[发明专利]确保大跨度桥梁中纤维增强复合材料拉索长期锚固的锚具及其方法

说明书

本发明公开了一种确保大跨度桥梁中纤维增强复合材料拉索长期锚固的锚具及其方法。锚具包括钢套筒，纤维增强复合材料拉索沿着钢套筒的轴线布置；钢套筒的内腔在其自由端与加载端之间沿着轴线顺序设置成两段，对应为第一、第二套筒内腔；第一、第二套筒内腔的腔壁均设置成由自由端向加载端渐缩的圆锥状，且第一、第二套筒内腔之间存在分段台阶；第一套筒内腔通过装入夹片摩擦式锚固组件来锚固纤维增强复合材料拉索，而第二套筒内腔则通过粘结摩擦式锚固结构来锚固纤维增强复合材料拉索。本发明采用了两种不同锚固方式结合的方式，极大地缓解了端口处的应力集中，并且使整体的径向应力更加平缓，更加适用于大跨度桥梁。

技术领域

本发明涉及土建交通领域的索体锚固技术，主要用于纤维增强复合材料拉索锚固技术领域。

背景技术

时至今日已建成的超大跨桥梁大部分时使用钢绞线。未来人们对跨度超过千米的桥梁需求将进一步增大，传统钢拉索随着桥梁跨度的增加显得越来越不适应。纤维增强复合材料拉索非常高的比强度和刚度、优异的等效模量和出色的疲劳性能相较于钢拉索更加凸显在桥梁结构应用中的适用性，纤维增强复合材料拉索应用于大跨度桥梁的前景不可限量。纤维增强复合材料拉索作为各向异性材料，其横向力学性能远小于纵向，因此传统锚固钢拉索的锚具不再适用于纤维增强复合材料拉索。否则会在锚固区对拉索造成损伤或挤压破坏，影响其纵向拉伸强度。因此纤维增强复合材料拉索锚固体系如何确保纤维增强复合材料拉索长期锚固大跨度桥梁成为亟待解决的问题。

目前，常见的纤维增强复合材料拉索锚具形式主要有：粘结型锚具、粘结摩擦型锚具和摩擦型锚具。粘结式锚具不会损害纤维增强复合材料拉索本体，但鉴于此锚具需要两者之间的荷载粘结介质所提供的剪切强度进行锚固，所以荷载传递介质本身存在的蠕变性能也会影响纤维增强复合材料拉索长期锚固效果。摩擦式锚具虽然使用便捷，但常见的问题是加载端出现的应力集中现象，故导致纤维增强复合材料拉索在拉伸破坏之前先发生了横向剪切破坏，不利于长期锚固。国内外普遍用于锚固纤维增强复合材料拉索的锚具为粘结摩擦式锚具，拉索的锚固力区别于粘结式锚具，在提供粘结力的同时摩擦力也参与锚固。虽然可以可靠地锚固纤维增强复合材料拉索，并在长期锚固大跨度桥梁有着很大的优势，但也因为其跨度大导致施工安装等不利于经济性能的问题。

因此，在综合分析现有锚具的优缺点的情况下，若要进一步将FRP适用于未来大跨度桥梁，如何研发一种确保大跨度桥梁中纤维增强复合材料拉索长期锚固的方法已成为亟待解决的问题。

发明内容

技术问题

针对现阶段纤维增强复合材料拉索锚具出现的缺陷和不足，本发明旨在为适用于大跨度桥梁（索力500-1000T）提供一种受力合理并能够长期高效服役的锚固系统，又能保证拉索在长期荷载作用下的安全性。

技术方案：

一种确保大跨度桥梁中纤维增强复合材料拉索长期锚固的锚具，包括钢套筒，纤维增强复合材料拉索沿着钢套筒的轴线布置，钢套筒的一端为加载端，另一端则为自由端；所述钢套筒的内腔在自由端与加载端之间沿着轴线顺序设置成两段，对应为第一、第二套筒内腔；第一、第二套筒内腔的腔壁均设置成由自由端向加载端渐缩的圆锥状，且第一套筒内腔的窄端的内径小于第二套筒内腔的宽端的内径，以使第一、第二套筒内腔之间形成分段台阶，同时第一套筒内腔的轴向长度小于第二套筒内腔的轴向长度；

第一套筒内腔通过装入夹片摩擦式锚固组件来锚固纤维增强复合材料拉索，而第二套筒内腔则通过粘结摩擦式锚固结构来锚固纤维增强复合材料拉索。

优选地，第一、第二套筒内腔的轴向长度比满足L1:L2≤3:7。

优选地，所述夹片摩擦式锚固组件通过三片或者四片钢夹片围合而成，且夹片摩擦式锚固组件为整体上具有中通孔的圆锥形拼装构件；圆锥形拼装构件的外壁形状与第一套筒内腔的腔壁形状匹配，而圆锥形拼装构件的中通孔能够包覆纤维增强复合材料拉索。