CN213013922U - 一种可用于夹片锚固的预应力frp筋 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种可用于夹片锚固的预应力FRP筋，包括中间的FRP段(1)、两端的钢索段(2)以及连接FRP段(1)和钢索段(2)的过渡段(3)；所述FRP段(1)由FRP纤维丝束在树脂基体内浸胶并加热固化形成；所述过渡段(3)由钢索段(2)端部的钢索与FRP段(1)端部的FRP纤维丝束粘结形成，所述钢索位于FRP纤维丝束的中心，所述FRP纤维丝束沿钢索中轴线均匀粘结于钢索周围，粘结方式为加热固化。该实用新型可作为预应力筋使用，锚固时对两端的钢绞线或高强钢丝进行锚固，其力学性能具有FRP筋的全部优点，并且避免了FRP筋由于抗剪强度低造成的锚固难的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及预应力拉锁技术领域，具体涉及一种可用于夹片锚固的预应力FRP筋。
背景技术
目前，板材、棒材、索材等，已经广泛应用于土木工程中，现有研究中，不乏将FRP材料应用于大跨、超大跨桥梁的设想。利用FRP材料轻质、高强的特性，可以有效解决钢拉索由于自重带来的垂度效应，大幅度提高桥梁的理论极限跨径，同时FRP拉索更适用于跨江、跨海等潮湿、氯离子浓度高的有害环境。
但是，由于FRP材料(纤维增强复合材料)的抗剪强度低，其锚固一直是制约其在预应力拉索领域应用的瓶颈问题。目前FRP拉索的锚固体系，从锚固受力机理可分为机械夹持式和粘结型两大类。机械夹持类锚具与钢绞线夹片式锚具类似，依靠夹片施加在FRP筋上的压力产生夹持作用，优点是设计灵活、施工方便，缺点是夹片在夹持过程中容易产生集中应力，造成FRP筋损伤，使FRP筋在锚固区发生剪切破坏，而理想的破坏模式不应发生在锚固区。粘结型锚具则是通过在类似套筒装置内注满树脂或其它粘结材料，通过粘结材料与FRP索之间的粘结力、摩擦力和机械咬合力传递剪力，优点是技术成熟、锚固可靠度高，缺点是锚具长度尺寸大，不适合大荷载情况以及光圆筋等。
目前公开技术中，一般是在钢绞线或钢筋纵向全长包裹FRP，利用了FRP强度高、弹性模量低、质量轻、耐腐蚀的特点，与钢材强度低、弹性模量高、质量大和不耐腐蚀的特点进行互补，通过材料混杂原理，形成一种强度高、弹性模量高、质量中等且耐腐蚀的复合筋材。可见从混杂筋实用新型的目的讲，主要是为了解决FRP材料弹模低的缺陷和钢材不耐腐蚀的缺陷。成品的力学性能既有钢材，又有FRP材料的性能。
然而，上述FRP-钢材复合筋内芯为钢材，外部包裹FRP材料，用于预应力结构时，需要采用和FRP材料相匹配的锚具，无法解决FRP锚固问题。
实用新型内容
本实用新型目的在于提出一种新型的可用于夹片锚固的预应力FRP筋，利用材料混杂原理和粘结原理，将FRP材料的端部替换为钢索段，充分发挥FRP和钢绞线各自的优势，弥补各自材料的力学和化学性能缺陷，解决FRP拉索的锚固问题。
为实现上述技术目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种可用于夹片锚固的预应力FRP筋，其特征在于：包括中间的FRP段、两端的钢索段以及连接FRP段和钢索段的过渡段；所述FRP段由FRP纤维丝束在树脂基体内浸胶并加热固化形成；所述过渡段由钢索段端部的钢索与FRP段端部的FRP纤维丝束粘结形成，所述钢索位于FRP纤维丝束的中心，所述FRP纤维丝束沿钢索中轴线均匀粘结于钢索周围，粘结方式为加热固化。钢绞线和FRP的比例可以根据使用目标的不同进行设计。
作为本实用新型的优选技术方案，所述过渡段中，围绕在钢索周围的FRP纤维丝自内而外分层布置，采用渐进式粘结搭接，内层的FRP纤维丝层搭接长度比外层的长，即靠近芯材的FRP纤维丝搭接长度长，直径方向距离芯材越远，搭接长度越短，可有效防止剥离。
进一步的，还可以包括缠绕带，所述缠绕带为缠绕在过渡段外侧的FRP缠绕丝、FRP缠绕束或FRP缠绕带，或其它匹配的材料，粘结方式为加热固化，目的也是防止剥离。
其中，所述FRP纤维丝束为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维材料束。
进一步的，所述树脂基体为热固性和热塑性树脂基体。
进一步的，还可以所述钢索段为高强钢丝或高强钢筋。
最后，所述FRP段筋材的抗拉极限承载力为FFRP，钢索段的极限承载力FSteel，过渡段拉极限承载力为FT，三者满足FT＞FSteel＞FFRP。
本实用新型的主要工作原理是利用钢绞线与FRP树脂基体之间的粘结性能，将FRP通过过渡区过渡为端部的钢绞线，可以解决FRP锚固困难的问题。索的锚固通过对两端的高强钢丝或钢绞线的锚固实现，FRP段与高强钢丝或钢绞线之间通过一段搭接段过渡。索的轴向拉力通过搭接段的粘结力传递。通过过渡段，将FRP材料过度为钢材，通过对钢材的锚固代替FRP材料的锚固，完全避免了对FRP索的锚固问题。
与现有技术相比，本实用新型的技术优势在于：
本实用新型在于未在筋材全长进行钢材和FRP的混杂，仅在FRP的端部通过过渡区将FRP过渡为钢绞线，本实用新型拉索具有FRP材料的全部性能优势，并且在端部锚固区域不需要对FRP进行锚固而仅需要对钢绞线材料进行锚固。
本实用新型筋材可以用于预应力桥梁拉索等需要端部进行锚固的材料。
附图说明
通过结合以下附图所作的详细描述，本实用新型的上述和/或其他方面和优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本实用新型，其中：
图1为本实用新型涉及的实施例1的结构示意图；
图2为本实用新型涉及的实施例2的结构示意图；
图3为本实用新型涉及的实施例3的结构示意图。
附图标记：1-FRP段、2-钢索段、3-过渡段、4-缠绕带。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本实用新型的可用于夹片锚固的预应力FRP筋的实施例。在此记载的实施例为本实用新型的特定的具体实施方式，用于说明本实用新型的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本实用新型实施方式及本实用新型范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
本说明书的附图为示意图，辅助说明本实用新型的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本实用新型实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。如图1为本实用新型涉及的实施例1的结构示意图，一种可用于夹片锚固的预应力FRP筋，包括中间的FRP段1、两端的钢索段2以及连接FRP段1和钢索段2的过渡段3；所述FRP段1由FRP纤维丝束4在树脂基体内浸胶并加热固化形成；所述过渡段3由钢索段2端部的钢索与FRP段1端部的FRP纤维丝束粘结形成，所述钢索位于FRP纤维丝束的中心，所述FRP纤维丝束沿钢索中轴线均匀粘结于钢索周围，沿钢绞线纵向包裹，粘结方式为加热固化。钢绞线和FRP的比例可以根据使用目标的不同进行设计。所述FRP纤维丝束为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维材料束。所述树脂基体为热固性和热塑性树脂基体。所述钢索段2为高强钢丝或高强钢筋。
如图2为本实用新型涉及的实施例2的结构示意图，此实施例的所述过渡段3中，围绕在钢索周围的FRP纤维丝自内而外分层布置，采用渐进式粘结搭接，内层的FRP纤维丝层搭接长度比外层的长。即靠近芯材的FRP搭接长度长，直径方向距离芯材越远，搭接长度越短防止剥离。
如图3为本实用新型涉及的实施例3的结构示意图，此实施例的除去包括实施例1的所有结构外，还包括缠绕带4，所述缠绕带4为缠绕在过渡段3外侧的FRP缠绕丝、FRP缠绕束或FRP缠绕带，或其它匹配的材料，粘结方式为加热固化。
钢绞线和FRP的比例应通过抗拉强度设计，使得FRP段1筋材的抗拉极限承载力FFRP低于钢索段2的极限承载力FSteel，如公式(1)，使得破坏不发生在钢绞线区域。
FFRP＜FSteel (1)
过渡段的长度应通过粘结强度设计，使得粘结强度高于钢索段2和FRP段1的强度，如公式(2)，使得破坏不发生在过渡区域。
FT＞FSteel＞FFRP (2)
本申请可以通过如下方法进行制作，在中间的FRP段1可以采用普通FRP筋制作工艺，即送纱、浸胶、成型和加热固化。具体步骤为：①将FRP原丝束从放纱架子中牵出；②浸胶槽中放置树脂基体，并且将牵出的FRP原丝束通过浸胶槽充分浸润；③将充分浸润的纤维原丝穿过穿纱板；④纤维原丝通过穿纱板后进入成型模具成型；⑤成型后的FRP筋通过加热设备加热固化形成FRP段1；⑥当中部FRP段1制作达到指定长度后，将钢绞线***穿纱板的中部，此时FRP丝束将缠绕在钢绞线外部，并一起通过成型模具挤压成型；⑦成型后的钢绞线与缠绕在钢绞线外部的FRP丝束组成的过渡段通过加热设备一起固化成型；⑧当过渡段3达到设计长度后切断纤维原丝束，并停止送入FRP丝束；⑨持续送入钢绞线直至指定长度后切断钢绞线。
在过渡段3，将钢绞线与完成浸胶的FRP纤维丝束同时送入成型模具，通过拉挤和加热固化，使过渡段中心的钢绞线和周围的FRP纤维丝结合成一体。当满足过渡段长度后，模具内停止送入FRP纤维丝，钢绞线持续送入达到一定长度，最后可在最外侧加设缠绕带4。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种可用于夹片锚固的预应力FRP筋，其特征在于：包括中间的FRP段(1)、两端的钢索段(2)以及连接FRP段(1)和钢索段(2)的过渡段(3)；所述FRP段(1)由FRP纤维丝束在树脂基体内浸胶并加热固化形成；所述过渡段(3)由钢索段(2)端部的钢索与FRP段(1)端部的FRP纤维丝束粘结形成，所述钢索位于FRP纤维丝束的中心，所述FRP纤维丝束沿钢索中轴线均匀粘结于钢索周围，粘结方式为加热固化。
2.根据权利要求1所述的一种可用于夹片锚固的预应力FRP筋，其特征在于：所述过渡段(3)中，围绕在钢索周围的FRP纤维丝自内而外分层布置，采用渐进式粘结搭接，内层的FRP纤维丝层搭接长度比外层的长。
3.根据权利要求1所述的一种可用于夹片锚固的预应力FRP筋，其特征在于：还包括缠绕带(4)，所述缠绕带(4)为缠绕在过渡段(3)外侧的FRP缠绕丝、FRP缠绕束或FRP缠绕带，粘结方式为加热固化。
4.根据权利要求1所述的一种可用于夹片锚固的预应力FRP筋，其特征在于：所述FRP纤维丝束为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维材料束。
5.根据权利要求1所述的一种可用于夹片锚固的预应力FRP筋，其特征在于：所述树脂基体为热固性和热塑性树脂基体。
6.根据权利要求1所述的一种可用于夹片锚固的预应力FRP筋，其特征在于：所述钢索段(2)为高强钢丝或高强钢筋。
7.根据权利要求1所述的一种可用于夹片锚固的预应力FRP筋，其特征在于：所述FRP段(1)筋材的抗拉极限承载力为FFRP，钢索段(2)的极限承载力FSteel，过渡段(3)拉极限承载力为FT，三者满足FT＞FSteel＞FFRP。
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