專(zhuān)利名稱(chēng)：橋梁拉索用混合型frp筋及其制作方法
橋梁拉索用混合型FRP筋及其制作方法技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種FRP筋及其制作方法，特別是一種橋梁拉索用混 合型FRP筋及其制作方法。背景技術(shù)：
隨著各種形式的鋼拉索在橋梁工程中的大量應(yīng)用，橋梁鋼拉索的 耐久性不足問(wèn)題越來(lái)越突出。為解決鋼拉索銹蝕、疲勞等問(wèn)題，提高拉索的耐久性，復(fù) 合材料與結(jié)構(gòu)的研究受到了重視。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Fiber Reinforced Polymer,簡(jiǎn)稱(chēng) FRP)筋是以纖維為增強(qiáng)材料，以樹(shù)脂為基體材料，經(jīng)拉拔成型和必要的表面處理所形成 的一種新型復(fù)合材料。它具有高強(qiáng)、輕質(zhì)、不銹蝕、耐腐蝕、耐疲勞、減震性能好等優(yōu) 異性能。將FRP筋制成橋梁拉索，可以充分發(fā)揮它的抗拉性能、抗疲勞和抗腐蝕性能， 大幅度提高結(jié)構(gòu)的耐久性，降低結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)期的維護(hù)費(fèi)用，可望從根本上解決橋梁拉索耐 久性不足的問(wèn)題。但FRP筋也有自身的特點(diǎn)1、FRP筋材是一種各向異性材料，它的 抗拉強(qiáng)度高達(dá)2000Mpa以上，而其徑向抗壓強(qiáng)度和筋束內(nèi)纖維層間抗剪強(qiáng)度低，同時(shí)延 伸率較??；2、由于FRP筋材的徑向抗壓強(qiáng)度與筋束內(nèi)纖維層間抗剪強(qiáng)度低，將FRP筋 用作橋梁拉索，較難實(shí)現(xiàn)拉索的可靠錨固，需要研究新的專(zhuān)用錨固系統(tǒng)。因此，目前的 FRP筋材還不能廣泛地用作橋梁拉索。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種橋梁拉索用混合型FRP筋材，該筋材 既具有FRP筋所特有高強(qiáng)、輕質(zhì)、不銹蝕、耐腐蝕、耐疲勞、減震性能好等優(yōu)異性能， 又具有增加筋材的徑向抗壓強(qiáng)度和提高抗剪性能，提高筋材的延伸率的特性，同時(shí)提供 了橋梁拉索用混合型FRP筋材的制作方法，以解決已有技術(shù)存在的上述問(wèn)題。解決上述問(wèn)題的的技術(shù)方案是一種橋梁拉索用混合型FRP筋，包括FRP材 料及軸向鑲嵌在FRP材料內(nèi)部的高強(qiáng)鋼絲，所述的FRP材料是纖維增強(qiáng)塑料筋材，包括 FRP原紗以及FRP原紗所浸漬的基體樹(shù)脂，所述的FRP原紗是碳纖維紗、玻璃纖維紗、 芳族聚酰胺纖維紗之中的一種，基體樹(shù)脂是環(huán)氧樹(shù)脂或乙烯基酯樹(shù)脂。其進(jìn)一步的技術(shù)方案是所述鑲嵌在FRP材料內(nèi)部的高強(qiáng)鋼絲的根數(shù)為η根，η 的取值范圍是KnS 500的整數(shù)。本發(fā)明的又一技術(shù)方案是一種橋梁拉索用混合型FRP筋的制作方法，它是 將高強(qiáng)鋼絲與張力紗架上的FRP原紗同時(shí)穿過(guò)分紗裝置，并在前處理裝置中進(jìn)行溫度濕 度調(diào)節(jié)的前處理，前處理后的高強(qiáng)鋼絲與FRP原紗在樹(shù)脂浸漬槽中充分浸漬用作基體的 樹(shù)脂，經(jīng)樹(shù)脂浸漬過(guò)的高強(qiáng)鋼絲與FRP原紗在預(yù)成型模具內(nèi)預(yù)成型，預(yù)成型后的高強(qiáng)鋼 絲、FRP原紗及樹(shù)脂在成型模具內(nèi)成型并固化，成型模具后面設(shè)置用于保證高強(qiáng)鋼絲在 混合型FRP筋中的位置的鋼絲定位裝置，成型固化后的混合型FRP筋在后處理裝置中完 全固化成橋梁拉索用混合型FRP筋，整個(gè)制作過(guò)程在牽引機(jī)的作用下實(shí)現(xiàn)拉索用混合型 FRP筋的連續(xù)制作；通過(guò)調(diào)節(jié)張力紗架上FRP原紗的張力，使FRP原紗在進(jìn)入成型模具 前始終處于張緊狀態(tài)。由于采取上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明之橋梁拉索用混合型FRP筋既具有FRP筋所特有的 高強(qiáng)、輕質(zhì)、不銹蝕、耐腐蝕、耐疲勞、減震性能好等優(yōu)異性能，又具有增加筋材的徑 向抗壓強(qiáng)度和提高抗剪性能，提高筋材的延伸率的特性，從而具有以下有益效果
1、有效地解決了橋梁鋼拉索銹蝕、疲勞等問(wèn)題，提高了橋梁拉索的耐久性和拉 索應(yīng)用的安全性。2、提升了 FRP筋材的綜合性能，增加了抗剪和抗擠壓強(qiáng)度及抗彎性能，提高了 FRP筋材的延伸率，同時(shí)可借鑒成熟的鋼絲拉索錨固方式來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明橋梁拉索用混合 型FRP筋的錨固。3、拓展了 FRP筋的應(yīng)用范圍，使它既能應(yīng)用于橋梁拉索，也可以用作其他環(huán)境 惡劣地方的錨索以及其他更廣泛的領(lǐng)域。這是因?yàn)橐罁?jù)本發(fā)明橋梁拉索用混合型FRP筋 及其制作方法，就可以根據(jù)FRP筋的混雜理論來(lái)設(shè)計(jì)不同用途的FRP筋材的力學(xué)性能； 若知道制成后筋材的力學(xué)性能也就不難推出各組分在筋材中的用量，以制成適用于不同 環(huán)境及用途的FRP筋。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明之橋梁拉索用混合型FRP筋及其制作方法的技 術(shù)特征作進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1 FRP材料內(nèi)鑲嵌有一根高強(qiáng)鋼絲的橋梁拉索用混合型FRP筋的結(jié)構(gòu)示意 圖；圖2 FRP材料內(nèi)鑲嵌有多根高強(qiáng)鋼絲的橋梁拉索用混合型FRP筋的結(jié)構(gòu)示意 圖；圖3 橋梁拉索用混合型FRP筋的制作方法及設(shè)備示意圖；圖4 預(yù)成型模具上的鋼絲定位孔I位置示意圖；圖5 鋼絲定位裝置11上的鋼絲定位孔II位置示意圖。圖中I-FRP材料，2-高強(qiáng)鋼絲，3-張力紗架，4-FRP原紗，5_分紗裝置，6_前處理 裝置，7-樹(shù)脂浸漬槽，8-基體樹(shù)脂，9-預(yù)成型模具，10-成型模具，11-鋼絲定位裝置， 12-后處理裝置，13-牽引機(jī)，14-鋼絲定位孔I，15-鋼絲定位孔II。
具體實(shí)施方式實(shí)施例一FRP材料內(nèi)鑲嵌有一根高強(qiáng)鋼絲的橋梁拉索用混合型FRP筋。如圖1所示，所述的橋梁拉索用混合型FRP筋包括FRP材料1及軸向鑲嵌在FRP 材料1內(nèi)部的高強(qiáng)鋼絲2，所述的FRP材料1是纖維增強(qiáng)塑料筋材，包括FRP原紗4以及 FRP原紗所浸漬的基體樹(shù)脂8，所述的FRP原紗是碳纖維紗、玻璃纖維紗或芳族聚酰胺纖 維紗之中的一種，基體樹(shù)脂8是環(huán)氧樹(shù)脂或乙烯基酯樹(shù)脂，所述高強(qiáng)鋼絲2的抗拉強(qiáng)度不 小于 1 OOOMpa。實(shí)施例二 FRP材料內(nèi)鑲嵌有多根高強(qiáng)鋼絲的橋梁拉索用混合型FRP筋。如圖2所示，所述的橋梁拉索用混合型FRP筋包括FRP材料1及軸向鑲嵌在FRP 材料1內(nèi)部的7根高強(qiáng)鋼絲2，所述的FRP材料1是纖維增強(qiáng)塑料筋材，包括FRP原紗4 以及FRP原紗所浸漬的基體樹(shù)脂8，所述的FRP原紗是碳纖維紗、玻璃纖維紗或芳族聚酰胺纖維紗的一種，基體樹(shù)脂8是環(huán)氧樹(shù)脂或乙烯基酯樹(shù)脂。作為本實(shí)施例的一種變換，根據(jù)需要，所述鑲嵌在FRP材料1內(nèi)部的高強(qiáng)鋼絲2 的根數(shù)η還可以增加或減少，一般η的取值范圍是的整數(shù)。實(shí)施例三一種橋梁拉索用混合型FRP筋的制作方法。如圖3所示將高強(qiáng)鋼絲2與張力紗架3上的FRP原紗4同時(shí)穿過(guò)分紗裝置5， 并在前處理裝置6中進(jìn)行溫度濕度調(diào)節(jié)的前處理，前處理后的高強(qiáng)鋼絲2與FRP原紗4 在樹(shù)脂浸漬槽7中充分浸漬用作基體的基體樹(shù)脂8，經(jīng)基體樹(shù)脂8浸漬過(guò)的高強(qiáng)鋼絲2與 FRP原紗4在預(yù)成型模具9內(nèi)預(yù)成型，預(yù)成型后的高強(qiáng)鋼絲2、FRP原紗4及基體樹(shù)脂8 在成型模具10內(nèi)成型并固化，成型模具后面設(shè)置用于確定高強(qiáng)鋼絲2在混合型FRP筋中 的位置的鋼絲定位裝置11，成型固化后的混合型FRP筋在后處理裝置12中完全固化成橋 梁拉索用混合型FRP筋，至此，橋梁拉索用混合型FRP筋材正式生成。整個(gè)制作過(guò)程在 牽引機(jī)13的作用下實(shí)現(xiàn)拉索用混合型FRP筋的連續(xù)制作；通過(guò)調(diào)節(jié)張力紗架3上FRP原 紗4的張力，使FRP原紗4在進(jìn)入成型模具9前始終處于張緊狀態(tài)，有效地改善制成后筋 材的力學(xué)性能。所述的預(yù)成型模具9能達(dá)到在FRP原紗及高強(qiáng)鋼絲進(jìn)入成型模具前初步成型的 目的，根據(jù)制成后混合型FRP筋所應(yīng)達(dá)到的力學(xué)性能指標(biāo)及外圓直徑，按FRP材料混雜 理論確定筋材內(nèi)部所需鑲嵌高強(qiáng)鋼絲2的規(guī)格、數(shù)量及FRP原紗的用量。所述的鋼絲定位裝置11能起到在制作混合型FRP筋材初期確定高強(qiáng)鋼絲的具體 位置及排布的作用，定位裝置由兩個(gè)可拆卸的部分組成，筋材正式成型后即可拆除，高 強(qiáng)鋼絲2在混合型FRP筋中的位置由預(yù)成型模具9上的鋼絲定位孔I 14及鋼絲定位裝置 11上的鋼絲定位孔1115確定(參見(jiàn)圖4、圖5)。本發(fā)明橋梁拉索用混合型FRP筋的制作方法中，按FRP材料混雜理論確定筋 材內(nèi)部所需鑲嵌高強(qiáng)鋼絲2的規(guī)格、數(shù)量及FRP原紗的用量中，所述的混雜理論主要是 指在FRP筋制作成型后，筋材內(nèi)的各組分的力學(xué)性能與制作前保持一致，特別是彈性模 量，只要能確定各組分在筋材中的體積比，即可計(jì)算出制成后的筋材的彈性模量，也即 是平時(shí)所說(shuō)的FRP筋材的力學(xué)性能是可設(shè)計(jì)的。若知道制成后筋材的力學(xué)性能也就不難 推出各組分在筋材中的用量，由于這種算法是公知的，在此，不再贅述。由于本發(fā)明橋梁拉索用混合型FRP筋的制作方法中的關(guān)鍵設(shè)備預(yù)成型模具 9、鋼絲定位裝置11等設(shè)備是機(jī)械領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員利用公知技術(shù)所能夠制作的，因 而，其具體結(jié)構(gòu)也不再贅述。
權(quán)利要求
1.一種橋梁拉索用混合型FRP筋，其特征在于所述的橋梁拉索用混合型FRP筋包 括FRP材料及軸向鑲嵌在FRP材料內(nèi)部的高強(qiáng)鋼絲，所述的FRP材料是纖維增強(qiáng)塑料筋 材，包括FRP原紗以及FRP原紗所浸漬的基體樹(shù)脂，所述的FRP原紗是碳纖維紗、玻璃 纖維紗或芳族聚酰胺纖維紗之中的一種，基體樹(shù)脂是環(huán)氧樹(shù)脂或乙烯基酯樹(shù)脂。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋梁拉索用混合型FRP筋，其特征在于所述鑲嵌在FRP 材料內(nèi)部的高強(qiáng)鋼絲的外表面也浸漬有基體樹(shù)脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的橋梁拉索用混合型FRP筋，其特征在于所述鑲嵌在 FRP材料內(nèi)部的高強(qiáng)鋼絲的根數(shù)為η根，η的取值范圍是^nS 500的整數(shù)。
4.一種權(quán)利要求1所述的橋梁拉索用混合型FRP筋的制作方法，其特征在于它是 將高強(qiáng)鋼絲(2)與張力紗架(3)上的FRP原紗(4)同時(shí)穿過(guò)分紗裝置(5)，并在前處理裝 置(6)中進(jìn)行溫度濕度調(diào)節(jié)的前處理，前處理后的高強(qiáng)鋼絲⑵與FRP原紗⑷在樹(shù)脂浸 漬槽(7)中充分浸漬用作基體的基體樹(shù)脂(8)，經(jīng)基體樹(shù)脂(8)浸漬過(guò)的高強(qiáng)鋼絲(2)與 FRP原紗(4)在預(yù)成型模具(9)內(nèi)預(yù)成型，預(yù)成型后的高強(qiáng)鋼絲(2)、FRP原紗(4)及基 體樹(shù)脂(8)在成型模具(10)內(nèi)成型并固化，成型模具后面設(shè)置用于保證高強(qiáng)鋼絲(2)在 混合型FRP筋中的位置的鋼絲定位裝置(11)，成型固化后的混合型FRP筋在后處理裝置 (12)中完全固化成橋梁拉索用混合型FRP筋，整個(gè)制作過(guò)程在牽引機(jī)(13)的作用下實(shí) 現(xiàn)拉索用混合型FRP筋的連續(xù)制作；通過(guò)調(diào)節(jié)張力紗架(3)上FRP原紗(4)的張力，使 FRP原紗(4)在進(jìn)入成型模具(9)前始終處于張緊狀態(tài)。 根據(jù)權(quán)利要求4所述的橋梁拉索用混合型FRP筋的制作方法，其特征在于所述 的預(yù)成型模具(9)能達(dá)到在FRP原紗及高強(qiáng)鋼絲進(jìn)入成型模具前初步成型的目的，根據(jù) 制成后混合型FRP筋所應(yīng)達(dá)到的力學(xué)性能指標(biāo)及外圓直徑，按FRP材料混雜理論確定筋 材內(nèi)部所需鑲嵌高強(qiáng)鋼絲(2)的規(guī)格、數(shù)量及FRP原紗的用量；所述的鋼絲定位裝置(11)能起到在制作混合型FRP筋材初期確定高強(qiáng)鋼絲的具體位 置及排布的作用，定位裝置由兩個(gè)可拆卸的部分組成，筋材正式成型后即可拆除，高強(qiáng) 鋼絲(2)在混合型FRP筋中的位置由預(yù)成型模具上的鋼絲定位孔1(14)及鋼絲定位裝置上 的鋼絲定位孔11(15)確定。
全文摘要
一種橋梁拉索用混合型FRP筋，包括FRP材料及軸向鑲嵌在FRP材料內(nèi)部的高強(qiáng)鋼絲，所述的FRP材料是纖維增強(qiáng)塑料筋材，包括FRP原紗以及FRP原紗所浸漬的基體樹(shù)脂，所述的FRP原紗是碳纖維紗、玻璃纖維紗或芳族聚酰胺纖維紗之中的一種，基體樹(shù)脂是環(huán)氧樹(shù)脂或乙烯基酯樹(shù)脂。所述鑲嵌在FRP材料內(nèi)部的高強(qiáng)鋼絲的根數(shù)為n根，n的取值范圍是1≤n≤500的整數(shù)。本發(fā)明之橋梁拉索用混合型FRP筋既具有FRP筋所特有的高強(qiáng)、輕質(zhì)、不銹蝕、耐腐蝕、耐疲勞、減震性能好等優(yōu)異性能，又具有增加筋材的徑向抗壓強(qiáng)度和提高抗剪性能，提高筋材的延伸率的特性，有效地解決了橋梁鋼拉索銹蝕、疲勞等問(wèn)題，提高了橋梁拉索的耐久性和拉索應(yīng)用的安全性。該FRP筋也可以用作其他環(huán)境惡劣地方的錨索或拉索。
文檔編號(hào)E01D19/16GK102021886SQ200910306809
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2009年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月9日
發(fā)明者區(qū)錫祥, 龐忠華, 朱萬(wàn)旭, 楊帆, 謝雄文, 譚柳芳, 黃穎, 龍躍 申請(qǐng)人:柳州歐維姆機(jī)械股份有限公司