復合線狀體的末端固定結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種復合線狀體的末端固定結構，其具備：復合線狀體(20)，其用樹脂材料將碳纖維復合化，并以絞線狀成形；復合緩沖材料(30)，其用于覆蓋復合線狀體(20)；楔體(40)，其以筒狀形成，且其外徑從受到拉力的一側的端部向固定側的另一側的端部擴大，并在其中空部嵌合有復合緩沖材料(30)；套筒(50)，其設置于楔體(40)的外周側，與楔體的外形相嵌合，并具有直徑從受到拉力的一側的端部向固定側的另一側的端部擴大的圓錐狀中空的內部結構，所述末端固定結構防止斷路并通過保持充分的摩擦力的結構來簡單地進行固定操作。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種在土木、橋梁等領域中將用于結構體補強的復合線狀體張拉 時用于末端固定的復合線狀體的末端固定結構。 復合線狀體的末端固定結構
【背景技術】
[0002] 作為代替PC鋼絞線的材料已知的有復合線狀體。復合線狀體是通過用環氧樹脂 等的熱固化樹脂將碳纖維等的連續纖維實施復合化，以1X7等絞線狀成型的。與PC鋼絞 線相同，復合線狀體具有高拉伸強度和高彈性系數，而且具有重量輕且不生銹等特征。利用 這些特征在土木、橋梁等領域中用作現有橋梁的修補用電纜、或預應力混凝土梁或樁的補 強用張拉材料、后張法（post-tension)式橋梁橫梁補強材料等。當復合線狀體用于這種用 途時，為了張拉復合線狀體，需要用于保持其兩端部的末端固定構件。
[0003] 作為末端固定結構，已知的有將樹脂增強碳纖維作為芯的電線的拉樁端部的技術 (例如，日本國專利公開公報特開平8 - 237840號公報）。即，將圓筒狀兩部分結構的緩沖 套筒使用在絞合電線的拉樁端部，其中，所述緩沖套筒由將以鋅等為主成分的金屬材料形 成，并在其內周面具有在樹脂增強碳纖維的外周卡合的卡合面。其中，通過如下方式形成拉 樁端部：在將樹脂增強碳纖維作為加強構件并在其周圍絞合導電用金屬線而成的電線中， 在張力構件和導線用金屬線的絞合層之間設置緩沖套筒，在這些外側安裝金屬套筒，并且 壓縮固定金屬套筒而形成拉樁端部。在該技術中，緩沖套筒在其內周面具有與樹脂增強碳 纖維的外周卡合的卡合面，且為兩部分結構，因此容易安裝于樹脂增強碳纖維，并且以圓筒 狀成型，因此阻擋壓縮金屬套筒時的壓縮力，從而具有防止樹脂增強碳纖維的壓垮或破損 等損傷的效果。
[0004] 另外，作為復合線狀體的末端固定結構，已知的是：在復合線狀體上包覆防滑片， 并在防滑片上包覆由金屬制成的編織層（braid)，并通過楔子夾住該部分并固定的結構 (例如，日本國專利第5426678號公報）。其中，用張拉復合線狀體時在楔子上產生的外力， 使楔子緊固復合線狀體，此時，位于楔子下部的防滑片和編織層與復合線狀體的凹凸部相 應地產生變形，并通過基于該變形的緩沖作用和基于防滑片的摩擦力，具有不產生基于剪 切的損傷而在高張拉力的狀態下保持復合線狀體的功能。 實用新型內容
[0005] 實用新型要解決的課題
[0006] 在上述的復合線狀體的末端固定結構中，存在如下問題。即，在現有技術中，為了 形成絞合導電用金屬線而成的電線的拉樁端部，需要用于進行壓縮加工的機械裝置。若使 用機械裝置則會導致成本變高。另外，對上述技術所示的兩部分的緩沖套筒而言，為了阻擋 壓縮力而防止碳纖維芯的壓垮損傷，需要采用以鋅等為主成分的金屬來制造。
[0007] 另外，當在復合線狀體中重疊多張防滑片而使用時，在準備階段需要層疊多張防 滑片。另外，當將以上述方式準備的兩個長條狀防滑片安裝在復合線狀體時，使防滑片的方 向與復合線狀體的軸向平行，并且需要均等地保持兩個防滑片的間隔而進行安裝，因此在 作業時需要熟練的技巧和時間。
[0008] 在此，本實用新型的目的在于，提供如下一種復合線狀體的末端固定結構：通過無 需使用用于壓縮的機械裝置而使用復合緩沖材料來保持充分的摩擦力的結構，由此能夠簡 單地進行固定作業。
[0009] 解決課題的方法
[0010] 本實用新型的復合線狀體的末端固定結構，其特征在于，具備：復合線狀體，其用 樹脂材料使連續纖維復合化而以絞線狀成形；緩沖材料，其用于覆蓋該復合線狀體；楔體， 其以筒狀形成，并且其外徑從受到拉力的一側端部向固定側的另一側端部擴大，而且在其 中空部嵌合有所述緩沖材料；及套筒，其設置于該楔體的外周側，并具有直徑朝向固定側的 另一側端部擴大的圓錐狀中空的內部結構。
[0011] 根據本實用新型的復合線狀體的末端固定結構，所述連續纖維為碳纖維，所述復 合緩沖材料由樹脂材料制造。
[0012] 根據本實用新型的復合線狀體的末端固定結構，所述復合線狀體被纖維包覆，所 述纖維向與所述拉力相交叉的方向纏繞。
[0013] 根據本實用新型的復合線狀體的末端固定結構，在所述復合緩沖材料和所述楔體 之間配置有編織金屬線而成的編織構件。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014] 圖1是示出本實用新型的實施方案的復合線狀體的固定結構的剖視圖。
[0015] 圖2是示出組裝在所述固定結構的復合線狀體和復合緩沖材料的立體圖。
[0016] 圖3是所述復合線狀體和復合緩沖材料的分解立體圖。
[0017] 圖4是所述復合緩沖材料的剖視圖。
[0018] 圖5是示出所述復合緩沖材料的端面的主視圖。
[0019] 圖6是示出變形例的安裝有編織構件的復合緩沖材料的主視圖。
【具體實施方式】
[0020]【用于實施實用新型的最佳方案】
[0021] 下面，根據附圖對本實用新型的實施方案進行說明。
[0022] 圖1是示出本實用新型實施方案的復合線狀體的固定結構10的剖視圖；圖2是示 出組裝在所述固定結構10的復合線狀體20和復合緩沖材料30的圖；圖3是所述復合線狀 體20和復合緩沖材料30的分解立體圖；圖4是所述復合緩沖材料30的剖視圖；圖5是示 出所述復合緩沖材料30的端面的主視圖。在本說明書中，軸向是指復合線狀體20的延伸 方向。
[0023] 復合線狀體的固定結構10具備：復合線狀體20,其用樹脂材料使連續纖維復合 化，從而以絞線狀成形；復合緩沖材料30,其用于覆蓋該復合線狀體20 ;楔體40,其用于覆 蓋該復合緩沖材料30 ;套筒50,其設置于該楔體40的外周側。此外，拉力從圖1中的左方 施加，右方是固定的。
[0024] 復合線狀體20具有絞合了多根基礎絲21的結構。基礎絲21以碳纖維（連續纖 維）和基體樹脂（具代表性的是環氧樹脂等熱固化樹脂）作為主材料，并且在每根基礎絲 21的基礎絲表層形成有在該基礎絲21的周圍纏繞纖維22而成的包覆結構。即，復合線狀 體20的各基礎絲21的表面具有纏繞并包覆纖維22而成的細微凹凸。
[0025] 具有外徑為15. 2mm的1X7的絞合結構的復合線狀體20,基礎絲21以一根芯基 礎絲21a作為中心，并在其周圍絞合六根側基礎絲21b而構成。芯基礎絲21a及側基礎絲 21b的直徑均為5. 1mm。芯基礎絲21a與側基礎絲21b形成的角度，即捻回角具代表性的是 9°，該捻回角的優選范圍是18°以下。預先在這些各基礎絲的表面纏繞并包覆纖維。纏繞 纖維之前的基礎絲21的直徑為4. 7mm，并在上面以5. 5mm的纏繞節距均勻地纏繞約1，200 根直徑為33微米的滌綸復絲。纏繞后的基礎絲直徑為5. 1mm。此時相對于基礎絲方向的纖 維的繞包角為70°。所纏繞的纖維直徑具代表性的是33微米，但優選范圍是10-50微米。 根據纖維的根數和纏繞節距可以任意地調整纖維的纏繞角，具代表性的是70°，但優選范 圍是 40-80°。
[0026] 對于復合緩沖材料30,由在軸向排列維尼綸或聚酯等纖維的纖維強化塑料（FRP) 制造，并以圓筒狀形成。在內側具有與復合線狀體20的外形嵌合的凹凸部30a。該凹凸部 30a具有與構成復合線狀體20的基礎絲21的外形相對應的凹凸、和與纏繞在各基礎絲21 的纖維22的形狀相對應的細微凹凸。通過這些凹凸部30a，可以在復合線狀體20和復合緩 沖材料30之間得到高摩擦力。
[0027] 復合緩沖材料30的軸向長度以稍微長于楔體40的方式形成。復合緩沖材料呈兩 部分結構（上模31及下模32)，并且能夠安裝在復合線狀體20的任意位置，安裝后覆蓋復 合線狀體20的整個圓周，并具有圓形的外形。
[0028] 復合緩沖材料30以如下方式成形。S卩，將具有上述的外徑為15. 2mm的1X7的絞 合結構的復合線狀體20作為芯模。即，作為芯模的復合線狀體20與作為固定目標物的復 合線狀體20是相同的材料和相同的結構。
[0029] 在復合線狀體20的周圍，預先配置浸漬了不飽和聚酯樹脂的維尼綸纖維束，將該 集束體導入至內徑為18mm、長度為1. 5m的模具并進行拉拔成型。模具的溫度為150°C，拉 拔速度為l〇cm/min。維尼纟侖纖維將由1,000根直徑為14 μ m的單纖維構成的紗線（yarn) 作為基本單位，并且使用了四十一根的、以十根該纖維并絲而成的線。不飽和聚酯使用了在 間苯二甲酸系不飽和聚酯中配合了作為固化催化劑的有機過氧化物的物質。以該方式，得 到了：在中心具有復合線狀體的芯模，并在其周圍由維尼綸纖維的不飽和聚酯樹脂的纖維 強化塑料層而構成的外徑18mm的成型體。纖維強化塑料層的纖維體積分數約為60%。
[0030] 將該成型體切割成170mm的長度，在其剖面周向的0度和180度位置的纖維強化 塑料層縱向設置了縫隙。然后，從位于其中心的材料芯剝掉纖維強化塑料層，由此分離成材 料芯和兩部分的纖維強化塑料層。對于以該方式得到的纖維強化塑料層，外側呈圓筒狀的 兩部分，內側具有將在下面描述的凹凸形狀。
[0031] 即，在復合緩沖材料30的內表面，具體而言具有如下兩種凹凸形狀。與基礎絲21 的外形相對應的凹凸是，直徑為5. 1mm且與芯基礎絲21a呈18°以下的角度的圓弧。另外， 基于纏繞并包覆在各基礎絲21的纖維的細微凹凸是，直徑為10-50微米且與基礎絲方向呈 40-80°的角度的圓弧。
[0032] 復合緩沖材料30是，在軸向排列維尼綸纖維并以不飽和聚酯樹脂作為基體樹脂 的纖維強化塑料，與不飽和聚酯樹脂的單獨固化物相比，軸向的強度和彈性模量增大。艮P， 不飽和聚酯樹脂單體的固化物的拉伸強度和彈性系數分別為40MPa、3. lGPa，但通過用維尼 綸纖維補強不飽和聚酯來使復合緩沖材料30的拉伸強度和彈性系數分別形成為0. 76GPa、 16GPa，分別約為樹脂單體的19倍和5倍。通過以該方式提高復合緩沖材料30的強度和彈 性系數，可以得到適用于固定高強度、高彈性的復合線狀體20的機械特性。由于復合緩沖 材料30的內表面的凹凸部30a是按照復合線狀體20的結構制作的部分，因此，若安裝在復 合線狀體20,則復合線狀體20與凹凸一致，從而復合緩沖材料30填滿在基于復合線狀體 20的絞合結構的表面的凹凸。
[0033] 楔體40例如具有如下結構：以兩部分的筒狀形成，并且其外徑從一側的端部向另 一側的端部擴大，在其中空部嵌合有所述復合緩沖材料30。楔體40也可以呈三部分結構或 四部分結構。楔體40的外形呈圓錐狀，內側以圓形挖空，在內表面具有螺紋狀的細槽。該 螺紋狀的槽起到提高楔子和復合緩沖材料30的外周面的摩擦的作用。
[0034] 套筒50由金屬材料制造，并具有內徑從一側的端部向另一側端部擴大的圓錐狀 中空的內部結構，以具有固定外徑的筒狀形成。
[0035] 以該方式構成的復合線狀體的固定結構10,以如下方式組裝。即，將兩部分的復合 緩沖材料30復合線狀體以復合緩沖材料30的內周面的凹凸部30a與復合線狀體20的凹 凸對準的方式包覆在復合線狀體20。接著，包覆兩部分的楔體40,進而在其外周安裝套筒 50。楔體40的長度為155mm比復合緩沖材料30稍微短，楔體40經由復合緩沖材料30而保 持復合線狀體20,從而楔體40不會直接與復合線狀體20接觸。套筒50的長度為163mm。
[0036] 對安裝有該固定結構10的復合線狀體20進行了拉伸試驗，其結果在280kN的拉 伸負荷下并未斷裂。該復合線狀體20的規定斷裂負荷為270kN，由此確認到該復合線狀體 具有充分的固定強度。
[0037] 根據以該方式構成的復合線狀體的末端固定結構10,復合線狀體被拉伸時產生如 下反應。即，通過經由復合緩沖材料30的摩擦，使復合線狀體20和楔體40形成一體，因此， 若拉伸復合線狀體20,則楔體40同時被拉入至套筒50。若楔體40被拉入至套筒50,則楔 體40通過其傾斜度緊固復合線狀體20。通過該緊固，楔體40和復合緩沖材料30、及復合 緩沖材料30和復合線狀體20的摩擦力進一步增加，從而使三者的一體化更加牢固。
[0038] 并且，在將復合線狀體20作為材料芯并由上述方法得到的復合緩沖材料30的內 表面，具有復制了構成復合線狀體20的基礎絲21的外形的凹凸、和復制了纏繞并包覆在各 基礎絲21的纖維22的形狀的細微的凹凸。通過具有這兩種凹凸，復合緩沖材料30能夠容 易嵌合于復合線狀體20,并能夠得到高摩擦力。
[0039] 例如用作混凝土梁補強用張拉材料時，若拉伸復合線狀體20,則復合線狀體20的 延伸率最大可達到1.5%程度。即，相比于楔體40的頂端側的復合線狀體20的延伸率為 1. 5 %，在楔體40的后端側，由于未施加有拉力，因此復合線狀體20的延伸率為0 %。由此， 楔子內部的復合線狀體20產生0-1. 5%的延伸率的分布，但由于復合緩沖材料30是在軸向 上聚集了纖維而成的由纖維強化塑料制造的材料，因此在軸向的拉伸強度高且具有適當的 彈性系數，因此，隨著復合線狀體20的拉伸變化而變形，并且可靠地傳遞復合線狀體20和 楔體40之間的摩擦力，從而實現能夠承受高張拉力的、穩定的末端固定。
[0040] 另外，由于復合緩沖材料30比楔體40稍微長，因此楔體不會直接接觸于復合線狀 體，從而不存在楔體40使復合線狀體20受損的危害。
[0041] 而且，復合緩沖材料30是簡單的圓筒狀的兩部分成型體，因此并不需要特意進行 用于安裝的準備，便能夠在短時間內容易安裝于復合線狀體20。另外，復合緩沖材料30的 內表面具有與復合線狀體20嵌合的形狀，因此在進行安裝作業時，將復合緩沖材料30接觸 在復合線狀體20,由此自然地嵌合在復合線狀體20。因此，無需特別熟練的技巧，普通的操 作者就能夠容易地實現規定的質量。
[0042] 根據本實施方案的復合線狀體的末端固定結構10,并不是由壓縮裝置產生的壓縮 力，而是由基于楔體40和套筒50的緊固力而產生的固定力。通過楔體40的緊固來適當地 緊固復合線狀體20,使具有隨著復合線狀體20的延伸而產生變形的適當的彈性和強度的 復合緩沖材料30設置在復合線狀體20和楔體40之間，由此提高摩擦力，從而能夠發揮高 固定力。因此，不需要壓縮裝置所需的金屬套筒，并能夠防止斷線。
[0043] 另外，復合緩沖材料30形成有與復合線狀體20的外形相嵌合的形狀，因此只需進 行包覆的作業，并且即使不通過熟練的操作者的作業，也能夠得到所期望的質量，因此能夠 簡單地進行固定作業。
[0044] 在此，對復合線狀體的末端固定結構10的變形例進行說明。即，在與上述相同地 將復合緩沖材料30安裝于復合線狀體20后，如圖6所示，進一步將編織構件60包覆在其 外周。與上述相同地將楔體40包覆在其外周。編織構件60是編織不銹鋼鋼絲61而形成 的。
[0045] 對具體的結構及尺寸舉例示出。將直徑為0. 4mm的不銹鋼鋼絲61以1X7絞合， 進而將其編織而形成編織構件60。編織構件60伸縮自如，以縮小的狀態安裝在復合緩沖材 料30上，之后，通過將編織構件60拉伸并擠壓來使復合緩沖材料30和編織構件60貼緊。 編織構件60的結構具代表性的是IX (6+6)，但也可以選擇2X (6+6)等其他結構。具代表 性的是編織時的芯材直徑為12mm，節距為12mm。芯材直徑或節距可以任意選取，能夠安裝 于復合緩沖材料30的單位面積重量。
[0046] 另外，在確認了復合線狀體20具有超過規定斷裂負荷的充分的固定強度之后，去 除了該負荷。在楔體40的頂端側付近切割了復合線狀體20,使用機械裝置，將推桿（未圖 示）頂到楔體40的頂端側，通過將楔體40向套筒50的后端（開口部側）推出的方法來將 楔體40從套筒50中取出。該楔體40容易從編織構件60取出，而且楔體40的螺紋部依舊 保持具有凹凸的狀態。
[0047] 在采用編織構件60時，固定性能與不使用編織構件60時相同，并可以得到如下效 果。即，在預應力混凝土的制造場，作為張拉用固定，在完成混凝土的養護后，切割張拉材料 的剩余部分，并取下固定結構10。該使用完畢的固定零件（楔體40及套筒50) -般會在工 廠中再利用。但是，張拉力高時，楔子內表面的螺紋槽咬入至復合緩沖材料30的表層，由此 使楔體40和復合緩沖材料30固定，因此，難以從復合緩沖材料30取下楔體40。另外，即使 從已固定的復合緩沖材料30取下楔體40時，在楔體40的內表面，復合緩沖材料30的碎片 (FRP片）塞滿了螺紋部的槽，因此螺紋部的凹凸失去了功能。若要再利用該楔體40,則需 要進行去除復合緩沖材料30的碎片的工藝。
[0048] 如上所述，通過在復合緩沖材料30上包覆編織構件60來安裝楔子時，編織構件60 設置在楔體40和復合緩沖材料30之間。楔體40經由編織構件60間接地與復合緩沖材料 30咬合，因此，抑制楔體40和復合緩沖材料30的直接接觸，從而不會產生復合緩沖材料30 的碎片塞滿楔體40內側的螺紋部的槽這一現象。因此，解除外力而分解固定結構10時，楔 體40容易從復合緩沖材料30取出，并且楔體40的螺紋部依舊保持具有凹凸的狀態。因此， 得到楔體40可以直接再利用，而無需進行去除工程的效果。
[0049] 此外，本實用新型并不限于上述實施方案。復合緩沖體并不限定于維尼綸，可以使 用聚酯或聚酰胺等強度或彈性系數較高的纖維。另外，樹脂并不限定于間苯二甲酸系，也可 以使用鄰苯二甲酸酐系或對苯二甲酸系的不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、或乙烯基酯樹脂。復 合緩沖體采用了兩部分結構，但也可以采用三部分結構或四部分結構。另外，各構件的尺寸 或形狀是一個例子，并不限定于此。另外，在不脫離本實用新型主旨的范圍內可以實施多種 變形是理所當然的。
[0050] 【產業上的可利用性】
[0051] 可以獲得一種通過不使用壓縮裝置而保持充分的摩擦力的結構，能夠簡單地進行 固定作業的復合線狀體的末端固定結構。
【權利要求】
1. 一種復合線狀體的末端固定結構，其特征在于， 所述末端固定結構具備： 復合線狀體，其用樹脂材料使連續纖維復合化，并以絞線狀成形； 復合緩沖材料，其用于覆蓋所述復合線狀體； 楔體，其以筒狀形成，并且其外徑從受到拉力的一側端部向固定側的另一側端部擴大， 而且在其中空部嵌合有所述復合緩沖材料；及 套筒，其設置于所述楔體的外周側，并具有直徑朝向固定側的另一側端部擴大的圓錐 狀中空的內部結構。
2. 根據權利要求1所述的復合線狀體的末端固定結構，其特征在于， 所述連續纖維為碳纖維， 所述復合緩沖材料由樹脂材料制造。
3. 根據權利要求1所述的復合線狀體的末端固定結構，其特征在于， 所述復合線狀體被纖維包覆，所述纖維向與所述拉力相交叉的方向纏繞。
4. 根據權利要求1所述的復合線狀體的末端固定結構，其特征在于， 在所述復合緩沖材料和所述楔體之間配置有編織金屬線而成的編織構件。
【文檔編號】E01D22/00GK203905504SQ201420234740
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年5月8日 優先權日:2014年5月8日
【發明者】蜂須賀俊次, 木村浩, 真鍋太輔, 田村佳廣 申請人:東京制綱株式會社