CN100422473C - 复合纤维环筋及制作方法和纤维筋骨架的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明是复合纤维环筋及制作方法和纤维筋骨架的制作方法。环形筋由至少20束浸渍树脂胶的非金属纤维丝缠绕制成，呈扁长圆形封闭环状，环形筋的两端部为U形，环形筋的两侧中部平直；若干个环形筋多重平行缠绕包裹，外圈的环形筋的中部内侧与其相邻的内圈的环形筋的外侧缠绕相连接，外圈的环形筋的两端部长于相邻的内圈的环形筋，连续设置若干个外圈的环形筋包裹相邻的环形筋，内圈的环形筋的两侧平直部与相邻的外圈的环形筋中部两侧平直部缠绕连接成一体，构成群环相连的群环筋。本发明设计科学，结构合理，制作简便，具有强度高、体积小、重量轻、耐腐蚀、耐火、防水、无磁、形状可塑、安装简单、价格低廉的特点，有利环境保护。

Description

复合纤维环筋及制作方法和纤维筋骨架的制作方法

技术领域

本发明涉及一种非金属材料的加强件，尤其涉及一种复合纤维环筋及制作方法和纤维筋骨架的制作方法。

背景技术

混凝土构件中采用钢筋加强件增强混凝土的抗拉和抗挠，但存在着抗拉强度低、构件重、不具有抗腐蚀、抗酸碱等不足之处。复合纤维在混凝土构件的补强加固工程中已得到了较为广泛的应用，但复合纤维混凝土结构的研究主要集中于桥梁结构的研究中。复合纤维混凝土结构并未得到广泛的应用，其原因主要是在布置复合纤维短筋时，复合纤维筋和混凝土之间的握裹力不足，是本技术领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的，在于解决混凝土构件加强件的问题，提供一种构件重量轻、抗拉强度高、抗腐蚀、耐酸碱的复合纤维环形筋，群环筋和纤维筋骨架。

本发明的另一个目的，在于提供一种复合纤维环形筋，群环筋和纤维筋骨架的制作方法。

为实现本发明的目的，本发明通过下述技术方案实现：

一种复合纤维环筋，是一种环形筋，是由至少20束浸渍树脂胶的非金属纤维丝经缠绕加工处理而制成，它的结构外形是，呈扁长圆形封闭环状，两端部为U形，两侧中部平直；

由设置若干个所述的环形筋进行多重平行缠绕包裹组成外圈环形筋和内圈环形筋，所述外圈的环形筋的中部内侧与其相邻的内圈的环形筋的外侧缠绕连接，内圈的环形筋设置在与其相邻的外圈环形筋的中部，外圈的环形筋的两端部长于与其相邻的内圈的环形筋，连续设置若干个外圈的环形筋包裹着相邻的环形筋，内圈的环形筋的两侧平直部与其相邻的外圈的环形筋中部两侧平直部缠绕连接成一体，构成环形筋相连的群环筋。

用于实现所述一种复合纤维环形筋和群环筋的制作方法，该方法的流程步骤，包括非金属纤维丝树脂胶浸渍处理和非金属纤维索缠绕加工处理。

环形筋的制作

(一)、非金属纤维丝树脂胶浸渍处理

1)、设置至少2个芯模，并将芯模相对称地固定在预应力支撑架上，芯模的整体结构外形呈桶状，芯模的直径，数量和相对称的芯模之间的间距，根据需要设定，芯模的表面涂刷脱模剂。

2)、至少20束非金属纤维丝梳理成一股非金属纤维索，先对非金属纤维索预拉伸施加预应力，而后再用树脂胶充分浸渍处理非金属纤维索。

(二)、纤维索缠绕加工处理

1)、将浸渍后的非金属纤维索环绕在两两相对称的芯模上，并循环往复进行缠绕，循环往复缠绕直到达到设计要求的环形筋的直径为止。

2)、在缠绕非金属纤维索的同时通过预应力支撑架对芯模向环形筋的两端部再次施加预应力，使环形筋绷紧，施加预应力一直到环形筋固化，使预应力作用于环形筋上，在室温条件下使环形筋自然固化，固化后的环形筋固定成型。

3)、待环形筋固化后通过预应力支撑架对芯模由环形筋两端部向环形筋的中部放松，使环形筋松弛，环形筋从芯模上脱模，取下环形筋，从而制得环形筋。

群环筋的制作：

(一)、非金属纤维丝树脂胶浸渍处理

群环筋用的非金属纤维丝的树脂胶浸渍处理，将至少20束非金属纤维丝梳理成一股非金属纤维索，先对非金属纤维索预拉伸施加预应力，而后再用树脂胶充分浸渍处理非金属纤维索。

(二)、纤维索缠绕加工处理

1)、将浸渍后的非金属纤维索环绕两两相对称内圈的芯模循环往复进行缠绕制作成内圈的环形筋，循环往复缠绕到设计要求的内圈的环形筋的直径；继续将浸渍后的非金属纤维索环绕两两相对称相邻的外圈的芯模循环往复进行缠绕制作成外圈的环形筋，循环往复缠绕到设计要求的外圈的环形筋的直径和外圈的环形筋的数量，内圈的环形筋的两侧平直部与外圈的环形筋中部两侧平直部缠绕连接成一体，构成群环相连的群环筋。

2)、在缠绕非金属纤维索的同时通过预应力支撑架对芯模向内圈的环形筋的两端部和外圈的环形筋的两端部再次施加预应力，施加预应力一直到群环筋固化，使预应力作用于群环筋上；在室温条件下使群环筋自然固化，固化后的群环筋固定成型。

3)、待群环筋固化后通过预应力支撑架对芯模由群环筋两端部向群环筋的中部松弛，群环筋从芯模上脱模，取下群环筋，从而制得群环筋。

一种复合纤维筋骨架的制作方法，在至少两榀所述的群环筋之间等距设置若干榀环形筋，横向等距设置群环筋，纵向等距设置环形筋，用线材绑扎环形筋与群环筋的交叉部，构成纤维筋骨架。

本发明的显著优点和有益效果：

显著优点：

本发明的复合纤维环筋，采用复合纤维材料制作，由于复合纤维材料具有化学性质稳定、极佳的耐腐蚀性能和耐久性能、能抵抗建筑物经常遇到的各种酸，碱和盐对结构物的腐蚀、形状可塑、可按照结构抗力设计和配置材料的等等优点，因此，用复合材料制作的环筋具有体积小、密度小、重量轻、高抗拉强度、抗腐蚀、抗酸碱、抗疲劳、良好透波性、不导电、不导热、耐火性能优良，可抗2000℃高温、握裹力好、锚固性好、与混凝土的粘接强度高的众多优点。

有益效果：

本发明是复合纤维环筋及制作方法和纤维筋骨架的制作方法，设计科学，结构合理，制作简便，环境保护良好。

采用本发明的复合纤维环筋，可按照结构抗力设计和配置材料的分布，能够实现最优化理论结构设计；施工简单，工效高，可大幅度节约安装费用；由于材料价格明显低于钢材，因此，制出的产品成本低。由于纤维材料属于石油化工产品，与传统建筑材料生产工艺相比，对环境污染和破坏程度显著减小，大幅度地节省原材料资源。

本发明的产品，应用范围广，可应用于航空航天、能源交通、石油化工、军事装备、建筑材料、电子工程、医疗器械和文体器材等领域，尤其适合在土木建筑工程、桥梁、建筑物加固和水利等工程中应用。

附图说明

图1是复合纤维环筋的环形筋的示意图；

图2是复合纤维环筋的环形筋的剖视图；

图3是复合纤维环筋的群环筋的示意图；

图4是复合纤维环筋的群环筋的剖视图；

图5是制作环形筋的示意图；

图6是制作群环筋的示意图；

图7是复合纤维环筋构成的纤维筋骨架的示意图；

图8是复合纤维环筋构成的纤维筋骨架的示意图；

图9是复合纤维环筋制作工艺流程的示意图。

在图1，2，5，7和图8中，附图标记3为环形筋。

在图3，4，6，7和图8中，附图标记5为群环筋。

在图5和图6中，附图标记1为用于缠绕复合纤维束的芯模，2为预应力支撑架。

在图7和图8中，附图标记4为纤维筋骨架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明详细说明。

实施例1

一种复合纤维环筋，是一种环形筋3，该环形筋3是由至少20束浸渍树脂胶的非金属纤维丝经缠绕加工处理而制成，它的结构外形，呈扁长圆形封闭环状，两端部为U形，两侧中部平直，如图1和图2所示。

参见图9，用于实现所述一种复合纤维环形筋3的制作方法是，该方法的流程步骤，包括：(一)、非金属纤维丝树脂胶浸渍处理，(二)、非金属纤维索缠绕加工处理。

(一)、非金属纤维丝树脂胶浸渍处理

1)、设置至少2个芯模1，并将芯模1相对称地固定在预应力支撑架2上，芯模1的整体结构外形呈桶状，芯模1的直径，数量和相对称的芯模1之间的间距，根据需要设定，芯模1涂刷脱模剂。

所述的芯模1是缠绕工件，它是用木材拼装制作的，并用金属骨架支撑，覆以其它材料的板材，以便在复合材料工件固化成型后拆卸再用。芯模1应当具有一定的刚度和强度，以保证加工复合纤维环形筋3时芯模1不会发生变形，并保证实际制作的复合纤维环形筋的精度。芯模1的表面应比较光滑，不应带有棱角，转角处应比较缓和，不然在复合纤维环形筋3从芯模1脱模下来的时候容易伤害复合纤维环形筋3的表面胶体。缠绕复合纤维束之前，首先应固定好芯模1，按照设计要求设置芯模1的间距，尺寸等。在芯模1的表面上均匀涂上脱模剂，以便使固化后的复合纤维环形筋3成功地脱离。

2)、至少20束非金属纤维丝梳理成一股非金属纤维索，先对非金属纤维索预拉伸施加预应力，而后再用树脂胶充分浸渍处理非金属纤维索。

所述的非金属纤维丝，采用碳纤维丝，芳纶纤维丝或玻璃纤维丝等。

所述的树脂胶，可采用环氧树脂，聚酯树脂，或乙烯树脂等。

所述的浸渍，其浸渍方式可采用浸浴式或用喷淋系统喷淋纤维索。

(二)、纤维索缠绕加工处理

1)、将浸渍后的非金属纤维索环绕在两两相对称的芯模1上，并循环往复进行缠绕，循环往复缠绕直到达到设计要求的环形筋3的直径为止。

所述的纤维索缠绕，按照设计要求以恒速在芯模1上进行缠绕，若配以电脑程序控制缠绕，则缠绕精度更高。

2)、在缠绕非金属纤维索的同时通过预应力支撑架2对芯模1向环形筋3的两端部再次施加预应力，使环形筋3绷紧，施加预应力一直到环形筋3固化，使预应力作用于环形筋3上，在室温条件下使环形筋3自然固化，固化后的环形筋3固定成型。

3)、待环形筋3固化后通过预应力支撑架2对芯模1由环形筋3两端部向环形筋3的中部放松，使环形筋3松弛，环形筋3从芯模1上脱模，取下环形筋3，从而制得环形筋3，即为本发明的复合纤维环筋。

在进行缠绕作业的同时，要对纤维索始终施加预应力，一直到固化为止；在缠绕浸渍环氧树脂后的增强纤维时，由于施加了预应力，因此使纤维环形筋绷紧，待复合纤维筋固化定型后，环氧树脂和受力伸长的增强纤维固结为一体，纤维回弹受到树脂的约束，这样复合纤维筋就不能回弹，缠绕时施加的预应力就保留在了复合纤维筋上。

所述的自然固化，是指缠绕作业结束后，在室温条件下经1-2小时后环形筋就自然固化定型了，即可脱模。

所述取下环形筋3，其过程是：首先松弛预应力支撑架2对芯模1所施加的预应力，通过预应力支撑架2把芯模1从纤维环形筋3两端向中部放松，使纤维环形筋3松弛，即可很方便地从芯模1上取下纤维环形筋3。

实施例2

设置若干个所述的环形筋3，将它进行多重平行缠绕包裹，形成具有外圈环形筋3和内圈环形筋3，其中外圈的环形筋3的中部内侧与其相邻的内圈的环形筋3的外侧缠绕连接，内圈的环形筋3设置在与其相邻的外圈环形筋3的中部，外圈的环形筋3的两端部长于与其相邻的内圈的环形筋3，连续设置若干个外圈的环形筋3包裹相邻的环形筋3，内圈的环形筋3的两侧平直部与其相邻的外圈的环形筋3中部两侧平直部相缠绕连接成一体，构成环形筋相连的群环筋5，如图3和图4所示。

参见图9，用于实现所述一种群环筋5的制作方法是，该方法的流程步骤，包括：(一)、非金属纤维丝树脂胶浸渍处理，和(二)、非金属纤维索缠绕加工处理。

(一)、非金属纤维丝树脂胶浸渍处理

群环筋用非金属纤维丝的树脂胶浸渍处理步骤按照实施例1所述环形筋用非金属纤维丝的树脂胶浸渍处理步骤重复进行。

(二)、非金属纤维索缠绕加工处理：

1)、将浸渍后的非金属纤维索环绕两两相对称内圈的芯模1循环往复进行缠绕制作成内圈的环形筋3，循环往复缠绕到设计要求的内圈的环形筋3的直径；继续将浸渍后的非金属纤维索环绕两两相对称相邻的外圈的芯模1循环往复进行缠绕制作成外圈的环形筋3，循环往复缠绕到设计要求的外圈的环形筋3的直径和外圈的环形筋3的数量，内圈的环形筋3的两侧平直部与外圈的环形筋3中部两侧平直部缠绕连接成一体构成群环相连的群环筋5；

2)、在缠绕非金属纤维索的同时通过预应力支撑架2对芯模1向内圈的环形筋3的两端部和外圈的环形筋3的两端部再次施加预应力，施加预应力一直到群环筋5固化，使预应力作用于群环筋5上；在室温条件下使群环筋5自然固化，固化后的群环筋5固定成型。

3)、待群环筋5固化后通过预应力支撑架2对芯模1由群环筋5两端部向群环筋5的中部松弛，群环筋5从芯模1上脱模，取下群环筋5，从而制得群环筋5，如图3，图4所示。

实施例3

参见图7，图8和图9，一种复合纤维筋骨架的制作方法，以所述的环形筋3和群环筋5为基材，在至少两榀群环筋5之间等距设置若干榀环形筋3，横向等距设置群环筋5，纵向等距设置环形筋3，用线材绑扎环形筋3与群环筋5的交叉部，构成复合纤维筋骨架4，如图8所示。

一般情况下，横向设置群环筋5，纵向设置环形筋3；也可以纵向设置群环筋5，横向设置环形筋3。用群环筋5和环形筋3按照设计要求绑扎成各种结构不同的构件所需要的纤维筋骨架4，也可以根据设计的要求多层设置群环筋5和环形筋3，绑扎成多层的纤维筋骨架4。在环形筋3和群环筋5的交叉部用线材进行绑扎，绑扎用的线材可采用金属线材或非金属纤维。在绑扎后的交叉部涂刷树脂胶，待固化后使交叉部成为一体，从而提高纤维筋固架的整体强度。将纤维筋骨架4放入木模，浇筑混凝土或其他材料制作成构件。

依据复合纤维环筋的应用效果，作为纵向主筋的复合纤维环筋的直径不应过小，否则不能保证纤维丝有效的共同受力；间距不应太大，会使整体结构的受力更为均匀。

从正截面配筋计算得出，纵向配筋截面面积为A_S＝390.87 mm²；斜截面配筋计算得出 $\frac{1}{{\mathrm{\γ}}_d}\mathrm{Vc}=\frac{1}{{\mathrm{\γ}}_d}0.07\mathrm{fcbho}=89.32\mathrm{KN};$ 因此， $V\≤\frac{1}{{\mathrm{\γ}}_d}\mathrm{Vc}$ 不需进行斜截面承载力计算，根据规范的有关规定，按照构造要求配置箍筋即可。

Claims (4)

1. 一种复合纤维环筋，其特征是：一种环形筋(3)是由至少20束浸渍树脂胶的非金属纤维丝经缠绕加工处理而制成，它的结构外形是：呈扁长圆形封闭环状，两端部为U形，两侧中部平直；由设置若干个所述的环形筋(3)进行多重平行缠绕包裹组成外圈环形筋(3)和内圈环形筋(3)，所述外圈的环形筋(3)的中部内侧与其相邻的内圈的环形筋(3)的外侧缠绕连接，内圈的环形筋(3)设置在与其相邻的外圈环形筋(3)的中部，外圈的环形筋(3)的两端部长于与其相邻的内圈的环形筋(3)，连续设置若干个外圈的环形筋(3)包裹着相邻的环形筋(3)，内圈的环形筋(3)的两侧平直部与其相邻的外圈的环形筋(3)中部两侧平直部缠绕连接成一体，构成环形筋相连的群环筋(5)。

2. 一种制作权利要求1复合纤维环筋的方法，其特征是：其制作方法的流程步骤，包括：(一)、非金属纤维丝树脂胶浸渍处理和(二)、非金属纤维索缠绕加工处理，

(一)、非金属纤维丝树脂胶浸渍处理

1)、设置至少2个芯模(1)，并将芯模(1)相对称地固定在预应力支撑架(2)上，芯模(1)的整体结构外形呈桶状，芯模(1)的直径，数量和相对称的芯模(1)之间的间距，根据需要设定，芯模(1)的表面涂刷脱模剂；

2)、将至少20束非金属纤维丝梳理成一股非金属纤维索，先对非金属纤维索预拉伸施加预应力，而后再用树脂胶充分浸渍处理非金属纤维索；

(二)、非金属纤维索缠绕加工处理

1)、将浸渍后的非金属纤维索环绕在两两相对称的芯模(1)上，并循环往复进行缠绕，循环往复缠绕直到达到设计要求的环形筋(3)的直径为止；

2)、在缠绕非金属纤维索的同时通过预应力支撑架(2)对芯模(1)向环形筋(3)的两端部再次施加预应力，使环形筋(3)绷紧，施加预应力一直到环形筋(3)固化，使预应力作用于环形筋(3)上，在室温条件下使环形筋(3)自然固化，固化后的环形筋(3)固定成型；

3)、待环形筋(3)固化后通过预应力支撑架(2)对芯模(1)由环形筋(3)两端部向环形筋(3)的中部放松，使环形筋(3)松弛，环形筋(3)从芯模(1)上脱模，取下环形筋(3)，从而制得环形筋(3)。

3. 一种群环筋(5)的制作方法，其特征是：群环筋(5)的制作方法的流程步骤，包括：(一)、非金属纤维丝树脂胶浸渍处理和(二)、非金属纤维索缠绕加工处理，

(一)、非金属纤维丝树脂胶浸渍处理

群环筋(5)用的非金属纤维丝的树脂胶浸渍处理，将至少20束非金属纤维丝梳理成一股非金属纤维索，先对非金属纤维索预拉伸施加预应力，而后再用树脂胶充分浸渍处理非金属纤维索；

(二)、非金属纤维索缠绕加工处理

1)、将浸渍后的非金属纤维索环绕两两相对称内圈的芯模(1)循环往复进行缠绕制作成内圈的环形筋(3)，并循环往复缠绕到设计要求的内圈的环形筋(3)的直径；继续将浸渍后的非金属纤维索环绕两两相对称相邻的外圈的芯模(1)循环往复进行缠绕制作成外圈的环形筋(3)，循环往复缠绕到设计要求的外圈的环形筋(3)的直径和外圈的环形筋(3)的数量，内圈的环形筋(3)的两侧平直部与外圈的环形筋(3)中部两侧平直部缠绕连接成一体，构成群环相连的群环筋(5)；

2)、在缠绕非金属纤维索的同时通过预应力支撑架(2)对芯模(1)向内圈的环形筋(3)的两端部和外圈的环形筋(3)的两端部再次施加预应力，施加预应力一直到群环筋(5)固化，使预应力作用于群环筋(5)上；在室温条件下使群环筋(5)自然固化，固化后的群环筋(5)固定成型；

3)、待群环筋(5)固化后通过预应力支撑架(2)对芯模(1)由群环筋(5)两端部向群环筋(5)的中部松弛，群环筋(5)从芯模(1)上脱模，取下群环筋(5)，从而制得群环筋(5)。

4. 一种复合纤维筋骨架的制作方法，其特征是：所述的复合纤维筋骨架(4)，制作方法步骤为：

1)、采用至少两榀权利要求1所述的群环筋(5)，

2)、在至少两榀群环筋(5)之间等距设置若干榀环形筋(3)，横向等距设置群环筋(5)，纵向等距设置环形筋(3)，用线材绑扎环形筋(3)与群环筋(5)的交叉部，构成纤维筋骨架(4)。

Images