CN113215997A - 基于形状记忆合金的复合材料预应力张拉锚固方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明属于机械连接领域,具体涉及一种基于形状记忆合金的复合材料预应力张拉锚固方法及***。包括复合材料构件,夹具和温控装置;复合材料构件端部上下表面均开设有齿槽;夹具包括均开设与复合材料构件上的齿槽相匹配的齿的上夹具和下夹具,上夹具和下夹具至少有一个为形状记忆合金板,形状记忆合金板包括用于夹持的夹具端和伸长部,形状记忆合金板伸长部的一端与需要用复合材料构件加固的混凝土或金属构件连接;温控装置用于对形状记忆合金板的伸长部进行加热使其发生相变由去孪晶马氏体变为奥氏体。本发明的锚固技术采用两种基于形状记忆合金的复合材料桥面板预紧力施加锚固***结构简单,施工作业效率高,特别适合快速化施工的场合。
Description
技术领域
本发明属于机械连接领域,具体涉及一种基于形状记忆合金的复合材料预应力张拉锚固方法及***。
背景技术
复合材料具有轻质高强、耐疲劳和抗腐蚀等优点,已经在土木工程中得到了越来越广泛的应用。近年来,越来越多的工程使用体外张拉预应力技术,对复合材料进行张拉来施加预应力。该方法具体步骤如下:
1.在选定位置打孔,之后用螺栓连接固定锚具。
2.连接锚具与碳纤维板。使用环氧树脂胶和波纹板,用锚具将复合材料压紧,之后用螺栓固定。
3.安装张拉设备,将拉杆和千斤顶安装到张拉端的锚具上。
4.张拉复合材料,施工前先预张拉20kN,之后在碳纤维板表面涂一层环氧树脂胶。进行逐级张拉,每级张拉需停止2-3分钟再进行张拉。
5.张拉完成后旋紧拉杆螺母,卸除千斤顶和张拉装置,清除多余粘胶,安装压条,涂抹防腐层。
此技术在实施过程中需要安装和拆卸张拉***,耗时耗力,若是实桥的桥面下进行张拉会更加耗时且危险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合材料预应力张拉锚固方法及***,基于形状记忆合金的形变实现了对复合材料构件的张拉锚固,施工方便、安全、高效,避免了安装和卸除张拉装置。
实现本发明目的的技术解决方案为:一种基于形状记忆合金的复合材料预应力张拉锚固***,包括复合材料构件,夹具和温控装置;
所述复合材料构件端部上下表面均开设有齿槽;
所述夹具包括均开设与复合材料构件上的齿槽相匹配的齿的上夹具和下夹具,所述上夹具和下夹具至少有一个为形状记忆合金板,所述形状记忆合金板包括用于夹持的夹具端、预先拉长用于回复的伸长部和用于锚固的锚固端,形状记忆合金板的锚固端与需要用复合材料构件加固的混凝土或金属构件连接;
所述温控装置用于对形状记忆合金板的伸长部进行加热使其发生相变由去孪晶马氏体变为奥氏体。
进一步的,所述形状记忆合金板的夹具端作为上夹具,所述下夹具为设有齿的下夹具,形状记忆合金板的夹具端的厚度小于伸长部的厚度,厚度差等于复合材料构件的厚度。
进一步的,下夹具一端与形状记忆合金的伸长部连接,下夹具用于夹持的部分与形状记忆合金板的夹具端连接;形状记忆合金板的锚固端与桥面板连接。
进一步的,下夹具一端与形状记忆合金的伸长部通过螺栓连接,下夹具用于夹持的部分与形状记忆合金板的夹具端通过螺栓连接;形状记忆合金板的锚固端与桥面板通过螺栓连接;
所述下夹具为不锈钢夹具。
进一步的,所述温控装置包括加热片和外接温控单元;所述加热片用于贴在形状记忆合金板伸长部的表面,外接温控单元用于将加热片加热至相变温度以上,使形状记忆合金板发生相变,由去孪晶马氏体相变为奥氏体,带动形状记忆合金夹具端位移,进而通过齿接头对复合材料构件施加张拉。
进一步的,所述上夹具和下夹具均为形状记忆合金板,形状记忆合金板的夹具端和伸长部、锚固端的厚度相同;
上下形状记忆合金板的夹具端连接,用于夹持复合材料构件;上下形状记忆合金板的锚固端之间设有钢制垫板,并于桥面板连接。
进一步的,上下形状记忆合金板的夹具端通过螺栓连接,用于夹持复合材料构件;上下形状记忆合金板的锚固端之间设有钢制垫板,并于桥面板螺栓连接。
进一步的,所述温控装置包括两个加热片和外接温控单元;两个所述加热片用于贴在形状记忆合金板伸长部的表面,外接温控单元用于将加热片加热至相变温度以上,使形状记忆合金板发生相变,由去孪晶马氏体相变为奥氏体,带动形状记忆合金夹具端位移,进而通过齿接头对复合材料构件施加张拉。
一种采用上述的锚固***进行复合材料预应力张拉锚固的方法,包括如下步骤:
步骤(1):组装上夹具和下夹具,使复合材料构件固定于需要用复合材料构件加固的混凝土或金属构件;
步骤(2):将加热片贴在形状记忆合金板的伸长部的表面,采用外接温控单元将加热片加热至相变温度以上,使形状记忆合金板发生相变,由去孪晶马氏体相变为奥氏体,带动形状记忆合金夹具端位移,进而通过齿接头对复合材料构件施加张拉。
一种上述的锚固***的用途,用于将复合材料构件与需要用复合材料构件加固的混凝体或金属构件的连接。
本发明与现有技术相比,其显著优点在于:
(1)施工方便;本发明的锚固***,在施工时仅需要将加热片粘贴至形状合金板表面,再使用温控装置将其加热到指定温度,即可完成对复合材料的张拉,无需安装和卸除张拉装置。
(2)施工安全高效;本发明的锚固***在对实桥桥底进行复合材料的锚固时,只需携带加热片和温控装置,操作过程仅有数分钟,从而减少了人和器具坠落的风险。
附图说明
图1为本发明实施例1的锚固***主视图。
图2为本发明实施例1的锚固***俯视图。
图3为本发明实施例2的锚固***主视图。
图4为本发明实施例2的锚固***俯视图。
附图标记说明:
1-形状记忆合金板锚固端,2-形状记忆合金板伸长部,3-形状记忆合金板夹具端,4-不锈钢夹具,5-桥面板,6-锚钉,7-复合材料构件,8-齿接头,9-加热片,10-钢制垫板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
本发明提供了一种全新的施加预应力的方法:形状记忆合金板已通过事先拉伸伸长,使用加热片外接控温装置对形状记忆合金板进行加热,形状记忆合金板达到相变温度而产生回复,从而带动夹具位移,再通过齿根位置层间抗剪能力以及接触面上的摩擦阻力共同传递外载荷,从而达到张拉复合材料的目的。
本发明提出的基于形状记忆合金的复合材料桥面板预应力施加锚固***有两种结构方案,具体如下。
实施例1
基于形状记忆合金的复合材料桥面板预应力施加锚固***,见图1和图2,包括形状记忆合金板锚固端1、形状记忆合金板伸长部2、夹具、端部设有齿的复合材料构件7;夹具中部设有与复合材料构件7端部齿配合的齿接头8;夹具由形状记忆合金板夹具端3和不锈钢夹具4组成;形状记忆合金板锚固端1和形状记忆合金板伸长部2、形状记忆合金板夹具端3为一体件,形状记忆合金板伸长部2已通过事先常温拉伸伸长;形状记忆合金板伸长部2、形状记忆合金板夹具端3与不锈钢夹具4通过锚钉6螺栓连接;形状记忆合金板锚固端1与桥面板5通过锚钉6螺栓连接,从而将复合材料构件锚固到混凝土或金属构件上。
将加热片9外接控温装置,并贴在形状记忆合金板伸长部2的表面,通过控温装置将加热片9加热至其相变温度Af以上,使形状记忆合金板发生相变,由去孪晶马氏体相变为奥氏体,其宏观变形将回复事先拉伸的应变,从而带动形状记忆合金板夹具端3与不锈钢夹具4位移,进而通过齿接头8对复合材料7施加张拉。
实施例2
另一种基于形状记忆合金的复合材料桥面板预应力施加锚固***,见图3和图4,包括形状记忆合金板锚固端1、形状记忆合金板伸长部2、夹具、端部设有齿的复合材料构件7、钢制垫板10;夹具中设有与复合材料构件7端部齿配合的齿接头8;夹具由两块形状记忆合金板夹具端3组成;两块形状记忆合金板夹具端3分别和上下两块形状记忆合金板的伸长部2、锚固端1为一体件,形状记忆合金板已通过事先常温拉伸伸长;形状记忆合金板的伸长部2、形状记忆合金的夹具端3与钢制垫板10、桥面板5通过锚钉6螺栓连接,从而将复合材料构件锚固到混凝土或金属构件上。
将两片加热片9外接控温装置,并分别贴在上下两块形状记忆合金板的伸长部2的表面,通过控温装置将加热片9加热至其相变温度Af以上,使形状记忆合金板发生相变,由去孪晶马氏体相变为奥氏体,其宏观变形将回复事先拉伸的应变,从而带动形状记忆合金板夹具端3位移,进而通过齿接头8对复合材料板7施加张拉。
可以看出,实施例1的加热方式更为简单,施工更加方便;实施例2的连接效率更高,施加相同预应力时,实施例2的形状记忆合金板比实施例1更短,因此更节省材料和预算。在实际施工时可酌情选择。
Claims (10)
1.一种基于形状记忆合金的复合材料预应力张拉锚固***,其特征在于,包括复合材料构件,夹具和温控装置;
所述复合材料构件端部上下表面均开设有齿槽;
所述夹具包括均开设与复合材料构件上的齿槽相匹配的齿的上夹具和下夹具,所述上夹具和下夹具至少有一个为形状记忆合金板,所述形状记忆合金板包括用于夹持的夹具端、预先拉长用于回复的伸长部和用于锚固的锚固端,形状记忆合金板的锚固端与需要用复合材料构件加固的混凝土或金属构件连接;
所述温控装置用于对形状记忆合金板的伸长部进行加热使其发生相变由去孪晶马氏体变为奥氏体。
2.根据权利要求1所述的锚固***,其特征在于,所述形状记忆合金板的夹具端作为上夹具,所述下夹具为设有齿的下夹具,形状记忆合金板的夹具端的厚度小于伸长部的厚度,厚度差等于复合材料构件的厚度。
3.根据权利要求2所述的锚固***,其特征在于,下夹具一端与形状记忆合金的伸长部连接,下夹具用于夹持的部分与形状记忆合金板的夹具端连接;形状记忆合金板伸长部的一端与桥面板连接。
4.根据权利要求3所述的锚固***,其特征在于,下夹具一端与形状记忆合金的锚固端通过螺栓连接,下夹具用于夹持的部分与形状记忆合金板的夹具端通过螺栓连接;形状记忆合金板的锚固端与桥面板通过螺栓连接;
所述下夹具为不锈钢或直接为与形状记忆合金夹具。
5.根据权利要求4所述的锚固***,其特征在于,所述温控装置包括加热片和外接温控单元;所述加热片用于贴在形状记忆合金板伸长部的表面,外接温控单元用于将加热片加热至相变温度以上,使形状记忆合金板发生相变,由去孪晶马氏体相变为奥氏体,带动形状记忆合金夹具端位移,进而通过齿接头对复合材料构件施加张拉。
6.根据权利要求1所述的锚固***,其特征在于,所述上夹具和下夹具均为形状记忆合金板,形状记忆合金板的夹具端和伸长部、锚固端的厚度相同;
上下形状记忆合金板的夹具端连接,用于夹持复合材料构件;上下形状记忆合金板的锚固端之间设有钢制垫板,并于桥面板连接。
7.根据权利要求6所述的锚固***,其特征在于,上下形状记忆合金板的夹具端通过螺栓连接,用于夹持复合材料构件;上下形状记忆合金板的锚固端之间设有钢制垫板,并于桥面板螺栓连接。
8.根据权利要求7所述的锚固***,其特征在于,所述温控装置包括两个加热片和外接温控单元;两个所述加热片用于贴在形状记忆合金板伸长部的表面,外接温控单元用于将加热片加热至相变温度以上,使形状记忆合金板发生相变,由去孪晶马氏体相变为奥氏体,带动形状记忆合金夹具端位移,进而通过齿接头对复合材料构件施加张拉。
9.一种采用权利要求5或8所述的锚固***进行复合材料预应力张拉锚固的方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤(1):组装上夹具和下夹具,使复合材料构件固定于需要用复合材料构件加固的混凝土或金属构件;
步骤(2):将加热片贴在形状记忆合金板的伸长部的表面,采用外接温控单元将加热片加热至相变温度以上,使形状记忆合金板发生相变,由去孪晶马氏体相变为奥氏体,带动形状记忆合金夹具端位移,进而通过齿接头对复合材料构件施加张拉。
10.一种权利要求1-8任一项所述的锚固***的用途,其特征在于,用于将复合材料构件与需要用复合材料构件加固的混凝体或金属构件的连接。
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