本发明涉及在土木、桥梁等领域用于结构体的增强的连续纤维增强材料的末端固定中使用的连续纤维增强材料张紧装置、连续纤维增强材料的张紧方法及楔体。
背景技术：
连续纤维增强材料作为代替pc钢绞线的材料被人们所知。连续纤维增强材料是通过用环氧树脂等热固化树脂将碳纤维等连续纤维复合化，以1×7等绞线状成型的。与pc钢绞线相同，连续纤维增强材料具有高拉伸强度和高弹性系数，而且具有重量轻且不生锈等特征。利用这些特征，在土木、桥梁等领域中被用作现有桥梁的修补用线缆、预应力混凝土梁及桩的补强用张拉材料、后张法式桥梁横梁补强材料等。在将连续纤维增强材料用于这种用途时，为了张紧连续纤维增强材料，需要用于把持其两端部的末端固定。
作为pc钢绞线的末端固定结构，已知有利用固定件固定的结构，该固定件具有：楔体，其形成为筒状，并且其外径从承受拉伸力的前端部朝向末端侧的后端部扩径；以及套筒，其设置于该楔体的外周侧，具有朝向末端侧的后端部扩径的圆锥状中空的内部结构。
这样的固定件在pc钢绞线上预先安装套筒，插入楔体，设置张紧装置。如果张紧pc钢绞线，则楔体与pc钢绞线一同移动，从而从套筒拔出。在到达目标张紧力后，在保持张紧力的状态下利用液压活塞将楔体压入套筒内。此外，pc钢绞线从固定结构物侧被以强的力拉入，楔体侵入套筒，如果释放张紧装置的张力则被以强的力被固定。
另外，还已知有下述结构，将外周面设置有阳螺纹的套筒收纳于固定结构物，之后，将从固定结构物突出的部分用锁定螺母固定(例如，日本国专利公开公报特开平9－136313号公报)。
考虑将这种固定件或固定方法也应用于连续纤维增强材料。
技术实现要素：
在上述的连续纤维增强材料的末端固定结构中，存在如下的问题。即，有时在楔体的内壁面转印有连续纤维增强材料的外表面，并形成与连续纤维增强材料的外表面卡合的被卡合部。这使连续纤维增强材料和楔体的固定变得牢固。但是，在因张紧而楔体暂时从套筒脱离时，在将楔体压入套筒内时，该被卡合部和连续纤维增强材料的外表面卡住，有时不能使楔体移动。也存在当通过液压活塞强制压入楔体时，连续纤维增强材料出现损伤的问题。
因此，本发明的目的在于，提供即使在使用内壁面被转印连续纤维增强材料的外表面且形成有与连续纤维增强材料的外表面卡合的被卡合部的楔体的情况下，通过使楔体沿着连续纤维增强材料移动，也能够可靠地固定于固定结构物的连续纤维增强材料张紧装置及连续纤维增强材料张紧方法、以及用于它们的楔体。
一种连续纤维增强材料张紧装置，将固定件在使连续纤维增强材料张紧的状态下固定于固定结构物上，所述固定件具有：楔体，其在将连续纤维复合化且成形为绞线状的连续纤维增强材料的末端呈筒状形成，并且其外径从承受拉伸力的前端部朝向末端侧的后端部扩径，在其内壁面转印有所述连续纤维增强材料的外表面，且形成有与所述连续纤维增强材料的外表面卡合的被卡合部；套筒，其设置于该楔体的外周侧，并具有朝向末端侧的后端部扩径的圆锥状中空的内部结构，所述连续纤维增强材料张紧装置的特征在于，具备：按压体，其将所述套筒向所述固定结构物侧按压，并且具有供所述楔体沿着所述连续纤维增强材料可往复移动自如地移动的中空部；筒状的托架，其相对于该按压体配置于所述套筒的相反侧，在内壁面形成有突起部；圆柱状的旋转夹具，其以在该托架内部往复移动自如的方式设置，与所述楔体的端面卡合，并且具有与所述突起部卡合的螺旋状的槽，赋予绕所述连续纤维增强材料的轴线的旋转力；以及活塞，其将所述旋转夹具的端面向所述固定结构物侧按压。
附图说明
图1是表示基于本发明实施方式的连续纤维增强材料张紧装置的连续纤维增强材料的安装状态的侧视图。
图2是表示用于该连续纤维增强材料张紧装置的末端固定件的纵剖视图。
图3是表示构成该末端固定件的楔体的立体图。
图4是表示安装有该楔体的连续纤维增强材料的立体图。
图5是表示该末端固定件和楔体的分解立体图。
图6是表示该连续纤维增强材料张紧装置的主要部分的剖视图。
图7是表示被装入该连续纤维增强材料张紧装置的旋转夹具的立体图。
图8是表示该连续纤维增强材料张紧装置的张紧动作的剖视图。
图9是表示该连续纤维增强材料张紧装置的楔体的拧入动作的剖视图。
具体实施方式
以下，基于附图说明本发明的实施方式。
图1是表示基于本发明实施方式的连续纤维增强材料张紧装置10进行的连续纤维增强材料c的安装状态的侧视图，图2是表示用于连续纤维增强材料张紧装置10的末端固定件t的纵剖视图，图3是表示构成末端固定件t的楔体w的立体图，图4是表示安装有楔体w的连续纤维增强材料c的立体图，图5是表示末端固定件t和楔体w的分解立体图，图6是表示连续纤维增强材料张紧装置10的主要部分的剖视图，图7是表示装入连续纤维增强材料张紧装置10的旋转夹具30的立体图，图8是表示该连续纤维增强材料张紧装置10的张紧动作的剖视图，图9是表示连续纤维增强材料张紧装置10中的楔体w的拧入动作的剖视图。
此外，这些图中，k表示固定结构物，c表示连续纤维增强材料，t表示末端固定件，s表示套筒，w表示楔体。此外，连续纤维增强材料c例如是将碳纤维等连续纤维用基体树脂(具代表性的是环氧树脂等热固化树脂)复合化成单丝并成形为绞线状而成的。例如，通常是以一根单丝为中心绞合多根侧单丝的结构。另外，将侧单丝返回周向的同一位置的轴向上的距离设为1捻距(p)。进而，在以下的说明中，轴向表示设置连续纤维增强材料c的方向。另外，前端部表示固定结构物k侧，末端侧表示远离固定结构物k的一侧。
末端固定件t具备：楔体w，其安装于连续纤维增强材料c的末端侧且形成为筒状，并且其外径从承受拉伸力的前端部朝向末端侧的后端部扩径；以及套筒s，其设置于该楔体w的外周侧且具有朝向末端侧的后端部扩径的圆锥状中空的内部结构。
对楔体w而言，将在周向上分割为两部分的分割楔体w1、w2进行组合，形成为中空的圆锥台状。在分割楔体w1、w2的内壁面形成有与连续纤维增强材料c的外形嵌合的凹凸部。由此，在连续纤维增强材料c和楔体w之间得到高的摩擦力。图中，ws表示将分割楔体w1、w2组合时的间隙。楔体w如上述呈二分割结构，因此，能够安装在连续纤维增强材料c的任意位置，且安装后覆盖连续纤维增强材料c的整个圆周，具有大致圆锥台状的外形。在楔体w的端面形成有凹凸部(被卡合部)wb，与后述的旋转夹具30的凹凸部32卡合。
如图6所示，连续纤维增强材料张紧装置10具备驱动装置20、和设置于该驱动装置20的末端固定件t侧的按压体50。
驱动装置20具备其中心线与轴向一致的筒状的托架21、设置于该托架21内的中空部22、在该中空部22的内部沿着轴向往复移动自如地设置的旋转夹具30、通过液压将该旋转夹具30向图1中右方向按压的活塞40。
在中空部22的内壁面形成有与后述的键槽33卡合的键23。旋转夹具30具备圆柱状的主体31、和设置于该主体31的外周面且供上述的键23卡合的螺旋状的键槽33。键槽33绕主体31的外周一周的期间前进的距离被设定为与连续纤维增强材料c的1捻距相同。
这样，通过旋转夹具30被活塞40按压，键23通过键槽33对主体31赋予旋转力。在旋转夹具30的图6中右端形成有凹凸部(卡合部)32。凹凸部32以如下方式形成，即，设置有多个沿着径向的槽，与楔体w的凹凸部wb卡合，使旋转夹具30的旋转力传递给楔体w。
活塞40在内部设置有贯通孔41，供连续纤维增强材料c插通。另外，在活塞40与旋转夹具30之间配置有轴承45。通过轴承45来减轻产生于旋转夹具30和活塞40之间的摩擦，能够使旋转夹具30顺畅地旋转。
按压体50被配置于驱动装置20和末端固定件t之间，形成为外径从驱动装置20侧朝向末端固定件t侧缩径的筒状。按压体50的图6中右端形成按压套筒s的端面的按压部51，在内部设置有供楔体w往复自如移动的中空部52。
利用这样的连续纤维增强材料张紧装置10，将连续纤维增强材料c以张紧状态安装于固定结构物k上。即，将连续纤维增强材料c穿过固定结构体k的孔部ka，接着，在连续纤维增强材料c的外周穿过套筒50。接着，套筒s的图1中右端移动到直至与固定结构物k抵接为止。将楔体w以其前端部朝向套筒s侧的方式与连续纤维增强材料c嵌合，形成楔体w。而且，将楔体w朝向套筒s拧入并嵌合，形成末端固定件t。
接着，将连续纤维增强材料张紧装置10的按压体50的按压部51按压于套筒s的左端。在该状态下，使用驱动装置20等将连续纤维增强材料c向图8中箭头q方向进行张紧。此时，如图8所示，将楔体w向左方向拉伸，使其从套筒s脱离，进入中空部52内。因为不能发挥楔体w从套筒s脱离的末端固定件t的功能，所以进行使楔体w返回套筒s的动作。
利用驱动装置20使活塞40向图9中箭头x方向移动。由此，被活塞40按压的旋转夹具30向图9中箭头x方向移动。此时，因为键23卡合于旋转夹具30的键槽33，所以对主体31赋予绕轴向的旋转力。进而，旋转夹具30的凹凸部32与楔体w的凹凸部wb卡合，旋转夹具30的旋转力向楔体w传递。
楔体w一边旋转一边被拧入连续纤维增强材料c，被收纳于套筒s内，形成末端固定件t。键槽33绕主体31的外周一周的期间前进的距离被设定为与连续纤维增强材料c的1捻距相同，因此，能够将楔体w从连续纤维增强材料c受到的力抑制在最小限度，能够顺畅地拧入楔体w。通过在将楔体w拧入至最后的状态下拆下连续纤维增强材料张紧装置10，以强的张紧状态将末端固定件t安装于固定结构体k。
根据这样构成的连续纤维增强材料张紧装置10，即使在使用内壁面转印有连续纤维增强材料c的外表面且形成有与连续纤维增强材料c的外表面卡合的被卡合部的楔体w的情况下，通过使楔体w沿着连续纤维增强材料c移动，也能够可靠地固定于固定结构物k。
此外，本发明不限于上述实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内当然能够进行各种变形实施。
产业上的可利用性
获得连续纤维增强材料张紧装置，即使在使用内壁面转印有连续纤维增强材料的外表面且形成有与连续纤维增强材料的外表面卡合的被卡合部的楔体的情况下，通过使楔体沿着连续纤维增强材料移动，也能够可靠地固定于固定结构物。