一种碳纤维增强复合材料绞线锚固装置和方法

本发明涉及复合材料锚固，特别是指一种碳纤维增强复合材料绞线锚固装置和方法。

背景技术：

1、纤维增强复合材料由碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维等高性能纤维与聚合物基体复合而成，具有质量轻，强度高，耐腐蚀，抗疲劳性能好等优点，相比于钢材，纤维增强复合材料有更好的发展前景。纤维增强复合材料起初只用于工程结构的加固，如今可广泛应用于各种新建的工程结构中，并且取得了良好的效果。纤维增强复合材料在新建桥梁工程中的运用，一般是用于桥梁的拉吊索、预应力束、纵筋和箍筋等，能减少成本、便利施工、增加构件的使用寿命。现今纤维增强复合材料的市场需求越来越大，技术水平也在稳步提升中。

2、碳纤维增强复合材料采用碳纤维与聚合物基体复合而成，是常用的纤维增强复合材料中力学性能最突出的，适合制成绞线，作为桥梁的拉吊索和预应力束等索构件。与其他的纤维增强复合材料一样，碳纤维增强复合材料是一种典型的正交异性材料，其与纤维方向垂直的力学性能(例如强度和模量)远低于纤维方向。对于碳纤维增强复合材料索，纤维方向是沿索轴方向，所以索轴方向显示相对较高的抗拉强度和弹性模量；而与索轴垂直方向，碳纤维增强复合材料索主要显示聚合物基体的力学性能，即低强度、低硬度和脆性。此外，碳纤维增强复合材料索的抗剪强度亦不足。

3、如果采用传统的钢索锚具(钢是各向同性的延性材料)来锚固碳纤维增强复合材料索，通常会在锚固段的前端产生过大的正应力与剪应力峰值，造成碳纤维增强复合材料索提前破坏。因此，碳纤维增强复合材料索的锚固设计不能直接照抄钢索锚固，而需要进行创新处理。例如，碳纤维增强复合材料索的锚固方法包括如下三种：

4、(1)夹持式锚固，是一种依靠夹具夹持产生的摩擦力来锚固碳纤维增强复合材料索的。因此，必须施加垂直于碳纤维增强复合材料索轴向的压力。有多种方法可以产生足够的压力，比如采用夹板和紧固螺栓或使用套筒和楔形夹片。碳纤维增强复合材料索由两块带圆形凹槽的金属板夹持，这两块金属板由两排金属紧固螺栓连接、拧紧，锚固装置后端金属板的开孔是为了便于将碳纤维增强复合材料索连接到结构其他部分。但在碳纤维增强复合材料索锚固段的前端产生的应力集中会使碳纤维增强复合材料索过早破坏，虽然采用特殊的夹片或增加套管能缓解应力集中，但又会造成工艺复杂。

5、(2)黏结式锚固，依靠黏结力来锚固碳纤维增强复合材料索。通常，所用的黏结材料是树脂基黏结剂(例如环氧树脂)或水泥基黏结剂(例如高膨胀水泥)。黏结式锚固可用于锚固几乎所有类型的碳纤维增强复合材料索，包括片材、棒材和绞线。为了增加黏结力、提高锚固效率，可采用碳纤维增强复合材料索表面黏沙、变形等工艺。但局限于黏结式锚固黏结介质性能的缺点：黏结介质中强度较低的普通水泥和砂浆，由于黏结强度较低，会导致锚固长度过长；环氧树脂和环氧铁砂等存在热稳定性差、收缩徐变大等缺点。

6、(3)环形缠绕销承式锚固，通常采用碳纤维增强复合材料预浸料条带缠绕成环，然后将所有的碳纤维增强复合材料预浸料条带层合在一起。层压将提高碳纤维增强复合材料索的刚度。此外，碳纤维增强复合材料预浸料环可以在固化之前被预张拉，以减少使用时的应力集中，从而增加锚固承载力。但该制索的方法造价不菲；而且，在缠绕时碳纤维增强复合材料索的中间不能弯曲或盘卷，这就造成了采用这种方法无法制造长索，并且拉伸破坏始终发生在锚固区，其锚固效率最高约为90％，无法达到100％，也造成了碳纤维增强复合材料材料的浪费、增加了造价。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的上述问题，本发明实施例提供了一种碳纤维增强复合材料绞线锚固装置和方法。所述技术方案如下：

2、一方面，提供了一种碳纤维增强复合材料绞线锚固装置，包括：压接金具和碳纤维浸渍胶；其中，所述压接金具具有孔道结构；所述孔道结构内部压接待锚固碳纤维增强复合材料绞线的锚固段，且所述孔道结构内壁与所述锚固段之间的间隙处填充所述碳纤维浸渍胶；所述压接金具的压接力和压接深度，从所述锚固段的前端到锚固段的后端按预设梯度变大。

3、进一步地，所述压接金具为钢制材料。

4、进一步地，所述孔道结构包括梅花形孔道结构。

5、另一方面，还提供了一种碳纤维增强复合材料绞线锚固方法，应用于本发明实施例提供的一种碳纤维增强复合材料绞线锚固装置；所述方法包括：将待锚固碳纤维增强复合材料绞线的锚固段打散并清理，得到预处理之后的锚固段；使用碳纤维浸渍胶对所述预处理之后的锚固段进行涂胶处理，得到涂胶之后的锚固段；采用分段压接的方式，将压接金具与所述涂胶之后的锚固段压接在一起；其中，分段压接的压接力和压接深度从所述锚固段的前端到锚固段的后端按预设梯度变大；对压接之后的锚固段进行固化。

6、进一步地，将接待锚固碳纤维增强复合材料绞线的锚固段打散并清理，得到预处理之后的锚固段，包括：将所述待锚固碳纤维增强复合材料绞线的锚固段打散，得到散开的锚固段；将所述散开的锚固段浸没在硅胶溶解剂中，再用清水冲洗，然后擦干，得到所述预处理之后的锚固段。

7、进一步地，将压接金具与所述涂胶之后的锚固段压接在一起，包括：将所述涂胶之后的锚固段插入所述压接金具的孔道结构内；采用环向压接机，将所述压接金具与所述涂胶之后的锚固段压接在一起。

8、进一步地，对压接之后的锚固段进行固化，包括：将压接之后的锚固段放置在室温环境的室内进行养护固化。

9、进一步地，所述室温环境的温度包括22℃至25℃；所述养护固化的时间包括2天至3天。

10、进一步地，对压接之后的锚固段进行固化，包括：将压接之后的锚固段放入加热炉中进行加热固化。

11、进一步地，所述加热固化的温度包括60℃；所述加热固化的时间包括4小时至6小时。

12、本发明实施例提供了一种碳纤维增强复合材料绞线锚固装置和方法，在碳纤维增强复合材料绞线的锚固过程中，采用梯度分布的压接力和压接深度，使得压接力和压接深度从锚固段的前端逐步增大至锚固段的后端，这种锚固方法，不仅简化了操作流程，而且显著提升了锚固的整体性能，有效减少了碳纤维增强复合材料绞线锚固段前端的应力峰值，从而避免了因应力集中引起的碳纤维增强复合材料绞线损伤和提前断裂的问题，同时缓解了现有技术中存在的工艺复杂、成本高、锚固效率低的技术问题。

技术特征：

1.一种碳纤维增强复合材料绞线锚固装置，其特征在于，包括：压接金具和碳纤维浸渍胶；其中，所述压接金具具有孔道结构；所述孔道结构内部压接待锚固碳纤维增强复合材料绞线的锚固段，且所述孔道结构内壁与所述锚固段之间的间隙处填充所述碳纤维浸渍胶；

2.根据权利要求1所述的碳纤维增强复合材料绞线锚固装置，其特征在于，所述压接金具为钢制材料。

3.根据权利要求1所述的碳纤维增强复合材料绞线锚固装置，其特征在于，所述孔道结构包括梅花形孔道结构。

4.一种碳纤维增强复合材料绞线锚固方法，其特征在于，应用于权利要求1所述的一种碳纤维增强复合材料绞线锚固装置；所述方法包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将待锚固碳纤维增强复合材料绞线的锚固段打散并清理，得到预处理之后的锚固段，包括：

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将压接金具与所述涂胶之后的锚固段压接在一起，包括：

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对压接之后的锚固段进行固化，包括：将压接之后的锚固段放置在室温环境的室内进行养护固化。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述室温环境的温度包括22℃至25℃；所述养护固化的时间包括2天至3天。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对压接之后的锚固段进行固化，包括：将压接之后的锚固段放入加热炉中进行加热固化。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述加热固化的温度包括60℃；所述加热固化的时间包括4小时至6小时。

技术总结本发明公开了一种碳纤维增强复合材料绞线锚固装置和方法，涉及复合材料锚固技术领域，包括：压接金具和碳纤维浸渍胶；其中，压接金具具有孔道结构；孔道结构内部压接待锚固碳纤维增强复合材料绞线的锚固段，且孔道结构内壁与锚固段之间的间隙处填充碳纤维浸渍胶；压接金具的压接力和压接深度，从锚固段的前端到后端按预设梯度变大。本发明缓解了现有技术中存在的工艺复杂、成本高、锚固效率低的技术问题。技术研发人员：刘越,李攀,肖锋建,曹菁,路阳,许春荣,荚瑞馨,秦文路,王展,张红光,张宏展,林昱,季卫红受保护的技术使用者：北京科技大学技术研发日：技术公布日：2024/10/10