(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210526687.7 (22)申请日 2022.05.16 (71)申请人 南通理工学院 地址 226006 江苏省南 通市崇川区永兴 路 211号 申请人 江苏大学 (72)发明人 刘荣桂　经正男　李颖　刘煜　 经守友　 (74)专利代理 机构 南京智造力知识产权代理有 限公司 32382 专利代理师 张明明 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) E01D 19/16(2006.01)G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种CFRP绞线 锚具优化设计的方法 (57)摘要 本发明提供了一种CFRP绞线锚具优化设计 的方法， 先采用 “锥‑弧面”计算模型表征CFRP绞 线受到的外力F； 然后根据CFRP绞线与粘结介质 的粘结‑滑移关系， 确定CFRP绞线的有效锚固长 度； 再由“锥‑弧面”计算模型， 并基于数值模拟提 取锚具整体应力分布， 分析锚具受拉端 “切口”的 应力状态， 确定锚筒端口的有效弧度； 最后根据 所述有效锚固长度、 锚筒端口的有效弧度、 CFRP 绞线的截面尺 寸以及粘结介质的有效厚度， 制定 锚具的优化设计方案， 对CFRP绞线进行锚固。 本 发明的优化设计方法使得锚杯受拉端 “切口效 应”降低了60％， 将切口集中力合理有效的传递 至锚具自由端。 权利要求书1页 说明书8页 附图4页 CN 115062370 A 2022.09.16 CN 115062370 A 1.一种CFRP绞线锚具优化设计的方法， 其特 征在于： 采用“锥‑弧面”计算模型表征CFRP绞线受到的外力F； 根据CFRP绞线与粘结介质的粘结 ‑滑移关系， 确定 CFRP绞线的有效锚固长度； 由所述“锥‑弧面”计算模型， 并基于数值模拟提取锚具整体应力分布， 分析锚具受拉端 “切口”的应力状态， 确定锚筒 端口的有效弧度； 根据所述有效锚固长度、 锚筒端 口的有效弧度、 CFRP绞线的截面尺寸以及粘结介质的 有效厚度， 制定锚具的优化设计方案， 对CFRP绞线 进行锚固。 2.根据权利要求1所述的CFRP绞线锚具优化设计的方法， 其特征在于， 所述有效锚固长 度为CFRP绞线包裹 面的剪应力与界面长度x之间的关系： 其中： τ(x)为CFRP绞线包裹面的剪应力， Gc为粘结介质RPC的剪切模量， Dc为粘结介质 RPC的外径， dc为粘结介质的内径， Dp为微段CFRP绞线的直径， hc为粘结介质的厚度， A、 C1、 C2 均为常数。 3.根据权利要求1所述的CFRP绞线锚具优化设计的方法， 其特征在于， 所述锚筒端口的 有效弧度为锚筒内锥角对应的弧度， 所述锚筒内锥角满足： 其中： Δd内部受轴向拉力时滑移量， Ec为锚筒的弹性模量， Ec'为粘结介质的弹性模量， r为锚筒内半径， R为锚筒外半径， θ 为锚筒内锥角， v是y方向的位移， b为任意截面结构半径。 4.根据权利要求3所述的CFRP绞线锚具优化设计的方法， 其特征在于， 所述锚筒内锥角 还满足： 其中， ux为粘结介质的轴向位移， σ(x)为界面压应力， L为锚筒长度， μ为CF RP绞线与粘结 介质之间的摩擦系数， R(x)为锚筒的直径， a为常数。 5.根据权利 要求1所述的CFRP绞线锚具优化设计的方法， 其特征在于， 所述CFRP绞线的 截面尺寸是通过测试并分析比较不同截面CFRP绞线的抗拉强度确定的。 6.根据权利要求1所述的CFRP绞线锚具优化设计的方法， 其特征在于， 所述粘结介质的 有效厚度是通过测试并分析比较粘 结介质RP C在不同厚度下对CFRP绞线锚固性能的影响确 定的。 7.根据权利要求1所述的CFRP绞线锚具优化设计的方法， 其特征在于， 所述粘结 ‑滑移 关系设置有如下假设： CFRP绞线为线弹性材 料， 且界面上的应力为均匀分布； CFRP绞线与粘结介质之间不存在 初始的应力； CFRP绞线的粘结介质层厚沿着所述 绞线分布均匀。 8.根据权利要求1 ‑7任一项所述的CFRP绞线锚具优化设计的方法， 其特征在于， 所述 CFRP绞线采用国标φ15.2m m。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115062370 A 2一种CFRP绞线锚具优化 设计的方 法 技术领域 [0001]本发明属于土木工程桥梁缆索的锚固技术领域， 尤其涉及一种CFRP绞线锚具优化 设计的方法。 背景技术 [0002]随着中国经济的快速 发展， 为方便运输， 联通世界， 大跨度桥梁越来越受到工程师 的青睐。 许多主跨超过1000米的大跨桥梁已在世界范围内兴建。 例如中国的苏通大桥和日 本的明石海峡大桥， 其主跨分别为1092m和1991m。 这些桥梁的缆索大多 是钢缆索， 其跨度越 大， 对缆索的要求也越高。 当对桥梁追求更大跨度时， 钢缆索因其较大的结构自重严重制约 大跨度桥梁的发展； 同时， 钢缆索的易腐蚀性导致桥梁劣化而被更换， 后期维护成本较高， 造成了较大的经济损失。 [0003]为克服钢缆索的局限性， 研究发现如果采用比强度高、 机械性能、 抗疲劳以及蠕 变、 优异耐环 境性等优势 突出的CFRP筋/CFRP绞线在大跨桥梁结构中代 替传统钢缆索， 可望 从根本上解决上述问题。 随着桥梁技术的发展， CFRP筋在桥梁缆索中应用较广， 但存在成型 早、 不易盘卷运输等不足， 制约其在工程中的应用。 因此， 抗弯刚度小、 不易脆断、 工艺性能 更好的CFRP绞线应运而生。 [0004]CFRP材料的横向抗压与抗剪能力较弱， 与纵向相比， 不到抗拉强度的1/20， 这种正 交各项异性导致传统的锚 具会在锚固端口形成应力集中从而产生 “切口效应 ”， 使得CFRP绞 线难以锚固。 因此， 针对CFRP绞线拉索的锚固， 研发出适宜的锚固系统成为当前桥梁发展中 的研究热点。 发明内容 [0005]有鉴于此， 本发明提供了一种CFRP绞线锚具优化设计的方法。 [0006]本发明是通过以下技 术手段实现上述 技术目的的。 [0007]一种CFRP绞线锚具优化设计的方法， 具体为： [0008]采用“锥‑弧面”计算模型表征CFRP绞线受到的外力F； [0009]根据CFRP绞线与粘结介质的粘结 ‑滑移关系， 确定 CFRP绞线的有效锚固长度； [0010]由所述“锥‑弧面”计算模型， 并基于数值模拟提取锚具整体应力分布， 分析锚具受 拉端“切口”的应力状态， 确定锚筒 端口的有效弧度； [0011]根据所述有效锚固长度、 锚筒端口的有效弧度、 CFRP绞线的截面尺寸以及粘结介 质的有效厚度， 制定锚具的优化设计方案， 对CFRP绞线 进行锚固。 [0012]进一步的技术方案， 所述有效锚固长度为CFRP绞线包裹面的剪应力与 界面长度x 之间的关系： [0013] [0014]其中： τ(x)为CFRP绞线包裹面的剪应力， Gc为粘结介质RPC的剪切模 量， Dc为粘结介说　明　书 1/8 页 3 CN 115062370 A 3