结件的内端及所述钢铰线锚固件，所述中空连接件上还设置 有数据线引出孔。所述FRP筋粘结件上的通孔接近内端的一段为锥形孔，该锥形孔的大径端为内端。所述FRP筋粘结件上的通孔接近外端的一段内设置有与通孔直径相匹配的缓冲垫圈。所述钢铰线锚固件与钢铰线端连接件的内端和FRP筋粘结件的内端之间均有间隔。所述中空连接件上设置有压注孔和出气孔，所述灌充腔内充填有粘结材料。
所述中空连接件外壁上设置有数据线卡座。 所述中空连接件为设置有内螺纹的套筒，所述钢铰线端连接件和FRP筋粘结件上相应设置有外螺纹段。所述中空连接件分别与所述钢铰线端连接件和FRP筋粘结件销连接。复合拉索，包括一段FRP筋，该段FRP筋轴向两侧通过两个所述的“FRP筋与钢绞 线连接器”各连接有一段钢铰线，该段FRP筋的两端头分别位于对应FRP筋粘结件的通孔 内，通孔内均充填有粘结材料，两段钢铰线分别穿过对应钢铰线端连接件并锚接在对应的 钢铰线锚固件上，所述灌充腔内均充填有粘结材料。所述FRP筋的长度彡3m。
本发明的有益效果是各部件均可采用现有成熟工艺加工，组装方便、工艺要求 低；经拉伸率定试验检验和工程实际应用证明，连接器工作可靠，性能稳定，采用本发明取 代与其等长的全FRP智能拉索，可节约成本，降低加工和安装FRP智能拉索的技术工艺要 求，提高成品率和安装存活率。
图1是本发明的主视图。图2是钢铰线端连接钢件的示意图。图3是FRP筋粘结件的示意图。图4是中空连接件的示意图。图5是复合拉索的示意图。图中标记为，1-钢铰线端连接件，2-钢铰线锚固件，3-中空连接件，4-FRP筋粘结 件，5-缓冲垫圈，6-销，7-数据线引出孔，8-数据线卡座，9-数据线，10-灌充腔，11-外端， 12-内端，13-钢铰线，14-FRP筋，15-钢铰线，16-销，17-粘结材料，18-销孔，19-销孔， 20-销孔，21-销孔，31-出气孔，40-锥形孔，41-外端，42-内端，43-粘结材料。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。如图1、图2、图3和图4所示，本发明的FRP筋与钢绞线连接器，包括钢铰线端连接 件1和FRP筋粘结件4，钢铰线端连接件1上设置有由其外端11到内端12的通孔，FRP筋粘 结件4上也设置有由其外端41到内端42的通孔，在钢铰线端连接件1的内端12和FRP筋 粘结件4的内端42之间设置用于与钢铰线13锚接的钢铰线锚固件2，具有灌充腔10的中 空连接件3将钢铰线端连接件1和FRP筋粘结件4固定连接，所述灌充腔10容纳了钢铰线 端连接件1的内端12和FRP筋粘结件4的内端42及所述钢铰线锚固件2，所述中空连接件 3上还设置有数据线引出孔7。使用该FRP筋与钢绞线连接器，可将FRP筋与钢铰线可靠连 接成复合拉索，该种复合拉索既保留了全FRP智能拉索的实时监控功能，又具有成本优势， 且加工成品率和安装存活率更高。如图1和图3所示，为了提高锚固能力，所述FRP筋粘结件4上的通孔接近内端42 的一段为锥形孔40，该锥形孔40的大径端为内端。如图1所示，考虑到FRP筋横向抗剪强度低，在所述FRP筋粘结件4上的通孔接近 外端41的一段内设置有与通孔直径相匹配的缓冲垫圈5，避免应力集中导致FRP筋内增强 纤维断裂。
如图1和图5所示，所述钢铰线锚固件2与钢铰线端连接件1的内端12和FRP筋 粘结件4的内端42之间均有间隔，以便容纳充填材料及FRP筋端头及数据线9。如图1和图3所示，所述中空连接件3上设置有压注孔31和出气孔，可利用所述 数据线引出孔7作为出气孔，在现场施工时，应向所述灌充腔10内充填粘结材料17。如图1、图3和图5所示，所述中空连接件3外壁上设置有数据线卡座8，方便传感器光缆亦即数据线9的引出和保护。如图1、图3和图5所示，所述中空连接件3为设置有内螺纹的套筒，所述钢铰线端 连接件1和FRP筋粘结件4上相应设置有外螺纹段，利用螺纹进行紧固连接。如图1、图2、图3和图5所示，为进一步提高连接的可靠性及方便组装时定位，还 可将所述中空连接件3分别与所述钢铰线端连接件1和FRP筋粘结件4销连接，钢铰线端 连接件1上的销孔18与中空连接件3上的销孔21对应并与销6相匹配，FRP筋粘结件4上 的销孔19与中空连接件3上的销孔20对应并与销16相匹配。如图5所示，本发明的复合拉索，包括一段FRP筋14，该段FRP筋14轴向两侧通 过两个所述的“FRP筋与钢绞线连接器”各连接有一段钢铰线13、15，该段FRP筋14的两端 头分别位于对应FRP筋粘结件4的通孔内，通孔内均充填有粘结材料43，两段钢铰线13、15 分别穿过对应钢铰线端连接件1并锚接在对应的钢铰线锚固件2上，所述灌充腔10内均充 填有粘结材料17。一般地，根据工程实践中拉索的长度，所述FRP筋14的长度在1. 5m左右即可，一 般不超过3m长，已经能够保证使用中其传感器实现拉力监测功能，同时，FRP筋14段的长 度太长，则其加工成品率和安装存活率会下降，应用本发明复合拉索的优势不明显。实施例如图1 图5所示，整根拉索由一段光纤光栅传感嵌入式的FRP筋14、两段高强钢 绞线13、15，两件钢绞线锚接钢件1，两件FRP筋粘接件4和两件中空连接件3组成。钢绞 线13、15的长度根据实际需要确定。制作时，首先将4 7根长约150cm已嵌入光纤光栅传感元件的FRP棒用热缩管 收紧形成一束FRP筋，FRP筋截面的选取应同时满足破断拉力不小于200KN且极限应变不 大于5000 μ ε的要求。FRP筋粘接件4上的通孔接近内端42的一段为锥形孔40，该锥形 孔40的大径端为内端，FRP棒束两端进入锥形孔40的部分宜带缠绕凹凸纹，所述凹凸纹可 在FRP筋在热缩时对其外围的树脂材料挤压成形，FRP棒束端头的FRP棒呈略微散开状，以 增强抗拉拔能力，显著提高其锚固能力，并在FRP筋粘接件4上的通孔内灌注粘结材料43 而锚固，粘结材料43若采用树脂，则由于FRP筋的基材和粘结材料同为树脂，两者之间产生 很强的粘结力。考虑到FRP棒束横向抗剪强度低，在所述FRP筋粘结件4上的通孔接近外 端41的一段内设置有与通孔直径相匹配的缓冲垫圈5，避免应力集中导致FRP筋内增强纤 维断裂。钢绞线锚固件2例如可由常见的OVM挤压式固端P型锚头和钢制挡块构成。FRP筋粘接件4和钢绞线端连接件1的外壁均加工为梯形外螺纹，可通过作为中空 连接件3的加工有内螺纹的套筒组装成一体；所述套筒与FRP筋粘结件4和钢绞线端连接 件1上均设置销孔，以便组装时定位；套筒外壁内设数据线卡座8，方便数据线9的引出和 保护。
为保证加工质量和粘结锚固性能，FRP筋 14的制作及其FRP筋粘结件4的粘结 锚固工艺应在工厂内加工完成，并进行拉伸率定试验以检验锚固性能并标定光纤光栅传感 器。进行拉伸试验时，中空连接件3与FRP筋粘结件4和钢绞线端连接件1仅采用螺纹连 接，灌注腔10内暂不灌注粘结材料。钢绞线锚固件2在桥梁施工现场方与钢绞线进行锚接， 锚接后再将中空连接件3组装上去，在工地现场FRP筋与钢铰线连接完成后，中空连接件3 的灌注腔10内再压注粘结材料17，中空连接件3上预留有压注孔31和出气孔。FRP筋粘结件4及灌注腔10内使用的粘结材料43、17可通过拉伸试验结果比选确 定，一般使用树脂粘结材料，如环氧树脂、环氧树脂砂浆、环氧铁砂等。
权利要求
FRP筋与钢绞线连接器，其特征是包括钢铰线端连接件(1)和FRP筋粘结件(4)，钢铰线端连接件(1)上设置有由其外端(11)到内端(12)的通孔，FRP筋粘结件(4)上也设置有由其外端(41)到内端(42)的通孔，在钢铰线端连接件(1)的内端(12)和FRP筋粘结件(4)的内端(42)之间设置用于与钢铰线(13)锚接的钢铰线锚固件(2)，具有灌充腔(10)的中空连接件(3)将钢铰线端连接件(1)和FRP筋粘结件(4)固定连接，所述灌充腔(10)容纳了钢铰线端连接件(1)的内端(12)和FRP筋粘结件(4)的内端(42)及所述钢铰线锚固件(2)，所述中空连接件(3)上还设置有数据线引出孔(7)。
2.如权利要求1所述的FRP筋与钢绞线连接器，其特征是所述FRP筋粘结件(4)上 的通孔接近内端(42)的一段为锥形孔(40)，该锥形孔(40)的大径端为内端。
3.如权利要求1所述的FRP筋与钢绞线连接器，其特征是所述FRP筋粘结件(4)上 的通孔接近外端(41)的一段内设置有与通孔直径相匹配的缓冲垫圈(5)。
4.如权利要求1、2或3所述的FRP筋与钢绞线连接器，其特征是所述钢铰线锚固件 (2)与钢铰线端连接件(1)的内端(12)和FRP筋粘结件(4)的内端(42)之间均有间隔。
5.如权利要求1、2或3所述的FRP筋与钢绞线连接器，其特征是所述中空连接件(3) 上设置有压注孔和出气孔(31)，所述灌充腔(10)内充填有粘结材料(17)。
6.如权利要求1、2或3所述的FRP筋与钢绞线连接器，其特征是所述中空连接件(3) 外壁上设置有数据线卡座(8)。
7.如权利要求1、2或3所述的FRP筋与钢绞线连接器，其特征是所述中空连接件(3) 为设置有内螺纹的套筒，所述钢铰线端连接件(1)和FRP筋粘结件(4)上相应设置有外螺 纹段。
8.如权利要求7所述的FRP筋与钢绞线连接器，其特征是所述中空连接件(3)分别 与所述钢铰线端连接件(1)和FRP筋粘结件(4)销连接。
9.采用权利要求1、2或3所述的“FRP筋与钢绞线连接器”的复合拉索，其特征是包 括一段FRP筋(14)，该段FRP筋(14)轴向两侧通过两个所述的“FRP筋与钢绞线连接器”各 连接有一段钢铰线(13、15)，该段FRP筋(14)的两端头分别位于对应FRP筋粘结件(4)的 通孔内，通孔内均充填有粘结材料(43)，两段钢铰线(13、15)分别穿过对应钢铰线端连接 件(1)并锚接在对应的钢铰线锚固件(2)上，所述灌充腔(10)内均充填有粘结材料(17)。
10.如权利要求9所述的复合拉索，其特征是所述FRP筋(14)的长度<3m。
全文摘要
本发明公开了一种能提高加工成品率和安装存活率的FRP筋与钢绞线连接器及复合拉索，所述连接器包括均设有通孔钢铰线端连接件和FRP筋粘结件，二者间设置用于与钢铰线锚接的钢铰线锚固件，具有灌充腔的中空连接件将二者固定连接，灌充腔容纳了钢铰线端连接件的内端和FRP筋粘结件的内端及钢铰线锚固件，中空连接件上还设置有数据线引出孔；复合拉索包括一段FRP筋，该段FRP筋轴向两侧通过两个所述的连接器各连接一段钢铰线，该段FRP筋的两端头分别位于对应FRP筋粘结件的通孔内，通孔内均充填有粘结材料，两段钢铰线分别穿过对应钢铰线端连接件并锚接在对应的钢铰线锚固件上，灌充腔内均充填有粘结材料，可用于大型桥梁拉索或吊杆内力的智能监控技术领域。
文档编号E01D19/00GK101864725SQ20101022911
公开日2010年10月20日 申请日期2010年7月16日 优先权日2010年7月16日
发明者何勇, 吴涤, 周厚斌 申请人:四川省交通厅公路规划勘察设计研究院