專利名稱：一種智能復(fù)合螺旋箍筋及其建筑復(fù)合材料錨固頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及建筑復(fù)合材料和檢測傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種智能復(fù)合螺旋箍 筋及其建筑復(fù)合材料錨固頭。
背景技術(shù)：
長期以來，我國建筑材料主要使用傳統(tǒng)的土木建筑材料和鋼筋等金屬建筑材料。 隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)快速發(fā)展，高強(qiáng)、輕型、優(yōu)質(zhì)的新型建筑復(fù)合材料作為現(xiàn)代建筑的 基礎(chǔ)材料，其發(fā)展越來越受到重視。隨著新型建筑復(fù)合材料需求的大幅度攀升，原有建筑材 料已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代建筑的需求。美國OCF公司憑借其在玻璃纖維領(lǐng)域的優(yōu)勢，研發(fā)了輕型的玻璃纖維復(fù)合筋等新 型建筑復(fù)合材料；21世紀(jì)初，日本的專家又研究出用基于碳纖維增強(qiáng)樹脂的高強(qiáng)碳纖維復(fù) 合筋代替鋼筋等新材料，并已被實(shí)際應(yīng)用。復(fù)合筋具有重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。近幾年來，碳纖維復(fù)合筋在我國也進(jìn)行了小規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用試驗(yàn)，并且經(jīng)過國 家建材局產(chǎn)品質(zhì)檢中心和中冶研究院等對復(fù)合筋的安全使用性能進(jìn)行了試驗(yàn)和研究。由于 碳纖維材料價(jià)格昂貴，對于大量應(yīng)用碳纖維復(fù)合筋作為建筑材料，不但要進(jìn)口碳纖維，而價(jià) 格很高(300-500元/kg)，投資大，因而受到資金等條件限制；而且碳纖維復(fù)合箍筋只能手 工制作，還是單箍。傳統(tǒng)型電阻應(yīng)變片和振弦傳感器是在使用時(shí)粘貼于被測試的建筑上，而封裝式光 纖傳感器是將傳感器封裝于薄金屬套管中或是埋于FRP纖維片材的層間，使用時(shí)將其粘貼 于被測試的建筑上，給施工布設(shè)傳感器帶來了很多不便，成品率不高，測試時(shí)傳感器的精度 也低，所以傳統(tǒng)型智能筋應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測上的壽命很短，未能得到大量的推廣和應(yīng)用。經(jīng)檢索，尚無智能復(fù)合螺旋箍筋及其建筑復(fù)合材料錨固頭。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，提供一種智能復(fù)合螺 旋箍筋及其建筑復(fù)合材料錨固頭。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一、智能復(fù)合螺旋箍筋本智能復(fù)合螺旋箍筋是一種由復(fù)合材料和光導(dǎo)纖維復(fù)合而成的呈圓形或多邊形 的錐體螺旋狀箍筋。本箍筋具有優(yōu)良的力學(xué)、化學(xué)、熱學(xué)等方面的性能，又有較低的價(jià)格優(yōu)勢，是一種 自監(jiān)測、自診斷、并具有優(yōu)化配置的智能型多功能的新型建筑材料。二、基于智能復(fù)合螺旋箍筋的建筑復(fù)合材料錨固頭(簡稱錨固頭)本錨固頭包括智能復(fù)合螺旋箍筋、錨墊板、預(yù)應(yīng)力繩材和波紋管；智能復(fù)合箍筋的小螺旋端面和錨墊板的左端面連接成一個(gè)錨固整體；在錨固整體的中心軸線設(shè)置有預(yù)應(yīng)力繩材；[0016]在預(yù)應(yīng)力繩材的外圈設(shè)置有波紋管，波紋管的右端面和錨墊板的左端面連接。錨固頭的工作原理在后張法制作預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件時(shí)，在預(yù)應(yīng)力繩(或鋼絞線)拉張過程中，隨著張 力的增加，錨墊板附近的混凝土承受很大的壓力載荷；由于載荷非常集中，一般情況，混凝 土都會發(fā)生斷裂，因此無法實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力拉張，也就無法使構(gòu)件保持足夠的預(yù)應(yīng)力。因此必須 在局部采用鋼筋或復(fù)合材料筋加強(qiáng)局部抗擠壓強(qiáng)度?；炷帘旧砜箟簭?qiáng)度很高，上述的斷 裂破壞的主要原因是與壓力方向呈45度的斜截面上的剪切應(yīng)變，螺旋箍筋可以限制這種 切應(yīng)變，因而加強(qiáng)了構(gòu)件的局部強(qiáng)度。其力學(xué)原理是材料在軸向壓縮，徑向即發(fā)生洎松效 應(yīng)而膨脹，泊松效應(yīng)越強(qiáng)，45度截面的切應(yīng)變越大。限制了泊松效應(yīng)，就限制了切應(yīng)變。因 此提高了承載力。螺旋箍筋呈錐形擴(kuò)展，錐形的局部加強(qiáng)結(jié)構(gòu)引導(dǎo)應(yīng)力均勻化分散，使應(yīng)力分布到 更大的截面，并當(dāng)遠(yuǎn)離擠壓點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)，應(yīng)力已經(jīng)不再集中在局部，就不再需要螺旋箍筋了。 因此。螺旋箍筋起局部加強(qiáng)作用，所需要的長度較小，一般為幾十厘米到一米左右，不需要 貫穿整個(gè)構(gòu)件。其錐形小端直徑與錨墊板相當(dāng)，大端面積接近構(gòu)件的截面積的四分之一到 二分之一即可。本實(shí)用新型具有下列優(yōu)點(diǎn)和積極效果1、本智能復(fù)合螺旋箍具有自監(jiān)測、自診斷功能；自身既是混凝土的骨架和增強(qiáng)材料，又是傳感器，可以測量應(yīng)變、應(yīng)力、溫度和混 凝土內(nèi)部的裂紋與位置等很多物理變化狀況；在施工時(shí)與建筑物的鋼筋或復(fù)合筋同時(shí)布設(shè)。2、本智能復(fù)合螺旋箍的抗拉強(qiáng)度是鋼筋的3倍而重量是鋼筋的四分之一，具有強(qiáng) 度高、穩(wěn)定性好、耐腐蝕、抗電磁干擾強(qiáng)、體積小、重量輕、精度高等優(yōu)點(diǎn)。3、本智能復(fù)合螺旋箍的形狀與尺寸保持規(guī)整一致，方便包裝、運(yùn)輸和安裝，成品率高。4、本方法實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率，減輕了生產(chǎn)工人的勞動強(qiáng)度，減少 了原料的損耗和作業(yè)場地，節(jié)能效果明顯；5、本智能復(fù)合螺旋箍及其錨固頭適用于橋墩、隧道等工程的施工與監(jiān)測。
圖1是本箍筋的結(jié)構(gòu)示意圖圖2. 1是本錨固頭的結(jié)構(gòu)示意圖(主視)；圖2. 2是本錨固頭的結(jié)構(gòu)示意圖(側(cè)視)。其中10-智能復(fù)合螺旋箍筋；20-錨墊板；30-預(yù)應(yīng)力繩材；40-波紋管。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)例詳細(xì)說明
4[0037]一、智能復(fù)合螺旋箍筋10如圖1，智能復(fù)合螺旋箍筋10是一種由復(fù)合材料和光導(dǎo)纖維復(fù)合而成的呈圓形 或多邊形的錐體螺旋狀箍筋。*所述的復(fù)合材料是玄武巖纖維與碳纖維復(fù)合材料，也可以是玄武巖纖維和高性 能玻璃纖維的混合纖維，混合比在30%到70%之間。*所述的光導(dǎo)纖維是經(jīng)過標(biāo)定的普通通訊光纖，作為傳感器用，同時(shí)也是信號傳輸 的載體；數(shù)量為3-6根一根用于測試智能復(fù)合螺旋箍筋10的溫度，并作為測量應(yīng)變時(shí)的溫度補(bǔ)償；一根用于測試智能復(fù)合螺旋箍筋10的應(yīng)變；其余為備用件。智能復(fù)合螺旋箍筋10可以測量包括應(yīng)變、應(yīng)力、溫度等物理場，檢測混凝土內(nèi)部 的裂紋、空洞、氣泡并確定其位置。智能復(fù)合螺旋箍筋10具有強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，作為帶有傳感器的 智能化構(gòu)件，傳感器的設(shè)置不影響原有物理場，能感知的內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變、溫度等信息，而不 是根據(jù)表面的測量推測內(nèi)部狀態(tài)，另外它還具有抗電磁干擾強(qiáng)、體積小、重量輕、精度高等 優(yōu)點(diǎn)。二、基于智能復(fù)合螺旋箍筋的建筑復(fù)合材料錨固頭(簡稱錨固頭)1、總體結(jié)構(gòu)如圖2. 1,2. 2，本錨固頭包括智能復(fù)合螺旋箍筋10、錨墊板20、預(yù)應(yīng)力繩材30和波
紋管40 ；智能復(fù)合螺旋箍筋10的小螺旋端面和錨墊板20的左端面連接成一個(gè)錨固整體；在錨固整體的中心軸線設(shè)置有預(yù)應(yīng)力繩材30 ；在預(yù)應(yīng)力繩材30的外圈設(shè)置有波紋管40，波紋管40的右端面和錨墊板的左端面 連接。2、功能部件1)智能復(fù)合箍筋10面前已述。2)錨墊板 20如圖1. 1,1. 2，錨墊板20是一種用復(fù)合材料制成的板塊，其上設(shè)置有小孔。其功能是(1)傳遞預(yù)應(yīng)力錨具的擠壓力，并使壓力分散，以便提高混凝土的局部抗擠壓能 力；(2)密封波紋管，以便在預(yù)應(yīng)力張拉以后向波紋管灌漿固化；(3)錨墊板上的預(yù)留的小孔作為灌漿的入口，以及灌漿時(shí)空氣排出的出口 ；(4)作真空灌漿時(shí)，排氣口用作抽真空的接口。3)預(yù)應(yīng)力繩材30如圖1. 1,1. 2，預(yù)應(yīng)力繩材30 —種用復(fù)合材料制成的繩材；其功能是通過張拉為混凝土構(gòu)件提供預(yù)應(yīng)力4)波紋管 40
5[0066]如圖1. 1、1. 2，波紋管40是一種常用件。其功能是在混凝土澆筑時(shí)在精確的位置留下預(yù)應(yīng)力繩的通道。混凝土固化以后， 預(yù)應(yīng)力繩材穿過其中，并實(shí)施張拉；波紋管配合錨墊板對預(yù)應(yīng)力繩管道進(jìn)行密封，以便張拉 完畢后壓漿或者真空灌漿，固定拉張后的預(yù)應(yīng)力繩。三、智能復(fù)合螺旋箍筋的制造方法(簡稱方法)本方法在于用機(jī)械的生產(chǎn)方式代替手工生產(chǎn)，不僅能制造單圈開口式箍筋或單圈 封閉式箍筋，還能制造螺旋箍筋。本方法是通過螺旋牽引，使半固化的玄武巖纖維或其他纖維、樹脂和光導(dǎo)纖維在 模芯上彎曲成螺旋狀圓形或多邊形箍筋，其圈數(shù)可以從1到任意圈，保持箍筋的兩端不張 開。具體地說，本方法包括下列步驟①將玄武巖纖維從紗架上引出，在樹脂粘合劑槽中浸漬后，經(jīng)過多孔成型板，使其 成為一種扭力狀態(tài)下的浸漬纖維；②將浸漬纖維牽引到纖維集束裝置的模芯套孔中，同時(shí)將光纖引導(dǎo)器中的光纖引 導(dǎo)進(jìn)入纖維集束裝置的模芯中心，經(jīng)模芯連續(xù)轉(zhuǎn)動、拉擠制成一種中央是光纖、周圍是玄武 巖纖維或者其他纖維(纖維含量大于80% )、表面有螺紋狀的復(fù)合光纖筋雛形；③將復(fù)合光纖筋雛形送入75°C -110°C半固化烘干爐中，使其達(dá)到半固化狀，得到 一種穩(wěn)定尺寸的復(fù)合光纖筋毛坯；④將復(fù)合光纖筋毛坯在模芯上以設(shè)定的螺旋牽引速度前進(jìn)，使其螺旋纏繞成圓 形或多邊形的智能復(fù)合螺旋箍筋毛坯，前進(jìn)的速度是l_3m/分鐘；⑤將智能復(fù)合螺旋箍筋毛坯送到固化烘干定形爐中經(jīng)過180°C _245°C的固化溫 度使半固化狀材料得以固化定型即為本智能復(fù)合螺旋箍筋；⑥在切割機(jī)中，按照規(guī)定的圈數(shù)切割成智能復(fù)合螺旋箍筋單個(gè)件；⑦將每件智能復(fù)合螺旋箍筋的兩個(gè)端部的光纖引出與光纜相聯(lián)結(jié)，光纜為使用時(shí) 與檢測儀器的連接導(dǎo)線，從而形成圓形或多邊形的智能復(fù)合螺旋箍筋產(chǎn)品；⑧檢驗(yàn)光路暢通后，進(jìn)行包裝。
權(quán)利要求一種智能復(fù)合螺旋箍筋，其特征在于智能復(fù)合螺旋箍筋(10)是一種由復(fù)合材料和光導(dǎo)纖維復(fù)合而成的呈圓形或多邊形的錐體螺旋狀箍筋。
2.基于權(quán)利要求1所述一種智能復(fù)合螺旋箍筋的建筑復(fù)合材料錨固頭，其特征在于 包括智能復(fù)合螺旋箍筋(10)、錨墊板(20)、預(yù)應(yīng)力繩材(30)和波紋管(40)；智能復(fù)合螺旋箍筋(10)的小螺旋端面和錨墊板(20)的左端面連接成一個(gè)錨固整體； 在錨固整體的中心軸線設(shè)置有預(yù)應(yīng)力繩材(30)；在預(yù)應(yīng)力繩材(30)的外圈設(shè)置有波紋管(40)，波紋管(40)的右端面和錨墊板的左端 面連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種智能復(fù)合螺旋箍筋及其建筑復(fù)合材料錨固頭，涉及建筑復(fù)合材料和檢測傳感器領(lǐng)域。智能復(fù)合螺旋箍筋是一種由復(fù)合材料和光導(dǎo)纖維復(fù)合而成的呈圓形或多邊形的錐體螺旋狀箍筋。建筑復(fù)合材料錨固頭包括智能復(fù)合螺旋箍筋、錨墊板、預(yù)應(yīng)力繩材和波紋管；智能復(fù)合螺旋箍筋的小螺旋端面和錨墊板的左端面連接成一個(gè)錨固整體；在錨固整體的中心軸線設(shè)置有預(yù)應(yīng)力繩材；在預(yù)應(yīng)力繩材的外圈設(shè)置有波紋管，波紋管的右端面和錨墊板的左端面連接。本智能復(fù)合螺旋箍筋具有自監(jiān)測、自診斷功能，具有強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、耐腐蝕、抗電磁干擾強(qiáng)、體積小、重量輕、精度高等優(yōu)點(diǎn)。本智能復(fù)合螺旋箍筋及其錨固頭適用于橋墩、隧道等工程的施工與監(jiān)測。
文檔編號E04C5/12GK201704875SQ20102025183
公開日2011年1月12日 申請日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者王渝珍, 鄭文衡, 金文成 申請人:金文成