基于長期性能的碳纖維筋錨固系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型屬于橋梁施工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種旨在提高長期性能的碳纖維筋錨固系統(tǒng)。本實用新型包括鋼套筒、變剛度膠砂粘結(jié)劑、端堵和轉(zhuǎn)換頭，其中鋼套筒包括變截面套筒和不超過變截面套筒長度1/4的無錐角平直段；鋼套筒兩端設(shè)有中間開圓孔的銅質(zhì)圓薄片端堵；鋼套筒內(nèi)灌注植筋膠加入石英砂組合的變剛度膠砂粘結(jié)劑；轉(zhuǎn)換頭包括錨具連接段和加載系統(tǒng)夾頭連接段。本實用新型有效提高了碳纖維筋錨固的有效性，增強(qiáng)其耐疲勞、抗蠕變性能，并提供其適用于通用測試系統(tǒng)上的試驗轉(zhuǎn)換裝置。
【專利說明】
基于長期性能的碳纖維筋錨固系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于橋梁施工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種旨在提高長期性能的碳纖維筋錨固系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維筋是以合成樹脂為基體、碳纖維為增強(qiáng)材料并摻入適量輔助劑，經(jīng)拉擠成型的新型復(fù)合材料筋材。碳纖維筋具有不銹蝕、無磁性、輕質(zhì)、抗蠕變、耐疲勞性能好、比彈性模量與極限抗拉強(qiáng)度高等優(yōu)良性能，在土木工程領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用前景。尤其，將之應(yīng)用于環(huán)境較惡劣、載荷比要求較高的大跨度跨海大橋的拉索結(jié)構(gòu)中，具有傳統(tǒng)鋼索無可比擬的優(yōu)勢。近年來，對大跨度橋梁碳纖維索的應(yīng)用研究已成為熱點。
[0003]碳纖維筋雖然具有較高的順筋向抗拉強(qiáng)度，但由于碳纖維的單向布置，其橫向力學(xué)性能相對較弱。若采用傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力鋼筋錨具錨固碳纖維筋，則極易發(fā)生筋材剪切破壞。研究表明，配置碳纖維預(yù)應(yīng)力筋的結(jié)構(gòu)，其最終承載能力將更多地取決于錨固系統(tǒng)的錨固性能而不是預(yù)應(yīng)力筋本身的強(qiáng)度。由此可見，盡快研發(fā)穩(wěn)定可靠的碳纖維筋錨具具有非常重要的現(xiàn)實意義。
[0004]目前開發(fā)的碳纖維筋錨具主要有粘結(jié)式和機(jī)械式兩種。機(jī)械式錨具起源于傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力鋼筋錨具，主要通過帶有傾角的夾片對碳纖維筋施加橫向夾持力來達(dá)到錨固目的。由于該類錨具可能使碳纖維筋產(chǎn)生過大的剪切應(yīng)力而導(dǎo)致筋材被剪斷，故此類錨具應(yīng)用于碳纖維筋的錨固時局限性較大。粘結(jié)式錨具通過粘結(jié)介質(zhì)對筋材產(chǎn)生的粘結(jié)力來達(dá)到錨固的目的。該類錨具對碳纖維筋的損傷小，也是常用的碳纖維筋錨固形式。
[0005]然而，若將錨固系統(tǒng)投入到大跨橋梁拉索的錨固，則大跨橋梁所承受的風(fēng)荷載、道路交通荷載等反復(fù)荷載的存在要求結(jié)構(gòu)和錨固系統(tǒng)具有較高的疲勞性能。常用的碳纖維筋粘結(jié)式錨固系統(tǒng)通常是以環(huán)氧樹脂等材料為粘結(jié)介質(zhì)，大多能滿足靜荷要求，但在疲勞加載狀況下易出現(xiàn)粘結(jié)介質(zhì)以及筋-粘結(jié)介質(zhì)界面的損傷，并最終導(dǎo)致錨固系統(tǒng)疲勞失效，尤其以筋材-粘結(jié)介質(zhì)界面以及粘結(jié)介質(zhì)-套筒界面的粘結(jié)失效為常見疲勞破壞形式。
[0006]同時，粘結(jié)型錨具中，環(huán)氧樹脂等粘結(jié)材料在長期載荷作用下會發(fā)生蠕變，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失，從而引起錨固性能的下降。因此，提高粘結(jié)介質(zhì)的抗蠕變性能也是增強(qiáng)粘結(jié)式錨固系統(tǒng)長期性能的一個重要方面。
[0007]此外，在對碳纖維筋錨固系統(tǒng)進(jìn)行疲勞試驗時，常需要對疲勞試驗機(jī)進(jìn)行改裝，程序和操作均較復(fù)雜。因此，開發(fā)性能穩(wěn)定、操作簡單且適用范圍廣泛的轉(zhuǎn)換裝置，使之適用于錨固系統(tǒng)的試驗加載將為其短期與長期力學(xué)性能試驗帶來極大的便利。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對現(xiàn)有碳纖維筋錨固技術(shù)中存在的不足，本實用新型提供一種碳纖維筋的錨固系統(tǒng)與加載系統(tǒng)轉(zhuǎn)換裝置，目的在于提高碳纖維筋錨固的有效性，增強(qiáng)其耐疲勞、抗蠕變性能，并提供其適用于通用測試系統(tǒng)上的試驗轉(zhuǎn)換裝置。
[0009]本實用新型通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)上述技術(shù)目的。
[0010]—種基于長期性能的碳纖維筋錨固系統(tǒng)，包括鋼套筒、變剛度膠砂粘結(jié)劑、端堵和轉(zhuǎn)換頭，其中鋼套筒內(nèi)壁經(jīng)粗糙化處理，包括變截面套筒和不超過變截面套筒長度1/4的無錐角平直段，鋼套筒一端壁厚較小，外表面刻有螺紋;鋼套筒兩端設(shè)有端堵，端堵為中間開圓孔的銅質(zhì)圓薄片，該圓薄片外徑與對應(yīng)的鋼套筒口外徑相同，內(nèi)徑比碳纖維筋大I?3_;鋼套筒內(nèi)灌注變剛度膠砂粘結(jié)劑，變剛度膠砂粘結(jié)劑為在基體Lica300A/B植筋膠中按比例加入石英砂組合而成;轉(zhuǎn)換頭包括錨具連接段和加載系統(tǒng)夾頭連接段，兩個連接段為一體成型的兩個圓柱體;直徑較大的圓柱體為空心圓柱體，空心圓柱體內(nèi)壁設(shè)有與鋼套筒外表面相匹配的螺紋，用于與錨具的連接;直徑較小的圓柱體為實心圓柱體，用于與疲勞加載系統(tǒng)的夾頭連接。
[0011]進(jìn)一步地，上述鋼套筒長200?280mm之間，鋼套筒內(nèi)壁傾角突變處做圓角處理，無錐角平直段外表面無傾角，變截面套筒的錐角4°?8°。
[0012]進(jìn)一步地，上述轉(zhuǎn)換頭中兩個圓柱體的連接部分做圓角處理，圓角半徑R= 10?30mm;轉(zhuǎn)換頭的實心圓柱體外徑小于疲勞加載系統(tǒng)夾頭的最大夾持直徑;轉(zhuǎn)換頭的空心圓柱體的壁厚10?25mm。
[0013]進(jìn)一步地，上述變剛度膠砂粘結(jié)劑基體為植筋膠Lica30(^型與8型按2:1配制;石英砂按0.5-lmm砂:l_2mm砂:40-70目砂=5:3:1混合而成;變剛度膠砂粘結(jié)劑中植筋膠與石英砂的摻配比例分段不同:在無錐角平直段灌注不添加石英砂的植筋膠，變截面套筒均勻分成2段灌注變剛度膠砂粘結(jié)劑，配比依次為植筋膠:石英砂=1: 0.5和1: 0.8。
[0014]本實用新型通過設(shè)置內(nèi)壁分段處理的鋼套筒、變剛度膠砂粘結(jié)劑和端堵組合成一個碳纖維筋錨固系統(tǒng)，能有效錨固單根碳纖維筋，并具有較好的耐疲勞性能和蠕變性能;通過在植筋膠中配入石英砂，可提高粘結(jié)介質(zhì)的剛度和與筋材間的界面摩擦，從而增加其抗蠕變性能和抗筋材滑移性能，降低因筋材滑移引起的累積疲勞損傷，進(jìn)而提高錨固系統(tǒng)的長期性能；通過分段改變膠砂配比，可以使套筒內(nèi)的變剛度膠砂粘結(jié)劑剛度逐漸變化，結(jié)合使用內(nèi)錐角分段設(shè)置的鋼套筒，可降低套筒內(nèi)筋材端口處的剪應(yīng)力峰值，均勻化套筒內(nèi)筋材的剪應(yīng)力分布狀況，提高系統(tǒng)的抗剪切破壞性能;通過測試系統(tǒng)試驗轉(zhuǎn)換裝置，可以有效地利用大多數(shù)常規(guī)力學(xué)加載裝置對錨固系統(tǒng)進(jìn)行拉拔、疲勞、蠕變等多種試驗，操作方便、穩(wěn)定可靠，且可以重復(fù)使用。
【附圖說明】
[0015]圖1為碳纖維筋錨固系統(tǒng)及其轉(zhuǎn)換裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為本實用新型的鋼套筒透視圖。
[0017]圖3為本實用新型的變剛度膠砂粘結(jié)劑剖切圖。
[0018]圖4為本實用新型的轉(zhuǎn)換頭透視圖。
[0019]附圖標(biāo)記說明如下:
[0020]1-轉(zhuǎn)換頭，2-鋼套筒，3-變剛度膠砂粘結(jié)劑，401-鋼套筒前端端堵(鋼套筒內(nèi)徑較小一端為前端)，402_鋼套筒后端端堵((鋼套筒內(nèi)徑較大一端為后端)，5_碳纖維筋，301-無砂植筋膠，302-植筋膠與石英砂質(zhì)量比為I: 0.5的變剛度膠砂粘結(jié)劑，303-植筋膠與石英砂比例為1:0.8的變剛度膠砂粘結(jié)劑。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖以及具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步的說明，但本實用新型的保護(hù)范圍并不限于此。
[0022]如圖1、圖2所示，本實用新型包括鋼套筒、變剛度膠砂粘結(jié)劑、端堵和轉(zhuǎn)換頭，其中鋼套筒內(nèi)壁經(jīng)粗糙化處理，以提高鋼套筒與變剛度膠砂粘結(jié)劑界面上的摩擦力；鋼套筒包括變截面套筒加一段長度不超過變截面套筒長度1/4的無錐角平直段，鋼套筒一端壁厚較小(即鋼套筒后端)，外表面刻有螺紋。鋼套筒兩端設(shè)有端堵，端堵為中間開圓孔的銅質(zhì)圓薄片，該圓薄片外徑與對應(yīng)的鋼套筒口外徑相同，內(nèi)徑比碳纖維筋大，灌膠前將鋼套筒前端端堵401黏貼于鋼套筒端口，一方面防止膠砂流出，另一方面使碳纖維筋筋材穿過內(nèi)孔，保證筋材的對中。作為本實用新型的優(yōu)選實施例，銅質(zhì)圓薄片的內(nèi)徑比碳纖維筋材的直徑大I?3mm，優(yōu)選2mm，使之能穿過碳纖維筋。鋼套筒內(nèi)部灌注變剛度膠砂粘結(jié)劑，變剛度膠砂粘結(jié)劑為在基體Lica300A/B植筋膠中按比例加入石英砂組合而成。轉(zhuǎn)換頭包括錨具連接段和加載系統(tǒng)夾頭連接段兩個連接部分，為一體成型、直徑不等的兩個圓柱體;直徑較大的圓柱體為空心圓柱體，所述空心圓柱體內(nèi)部設(shè)有與鋼套筒外表面相匹配的螺紋;直徑較小的圓柱體為實心圓柱體，與疲勞加載系統(tǒng)的夾頭連接。
[0023]上述鋼套筒長200?280mm之間，無錐角平直段表面水平，變截面套筒帶內(nèi)錐，錐角4°?8°，優(yōu)選5°。鋼套筒內(nèi)壁傾角突變處做圓角處理。鋼套筒選用材料為45#鋼，鋼套筒壁外表面所刻螺紋為2?3mm深、5 O?6 Omm長。
[0024]轉(zhuǎn)換頭中兩個圓柱體的連接部分做圓角處理，圓角半徑R= 10?30mm，優(yōu)選R =I Omm;轉(zhuǎn)換頭的實心圓柱體外徑小于疲勞加載系統(tǒng)夾頭的最大夾持直徑;轉(zhuǎn)換頭的空心圓柱體的壁厚10?25mm，優(yōu)選15mm。
[0025]如圖3所示，鋼套筒內(nèi)壁灌注變剛度膠砂粘結(jié)劑，變剛度膠砂粘結(jié)劑為在基體Lica300A/B植筋膠中按比例加入石英砂組合而成;基體為植筋膠Lica 30(^型與8型按2:1配制;所述石英砂按0.5-lmm砂:l_2mm砂:40-70目砂=5: 3:1混合而成;變剛度膠砂粘結(jié)劑中植筋膠與石英砂的摻配比例分段不同:在無錐角平直段灌注不添加石英砂的植筋膠，將有錐角段套筒均勻分成2段灌注變剛度膠砂粘結(jié)劑，變剛度膠砂粘結(jié)劑的配比依次為植筋膠:石英砂=1:0.5和1:0.8。
[0026]如圖1、圖4中，當(dāng)進(jìn)行疲勞試驗時，轉(zhuǎn)換頭I通過一端的內(nèi)螺紋固定于鋼套筒2的有螺紋端，另一端被夾持于加載系統(tǒng)的夾頭中，用以承受設(shè)備施加的荷載，并將荷載快捷有效地傳遞到錨固系統(tǒng)上。本實用新型裝置可解決力學(xué)性能試驗裝置中夾頭最大夾持直徑不能滿足外徑較大的錨固系統(tǒng)的加載問題，保證了加載的穩(wěn)定性與可靠性;裝置簡單，加工和操作方便;且可以重復(fù)使用。
[0027]工作過程為:
[0028]制備時，先用丙酮清洗所有部件，用快干膠將鋼套筒前端端堵401黏貼在鋼套筒2前端;待膠固化后，豎直放置鋼套筒2，使貼有鋼套筒前端端堵401的一端置于地面，用膠槍將規(guī)定體積的Lica 300A、B兩種膠一邊混合均勻一邊緩慢打入鋼套筒2無錐角平直段，通過輕敲或振動鋼套筒數(shù)次排除其中可能產(chǎn)生的氣泡;按配比要求稱量并拌和好變剛度膠砂粘結(jié)劑302和變剛度膠砂粘結(jié)劑303，然后依次緩慢灌入鋼套筒2;迅速將鋼套筒2表面的變剛度膠砂粘結(jié)劑清理干凈，并將鋼套筒后端端堵402貼于鋼套筒2后端;將碳纖維筋5從鋼套筒后端端堵402穿過，緩慢地螺旋轉(zhuǎn)動穿過變剛度膠砂粘結(jié)劑3，直至最終穿過鋼套筒前端端堵401內(nèi)孔;避開濕冷環(huán)境養(yǎng)護(hù)1-2周。至此，碳纖維筋的錨固系統(tǒng)制作完成。
[0029]采用MTS材料試驗系統(tǒng)或其它試驗機(jī)對錨固系統(tǒng)進(jìn)行力學(xué)性能試驗時，若夾頭的最大夾持尺寸小于鋼套筒2外徑，采用轉(zhuǎn)換頭3。操作時，只需要使所述轉(zhuǎn)換頭3的錨具連接段通過螺紋安裝在鋼套筒2上，轉(zhuǎn)換頭3的加載系統(tǒng)夾頭連接段被夾持于試驗系統(tǒng)的夾頭中。隨著試驗機(jī)的加載，轉(zhuǎn)換頭即可將荷載傳遞到錨固系統(tǒng)中，完成試驗加載過程。
[0030]所述實施例為本實用新型的優(yōu)選的實施方式，但本實用新型并不限于上述實施方式，在不背離本實用新型的實質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進(jìn)、替換或變型均屬于本實用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種基于長期性能的碳纖維筋錨固系統(tǒng)，其特征在于:包括鋼套筒、變剛度膠砂粘結(jié)劑、端堵和轉(zhuǎn)換頭， 所述鋼套筒內(nèi)壁經(jīng)粗糙化處理，包括變截面套筒和不超過變截面套筒長度1/4的無錐角平直段，所述鋼套筒一端壁厚較小，外表面刻有螺紋； 所述鋼套筒兩端設(shè)有端堵，所述端堵為中間開圓孔的銅質(zhì)圓薄片，該圓薄片外徑與對應(yīng)的鋼套筒口外徑相同，內(nèi)徑比碳纖維筋大I?3_; 所述鋼套筒內(nèi)灌注變剛度膠砂粘結(jié)劑； 所述轉(zhuǎn)換頭包括錨具連接段和加載系統(tǒng)夾頭連接段，兩個連接段為一體成型的兩個圓柱體;直徑較大的圓柱體為空心圓柱體，空心圓柱體內(nèi)壁設(shè)有與鋼套筒外表面相匹配的螺紋，用于與錨具的連接;直徑較小的圓柱體為實心圓柱體，用于與疲勞加載系統(tǒng)的夾頭連接。2.如權(quán)利要求1所述的基于長期性能的碳纖維筋錨固系統(tǒng)，其特征在于:所述鋼套筒長200?280mm之間，鋼套筒內(nèi)壁傾角突變處做圓角處理，所述無錐角平直段外表面無傾角，所述變截面套筒的錐角4°?8°。3.如權(quán)利要求1所述的基于長期性能的碳纖維筋錨固系統(tǒng)，其特征在于:所述轉(zhuǎn)換頭中兩個圓柱體的連接部分做圓角處理，圓角半徑R= 1mm?30mm;所述轉(zhuǎn)換頭的實心圓柱體外徑小于疲勞加載系統(tǒng)夾頭的最大夾持直徑;所述轉(zhuǎn)換頭的空心圓柱體的壁厚10?25_。
【文檔編號】G01N3/02GK205642988SQ201620136597
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年2月23日
【發(fā)明人】謝桂華, 臧娜, 劉榮桂, 黃俊杰, 唐永生, 梁戈
【申請人】江蘇大學(xué)