桥梁拉索用混合型frp筋及其制作方法

文档序号:2278762阅读:226来源:国知局
专利名称:桥梁拉索用混合型frp筋及其制作方法
桥梁拉索用混合型FRP筋及其制作方法技术领域
本发明涉及一种FRP筋及其制作方法,特别是一种桥梁拉索用混 合型FRP筋及其制作方法。背景技术
随着各种形式的钢拉索在桥梁工程中的大量应用,桥梁钢拉索的 耐久性不足问题越来越突出。为解决钢拉索锈蚀、疲劳等问题,提高拉索的耐久性,复 合材料与结构的研究受到了重视。纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,简称 FRP)筋是以纤维为增强材料,以树脂为基体材料,经拉拔成型和必要的表面处理所形成 的一种新型复合材料。它具有高强、轻质、不锈蚀、耐腐蚀、耐疲劳、减震性能好等优 异性能。将FRP筋制成桥梁拉索,可以充分发挥它的抗拉性能、抗疲劳和抗腐蚀性能, 大幅度提高结构的耐久性,降低结构运营期的维护费用,可望从根本上解决桥梁拉索耐 久性不足的问题。但FRP筋也有自身的特点1、FRP筋材是一种各向异性材料,它的 抗拉强度高达2000Mpa以上,而其径向抗压强度和筋束内纤维层间抗剪强度低,同时延 伸率较小;2、由于FRP筋材的径向抗压强度与筋束内纤维层间抗剪强度低,将FRP筋 用作桥梁拉索,较难实现拉索的可靠锚固,需要研究新的专用锚固系统。因此,目前的 FRP筋材还不能广泛地用作桥梁拉索。
发明内容本发明的目的在于提供一种桥梁拉索用混合型FRP筋材,该筋材 既具有FRP筋所特有高强、轻质、不锈蚀、耐腐蚀、耐疲劳、减震性能好等优异性能, 又具有增加筋材的径向抗压强度和提高抗剪性能,提高筋材的延伸率的特性,同时提供 了桥梁拉索用混合型FRP筋材的制作方法,以解决已有技术存在的上述问题。解决上述问题的的技术方案是一种桥梁拉索用混合型FRP筋,包括FRP材 料及轴向镶嵌在FRP材料内部的高强钢丝,所述的FRP材料是纤维增强塑料筋材,包括 FRP原纱以及FRP原纱所浸渍的基体树脂,所述的FRP原纱是碳纤维纱、玻璃纤维纱、 芳族聚酰胺纤维纱之中的一种,基体树脂是环氧树脂或乙烯基酯树脂。其进一步的技术方案是所述镶嵌在FRP材料内部的高强钢丝的根数为η根,η 的取值范围是KnS 500的整数。本发明的又一技术方案是一种桥梁拉索用混合型FRP筋的制作方法,它是 将高强钢丝与张力纱架上的FRP原纱同时穿过分纱装置,并在前处理装置中进行温度湿 度调节的前处理,前处理后的高强钢丝与FRP原纱在树脂浸渍槽中充分浸渍用作基体的 树脂,经树脂浸渍过的高强钢丝与FRP原纱在预成型模具内预成型,预成型后的高强钢 丝、FRP原纱及树脂在成型模具内成型并固化,成型模具后面设置用于保证高强钢丝在 混合型FRP筋中的位置的钢丝定位装置,成型固化后的混合型FRP筋在后处理装置中完 全固化成桥梁拉索用混合型FRP筋,整个制作过程在牵引机的作用下实现拉索用混合型 FRP筋的连续制作;通过调节张力纱架上FRP原纱的张力,使FRP原纱在进入成型模具 前始终处于张紧状态。由于采取上述结构,本发明之桥梁拉索用混合型FRP筋既具有FRP筋所特有的 高强、轻质、不锈蚀、耐腐蚀、耐疲劳、减震性能好等优异性能,又具有增加筋材的径 向抗压强度和提高抗剪性能,提高筋材的延伸率的特性,从而具有以下有益效果
1、有效地解决了桥梁钢拉索锈蚀、疲劳等问题,提高了桥梁拉索的耐久性和拉 索应用的安全性。2、提升了 FRP筋材的综合性能,增加了抗剪和抗挤压强度及抗弯性能,提高了 FRP筋材的延伸率,同时可借鉴成熟的钢丝拉索锚固方式来实现本发明桥梁拉索用混合 型FRP筋的锚固。3、拓展了 FRP筋的应用范围,使它既能应用于桥梁拉索,也可以用作其他环境 恶劣地方的锚索以及其他更广泛的领域。这是因为依据本发明桥梁拉索用混合型FRP筋 及其制作方法,就可以根据FRP筋的混杂理论来设计不同用途的FRP筋材的力学性能; 若知道制成后筋材的力学性能也就不难推出各组分在筋材中的用量,以制成适用于不同 环境及用途的FRP筋。下面结合附图和实施例对本发明之桥梁拉索用混合型FRP筋及其制作方法的技 术特征作进一步说明。

图1 FRP材料内镶嵌有一根高强钢丝的桥梁拉索用混合型FRP筋的结构示意 图;图2 FRP材料内镶嵌有多根高强钢丝的桥梁拉索用混合型FRP筋的结构示意 图;图3 桥梁拉索用混合型FRP筋的制作方法及设备示意图;图4 预成型模具上的钢丝定位孔I位置示意图;图5 钢丝定位装置11上的钢丝定位孔II位置示意图。图中I-FRP材料,2-高强钢丝,3-张力纱架,4-FRP原纱,5_分纱装置,6_前处理 装置,7-树脂浸渍槽,8-基体树脂,9-预成型模具,10-成型模具,11-钢丝定位装置, 12-后处理装置,13-牵引机,14-钢丝定位孔I,15-钢丝定位孔II。
具体实施方式实施例一FRP材料内镶嵌有一根高强钢丝的桥梁拉索用混合型FRP筋。如图1所示,所述的桥梁拉索用混合型FRP筋包括FRP材料1及轴向镶嵌在FRP 材料1内部的高强钢丝2,所述的FRP材料1是纤维增强塑料筋材,包括FRP原纱4以及 FRP原纱所浸渍的基体树脂8,所述的FRP原纱是碳纤维纱、玻璃纤维纱或芳族聚酰胺纤 维纱之中的一种,基体树脂8是环氧树脂或乙烯基酯树脂,所述高强钢丝2的抗拉强度不 小于 1 OOOMpa。实施例二 FRP材料内镶嵌有多根高强钢丝的桥梁拉索用混合型FRP筋。如图2所示,所述的桥梁拉索用混合型FRP筋包括FRP材料1及轴向镶嵌在FRP 材料1内部的7根高强钢丝2,所述的FRP材料1是纤维增强塑料筋材,包括FRP原纱4 以及FRP原纱所浸渍的基体树脂8,所述的FRP原纱是碳纤维纱、玻璃纤维纱或芳族聚酰胺纤维纱的一种,基体树脂8是环氧树脂或乙烯基酯树脂。作为本实施例的一种变换,根据需要,所述镶嵌在FRP材料1内部的高强钢丝2 的根数η还可以增加或减少,一般η的取值范围是的整数。实施例三一种桥梁拉索用混合型FRP筋的制作方法。如图3所示将高强钢丝2与张力纱架3上的FRP原纱4同时穿过分纱装置5, 并在前处理装置6中进行温度湿度调节的前处理,前处理后的高强钢丝2与FRP原纱4 在树脂浸渍槽7中充分浸渍用作基体的基体树脂8,经基体树脂8浸渍过的高强钢丝2与 FRP原纱4在预成型模具9内预成型,预成型后的高强钢丝2、FRP原纱4及基体树脂8 在成型模具10内成型并固化,成型模具后面设置用于确定高强钢丝2在混合型FRP筋中 的位置的钢丝定位装置11,成型固化后的混合型FRP筋在后处理装置12中完全固化成桥 梁拉索用混合型FRP筋,至此,桥梁拉索用混合型FRP筋材正式生成。整个制作过程在 牵引机13的作用下实现拉索用混合型FRP筋的连续制作;通过调节张力纱架3上FRP原 纱4的张力,使FRP原纱4在进入成型模具9前始终处于张紧状态,有效地改善制成后筋 材的力学性能。所述的预成型模具9能达到在FRP原纱及高强钢丝进入成型模具前初步成型的 目的,根据制成后混合型FRP筋所应达到的力学性能指标及外圆直径,按FRP材料混杂 理论确定筋材内部所需镶嵌高强钢丝2的规格、数量及FRP原纱的用量。所述的钢丝定位装置11能起到在制作混合型FRP筋材初期确定高强钢丝的具体 位置及排布的作用,定位装置由两个可拆卸的部分组成,筋材正式成型后即可拆除,高 强钢丝2在混合型FRP筋中的位置由预成型模具9上的钢丝定位孔I 14及钢丝定位装置 11上的钢丝定位孔1115确定(参见图4、图5)。本发明桥梁拉索用混合型FRP筋的制作方法中,按FRP材料混杂理论确定筋 材内部所需镶嵌高强钢丝2的规格、数量及FRP原纱的用量中,所述的混杂理论主要是 指在FRP筋制作成型后,筋材内的各组分的力学性能与制作前保持一致,特别是弹性模 量,只要能确定各组分在筋材中的体积比,即可计算出制成后的筋材的弹性模量,也即 是平时所说的FRP筋材的力学性能是可设计的。若知道制成后筋材的力学性能也就不难 推出各组分在筋材中的用量,由于这种算法是公知的,在此,不再赘述。由于本发明桥梁拉索用混合型FRP筋的制作方法中的关键设备预成型模具 9、钢丝定位装置11等设备是机械领域内普通技术人员利用公知技术所能够制作的,因 而,其具体结构也不再赘述。
权利要求
1.一种桥梁拉索用混合型FRP筋,其特征在于所述的桥梁拉索用混合型FRP筋包 括FRP材料及轴向镶嵌在FRP材料内部的高强钢丝,所述的FRP材料是纤维增强塑料筋 材,包括FRP原纱以及FRP原纱所浸渍的基体树脂,所述的FRP原纱是碳纤维纱、玻璃 纤维纱或芳族聚酰胺纤维纱之中的一种,基体树脂是环氧树脂或乙烯基酯树脂。
2.根据权利要求1所述的桥梁拉索用混合型FRP筋,其特征在于所述镶嵌在FRP 材料内部的高强钢丝的外表面也浸渍有基体树脂。
3.根据权利要求1或2所述的桥梁拉索用混合型FRP筋,其特征在于所述镶嵌在 FRP材料内部的高强钢丝的根数为η根,η的取值范围是^nS 500的整数。
4.一种权利要求1所述的桥梁拉索用混合型FRP筋的制作方法,其特征在于它是 将高强钢丝(2)与张力纱架(3)上的FRP原纱(4)同时穿过分纱装置(5),并在前处理装 置(6)中进行温度湿度调节的前处理,前处理后的高强钢丝⑵与FRP原纱⑷在树脂浸 渍槽(7)中充分浸渍用作基体的基体树脂(8),经基体树脂(8)浸渍过的高强钢丝(2)与 FRP原纱(4)在预成型模具(9)内预成型,预成型后的高强钢丝(2)、FRP原纱(4)及基 体树脂(8)在成型模具(10)内成型并固化,成型模具后面设置用于保证高强钢丝(2)在 混合型FRP筋中的位置的钢丝定位装置(11),成型固化后的混合型FRP筋在后处理装置 (12)中完全固化成桥梁拉索用混合型FRP筋,整个制作过程在牵引机(13)的作用下实 现拉索用混合型FRP筋的连续制作;通过调节张力纱架(3)上FRP原纱(4)的张力,使 FRP原纱(4)在进入成型模具(9)前始终处于张紧状态。 根据权利要求4所述的桥梁拉索用混合型FRP筋的制作方法,其特征在于所述 的预成型模具(9)能达到在FRP原纱及高强钢丝进入成型模具前初步成型的目的,根据 制成后混合型FRP筋所应达到的力学性能指标及外圆直径,按FRP材料混杂理论确定筋 材内部所需镶嵌高强钢丝(2)的规格、数量及FRP原纱的用量;所述的钢丝定位装置(11)能起到在制作混合型FRP筋材初期确定高强钢丝的具体位 置及排布的作用,定位装置由两个可拆卸的部分组成,筋材正式成型后即可拆除,高强 钢丝(2)在混合型FRP筋中的位置由预成型模具上的钢丝定位孔1(14)及钢丝定位装置上 的钢丝定位孔11(15)确定。
全文摘要
一种桥梁拉索用混合型FRP筋,包括FRP材料及轴向镶嵌在FRP材料内部的高强钢丝,所述的FRP材料是纤维增强塑料筋材,包括FRP原纱以及FRP原纱所浸渍的基体树脂,所述的FRP原纱是碳纤维纱、玻璃纤维纱或芳族聚酰胺纤维纱之中的一种,基体树脂是环氧树脂或乙烯基酯树脂。所述镶嵌在FRP材料内部的高强钢丝的根数为n根,n的取值范围是1≤n≤500的整数。本发明之桥梁拉索用混合型FRP筋既具有FRP筋所特有的高强、轻质、不锈蚀、耐腐蚀、耐疲劳、减震性能好等优异性能,又具有增加筋材的径向抗压强度和提高抗剪性能,提高筋材的延伸率的特性,有效地解决了桥梁钢拉索锈蚀、疲劳等问题,提高了桥梁拉索的耐久性和拉索应用的安全性。该FRP筋也可以用作其他环境恶劣地方的锚索或拉索。
文档编号E01D19/16GK102021886SQ200910306809
公开日2011年4月20日 申请日期2009年9月9日 优先权日2009年9月9日
发明者区锡祥, 庞忠华, 朱万旭, 杨帆, 谢雄文, 谭柳芳, 黄颖, 龙跃 申请人:柳州欧维姆机械股份有限公司
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