一种用于碳纤维平行拉索的锚具及其锚固方法

1.本发明属于碳纤维增强复合材料的锚固领域，具体涉及一种用于碳纤维平行拉索的锚具及其锚固方法。


背景技术：

2.进入新世纪以来，桥梁因钢材锈蚀导致的耐久性问题日趋严重，钢筋或钢材锈蚀已成为影响混凝土结构耐久性的首要原因。2014年我国腐蚀总成本超过2万亿元人民币，约占当年国内生产总值的3.34％，其中与桥梁工程有关的腐蚀损失占相当大的比例。桥梁等基础设施在海洋和中西部严酷环境下的耐久性和安全性问题尤为突出。因此，解决桥梁工程中钢筋或钢材的锈蚀问题、提高结构的耐久性、延长其使用寿命具有重大的意义。
3.国内外有关科学研究与工程实践表明，碳纤维增强复合材料作为一种新型高性能材料，在桥梁工程中的应用前景十分广阔。碳纤维材料是由碳纤维纤维与基体按一定比例混合并经过拉挤工艺复合形成的，它具有轻质、高强、耐腐蚀和抗疲劳等优良特性。碳纤维杆可替代普通钢筋、预应力钢筋或钢拉索用于新建桥梁；
4.若要充分发挥碳纤维增强复合材料杆的高强度性能，则必须要由一个可靠高效的锚固系统进行锚固，传统的钢绞线多使用夹片或挤压形式的锚固，由于钢绞线受压强度较高，且属于各向同性，所以夹片锚或挤压锚可用于钢绞线，但碳纤维杆属于各向异性，且横向性能较差，传统的锚固方法对碳纤维杆体会造成较大的损伤，导致杆体提前丧失承载力，为此，粘结型锚固多用于碳纤维拉索的锚固。
5.在粘结型锚固体系中，内锥形锚固形式为主要形式，但内锥形锚固形式缺点明显，由于内锥形锚固体系经常在荷载端，即锥口处发生应力集中导致杆体发生破坏，致使锚固效率低，且在承受疲劳荷载时，易发生疲劳破坏，无法充分发挥碳纤维杆体优异的疲劳性能，其次，内锥形锚固体系应力多集中于前部，锚固区后部发挥作用非常小，所以导致前部应力水平较高，受力不合理，还有一些锚固方式是通过将填充材料更换为不同刚度的填料，来达到减小应力集中的目的，但此类型锚固方式制作困难，不容易控制填充材料的质量。


技术实现要素：

6.本发明是为了解决现有cfrp拉索锚固体系锚固区应力分布不均匀导致杆体发生破坏致使锚固效率低的技术问题的技术问题，而提供一种用于碳纤维平行拉索的锚具及其锚固方法。
7.本发明的一种用于碳纤维平行拉索的锚具包括锚杯、前端分丝板、后端分丝板、密封螺栓，所述密封螺栓与锚杯尾端内径螺纹连接，所述锚杯是由前端平直段、中间直锥段和后端三角槽段构成的一体结构，所述前端平直段的内腔呈圆柱形，所述中间直锥段的内腔呈圆台形，所述后端三角槽段的内腔呈塔状圆台形。
8.进一步限定，所述后端分丝板的一端设有与锚杯内腔连通的排气孔。
9.进一步限定，所述后端三角槽段的塔状圆台形内腔的各层圆台母线与轴线的夹角
由塔顶至塔底依次为α1、α2、α3...α
n
‑1、α
n
，其中n为正整数，各夹角角度满足α
n
‑1≤α
n
。
10.进一步限定，所述中间直锥段的圆台形内腔圆台母线与轴线的夹角β满足β＜α1。
11.进一步限定，所述后端三角槽段塔状圆台形内腔的各层圆台母线与轴线的夹角α
n
随锚具设计荷载变化而进行相应改变。
12.进一步限定，所述前端分丝板和后端分丝板分别卡设在锚杯的前后两端。
13.进一步限定，所述前端分丝板和后端分丝板上的孔数量与孔径均相同。
14.本发明的一种用于碳纤维平行拉索的锚固方法按以下步骤进行：
15.步骤1：将锚杯固定在工作台上，将碳纤维杆依次穿入前端分丝板和后端分丝板上的孔中，然后将后端分丝板卡设在锚杯的后端，形成碳纤维拉索；
16.步骤2：将锚杯吊起，垂直于地面，从锚杯前端灌注环氧铁砂，灌注完成后将前端分丝板卡设在锚杯的前端端口处，通过不断振动将空气从后端分丝板上的排气孔排出，使环氧铁砂在锚杯内填充密实，之后拧上密封螺栓，进行加热固化，完成锚固。
17.进一步限定，步骤2中所述环氧铁砂为环氧树脂与铁砂的混合物。
18.进一步限定，步骤2中所述加热固化的温度为80～150℃，时间为6h～24h。
19.本发明与现有技术相比具有的显著效果：
20.1)本发明的锚具采用直锥段与三角槽段相互配合，降低前部应力集中，增加锚固区后部的锚固效果，可以提升锚固效率，减小杆体破坏的概率，从而达到更大的承载力；
21.2)本发明的锚具可以根据锚固拉索杆体的数量对直锥段与三角槽段的长度与角度进行动态调整，拉索设计荷载较大，则可以将直锥段与三角槽段的角度进行适当放大；
22.3)本发明锚具中三角槽段内各段的角度是可以根据拉索荷载、锚固长度进行变化的，使其可以适用于不同吨位的碳纤维拉索。
23.4)本发明的锚具由于三角槽段的存在，可以减小索体与填充材料整体的滑移量，从而降低环氧铁砂径向变形量，降低杆体所受压应力；
24.5)本发明的锚具通过使用前后两个分丝板，将碳纤维索体在锚固区中分散开，呈三角状，增大了碳纤维杆与环氧铁砂的接触面积，使杆体沿表面的剪应力更加均匀，所受到的压应力更加均匀，减少应力集中，增大锚固效率。
附图说明
25.图1为本发明锚具的结构示意图；
26.图2为本发明锚具中直锥段和三角槽段角度示意图；
27.其中，1
‑
锚杯，101
‑
前端平直段，102
‑
中间直锥段，103
‑
后端三角槽段，2
‑
前端分丝板，3
‑
后端分丝板，4
‑
密封螺栓，5
‑
排气孔。
具体实施方式
28.实施例1、本实施例的一种用于碳纤维平行拉索的锚具包括锚杯1、前端分丝板2、后端分丝板3、密封螺栓4，所述密封螺栓4与锚杯1尾端内径螺纹连接，所述锚杯1是由前端平直段101、中间直锥段102和后端三角槽段103构成的一体结构，所述前端平直段101的内腔呈圆柱形，所述中间直锥段102的内腔呈圆台形，所述后端三角槽段103的内腔呈塔状圆台形，所述后端分丝板3的一端设有与锚杯1内腔连通的排气孔5，所述后端三角槽段103的
塔状圆台形内腔的各层圆台母线与轴线的夹角由塔顶至塔底依次为α1、α2、α3...α
n
‑1、α
n
，其中n为正整数，各夹角角度满足α
n
‑1≤α
n
，所述中间直锥段102的圆台形内腔圆台母线与轴线的夹角β满足β＜α1，所述后端三角槽段103塔状圆台形内腔的各层圆台母线与轴线的夹角α
n
随锚具设计荷载变化而进行相应改变，所述前端分丝板2和后端分丝板3分别卡设在锚杯1的前后两端，所述前端分丝板2和后端分丝板3上的孔数量与孔径均相同。
29.实施例2、用实施例1的锚具对碳纤维平行拉索进行锚固的方法按以下步骤进行：
30.步骤1：将锚杯1固定在工作台上，将碳纤维杆6依次穿入前端分丝板2和后端分丝板3上的孔中，然后将后端分丝板3卡设在锚杯1的后端，形成碳纤维拉索；
31.步骤2：将锚杯1吊起，垂直于地面，从锚杯1前端灌注环氧铁砂7，所述环氧铁砂7为环氧树脂与铁砂的混合物，灌注完成后将前端分丝板2卡设在锚杯1的前端端口处，通过不断振动将空气从后端分丝板3上的排气孔5排出，使环氧铁砂7在锚杯1内填充密实，之后拧上密封螺栓4，进行加热固化，完成锚固，碳纤维杆的另一端采用同样方式进行锚固。