CN104213507A - 一种基于碳纤维和钢绞线的高阻尼复合斜拉索 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于碳纤维和钢绞线的高阻尼复合斜拉索，涉及斜拉索领域，该高阻尼复合斜拉索包括由内到外依次设置的芯层、2～4层复合层和1～2层护套，芯层和复合层之间填充有粘弹性阻尼材料，所述芯层由若干高强度钢绞线紧密排列构成，所述复合层由若干复合纤维紧密排列构成，相邻的复合层之间紧密贴合，复合纤维由1根高强钢丝和6根碳纤维丝制成，6根碳纤维丝包绕在高强钢丝的外围，绞合为一体。本发明能够加速斜拉索的振动衰减，有效增大超长斜拉索抗风稳定性，降低斜拉索的重量，保证斜拉索的横向抗剪强度，而且可以进行单根运输及挂索，减小超长斜拉索施工难度。

Description

一种基于碳纤维和钢绞线的高阻尼复合斜拉索

技术领域

本发明涉及斜拉索领域，具体涉及一种基于碳纤维和钢绞线的高阻尼复合斜拉索。

背景技术

斜拉索是斜拉桥的主要承力构件，斜拉索的等效刚度决定了斜拉桥的整体刚度，随着斜拉桥跨径的不断增大，斜拉索的长度也随之增加，当斜拉桥的跨径大于2km时，需要使用长度大于1km的超长钢斜拉索。

现有的超长钢斜拉索不仅自重较大，而且抗风稳定性较差，使用超长钢斜拉索架设斜拉桥的过程中，张拉超长钢斜拉索的施工难度较大；施工完成后，超长钢斜拉索不仅承载效率较低，而且垂度效应比较显著，耐久性较差，因此，超长钢斜拉索难以用于大跨度斜拉桥的施工。

为解决超长钢斜拉索自重较大的问题，现阶段通常将碳纤维材料与钢材复合，专利号为201010135957.9.1的发明专利公开了一种全封闭碳纤维丝与高强钢丝复合拉索，其芯部采用高强钢丝，高强钢丝的外部覆有Z形碳纤维丝，其重量为80吨/km。

现有的复合斜拉索在使用时，存在以下缺陷：

(1)采用复合斜拉索制成的大跨度斜拉桥，通常需要采用空气动力学减振措施，或者在斜拉索上安装阻尼器，来增加斜拉索的抗风稳定性，使用成本较高；当斜拉桥的跨度大于2km时，空气动力学减振措施和阻尼器难以达到增加斜拉索的抗风稳定性的作用。

(2)使用复合斜拉索进行跨度大于2km的斜拉桥施工时，需要使用大型起重设备进行整股斜拉索的运输，同时使用超大的软牵引力装置和拉杆牵引装置进行牵引，施工难度较大。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于碳纤维和钢绞线的高阻尼复合斜拉索，能够加速斜拉索的振动衰减，有效增大超长斜拉索抗风稳定性，而且降低斜拉索的重量，有效提高斜拉索的横向抗剪强度，降低施工难度。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种基于碳纤维和钢绞线的高阻尼复合斜拉索，包括由内到外依次设置的芯层、2～4层复合层和1～2层护套，芯层和复合层之间填充有粘弹性阻尼材料，所述芯层由若干高强度钢绞线紧密排列构成，所述复合层由若干复合纤维紧密排列构成，相邻的复合层之间紧密贴合，复合纤维由1根高强钢丝和6根碳纤维丝制成，6根碳纤维丝包绕在高强钢丝的外围，绞合为一体。

在上述技术方案的基础上，所述复合层和护套之间填充有耐磨材料。

在上述技术方案的基础上，所述耐磨材料为玄武岩纤维丝、芳纶纤维或者玻璃纤维。

在上述技术方案的基础上，所述复合层的横截面呈正六边形。

在上述技术方案的基础上，每根复合纤维的外围均包覆有耐磨层。

在上述技术方案的基础上，所述护套采用高密度聚乙烯制成。

在上述技术方案的基础上，所述芯层的横截面呈正六边形。

在上述技术方案的基础上，所述高强度钢绞线的直径为1～10mm。

在上述技术方案的基础上，所述高强钢丝的直径与碳纤维丝的直径相同，均为1～10mm。

在上述技术方案的基础上，所述复合层的层数为3层。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的基于碳纤维和钢绞线的高阻尼复合斜拉索，包括芯层和复合层，芯层和复合层之间填充有粘弹性阻尼材料，斜拉索在使用中发生振动时，芯层和复合层相对运动，均与粘弹性阻尼材料发生摩擦，能够增大斜拉索内部的阻尼，进而提高斜拉索的对数折减率至4％～6％，与现有技术中需要采用空气动力学减振措施，或者在斜拉索上安装阻尼器相比，不仅能够降低使用成本，而且能够加速斜拉索的振动衰减，有效增大超长斜拉索抗风稳定性。

(2)本发明的基于碳纤维和钢绞线的高阻尼复合斜拉索，包括2～4层复合层，每层复合层均由碳纤维-钢绞线复合纤维组成，复合纤维均由1根高强钢丝和6根碳纤维丝制成，6根碳纤维丝包绕在高强钢丝的外围，绞合为一体，采用该复合层制成的单根斜拉索，其重量为0.4吨/km，与现有技术中的整股复合斜拉索的重量为80吨/km相比，不仅能够有效降低斜拉索的重量，而且能够保证斜拉索的横向抗剪强度。

由于本发明的斜拉索中含有碳纤维丝，因此能够进行单根运输及挂索；斜拉索安装完毕后可采用用于含碳纤维丝的斜拉索夹片锚具逐根张拉锚固，能够有效降低超长超重斜拉索的运输及施工难度。

附图说明

图1为本发明实施例中基于碳纤维和钢绞线的高阻尼复合斜拉索横截面的结构示意图；

图2为本发明实施例中复合纤维横截面的结构示意图。

图中：1-芯层，2-粘弹性阻尼材料，3-耐磨材料，4-复合层，5-护套，6-碳纤维丝，7-高强钢丝，8-耐磨层。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明实施例提供一种基于碳纤维和钢绞线的高阻尼复合斜拉索，包括由内到外依次设置的芯层1、2～4层复合层4和1～2层护套5，护套5采用高密度聚乙烯制成。芯层1和复合层4之间填充有粘弹性阻尼材料2，复合层4和护套5之间填充有耐磨材料3，耐磨材料3为玄武岩纤维丝、芳纶纤维或者玻璃纤维。

芯层1的横截面呈正六边形，芯层1由若干高强度钢绞线紧密排列构成，高强度钢绞线的直径为1～10mm，例如：1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm。在实际使用中，高强度钢绞线的直径可以为3～7mm，具体根据实际需要进行设计。本实施例中，高强度钢绞线的直径均为5mm。

复合层4的横截面呈正六边形，复合层4由若干复合纤维紧密排列构成，相邻的复合层4之间紧密贴合。每根复合纤维的外围均包覆有耐磨层8。在实际使用中，复合层4的层数根据复合斜拉索的受力程度进行设计，例如：2层、3层、4层。图1中示出了2层。

参见图2所示，复合纤维由1根高强钢丝7和6根碳纤维丝6制成，6根碳纤维丝6包绕在高强钢丝7的外围，绞合为一体。高强钢丝7的直径与碳纤维丝6的直径相同，均为1～10mm，例如：1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm。在实际使用中，高强钢丝7、碳纤维丝6的直径可以为4～8mm，具体根据实际需要进行设计。本实施例中，高强钢丝7、碳纤维丝6的直径均为5mm。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种基于碳纤维和钢绞线的高阻尼复合斜拉索，其特征在于：包括由内到外依次设置的芯层(1)、2～4层复合层(4)和1～2层护套(5)，芯层(1)和复合层(4)之间填充有粘弹性阻尼材料(2)，所述芯层(1)由若干高强度钢绞线紧密排列构成，所述复合层(4)由若干复合纤维紧密排列构成，相邻的复合层(4)之间紧密贴合，复合纤维由1根高强钢丝(7)和6根碳纤维丝(6)制成，6根碳纤维丝(6)包绕在高强钢丝(7)的外围，绞合为一体。

2.如权利要求1所述的基于碳纤维和钢绞线的高阻尼复合斜拉索，其特征在于：所述复合层(4)和护套(5)之间填充有耐磨材料(3)。

3.如权利要求2所述的基于碳纤维和钢绞线的高阻尼复合斜拉索，其特征在于：所述耐磨材料(3)为玄武岩纤维丝、芳纶纤维或者玻璃纤维。

4.如权利要求1所述的基于碳纤维和钢绞线的高阻尼复合斜拉索，其特征在于：所述复合层(4)的横截面呈正六边形。

5.如权利要求1所述的基于碳纤维和钢绞线的高阻尼复合斜拉索，其特征在于：每根复合纤维的外围均包覆有耐磨层(8)。

6.如权利要求1～5中任一项所述的基于碳纤维和钢绞线的高阻尼复合斜拉索，其特征在于：所述护套(5)采用高密度聚乙烯制成。

7.如权利要求1～5中任一项所述的基于碳纤维和钢绞线的高阻尼复合斜拉索，其特征在于：所述芯层(1)的横截面呈正六边形。

8.如权利要求1～5中任一项所述的基于碳纤维和钢绞线的高阻尼复合斜拉索，其特征在于：所述高强度钢绞线的直径为1～10mm。

9.如权利要求1～5中任一项所述的基于碳纤维和钢绞线的高阻尼复合斜拉索，其特征在于：所述高强钢丝(7)的直径与碳纤维丝(6)的直径相同，均为1～10mm。

10.如权利要求1～5中任一项所述的基于碳纤维和钢绞线的高阻尼复合斜拉索，其特征在于：所述复合层(4)的层数为3层。