CN111070735B - 一种预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的制备及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种预应力形状记忆合金‑连续纤维复合筋的制备及其使用方法，包括内芯以及包裹在外层的纤维，内芯为形状记忆合金筋，纤维采用纤维增强复合材料制作,纤维包括环向缠绕连续纤维、纵向包裹连续纤维；环向缠绕连续纤维、纵向包裹连续纤维分别环向缠绕、纵向包裹于形状记忆合金筋上。本发明因采用形状记忆合金材料，并在马氏体状态下进行了拉伸，形状记忆合金筋可以在高温诱发下从马氏体转变成奥氏体，使形状记忆合金‑连续纤维复合筋整体长度具有恢复到初始形态的趋势，从而在外部约束作用下产生预应力。本发明相比传统预应力筋，做到了筋材出厂预设预应力的效果，提高了预应力筋的抗腐蚀能力和耐久性，使得预应力筋的适用范围更广。

Description

一种预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的制备及其使用 方法

技术领域

本发明涉及一种预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的制备及其使用方法，属于复合材料筋制备以及建筑结构施工技术领域。

背景技术

传统预应力混凝土构件施加预应力的方法主要有先张法和后张法，这两种方法都存在一些缺点，先张法需要锚具、模板以及用来张拉和固定筋材的台座和张拉设备，一次性投资较大；且先张法预应力筋布置多数为直线型，其他形式布置较为困难。后张法的工序较多，张拉工艺复杂，锚具不能重复使用，锚具的精度要求比较高，且需要在构件上预留孔道，破坏构件整体性。总的来说就是设备繁多，工艺复杂。传统预应力筋多使用钢筋或者合金材料，但是金属材料的耐久性和耐腐蚀性较差，且对预应力大小的控制不稳，预应力损失较大。

纤维增强复合材料（Fiber reinforced composites,FRP）因其轻质高强，抗腐蚀性和耐久性能好且热膨胀系数与混凝土的相近，近年来被广泛应用于各类工程中，但FRP材料延性较小，弹性模量较低，且容易发生脆性破坏，所以，如果能改善FRP材料的缺点，提高其延性和弹性模量，不仅能改善传统预应力筋材的耐久性和不耐腐蚀的问题，也能更好的发挥FRP的优势。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有问题，提供一种预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的制备及其使用方法。

本发明的目的是这样实现的，一种预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的制备方法，其特征在于，包括内芯以及包裹在外层的纤维，所述内芯为形状记忆合金筋，纤维采用纤维增强复合材料制作, 纤维包括环向缠绕连续纤维、纵向包裹连续纤维；环向缠绕连续纤维、纵向包裹连续纤维分别环向缠绕、纵向包裹于形状记忆合金筋上；

包括以下生产步骤：

步骤一，在低于相变温度的温度环境下对处在马氏体状态下的初始记忆合金筋进行机械拉伸，拉伸长度在完全可恢复应变以内，得到形状记忆合金筋；

步骤二，采用浸渍树脂混合物的环向缠绕连续纤维对形状记忆合金筋进行环向缠绕，以填补形状记忆合金筋肋间的空隙，环向缠绕连续纤维为无捻粗纱；

步骤三，将纵向包裹连续纤维纵向包裹均匀分布在形状记忆合金筋周围后，得到复合筋材，充分浸渍在树脂混合物中，通过预成型模具将复合筋材拉挤预成型，得到预成型的筋材；

步骤四，考虑到固化阶段的温度会对形状记忆合金筋的形变产生影响，将步骤三中所述预成型的筋材锚固在台座上，送入固化模具中固化成型，最终得到预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋。

所述步骤一中采用的形状记忆合金筋为带肋筋、光圆筋或形状记忆合金绞线；若带肋筋带有对称的纵向通长两肋, 应先用打磨机将钢筋的两边肋除去。

所述步骤二中采用的环向缠绕连续纤维以及步骤三中采用的纵向包裹连续纤维为玄武岩纤维、碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维；

步骤三中将纵向包裹连续纤维均匀分布在形状记忆合金筋周围后，充分浸渍在树脂混合物中，通过预成型模具将复合筋材拉挤预成型，拉挤作用使环向缠绕连续纤维、纵向包裹连续纤维的纤维束均匀的分布在形状记忆合金筋周围，预成型后，利用电动缠绕机在形状记忆合金筋表面勒出环向的肋痕，复合筋的肋的尺寸可以通过机器调节，然后在固化模具中固化成型。

所述预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋采用的树脂为热固性树脂,采用电阻式恒温固化炉完成预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的固化成型；所述树脂混合物为环氧树脂、聚氨酯树脂或乙烯基树脂。

一种预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的使用方法，其特征在于，使用先张法，包括以下生产步骤：

步骤1），将若干根预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋穿过模板，为防止混凝土浇筑、养护过程中水泥水化产生的温度变化对预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋产生影响，用夹具将预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋两端锚固在台座或钢模上；

步骤2），浇筑混凝土，在混凝土养护达到不低于混凝土设计强度值的75%且构件温度降到相变温度以下后，撤掉预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋两端锚具；

步骤3），加热预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋至相变温度以上，加热方式为电热法或混凝土构件外部加热法；

电热法的步骤为，根据形状记忆合金的相变温度选择相应的加热功率以及相应的加热机具，用并联或是逐根的方式对预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋两端预留的合金锚固段进行通电加热，也可以采用蒸汽加热、火炉加热、红外线加热或微波加热法混凝土构件外部加热法，将混凝土构件整体升温至形状记忆合金筋相变温度以上；当形状记忆合金筋温度升高至马氏体逆相变温度以上后，形状记忆合金在高温诱发下从马氏体转变成奥氏体，使得预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋长度具有缩小至初始状态下形状记忆合金筋长度的趋势，通过混凝土与预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋之间的粘结力使混凝土构件获得预应力；预应力混凝土构件完成后，剪掉两端多余的合金锚固段。

在先张法中，根据预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的布置原则，不拘泥于直线型布置预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的施工方式，可以采用直线型、曲线型、折线形及多种线型组合布置方式在混凝土构件中布置预应力筋，且可以应用于各种形状的现浇构件以及预制构件中；预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋可以采用的布置方式为体内预应力筋布置或体外预应力筋布置，有粘结预应力筋布置或无粘结预应力筋布置。

一种预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的使用方法，其特征在于，使用后张法，包括以下生产步骤：

步骤1），在模板中通过安装管道预留预应力筋孔道；

步骤2），浇筑混凝土，在混凝土养护达到不低于混凝土设计强度值的70%且构件温度降到相变温度以下后，在预应力筋孔道中插入预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋，用夹具将预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋两端锚固在混凝土构件上；

步骤3），加热预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋至相变温度以上，加热方式为电热法或混凝土构件外部加热法；

电热法的步骤为，根据形状记忆合金的相变温度选择相应的加热功率以及相应的加热机具，用并联或是逐根的方式对预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋两端预留的合金锚固段进行通电加热，也可以采用蒸汽加热法、火炉加热法、红外线加热法或微波加热法混凝土构件外部加热法，将混凝土构件整体升温至形状记忆合金筋相变温度以上；当形状记忆合金温度升高至马氏体逆相变温度以上后，形状记忆合金在高温诱发下从马氏体转变成奥氏体，使得预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋长度具有缩小至初始状态下形状记忆合金筋长度的趋势，从而在外部约束作用下产生预应力；

步骤四，在预应力筋孔道中灌入水泥浆,使预预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋与混凝土构件形成整体，通过锚具将预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋张拉力传给混凝土构件而使之产生预应力；预应力混凝土构件完成后，剪掉两端多余的合金锚固段。

在后张法中，根据预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的布置原则，不拘泥于直线型布置预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的施工方式，可以采用直线型、曲线型、折线形及多种线型组合布置方式在混凝土构件中布置预应力筋，且可以应用于各种形状的现浇构件以及预制构件中；预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋可以采用的布置方式为体内预应力筋布置或体外预应力筋布置，有粘结预应力筋布置或无粘结预应力筋布置。

通过本发明，提供一种预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的制备及其使用方法，通过将形状记忆合金(shape memory alloys,SMA)结合纤维增强复合材料（Fiber-Reinforced Polymer，简称FRP）浸渍在树脂中采用包裹拉挤工艺得到预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋，内外层纤维通过浸渍树脂形成良好的界面粘结性能，内层纤维缠绕在形状记忆合金带肋筋的肋内，经过拉挤成型及高温固化处理, 两者的一体性得到了更大的提高, 界面粘结性能也有很好的保证。在奥氏体下，形状记忆合金筋的热膨胀系数与纤维增强复合材料和混凝土的热膨胀系数接近。利用形状记忆合金筋在马氏体状态下的形状记忆效应，使复合筋材在生产过程中可以预设预应力。相比传统预应力施加方式，预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋不需要在施工现场进行张拉处理，达到简化施工工艺，缩短施工周期的效果，同时提高预应力结构整体刚度，耐久性，稳定性，耐腐蚀性和适用范围等特性。预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋同时兼具形状记忆合金和纤维增强复合材料的双重优点，其适用于现今预应力所能适用的所有领域，例如：水利工程、桥梁工程、房屋工程、岩土工程、机械工程等；而且还能适用于传统预应力筋不适用的范围，如海洋工程和近海工程：海底隧道、海上平台、海砂海水混凝土、珊瑚混凝土、海岛建设等；同时不拘泥于直线型布置预应力筋的施工方式，可以采用直线型、曲线型、折线形及多种线型组合等布置方式在混凝土构件中布置预应力筋，且可以应用于各种形状的现浇构件以及预制构件中。

本发明中：一种预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的生产工艺包括以下步骤：步骤一，在低于相变温度的温度环境下对处在马氏体状态下的初始记忆合金筋进行机械拉伸，拉伸长度在完全可恢复应变以内；步骤二，采用浸渍树脂混合物的无捻粗纱对形状记忆合金筋进行环向缠绕，以填补带肋筋肋间的空隙；步骤三，将连续纤维均匀分布在形状记忆合金筋周围后，充分浸渍在树脂混合物中，通过预成型模具将复合筋材拉挤预成型；步骤四，考虑到固化阶段的温度会对形状记忆合金的形变产生影响，将步骤三中所述预成型的筋材锚固在台座上，送入固化模具中固化成型，最终得到本发明的预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋。

本发明中的预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋筋材同样适用于先张法和后张法，先张法的施工工艺为，步骤一，将若干根预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋穿过模板，为防止混凝土浇筑、养护过程中水泥水化产生的温度变化对形状记忆合金-连续纤维复合筋产生影响，用夹具将筋材两端锚固在台座或钢模上；步骤二，浇筑混凝土，在混凝土养护达到不低于混凝土设计强度值的75%且构件温度降到相变温度以下后，撤掉筋材两端锚具；步骤三，加热形状记忆合金筋至相变温度以上，加热方式包括但不限于电热法，混凝土构件外部加热法等；电热法的步骤为，根据形状记忆合金的相变温度选择相应的加热功率以及相应的加热机具，用并联或是逐根的方式对筋材两端预留的合金锚固段进行通电加热，也可以采用蒸汽加热、火炉加热、红外线加热或微波加热法等混凝土构件外部加热法，将混凝土构件整体升温至形状记忆合金筋相变温度以上。当形状记忆合金筋温度升高至马氏体逆相变温度以上后，形状记忆合金在高温诱发下从马氏体转变成奥氏体，使得形状记忆合金-连续纤维复合筋长度具有缩小至初始记忆合金筋长度的趋势，通过混凝土与预应力筋材之间的粘结力使混凝土构件获得预应力。预应力混凝土构件完成后，剪掉两端多余的合金锚固段。

后张法的施工工艺为，步骤一，在模板中通过安装管道预留预应力筋孔道；步骤二，浇筑混凝土，在混凝土养护达到不低于混凝土设计强度值的70%且构件温度降到相变温度以下后，在预应力筋孔道中插入预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋，用夹具将筋材两端锚固在混凝土构件上；步骤三，加热形状记忆合金筋至相变温度以上，加热方式包括但不限于电热法，混凝土构件外部加热法等；电热法的步骤为，根据形状记忆合金的相变温度选择相应的加热功率以及相应的加热机具，用并联或是逐根的方式对筋材两端预留的合金锚固段进行通电加热，也可以采用蒸汽加热法、火炉加热法、红外线加热法或微波加热法等混凝土构件外部加热法，将混凝土构件整体升温至形状记忆合金筋相变温度以上。当形状记忆合金温度升高至马氏体逆相变温度以上后，形状记忆合金在高温诱发下从马氏体转变成奥氏体，使得形状记忆合金-连续纤维复合筋长度具有缩小至初始记忆合金筋长度的趋势，从而在外部约束作用下产生预应力；步骤四，在孔道中灌入水泥浆,使预应力筋与混凝土构件形成整体，通过锚具将筋材张拉力传给混凝土构件而使之产生预应力。构件完成后，剪掉两端多余的合金锚固段。

根据预应力筋的布置原则，在先张法与后张法中，不拘泥于直线型布置预应力筋的施工方式，可以采用直线型、曲线型、折线形及多种线型组合等布置方式在混凝土构件中布置预应力筋，且可以应用于各种形状的现浇构件以及预制构件中。本发明的预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋可以采用的布置方式包括但不限于体内预应力筋布置，体外预应力筋布置，有粘结预应力筋布置，无粘结预应力筋布置。

进一步的，所述步骤一中的形状记忆合金筋采用经过处理的合金筋；

进一步的，因为形状记忆合金在马氏体下的形状记忆效应，在步骤一机械拉伸阶段根据所选形状记忆合金筋的本构关系来预设预应力的大小，实现预应力的可定制化，且因材料在奥氏体下的超弹性特性以及使用时对施工工序的简化，所以预应力损失较小。

进一步的，所述步骤一中采用的形状记忆合金筋包括但不限于带肋筋，光圆筋或是形状记忆合金绞线；

进一步的，若带肋筋带有对称的纵向通长两肋, 应先用打磨机将筋材的两边肋除去；

进一步的，所述步骤二中采用的环向缠绕纤维以及步骤三中采用的纵向包裹纤维材料包括但不限于玄武岩纤维，碳纤维，玻璃纤维，芳纶纤维等；

进一步的，步骤三中将连续纤维均匀分布在形状记忆合金筋周围后，充分浸渍在树脂混合物中，通过预成型模具将复合筋材拉挤预成型，拉挤作用使纤维束均匀的分布在合金筋周围，预成型后，利用电动缠绕机在筋材表面勒出环向的肋痕，复合筋的肋的尺寸可以通过机器调节，然后在固化模具中固化成型；

进一步的，本发明形状记忆合金-连续纤维复合筋采用的树脂为热固性树脂,采用电阻式恒温固化炉完成复合筋的固化成型，所述固化时间和固化温度根据不同树脂材料选择，根据实际所需筋材长度来选择固化阶段锚固筋材的台座的尺寸；

进一步的，固化完成，待温度降到相变温度以下，去掉形状记忆合金-连续纤维复合筋两端锚固，得到本发明的预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋；因为FRP的锚固效果不是特别好，所以在生产筋材时在两端预留一截不缠绕FRP材料的形状记忆合金段，使用时方便锚固。

进一步的，所述树脂混合物包括但不限于环氧树脂、聚氨酯树脂或乙烯基树脂等。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：

形状记忆合金-连续纤维复合筋通过内层纤维环向缠绕形状记忆合金带肋筋，外层纤维纵向包裹内层纤维，然后整体浸渍树脂的这种方式，使得复合筋材拥有很好的界面粘结性能和出色的整体性能。

本发明采用的形状记忆合金在奥氏体下的热膨胀系数与FRP材料和混凝土的热膨胀系数接近，且弹性模量高于FRP材料，可以改善FRP筋弹模低，脆性大的缺点，所以形状记忆合金-连续纤维复合筋结合两者特点具有强度高，刚度大，耐腐蚀性良好等优点。

在施工工艺上，本发明的预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋在筋材制备阶段就完成了预应力的预设，所以使用时不需要张拉设备，只需要现场对预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋进行加热就可以达到对构件施加预应力的效果，简化施工工艺的同时缩短施工周期；

因为形状记忆合金在马氏体下的形状记忆效应，在步骤一机械拉伸阶段根据所选形状记忆合金筋的本构关系来预设预应力的大小，实现预应力的可定制化，且因材料在奥氏体下的超弹性特性以及使用时对施工工序的简化，所以预应力损失较小。

预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋同时兼具形状记忆合金和纤维增强复合材料的双重优点，其适用于现今预应力所能适用的所有领域，例如：水利工程、桥梁工程、房屋工程、岩土工程、机械工程等；而且还能适用于传统预应力筋不适用的范围，如海洋工程和近海工程：海底隧道、海上平台、海砂海水混凝土、珊瑚混凝土、海岛建设等；

不拘泥于直线型布置预应力筋的施工方式，可以采用直线型、曲线型、折线形及多种线型组合等布置方式在混凝土构件中布置预应力筋，且可以应用于各种形状的现浇构件以及预制构件中。本发明的预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋可以采用的布置方式包括但不限于体内预应力筋布置，体外预应力筋布置，有粘结预应力筋布置，无粘结预应力筋布置。

综上，本发明公开一种预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的制备及其使用方法，包括内芯以及包裹在外层的纤维材料，所述内芯为形状记忆合金(shape memoryalloys,SMA)，所述纤维材料采用纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer，FRP)制作，生产步骤如下：步骤一，在低于相变温度的温度环境下对马氏体状态下的初始记忆合金带肋筋进行机械拉伸，拉伸长度在完全可恢复应变以内；步骤二，采用浸渍树脂混合物的无捻粗纱对合金筋进行环向缠绕，以填补带肋筋肋间的空隙；步骤三，将连续纤维均匀分布在形状记忆合金筋周围后，充分浸渍在树脂混合物中，通过预成型模具将复合筋材拉挤预成型；步骤四，考虑到固化阶段的温度会对形状记忆合金的形变产生影响，将步骤三中所述预成型的筋材锚固在台座上，送入固化模具中固化成型，最终得到本发明的预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋。本发明因采用形状记忆合金材料，并在马氏体状态下进行了拉伸，形状记忆合金筋可以在高温诱发下从马氏体转变成奥氏体，使形状记忆合金-连续纤维复合筋整体长度具有恢复到初始形态的趋势，从而在外部约束作用下产生预应力。本发明相比传统预应力筋，做到了筋材出厂预设预应力的效果，提高了预应力筋的抗腐蚀能力和耐久性，使得预应力筋的适用范围更广。

附图说明

图1为本发明的预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋结构示意图；

图2为初始形状记忆合金筋以及在马氏体下拉伸后的形状记忆合金筋的对比图；

图3为图1中A-A剖面的结构示意图；

图4为图1中B-B剖面的结构示意图；

图5为本发明的预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋整体示意图；

图6为本发明预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋在先张法施工工艺中的横截面图；

图7为本发明预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋在后张法施工工艺中的横截面图；

图中：1形状记忆合金筋、2环向缠绕连续纤维、3纵向包裹连续纤维、4合金锚固段、5预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋、6锚具、7预应力筋孔道。

具体实施方式

结合附图对本发明做进一步详细的说明。

一种预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋5，具体生产步骤：步骤一，在低于相变温度的温度环境下对处在马氏体状态下的初始记忆合金筋进行机械拉伸，拉伸长度在完全可恢复应变以内，得到形状记忆合金筋1；步骤二，采用浸渍树脂混合物的环向缠绕连续纤维2（无捻粗纱）对形状记忆合金筋1进行环向缠绕，以填补带肋筋肋间的空隙；步骤三，将纵向包裹连续纤维3均匀分布在形状记忆合金筋1周围后，将材料充分浸渍在树脂混合物中，通过预成型模具将复合筋材拉挤预成型；步骤四，考虑到固化阶段的温度会对形状记忆合金的形变产生影响，将步骤三中所述预成型的筋材锚固在台座上，送入固化模具中固化成型，最终得到本发明的预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋5。

本发明中的预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋5筋材同样适用于先张法和后张法，先张法的施工工艺为，步骤一，将若干根预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋5穿过模板，为防止混凝土浇筑、养护过程中水泥水化产生的温度变化对形状记忆合金-连续纤维复合筋产生影响，用夹具将筋材两端锚固在台座或钢模上；步骤二，浇筑混凝土，在混凝土养护达到不低于混凝土设计强度值的75%且构件温度降到相变温度以下后，撤掉筋材两端锚具6；步骤三，加热形状记忆合金筋至相变温度以上，加热方式包括但不限于电热法，混凝土构件外部加热法等；电热法的步骤为，根据形状记忆合金的相变温度选择相应的加热功率以及相应的加热机具，用并联或是逐根的方式对筋材两端预留的合金锚固段4进行通电加热，也可以采用蒸汽加热、火炉加热、红外线加热或微波加热法等混凝土构件外部加热法，将混凝土构件整体升温至形状记忆合金筋相变温度以上。当形状记忆合金筋温度升高至马氏体逆相变温度以上后，形状记忆合金在高温诱发下从马氏体转变成奥氏体，使得形状记忆合金-连续纤维复合筋长度具有缩小至初始记忆合金筋长度的趋势，通过混凝土与预应力筋材之间的粘结力使混凝土构件获得预应力。预应力混凝土构件完成后，剪掉两端多余的合金锚固段4。

后张法的施工工艺为，步骤一，在模板中通过安装管道预留预应力筋孔道7；步骤二，浇筑混凝土，在混凝土养护达到不低于混凝土设计强度值的70%且构件温度降到相变温度以下后，在预应力筋孔道7中插入预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋5，用夹具6将筋材两端锚固在混凝土构件上；步骤三，加热形状记忆合金筋1至相变温度以上，加热方式包括但不限于电热法，混凝土构件外部加热法等；电热法的步骤为，根据形状记忆合金的相变温度选择相应的加热功率以及相应的加热机具，用并联或是逐根的方式对筋材两端预留的合金锚固段4进行通电加热，也可以采用蒸汽加热法、火炉加热法、红外线加热法或微波加热法等混凝土构件外部加热法，将混凝土构件整体升温至形状记忆合金筋1相变温度以上。当形状记忆合金温度升高至马氏体逆相变温度以上后，形状记忆合金在高温诱发下从马氏体转变成奥氏体，使得形状记忆合金-连续纤维复合筋长度具有缩小至初始记忆合金筋长度的趋势，从而在外部约束作用下产生预应力；步骤四，在孔道7中灌入水泥浆,使预应力筋与混凝土构件形成整体，通过锚具6将筋材张拉力传给混凝土构件而使之产生预应力。构件完成后，剪掉两端多余的合金锚固段4。

根据预应力筋的布置原则，在先张法与后张法中，不拘泥于直线型布置预应力筋的施工方式，可以采用直线型、曲线型、折线形及多种线型组合等布置方式在混凝土构件中布置预应力筋，且可以应用于各种形状的现浇构件以及预制构件中。本发明的预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋5可以采用的布置方式包括但不限于体内预应力筋布置，体外预应力筋布置，有粘结预应力筋布置，无粘结预应力筋布置。

所述步骤一中的形状记忆合金筋采用经过处理的合金筋；因为形状记忆合金在马氏体下的形状记忆效应，在步骤一机械拉伸阶段根据所选形状记忆合金筋1的本构关系来预设预应力的大小，实现预应力的可定制化，且因材料在奥氏体下的超弹性特性以及使用时对施工工序的简化，所以预应力损失较小；所述步骤一中采用的形状记忆合金筋1包括但不限于带肋筋，光圆筋或是形状记忆合金绞线；若带肋筋带有对称的纵向通长两肋, 应先用打磨机将筋材的两边肋除去。

所述步骤二中采用的环向缠绕连续纤维2以及步骤三中采用的纵向包裹连续纤维3材料包括但不限于玄武岩纤维，碳纤维，玻璃纤维，芳纶纤维等。

步骤三中将纵向包裹连续纤维3均匀分布在形状记忆合金筋1周围后，将材料充分浸渍在树脂混合物中，通过预成型模具将复合筋材拉挤预成型，拉挤作用使纵向包裹连续纤维的纤维束均匀的分布在合金筋1周围，预成型后，利用电动缠绕机在筋材表面勒出环向的肋痕，复合筋的肋的尺寸可以通过机器调节，然后在固化模具中固化成型。

本发明预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋5采用的树脂为热固性树脂,采用电阻式恒温固化炉完成复合筋的固化成型，所述固化时间和固化温度根据不同树脂材料选择，根据实际所需筋材长度来选择固化阶段锚固筋材的台座的尺寸。

固化完成，待温度降到相变温度以下，去掉预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋5两端锚固，得到本发明的预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋5。

因为纤维增强复合材料的锚固效果不是特别好，所以在生产筋材时在两端预留一截不缠绕纤维增强复合材料材料的形状记忆合金段，使用时方便锚固。

所述树脂混合物包括但不限于环氧树脂、聚氨酯树脂或乙烯基树脂等。

以上所述为本发明的理想实施例，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的制备方法，其特征在于，包括内芯以及包裹在外层的纤维，所述内芯为形状记忆合金筋（1），纤维采用纤维增强复合材料制作, 纤维包括环向缠绕连续纤维（2）、纵向包裹连续纤维（3）；环向缠绕连续纤维（2）、纵向包裹连续纤维（3）分别环向缠绕、纵向包裹于形状记忆合金筋（1）上；

包括以下生产步骤：

步骤一，在低于相变温度的温度环境下对处在马氏体状态下的初始记忆合金筋进行机械拉伸，拉伸长度在完全可恢复应变以内，得到形状记忆合金筋（1）；

步骤二，采用浸渍树脂混合物的环向缠绕连续纤维（2）对形状记忆合金筋（1）进行环向缠绕，以填补形状记忆合金筋（1）肋间的空隙，环向缠绕连续纤维（2）为无捻粗纱；

步骤三，将纵向包裹连续纤维（3）纵向包裹均匀分布在形状记忆合金筋（1）周围后，得到复合筋材，充分浸渍在树脂混合物中，通过预成型模具将复合筋材拉挤预成型，得到预成型的筋材；

步骤四，考虑到固化阶段的温度会对形状记忆合金筋（1）的形变产生影响，将步骤三中所述预成型的筋材锚固在台座上，送入固化模具中固化成型，最终得到预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋（5）。

2.根据权利要求1所述的一种预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的制备方法，其特征在于，所述步骤一中采用的形状记忆合金筋（1）为带肋筋、光圆筋或形状记忆合金绞线；若带肋筋带有对称的纵向通长两肋, 应先用打磨机将带肋筋的两边肋除去。

3.根据权利要求1所述的一种预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的制备方法，其特征在于，所述步骤二中采用的环向缠绕连续纤维（2）以及步骤三中采用的纵向包裹连续纤维（3）为玄武岩纤维、碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维；

步骤三中将纵向包裹连续纤维（3）均匀分布在形状记忆合金筋周围后，充分浸渍在树脂混合物中，通过预成型模具将复合筋材拉挤预成型，拉挤作用使环向缠绕连续纤维（2）、纵向包裹连续纤维（3）的纤维束均匀的分布在形状记忆合金筋（1）周围，预成型后，利用电动缠绕机在形状记忆合金筋（1）表面勒出环向的肋痕，复合筋的肋的尺寸可以通过机器调节，然后在固化模具中固化成型。

4.根据权利要求1所述的一种预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的制备方法，其特征在于，所述预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋（5）采用的树脂为热固性树脂,采用电阻式恒温固化炉完成预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋（5）的固化成型；所述树脂混合物为环氧树脂、聚氨酯树脂或乙烯基树脂。

5.根据权利要求1-4任意一项权利要求所述的制备方法制备的预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的使用方法，其特征在于，使用先张法，包括以下生产步骤：

步骤1），将若干根预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋（5）穿过模板，为防止混凝土浇筑、养护过程中水泥水化产生的温度变化对预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋产生影响，用夹具将预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋两端锚固在台座或钢模上；

步骤2），浇筑混凝土，在混凝土养护达到不低于混凝土设计强度值的75%且构件温度降到相变温度以下后，撤掉预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋两端锚具（6）；

步骤3），加热预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋至相变温度以上，加热方式为电热法或混凝土构件外部加热法；

电热法的步骤为，根据形状记忆合金的相变温度选择相应的加热功率以及相应的加热机具，用并联或是逐根的方式对预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋两端预留的合金锚固段（4）进行通电加热，也可以采用蒸汽加热、火炉加热、红外线加热或微波加热法混凝土构件外部加热法，将混凝土构件整体升温至形状记忆合金筋相变温度以上；当形状记忆合金筋温度升高至马氏体逆相变温度以上后，形状记忆合金在高温诱发下从马氏体转变成奥氏体，使得预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋（5）长度具有缩小至初始状态下形状记忆合金筋长度的趋势，通过混凝土与预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋（5）之间的粘结力使混凝土构件获得预应力；预应力混凝土构件完成后，剪掉两端多余的合金锚固段（4）。

6.根据权利要求5所述的使用方法，其特征在于，

在先张法中，根据预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋（5）的布置原则，不拘泥于直线型布置预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋（5）的施工方式，可以采用直线型、曲线型、折线形及多种线型组合布置方式在混凝土构件中布置预应力筋，且可以应用于各种形状的现浇构件以及预制构件中；预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋（5）可以采用的布置方式为体内预应力筋布置或体外预应力筋布置，有粘结预应力筋布置或无粘结预应力筋布置。

7.根据权利要求1-4任意一项权利要求所述的制备方法制备的预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的使用方法，其特征在于，使用后张法，包括以下生产步骤：

步骤1），在模板中通过安装管道预留预应力筋孔道（7）；

步骤2），浇筑混凝土，在混凝土养护达到不低于混凝土设计强度值的70%且构件温度降到相变温度以下后，在预应力筋孔道（7）中插入预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋（5），用夹具将预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋两端锚固在混凝土构件上；

步骤3），加热预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋至相变温度以上，加热方式为电热法或混凝土构件外部加热法；

电热法的步骤为，根据形状记忆合金的相变温度选择相应的加热功率以及相应的加热机具，用并联或是逐根的方式对预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋两端预留的合金锚固段（4）进行通电加热，也可以采用蒸汽加热法、火炉加热法、红外线加热法或微波加热法混凝土构件外部加热法，将混凝土构件整体升温至形状记忆合金筋相变温度以上；当形状记忆合金温度升高至马氏体逆相变温度以上后，形状记忆合金在高温诱发下从马氏体转变成奥氏体，使得预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋长度具有缩小至初始状态下形状记忆合金筋长度的趋势，从而在外部约束作用下产生预应力；

步骤四，在预应力筋孔道（7）中灌入水泥浆,使预预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋与混凝土构件形成整体，通过锚具（6）将预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋张拉力传给混凝土构件而使之产生预应力；预应力混凝土构件完成后，剪掉两端多余的合金锚固段（4）。

8.根据权利要求5所述的使用方法，其特征在于，

在后张法中，根据预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的布置原则，不拘泥于直线型布置预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋的施工方式，可以采用直线型、曲线型、折线形及多种线型组合布置方式在混凝土构件中布置预应力筋，且可以应用于各种形状的现浇构件以及预制构件中；预应力形状记忆合金-连续纤维复合筋可以采用的布置方式为体内预应力筋布置或体外预应力筋布置，有粘结预应力筋布置或无粘结预应力筋布置。

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