[发明专利]一种用于碳纤维平行拉索的锚具及其锚固方法

说明书

一种用于碳纤维平行拉索的锚具及其锚固方法。本发明属于工程材料CFRP应用领域。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。本发明的一种碳纤维增强复合材料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。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。

技术领域

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

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。

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；

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。

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。

发明内容

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。

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。

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。

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。

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。

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。