CN102021886B - 桥梁拉索用混合型frp筋及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
【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n根，n的取值范围是：1≤n≤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。
【附图说明】
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：
1-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1000Mpa。
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n还可以增加或减少，一般n的取值范围是：1≤n≤500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II15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。
Claims (2)
1.一种桥梁拉索用混合型FRP筋的制作方法, 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；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；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；其制作方法是：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(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(10)前始终处于张紧状态。
2.根据权利要求1所述的桥梁拉索用混合型FRP筋的制作方法, 其特征在于：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Ⅰ(14)及钢丝定位装置上的钢丝定位孔Ⅱ(15)确定。
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