專利名稱：纖維增強(qiáng)塑料鋼絞線復(fù)合筋的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種土木工程用結(jié)構(gòu)材料。具體地說是一種在土木工程結(jié)構(gòu)中具有優(yōu)良的力學(xué)和耐久性指標(biāo)的纖維增強(qiáng)塑料(FRP)-鋼絞線復(fù)合筋。
背景技術(shù)：
纖維增強(qiáng)塑料，以下簡(jiǎn)稱FRP，是以連續(xù)纖維組成的復(fù)合材料。這種連續(xù)纖維首先浸漬在用于粘合纖維的聚合物中，然后加工成所需要的形狀。根據(jù)纖維種類的不同，纖維增強(qiáng)塑料可分為碳纖維增強(qiáng)塑料、玻璃纖維增強(qiáng)塑料、玄武巖纖維增強(qiáng)塑料和芳綸纖維增強(qiáng)塑料及混雜增強(qiáng)塑料等。纖維增強(qiáng)塑料具有抗拉強(qiáng)度高、重量輕、耐腐蝕、無磁性、耐疲勞、易加工等優(yōu)良特性。其中，纖維增強(qiáng)塑料棒材可做成普通鋼筋的形狀，被認(rèn)為是鋼筋的一種可能的替代材料；對(duì)于光面的FRP棒，可以代替橋梁拉索中的鋼絞線或高強(qiáng)鋼絲。纖維增強(qiáng)塑料作為一種新型的有發(fā)展?jié)摿Φ慕ㄖ牧线m于服役環(huán)境、耐久性、抗疲勞等方面要求高的重要工程結(jié)構(gòu)，如地下結(jié)構(gòu)、海洋工程，水利工程等。目前在美國、日本、加拿大等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)成立了纖維增強(qiáng)塑料研究會(huì)，初步制定了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)范，并成功地用于了實(shí)際工程。
對(duì)于各種纖維的FRP材料來說，除了碳纖維的模量較大(跟鋼材差不多)，其他的模量較小。同時(shí)由于各種纖維增強(qiáng)塑料都是線彈性材料，其破壞過程中沒有屈服，破壞形式為脆性破壞，從而造成了在使用過程中破壞沒有預(yù)兆，降低了該材料使用的安全性。在混凝土工程中使用只有通過超筋設(shè)計(jì)才能提高結(jié)構(gòu)的安全性能，但是這樣造成了材料的浪費(fèi)。另外，利用多種不同模量和極限延伸率的纖維進(jìn)行混雜可以提高FRP材料的模量和延性問題，但是對(duì)于混雜纖維FRP材料來說，其屈服過程是以部分纖維的失效來實(shí)現(xiàn)的，這樣造成其在這段過程中發(fā)生脆性破壞的可能性非常大，極為不安全。
所以，F(xiàn)RP材料以其自身的優(yōu)點(diǎn)，在土木行業(yè)中有廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)由于其自身的特點(diǎn)，在一定程度上也制約了其在土木工程中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種可以彌補(bǔ)，由于單純纖維造成的FRP筋的不足，可以替代鋼筋或鋼絞線作為受力構(gòu)件的纖維增強(qiáng)塑料鋼絞線復(fù)合筋。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它包括芯部的細(xì)鋼絞線或超細(xì)高強(qiáng)鋼絲束，在外部包裹單向的纖維增強(qiáng)塑料包裹層。
本發(fā)明還可以包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征1、纖維增強(qiáng)塑料包裹層的表面帶有類似鋼筋的肋。
2、纖維增強(qiáng)塑料包裹層的表面為光滑的棒形。
3、所述的纖維增強(qiáng)塑料是碳纖維增強(qiáng)塑料、玻璃纖維增強(qiáng)塑料、玄武巖纖維增強(qiáng)塑料或芳綸纖維增強(qiáng)塑料中的一種。
本發(fā)明的基本原理是根據(jù)FRP材料設(shè)計(jì)原理，在纖維增強(qiáng)塑料(FRP)-鋼絞線復(fù)合筋中，芯部的鋼絞線束是與其他外層包裹纖維一起進(jìn)入模具，經(jīng)過熱處理成型工藝，使之成為一個(gè)整體。由于芯部的鋼絞線與外部的FRP材料固結(jié)良好，使其一起協(xié)同變形。對(duì)于鋼絞線來說其彈性應(yīng)變?cè)?％左右，而一般纖維的極限應(yīng)變?cè)?～3％。因此該筋在受拉的過程中經(jīng)歷以下三個(gè)階段是在應(yīng)變達(dá)到1％之前，根據(jù)FRP混雜原理，以及兩者的復(fù)合比例，鋼絞線和纖維共同承擔(dān)荷載，該筋的彈性模量介于鋼絞線和纖維之間，這一段為彈性階段；隨著應(yīng)變的增加，在達(dá)到纖維的極限應(yīng)變之前，由于鋼絞線屈服的發(fā)生，從而造成該筋彈性模量的降低，從而產(chǎn)生了類似于屈服的特性。這一階段為該筋的屈服段，該階段沒有纖維的破壞，也是鋼絞線與纖維共同承擔(dān)荷載，因此該過程為安全過程，同時(shí)循環(huán)加載不會(huì)造成整體力學(xué)性能的降低。這也是該筋與混雜FRP筋的最大區(qū)別。一旦應(yīng)變超過纖維的極限應(yīng)變，纖維開始斷裂，纖維退出工作，荷載重新分布到鋼絞線上，最終以鋼絞線被拉斷結(jié)束。由于該筋成型配比為一個(gè)復(fù)合過程，因此該筋的力學(xué)性能是可以設(shè)計(jì)的，根據(jù)FRP筋的混雜理論，根據(jù)纖維種類不同造成纖維彈性模量不同，調(diào)整鋼絞線與纖維的配比，可以制作出不同力學(xué)性能的筋材。該種混雜筋克服了單純FRP材料模量低、延性差、沒有屈服段而造成安全性差和成本高的缺點(diǎn)，同時(shí)繼承了FRP筋輕質(zhì)、高強(qiáng)和高耐久性的優(yōu)點(diǎn)。因此該種纖維增強(qiáng)塑料(FRP)-鋼絞線復(fù)合筋是鋼筋、鋼絞線的理想替代材料，成為新一代土木工程結(jié)構(gòu)材料。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的左視圖。
(五)具體實(shí)施方案下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)的描述結(jié)合圖1和圖2，纖維增強(qiáng)塑料(FRP)-鋼絞線復(fù)合筋的結(jié)構(gòu)組成包括單向FRP材料包裹層1，芯部的細(xì)鋼絞線束2。本發(fā)明的產(chǎn)品可以采用這樣的方法來制作將細(xì)鋼絞線束與浸潤樹脂的纖維，如碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維和芳綸纖維等，按照一定的比例，一起送入拉拔模具，根據(jù)樹脂的不同，按照不同的成型工藝機(jī)型成型。成型結(jié)束后鋼絞線和外層FRP材料有機(jī)的固結(jié)成一體。該產(chǎn)品根據(jù)應(yīng)用的不同，其表面可以是光面的，主要用于制作橋梁拉索等索類結(jié)構(gòu)；將其表面制作出類似鋼筋的肋，提高與混凝土的粘結(jié)錨固，用于加筋混凝土結(jié)構(gòu)中。
所述的芯材為多束細(xì)鋼絞線，為了增加其與外包裹層FRP材料的粘結(jié)作用可以采用超細(xì)的高強(qiáng)鋼絲束。
所述的外包裹FRP層為單向纖維走向。其作用有兩種，一是承擔(dān)荷載作用，二是保護(hù)芯材免于腐蝕。可選的纖維種類有玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維和芳綸纖維等。
所述的芯材與包裹FRP層的配比要根據(jù)要求的力學(xué)性能指標(biāo)，按照FRP材料混雜理論進(jìn)行配比計(jì)算。
所述纖維種類選擇的依據(jù)是該筋的力學(xué)性能指標(biāo)、使用環(huán)境要求和成本。低模量纖維的選用會(huì)造成該筋整體模量的降低；對(duì)于混凝土工程中的加強(qiáng)筋，玻璃纖維的選用會(huì)造成該筋耐久性能的降低；高級(jí)纖維的選用雖然在一定程度上可以提高該筋的性能，但是增加了其成本。因此，要根據(jù)力學(xué)性能要求、使用環(huán)境和成本等方面進(jìn)行綜合的纖維選用。
所述外層的FRP包裹層的樹脂可以為熱固性或熱塑性，其中熱固性樹脂的選用可以提高該筋的整體力學(xué)性能，但是使得該筋不具備二次熱加工的能力；選用熱塑性樹脂可以使得改進(jìn)進(jìn)行二次熱加工，進(jìn)行彎折，更為適用一定工程的需要。
在混凝土工程中，為了提高該筋與混凝土的粘結(jié)，將其表面制作出肋；而對(duì)于拉索用筋為表面光滑的棒材。
權(quán)利要求
1.一種纖維增強(qiáng)塑料-鋼絞線復(fù)合筋，其特征是它包括芯部的細(xì)鋼絞線或超細(xì)高強(qiáng)鋼絲束，在外部包裹單向的纖維增強(qiáng)塑料包裹層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強(qiáng)塑料-鋼絞線復(fù)合筋，其特征是纖維增強(qiáng)塑料包裹層的表面帶有類似鋼筋的肋。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強(qiáng)塑料-鋼絞線復(fù)合筋，其特征是纖維增強(qiáng)塑料包裹層的表面為光滑的棒形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的纖維增強(qiáng)塑料-鋼絞線復(fù)合筋，其特征是所述的纖維增強(qiáng)塑料是碳纖維增強(qiáng)塑料、玻璃纖維增強(qiáng)塑料、玄武巖纖維增強(qiáng)塑料或芳綸纖維增強(qiáng)塑料中的一種。
全文摘要
本發(fā)明提供的是纖維增強(qiáng)塑料－鋼絞線復(fù)合筋。它包括芯部的細(xì)鋼絞線或超細(xì)高強(qiáng)鋼絲束，在外部包裹單向的纖維增強(qiáng)塑料包裹層。本發(fā)明是利用鋼絞線和FRP材料各自特點(diǎn)，對(duì)兩種材料進(jìn)行復(fù)合，制作出一種新型纖維增強(qiáng)塑料(FRP)－鋼絞線復(fù)合筋，其克服單一材料各自的不足，具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、高模量、耐腐蝕、高延伸率，以及偽延性等優(yōu)點(diǎn)，是加筋混凝土、橋梁拉索等土木工程結(jié)構(gòu)中鋼材的安全、可靠的替代材料。
文檔編號(hào)B32B15/04GK1896436SQ2006100099
公開日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2006年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月19日
發(fā)明者歐進(jìn)萍, 張志春, 周智, 王川 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)