一种纤维增强热塑性复合材料单向构件的熔融式锚固方法技术

一种纤维增强热塑性复合材料单向构件的熔融式锚固方法。本发明专利技术公开了一种FRP拉挤型材的连续制备方法和锚固方法，首先在拉挤成型时，控制连续纤维、带、布或毡的浸胶过程，使之不连续浸胶，实现一段有树脂、一段没有树脂呈现散丝状的FRP拉挤型材的连续生产。然后在没有树脂的散丝段中间位置将生产出来的材料切割开，形成一段段两端端头无树脂、只有纤维的FRP拉挤型材。将端头呈散丝状的FRP拉挤型材或多根平行型材束插入锚固套筒中，再在套筒中填筑黏结剂，形成直接黏结纤维的FRP型材或型材束的黏结式锚固结构。本发明专利技术可以快速高效地连续生产适于锚固的端头程散丝状的FRP拉挤型材，并通过直接黏结端头的纤维，极大地增加FRP拉挤型材的黏结锚固面积、提高锚固效率、缩短锚固长度，适合批量大规模生产和推广。适合批量大规模生产和推广。适合批量大规模生产和推广。

【技术实现步骤摘要】
一种纤维增强热塑性复合材料单向构件的熔融式锚固方法


[0001]本专利技术涉及一种针对纤维增强热塑性复合材料单向构件的锚固方法，属于土木工程和复合材料


技术介绍

[0002]纤维增强热塑性复合材料是以高性能纤维作为增强体，热塑性树脂作为基体，复合而成的高性能材料。纤维增强热塑性复合材料是纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer，简称FRP)中的一种，另一种是纤维增强热固性复合材料。与纤维增强热固性复合材料相比，纤维增强热塑性复合材料具有可多次熔融固化、固化成型速度快、生产过程清洁无污染、韧性高、抗冲击性能好、损伤容易修补、便于进行回收利用等诸多优点，目前已被广泛用于体育用品、汽车、航空航天工业等领。
[0003]纤维增强热塑性复合材料单向构件，包括单向片材与棒材等，可作为拉索或预应力筋用于各种土木工程结构。纤维增强热塑性复合材料单向构件中的纤维都平行排列在同一方向上，是一种典型的正交各项异性材料，在纤维方向上主要体现纤维的力学性能，表现出较高的强度与模量，但在垂直于纤维方向上主要体现树脂基体的力学性能，表现出较低的强度与模量。这造成纤维增强热塑性复合材料单向构件不容易锚固，传统的锚固钢构件(一种典型的各项同性材料)的方法无法有效锚固纤维增强热塑性复合材料单向构件。为了充分发挥纤维增强热塑性复合材料单向构件的抗拉性能，需要对其进行有效锚固。
[0004]中国专利202010345199.7公开了一种适用于大吨位FRP拉索的分散锚固装置及分散锚固方法，其中分散锚固装置包括内锥形套筒以及位于内锥形套筒小端端部的小端盖板和位于内锥形套筒大端端部的大端盖板，其特征在于：所述小端盖板为第一分丝板，所述大端盖板为第二分丝板，在内锥形套筒内部还设置有至少一个第三分丝板；在所述第一分丝板上设置有按照第一规律分布的筋材孔；在所述第二分丝板上设置有按照第二规律分布的筋材孔；在所述第三分丝板上设置有按照第三规律分布的筋材孔。该专利技术的核心在于锚固区FRP拉索的整体弯折以及局部劈叉，能够显著降低FRP拉索在长期持荷下的蠕变变形和避免FRP拉索出现拔出破坏，同时有利于缩减锚具尺寸、降低造价。
[0005]中国专利202010981172.7公开了一种FRP拉索锚固方法及锚固端头，步骤为：在FRP拉索锚固区形成沿径向分层变刚度的锥形荷载传递介质；其中，变刚度荷载传递介质是由具有不同弹性模量的材料沿垂直于FRP拉索方向分层平行浇筑而成；荷载传递介质的弹性模量由内而外逐层减小；分层界面位于相邻内层FRP筋与外层FRP筋包络的区域之内；采用与荷载传递介质相匹配的内锥形套筒进行锚固。该锚固方法具有制备难度低、装配精度高、同步受力好和锚固效率高等特点。径向分层变刚度荷载传递介质能够减小锚固区FRP拉索内层FRP筋的拉伸应力和提高外层FRP筋的拉伸应力，从而提升FRP拉索全截面同步受力性能和承载效率。
[0006]中国专利201910512548.7公开了一种FRP拉索锚固装置及其安装方法，涉及拉索锚固
，其包括外部套筒和多组锚固组件，每组锚固组件包括：分段套筒；内部锚杯，
其中部开设有通孔，所有内部锚杯的通孔组成固定FRP拉索的圆台型通孔，且孔径较大的一端为自由端，孔径较小的一端为张拉端；分段套筒内壁设有环形台阶，内部锚杯设有与环形台阶相适配的台阶面，环形台阶与台阶面之间形成容纳腔；弹性件，其设置于容纳腔内；相邻两组锚固组件中靠近自由端的弹性件的刚度大于靠近张拉端的弹性件的刚度。该专利技术可明显减小张拉端的应力集中现象，使FRP拉索锚固区内拉索表面的压应力和剪应力分布更加均匀，以实现大吨位FRP拉索的有效锚固。
[0007]综合来看，现有的锚固方式主要是针对纤维增强热固性复合材料单向构件的，存在黏结或夹持界面，锚固时间较长、锚固结构复杂、锚固效率不高。目前纤维增强热塑性复合材料单向构件的锚固方式与工程界的实际需求有较大差异，主要考虑的技术改进点是：(1)利用纤维增强热塑性复合材料可以反复多次加热熔融
‑
冷却固化确不影响材料力学性能的特性，实现纤维增强热塑性复合材料单向构件快速、便捷的锚固；(2)消除锚固区内部的薄弱界面、减小应力集中，提高纤维增强热塑性复合材料单向构件的锚固效率。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是：充分发挥纤维增强热塑性复合材料可以反复多次加热熔融
‑
冷却固化确不影响材料力学性能的优点，对纤维增强热塑性复合材料单向构件的端头进行第二次加热熔融和冷却固化，实现纤维增强热塑性复合材料单向构件快速、高效的熔融式锚固。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0010]先将纤维增强热塑性复合材料单向构件插入锚固套筒中，再在套筒中注入熔融状态的热塑性树脂，保持套筒的温度达到热塑性树脂的熔融温度以上，使纤维增强热塑性复合材料单向构件端头特定长度内的热塑性树脂也熔融并与注入的熔融状态热塑性树脂融为一体，纤维增强热塑性复合材料单向构件端头特定长度内的纤维在套筒内熔融状态的热塑性树脂中分散开来并充分浸润树脂，然后进行降温，使锚固区内的热塑性树脂再次冷却固化，形成纤维增强热塑性复合材料单向构件的熔融式锚固结构。
[0011]所述纤维增强热塑性复合材料单向构件端头熔融段的长度根据纤维增强热塑性复合材料单向构件承受的极限拉力、纤维增强热塑性复合材料单向构件中纤维的数量、纤维的直径、纤维与树脂的黏结强度、树脂的强度、弹性模量以及树脂与套筒内壁的摩擦系数来确定。
[0012]所述套筒采用内锥形套筒，内锥度为3至10度，为增加套筒与树脂之间的摩擦力，将套筒内表面打磨粗糙或加工生成刻痕。
[0013]所述纤维增强热塑性复合材料单向构件的熔融式锚固结构包括维增强热塑性复合材料单向构件和套筒。纤维增强热塑性复合材料单向构件的端头经过第二次加热熔融
‑
冷却固化，与注入套筒内的树脂融为一体，形成与套筒内表面紧密契合的锥形端头，在纤维增强热塑性复合材料单向构件受拉时提供横向压紧力，使纤维增强热塑性复合材料单向构件与锚固套筒紧密连接。
[0014]所述纤维增强热塑性复合材料单向构件可以是一根构件，也可以是多根构件组成的纤维增强热塑性复合材料单向构件束。
[0015]与现有技术相比较，本专利技术提出的这种纤维增强热塑性复合材料单向构件的熔融
式锚固方法，不使用黏结剂，不必等待黏结剂固化，有效缩短了锚固制作的时间；锚固工艺简单；消除了锚固区内黏结或者夹持的界面，使锚固整体更好、锚固效率提高、锚固长度缩短，降低了锚固成本，提高了纤维增强热塑性复合材料单向构件的适用性。
附图说明
[0016]图1为本专利技术一种纤维增强热塑性复合材料单向构件的熔融式锚固方法的试件的三维示意图。
[0017]图2为图1的剖视图。
[0018]图3为图1试件的锚固区的纤维分布示意图。
[0019]图4为本专利技术一种纤维增强热塑性复合材料单向构件的熔融式锚固方法的锚固制作工艺流程本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纤维增强热塑性复合材料单向构件的熔融式锚固方法，其特征在于：先将纤维增强热塑性复合材料单向构件插入锚固套筒中，再在套筒中注入熔融状态的热塑性树脂，保持套筒的温度达到热塑性树脂的熔融温度以上，使纤维增强热塑性复合材料单向构件端头特定长度内的热塑性树脂也熔融并与注入的熔融状态热塑性树脂融为一体，纤维增强热塑性复合材料单向构件端头特定长度内的纤维在套筒内熔融状态的热塑性树脂中分散开来并充分浸润树脂，然后进行降温，使锚固区内的热塑性树脂再次冷却固化，形成纤维增强热塑性复合材料单向构件的熔融式锚固结构。2.根据权利要求1所述的一种纤维增强热塑性复合材料单向构件的熔融式锚固方法，其特征在于：纤维增强热塑性复合材料单向构件端头熔融段的长度根据纤维增强热塑性复合材料单向构件承受的极限拉力、纤维增强热塑性复合材料单向构件中纤维的数量、纤维的直径、纤维与树脂的黏结强度、树脂的强度、弹性模量以及树脂与套筒内壁的摩擦系数来确定。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘越，岳清瑞，韦青，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：