本發(fā)明涉及復(fù)合材料錨固，特別是指一種碳纖維增強復(fù)合材料絞線錨固裝置和方法。

背景技術(shù)：

1、纖維增強復(fù)合材料由碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維等高性能纖維與聚合物基體復(fù)合而成，具有質(zhì)量輕，強度高，耐腐蝕，抗疲勞性能好等優(yōu)點，相比于鋼材，纖維增強復(fù)合材料有更好的發(fā)展前景。纖維增強復(fù)合材料起初只用于工程結(jié)構(gòu)的加固，如今可廣泛應(yīng)用于各種新建的工程結(jié)構(gòu)中，并且取得了良好的效果。纖維增強復(fù)合材料在新建橋梁工程中的運用，一般是用于橋梁的拉吊索、預(yù)應(yīng)力束、縱筋和箍筋等，能減少成本、便利施工、增加構(gòu)件的使用壽命。現(xiàn)今纖維增強復(fù)合材料的市場需求越來越大，技術(shù)水平也在穩(wěn)步提升中。

2、碳纖維增強復(fù)合材料采用碳纖維與聚合物基體復(fù)合而成，是常用的纖維增強復(fù)合材料中力學(xué)性能最突出的，適合制成絞線，作為橋梁的拉吊索和預(yù)應(yīng)力束等索構(gòu)件。與其他的纖維增強復(fù)合材料一樣，碳纖維增強復(fù)合材料是一種典型的正交異性材料，其與纖維方向垂直的力學(xué)性能(例如強度和模量)遠(yuǎn)低于纖維方向。對于碳纖維增強復(fù)合材料索，纖維方向是沿索軸方向，所以索軸方向顯示相對較高的抗拉強度和彈性模量；而與索軸垂直方向，碳纖維增強復(fù)合材料索主要顯示聚合物基體的力學(xué)性能，即低強度、低硬度和脆性。此外，碳纖維增強復(fù)合材料索的抗剪強度亦不足。

3、如果采用傳統(tǒng)的鋼索錨具(鋼是各向同性的延性材料)來錨固碳纖維增強復(fù)合材料索，通常會在錨固段的前端產(chǎn)生過大的正應(yīng)力與剪應(yīng)力峰值，造成碳纖維增強復(fù)合材料索提前破壞。因此，碳纖維增強復(fù)合材料索的錨固設(shè)計不能直接照抄鋼索錨固，而需要進(jìn)行創(chuàng)新處理。例如，碳纖維增強復(fù)合材料索的錨固方法包括如下三種：

4、(1)夾持式錨固，是一種依靠夾具夾持產(chǎn)生的摩擦力來錨固碳纖維增強復(fù)合材料索的。因此，必須施加垂直于碳纖維增強復(fù)合材料索軸向的壓力。有多種方法可以產(chǎn)生足夠的壓力，比如采用夾板和緊固螺栓或使用套筒和楔形夾片。碳纖維增強復(fù)合材料索由兩塊帶圓形凹槽的金屬板夾持，這兩塊金屬板由兩排金屬緊固螺栓連接、擰緊，錨固裝置后端金屬板的開孔是為了便于將碳纖維增強復(fù)合材料索連接到結(jié)構(gòu)其他部分。但在碳纖維增強復(fù)合材料索錨固段的前端產(chǎn)生的應(yīng)力集中會使碳纖維增強復(fù)合材料索過早破壞，雖然采用特殊的夾片或增加套管能緩解應(yīng)力集中，但又會造成工藝復(fù)雜。

5、(2)黏結(jié)式錨固，依靠黏結(jié)力來錨固碳纖維增強復(fù)合材料索。通常，所用的黏結(jié)材料是樹脂基黏結(jié)劑(例如環(huán)氧樹脂)或水泥基黏結(jié)劑(例如高膨脹水泥)。黏結(jié)式錨固可用于錨固幾乎所有類型的碳纖維增強復(fù)合材料索，包括片材、棒材和絞線。為了增加黏結(jié)力、提高錨固效率，可采用碳纖維增強復(fù)合材料索表面黏沙、變形等工藝。但局限于黏結(jié)式錨固黏結(jié)介質(zhì)性能的缺點：黏結(jié)介質(zhì)中強度較低的普通水泥和砂漿，由于黏結(jié)強度較低，會導(dǎo)致錨固長度過長；環(huán)氧樹脂和環(huán)氧鐵砂等存在熱穩(wěn)定性差、收縮徐變大等缺點。

6、(3)環(huán)形纏繞銷承式錨固，通常采用碳纖維增強復(fù)合材料預(yù)浸料條帶纏繞成環(huán)，然后將所有的碳纖維增強復(fù)合材料預(yù)浸料條帶層合在一起。層壓將提高碳纖維增強復(fù)合材料索的剛度。此外，碳纖維增強復(fù)合材料預(yù)浸料環(huán)可以在固化之前被預(yù)張拉，以減少使用時的應(yīng)力集中，從而增加錨固承載力。但該制索的方法造價不菲；而且，在纏繞時碳纖維增強復(fù)合材料索的中間不能彎曲或盤卷，這就造成了采用這種方法無法制造長索，并且拉伸破壞始終發(fā)生在錨固區(qū)，其錨固效率最高約為90％，無法達(dá)到100％，也造成了碳纖維增強復(fù)合材料材料的浪費、增加了造價。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明實施例提供了一種碳纖維增強復(fù)合材料絞線錨固裝置和方法。所述技術(shù)方案如下：

2、一方面，提供了一種碳纖維增強復(fù)合材料絞線錨固裝置，包括：壓接金具和碳纖維浸漬膠；其中，所述壓接金具具有孔道結(jié)構(gòu)；所述孔道結(jié)構(gòu)內(nèi)部壓接待錨固碳纖維增強復(fù)合材料絞線的錨固段，且所述孔道結(jié)構(gòu)內(nèi)壁與所述錨固段之間的間隙處填充所述碳纖維浸漬膠；所述壓接金具的壓接力和壓接深度，從所述錨固段的前端到錨固段的后端按預(yù)設(shè)梯度變大。

3、進(jìn)一步地，所述壓接金具為鋼制材料。

4、進(jìn)一步地，所述孔道結(jié)構(gòu)包括梅花形孔道結(jié)構(gòu)。

5、另一方面，還提供了一種碳纖維增強復(fù)合材料絞線錨固方法，應(yīng)用于本發(fā)明實施例提供的一種碳纖維增強復(fù)合材料絞線錨固裝置；所述方法包括：將待錨固碳纖維增強復(fù)合材料絞線的錨固段打散并清理，得到預(yù)處理之后的錨固段；使用碳纖維浸漬膠對所述預(yù)處理之后的錨固段進(jìn)行涂膠處理，得到涂膠之后的錨固段；采用分段壓接的方式，將壓接金具與所述涂膠之后的錨固段壓接在一起；其中，分段壓接的壓接力和壓接深度從所述錨固段的前端到錨固段的后端按預(yù)設(shè)梯度變大；對壓接之后的錨固段進(jìn)行固化。

6、進(jìn)一步地，將接待錨固碳纖維增強復(fù)合材料絞線的錨固段打散并清理，得到預(yù)處理之后的錨固段，包括：將所述待錨固碳纖維增強復(fù)合材料絞線的錨固段打散，得到散開的錨固段；將所述散開的錨固段浸沒在硅膠溶解劑中，再用清水沖洗，然后擦干，得到所述預(yù)處理之后的錨固段。

7、進(jìn)一步地，將壓接金具與所述涂膠之后的錨固段壓接在一起，包括：將所述涂膠之后的錨固段插入所述壓接金具的孔道結(jié)構(gòu)內(nèi)；采用環(huán)向壓接機，將所述壓接金具與所述涂膠之后的錨固段壓接在一起。

8、進(jìn)一步地，對壓接之后的錨固段進(jìn)行固化，包括：將壓接之后的錨固段放置在室溫環(huán)境的室內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護固化。

9、進(jìn)一步地，所述室溫環(huán)境的溫度包括22℃至25℃；所述養(yǎng)護固化的時間包括2天至3天。

10、進(jìn)一步地，對壓接之后的錨固段進(jìn)行固化，包括：將壓接之后的錨固段放入加熱爐中進(jìn)行加熱固化。

11、進(jìn)一步地，所述加熱固化的溫度包括60℃；所述加熱固化的時間包括4小時至6小時。

12、本發(fā)明實施例提供了一種碳纖維增強復(fù)合材料絞線錨固裝置和方法，在碳纖維增強復(fù)合材料絞線的錨固過程中，采用梯度分布的壓接力和壓接深度，使得壓接力和壓接深度從錨固段的前端逐步增大至錨固段的后端，這種錨固方法，不僅簡化了操作流程，而且顯著提升了錨固的整體性能，有效減少了碳纖維增強復(fù)合材料絞線錨固段前端的應(yīng)力峰值，從而避免了因應(yīng)力集中引起的碳纖維增強復(fù)合材料絞線損傷和提前斷裂的問題，同時緩解了現(xiàn)有技術(shù)中存在的工藝復(fù)雜、成本高、錨固效率低的技術(shù)問題。

技術(shù)特征：

1.一種碳纖維增強復(fù)合材料絞線錨固裝置，其特征在于，包括：壓接金具和碳纖維浸漬膠；其中，所述壓接金具具有孔道結(jié)構(gòu)；所述孔道結(jié)構(gòu)內(nèi)部壓接待錨固碳纖維增強復(fù)合材料絞線的錨固段，且所述孔道結(jié)構(gòu)內(nèi)壁與所述錨固段之間的間隙處填充所述碳纖維浸漬膠；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維增強復(fù)合材料絞線錨固裝置，其特征在于，所述壓接金具為鋼制材料。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維增強復(fù)合材料絞線錨固裝置，其特征在于，所述孔道結(jié)構(gòu)包括梅花形孔道結(jié)構(gòu)。

4.一種碳纖維增強復(fù)合材料絞線錨固方法，其特征在于，應(yīng)用于權(quán)利要求1所述的一種碳纖維增強復(fù)合材料絞線錨固裝置；所述方法包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，將待錨固碳纖維增強復(fù)合材料絞線的錨固段打散并清理，得到預(yù)處理之后的錨固段，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，將壓接金具與所述涂膠之后的錨固段壓接在一起，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，對壓接之后的錨固段進(jìn)行固化，包括：將壓接之后的錨固段放置在室溫環(huán)境的室內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護固化。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述室溫環(huán)境的溫度包括22℃至25℃；所述養(yǎng)護固化的時間包括2天至3天。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，對壓接之后的錨固段進(jìn)行固化，包括：將壓接之后的錨固段放入加熱爐中進(jìn)行加熱固化。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述加熱固化的溫度包括60℃；所述加熱固化的時間包括4小時至6小時。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種碳纖維增強復(fù)合材料絞線錨固裝置和方法，涉及復(fù)合材料錨固技術(shù)領(lǐng)域，包括：壓接金具和碳纖維浸漬膠；其中，壓接金具具有孔道結(jié)構(gòu)；孔道結(jié)構(gòu)內(nèi)部壓接待錨固碳纖維增強復(fù)合材料絞線的錨固段，且孔道結(jié)構(gòu)內(nèi)壁與錨固段之間的間隙處填充碳纖維浸漬膠；壓接金具的壓接力和壓接深度，從錨固段的前端到后端按預(yù)設(shè)梯度變大。本發(fā)明緩解了現(xiàn)有技術(shù)中存在的工藝復(fù)雜、成本高、錨固效率低的技術(shù)問題。

技術(shù)研發(fā)人員：劉越,李攀,肖鋒建,曹菁,路陽,許春榮,莢瑞馨,秦文路,王展,張紅光,張宏展,林昱,季衛(wèi)紅
受保護的技術(shù)使用者：北京科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10