CN117846222A - 一种集受力感知-驱动应力-结构增强于一体的sma内嵌光纤外包frp复合筋材 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建材技术领域，具体涉及一种集受力感知‑驱动应力‑结构增强于一体的SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材。本发明预先在光圆Fe‑SMA筋表面刻槽植入护套光缆，其具有自传感的功能，采用具有形状记忆效应光圆Fe‑SMA筋作为钢内芯，使SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材具有自张拉的特点，FRP缠绕层防止光圆Fe‑SMA筋内芯锈蚀和防止护套光缆断裂，提高预应力筋的耐久性；外表面的肋结构可以提供足够的咬合力和锚固效果，减少预应力由于摩擦等产生的损失。因此，本发明提出的SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材具备自张拉、自感知、低预应力损失的特点，作为受力材料适用于各种复杂工程构件的预应力施加和预应力损失监测。
Description
技术领域
本发明属于建材技术领域，具体涉及一种集受力感知-驱动应力-结构增强于一体的SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材。
背景技术
预应力混凝土结构能有效限制钢筋混凝土裂缝的发展，提高结构的耐久性、刚度和承载力，是一种具有广泛发展潜力和性能优良的结构。预应力混凝土技术被广泛运用于桥梁和大跨度空间结构中。钢-连续纤维复合筋是由钢筋内芯和纤维增强复合材料包裹层(FRP)复合得到的高性能材料，具有高强度、耐腐蚀、稳定的二次刚度等优点，可显著提升结构的耐久性和力学性能。然而，钢-连续纤维复合筋被运用于预应力混凝土结构中存在以下问题：1.钢-连续纤维复合筋外层的纤维是一种脆性材料，采用传统的外加预应力方法存在应力集中影响锚固效果和预应力的控制；2.传统预应力施加方法过程中存在较大的预应力损失，预应力损失方式复杂难以监测，容易导致少张拉或超张拉的情况。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种集受力感知-驱动应力-结构增强于一体的SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材，本发明提供的SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材具有自驱动、自传感、低预应力损失的优点，且自身作为受力材料可适用于各种工程构件的预应力施加和预应力损失监测。
为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种集受力感知-驱动应力-结构增强于一体的SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材，包括：护套光缆6、光圆Fe-SMA筋5、FRP缠绕层8和紧护套9；
所述护套光缆6包括由内向外叠套的玻璃纤维内芯1、聚酰亚胺涂覆层2和聚氨酯包裹层3；
所述光圆Fe-SMA筋5沿长度方向带有刻槽4；所述护套光缆6平行嵌在所述刻槽4中；
所述FRP缠绕层8缠绕在所述光圆Fe-SMA筋5外表面，所述FRP缠绕层8的材质为环氧树脂复合纤维；
所述紧护套9包括第一紧护套和第二紧护套，分别套在护套光缆6两端与FRP缠绕层8的接口处；
所述FRP缠绕层8的外表面有肋结构。
优选的，所述护套光缆6的直径＜1mm。
优选的，所述护套光缆6的长度大于光圆Fe-SMA筋5的长度，并且所述护光缆6伸出光圆Fe-SMA筋5的两端，在伸出光圆Fe-SMA筋5两端的护套光缆6分别套有波纹套管7。
优选的，所述刻槽4为1mm×1mm的方槽。
优选的，所述肋结构为纤维束缠绕形成。
优选的，所述肋结构的宽度为5mm，所述肋结构的高度为2mm，所述肋结构的间距为5mm。
本发明还提供了上述技术方案所述SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材的制备方法，包括以下步骤：
沿光圆Fe-SMA筋5的长度方向开槽，形成刻槽4；
将所述护套光缆6平行固定于所述刻槽4中后，用环氧树脂复合纤维缠绕光圆Fe-SMA筋5，进行固化，得到包覆FRP缠绕层8的光圆Fe-SMA筋5；
将紧护套9从所述护套光缆6套入，并套在所述FRP缠绕层8的两端，最后在所述FRP缠绕层8的外表面布设肋结构，得到SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材；
所述护套光缆6伸出所述光圆Fe-SMA筋5两端。
优选的，所述固定的方法为：先用胶带粘附固定护套光缆6，再用胶水将刻槽4进行封装。
优选的，还包括：将所述波纹套管7套入所述伸出所述光圆Fe-SMA筋5两端的护套光缆6。
本发明还提供了上述技术方案所述SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材或上述技术方案所述制备方法制备的SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材在预应力混凝土结构中的应用。
本发明提供了一种SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材，包括：护套光缆6、光圆Fe-SMA筋5、FRP缠绕层8和紧护套9；所述护套光缆6包括由内向外叠套的玻璃纤维内芯1、聚酰亚胺涂覆层2和聚氨酯包裹层3；所述光圆Fe-SMA筋5沿长度方向带有刻槽4；所述护套光缆6平行嵌在所述刻槽4中；所述FRP缠绕层8缠绕在所述光圆Fe-SMA筋5外表面，所述FRP缠绕层8的材质为环氧树脂复合纤维；所述紧护套9包括第一紧护套和第二紧护套，分别套在护套光缆6两端与FRP缠绕层8的接口处；所述FRP缠绕层8的外表面有肋结构。
本发明预先在光圆Fe-SMA筋表面刻槽植入护套光缆，使其具有自传感的功能，即“智能”，保证其张拉过程中预应力的控制，及正常使用过程中预应力损失的监测，所得SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材与传统钢-连续纤维智能筋不同，本发明采用的钢内芯为光圆Fe-SMA筋，其具有形状记忆效应，即常温预拉伸后无法自行恢复，特定的加热温度激活后可恢复原状。这一特性决定了SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材具有自驱动的特点。在植入护套光缆的刻槽光圆Fe-SMA筋表面缠绕纤维可以形成FRP缠绕层防止光圆Fe-SMA筋内芯锈蚀和防止护套光缆断裂，提高了预应力筋的耐久性。FRP缠绕层表面的肋结构可以提供足够的咬合力和锚固效果，使预应力施加过程中均匀分布，减少预应力由于摩擦等产生的损失。因此，本发明提出的SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材具备自驱动、自感知、低预应力损失的特点，克服了现有钢-连续纤维复合筋：预应力损失大、锚固效率低、张拉预应力控制精度低、施工复杂等缺点，作为受力材料可适用于各种复杂工程构件的预应力施加和预应力损失监测。而且，本发明提供的SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材能抗腐蚀，具有高强度和高精度，而且施工简便，能够工程化应用，适合大范围的推广。
附图说明
图1为本发明中护套光缆的结构示意图；
图2为本发明中带有刻槽的光圆Fe-SMA筋示意图；
图3为本发明在伸出光圆Fe-SMA筋两端的护套光缆套有波纹套管的示意图；
图4为本发明中带有FRP缠绕层的光圆Fe-SMA筋示意图；
图5为本发明中SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材的示意图；
图6为本发明中SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材中设置大电阻涂层的示意图；
其中，1-玻璃纤维内芯、2-聚酰亚胺涂覆层、3-聚氨酯包裹层、5-光圆Fe-SMA筋、6-护套光缆、7-波纹套管、8-FRP缠绕层、9-紧护套、10-大电阻涂层；
图7为设置大电阻涂层的SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材的温度分布图；
图8为满足条件时FRP玻璃化温度与激活温度的关系图；
图9为不满足条件时FRP玻璃化温度与激活温度的关系图；
图10为本发明中SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材的制备流程及使用流程图。
具体实施方式
如图1～6所示，本发明提供了一种集受力感知-驱动应力-结构增强于一体的SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材，包括：护套光缆6、光圆Fe-SMA筋5、FRP缠绕层8和紧护套9；
所述护套光缆6包括由内向外叠套的玻璃纤维内芯1、聚酰亚胺涂覆层2和聚氨酯包裹层3；
所述光圆Fe-SMA筋5沿长度方向带有刻槽4；所述护套光缆6平行嵌在所述刻槽4中；
所述FRP缠绕层8缠绕在所述光圆Fe-SMA筋5外表面，所述FRP缠绕层8的材质为环氧树脂复合纤维；
所述紧护套9包括第一紧护套和第二紧护套，分别套在护套光缆6两端与FRP缠绕层8的接口处；
所述FRP缠绕层8的外表面有肋结构。
如无特殊说明，本发明对所用原料的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的市售商品即可。
本发明提供的SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材包括：护套光缆6。在本发明中，所述护套光缆6包括由内向外叠套的玻璃纤维内芯1、聚酰亚胺涂覆层2和聚氨酯包裹层3；所述护套光缆6的直径优选＜1mm，更优选为＜0.9mm。本发明对护套光缆的种类没有特殊限定，采用本领域熟知的护套光缆即可。护套光缆的直径在此范围内，能够避免植入护套光缆后对筋材的力学性能产生影响。
本发明中，护套光缆6的结构如图1所示。由图1所示，护套光缆6的中心为玻璃纤维内芯1，玻璃纤维内芯1外层包覆有聚酰亚胺涂覆层2，聚酰亚胺涂覆层2外层包覆有聚氨酯包裹层3。
本发明提供的SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材包括：光圆Fe-SMA筋5。在本发明中，所述光圆Fe-SMA筋为市售商品。本发明对光圆Fe-SMA筋的直径和强度没有特殊限定，根据实际工程需要选取和生产即可。所述光圆Fe-SMA筋的直径优选为8mm、10mm或14mm。
在本发明中，所述光圆Fe-SMA筋5沿长度方向带有刻槽4；所述刻槽4优选为1mm×1mm的方槽；所述刻槽4的数量优选≥1，更优选为1；所述护套光缆6平行嵌在所述刻槽4中；所述护套光缆的数量优选≥1，更优选为1。本发明可根据实际需要选择光圆Fe-SMA筋上刻槽的位置、数量和植入护套光缆的数量。
在本发明中，所述刻槽4的尺寸优选大于护套光缆6的尺寸。
本发明中，光圆Fe-SMA筋5的结构如图2所示。由图2所示，沿光圆Fe-SMA筋5长度方向设置有刻槽4。
在本发明中，所述护套光缆6的长度优选大于光圆Fe-SMA筋5的长度，并且所述护光缆6伸出光圆Fe-SMA筋5的两端，在伸出光圆Fe-SMA筋5两端的护套光缆6优选分别套有波纹套管7。
本发明中在伸出光圆Fe-SMA筋两端的护套光缆套有波纹套管如图3所示。由图3可知，波纹套管套入伸出光圆Fe-SMA筋两端的护套光缆，并进入刻槽内一部分。
本发明提供的SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材，包括：FRP缠绕层8。在本发明中，所述FRP缠绕层8缠绕在所述光圆Fe-SMA筋5外表面，所述FRP缠绕层8的材质为优选为环氧树脂复合纤维；所述FRP缠绕层的厚度优选为1～3mm，更优选为2mm。本领域可根据实际情况确定FRP缠绕层的厚度。
本发明中带有FRP缠绕层的光圆Fe-SMA筋的结构如图4所示。由图4可知，环氧树脂复合纤维缠绕在光圆Fe-SMA筋外层，形成FRP缠绕层。
本发明提供的SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材，包括：紧护套9。在本发明中，所述紧护套9包括第一紧护套和第二紧护套，分别套在护套光缆6两端与FRP缠绕层8的接口处。在本发明中，所述紧护套9优选套入所述FRP缠绕层8的端部20mm；所述紧护套9优选比护套光缆6最少短50mm。
本发明中SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材的结构如图5所示。由图5可知，紧护套从护套光缆的两端套入，并套在部分缠绕层上。
在本发明中，所述FRP缠绕层8的外表面有肋结构；所述肋结构优选为纤维束缠绕形成。在本发明中，所述肋结构的宽度优选为5mm，所述肋结构的高度优选为2mm，所述肋结构的间距优选为5mm。本发明在SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材的表面设置肋结构具有足够锚固效应，能够保证自驱动张拉过程中筋材与混凝土锚固效率且减小预应力的损失。
本发明优选还包括：在SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材的端部增加锚固件替代肋结构，所述锚固件优选为钢套筒锚固件。
图6为本发明中SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材中设置大电阻涂层的示意图。如图6所示，本发明优选还包括：在光圆Fe-SMA筋5的中间预留50mm的不包裹FRP缠绕层8的部分，并在不包裹FRP缠绕层8的部分涂布大电阻涂层10替代FRP缠绕层8；所述大电阻涂层10的厚度优选为15μm；所述大电阻涂层10的成分优选为石墨烯碳纳米管复合水性导电材料；所述石墨烯碳纳米管复合水性导电材料的型号为TF-H-001，购买厂家为苏州碳丰石墨烯科技有限公司。本发明对所述涂布的过程没有特殊限定，采用本领域熟知的涂布过程即可。
大电阻涂层的作用是施加激活电流时，使大电阻区域的Fe-SMA筋提前产生更大的激活温度，作为自驱动设计伸长率恢复调节段。而包裹碳纤维缠绕层8区域，其温度低于最大玻璃化温度，作为锚固段。设置大电阻涂层的SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材的温度分布如图7。
本发明还提供了上述技术方案所述SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材的制备方法，包括以下步骤：
沿光圆Fe-SMA筋5的长度方向开槽，形成刻槽4；
将所述护套光缆6平行固定于所述刻槽4中后，用环氧树脂复合纤维缠绕光圆Fe-SMA筋5，进行固化，得到包覆FRP缠绕层8的光圆Fe-SMA筋5；
将紧护套9从所述护套光缆6套入，并套在所述FRP缠绕层8的两端，最后在所述FRP缠绕层8的外表面布设肋结构，得到SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材；
所述护套光缆6伸出所述光圆Fe-SMA筋5的两端。
本发明沿光圆Fe-SMA筋5的长度方向开槽，形成刻槽4。
所述开槽前，本发明优选还包括：按照设计的预拉伸应变对光圆Fe-SMA筋5进行预张拉；所述预张拉后光圆Fe-SMA筋5的伸长率优选为2～6％，更优选为3～5％。
在本发明中，所述开槽优选用金属开槽机进行。本发明对所述开槽的过程没有特殊限定，采用本领域熟知的开槽即可。
得到所述刻槽4后，本发明将所述护套光缆6平行固定于所述刻槽4中。
在本发明中，所述护套光缆6伸出所述光圆Fe-SMA筋5的两端。
在将所述护套光缆6平行固定于所述刻槽4中前，本发明优选将所述光圆Fe-SMA筋5的表面进行预处理；所述预处理优选包括依次进行的打磨、清洗和干燥；所述打磨优选用砂纸进行；所述清洗优选用丙酮进行；所述干燥的温度优选为30～40℃，更优选为35℃；所述干燥的时间优选为3～5h，更优选为5h。本发明通过预处理去除光圆Fe-SMA筋表面的锈污。
在本发明中，所述固定的方法为：先用胶带粘附固定护套光缆6，再用胶水将刻槽4进行封装。在本发明中，所述胶带优选为透明胶带。本发明对所述胶水没有特殊限定，采用本领域熟知的胶水即可。在本发明中，所述固定具体为：将护套光缆6埋置于光圆Fe-SMA筋5的刻槽4底部，保持绷直状态，并用透明胶带固定，确保护套光缆6的位置，然后将胶水置于刻槽4中，避免护套光缆6与光圆Fe-SMA筋5之间的相对滑移。
本发明优选在所述光圆Fe-SMA筋5两端的刻槽4内预留不封胶段，待胶水固化后，将波纹套管7套入护套光缆6的两端并置于不封胶段的刻槽4内。在本发明中，所述不封胶段的长度优选为10mm。
在本发明中，所述波纹套管7的直径优选为1mm；所述波纹套管7的长度比护套光缆6的长度优选最少短20mm。
本发明优选还包括：将所述波纹套管7套入所述伸出所述光圆Fe-SMA筋5两端的护套光缆6的两端并置于不封胶段的刻槽4端部内。
本发明在护套光缆的两端套入波纹套管，防止护套光缆在刻槽光圆Fe-SMA筋的端部出现大角度折损。另外，波纹管7也是一种导电材料，可用于连接激活电流的导线。
将所述护套光缆6平行固定于所述刻槽4中后，本发明用环氧树脂复合纤维缠绕光圆Fe-SMA筋5，进行固化，得到包覆FRP缠绕层8的光圆Fe-SMA筋5。
在本发明中，所述环氧树脂复合纤维优选包括浸渍有环氧树脂的纤维布和浸渍有环氧树脂的纤维束；所述纤维布优选为碳纤维布、玻璃纤维布或玄武岩纤维布，更优选为碳纤维布；所述纤维束优选为碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或植物纤维，更优选为碳纤维。
本发明对所述环氧树脂、纤维布和纤维束的种类和用量没有特殊限定，根据实际需确定即可。
在本发明中，所述缠绕的过程优选为用浸渍有环氧树脂的纤维布包裹所述植入护套光缆6的光圆Fe-SMA筋5，再用浸渍有环氧树脂的纤维束进行环向缠绕，形成FRP缠绕层8；所述环向缠绕优选沿光圆Fe-SMA筋5的长度方向进行，更优选为沿光圆Fe-SMA筋5的长度方向以90度进行；所述碳纤维布中碳纤维的方向与光圆Fe-SMA筋的方向一致。本发明所述浸渍有环氧树脂的纤维束的厚度没有特殊限定，可根据实际需求确定，如1mm、2mm。
在本发明的实施例中，所述缠绕的过程具体为：在纤维布上涂刷环氧树脂，待环氧树脂浸渍饱满后，将纤维布包裹于光圆Fe-SMA筋5的外表面，固化后；将浸渍有环氧树脂的纤维束沿光圆Fe-SMA筋5长度方向环向缠绕，形成FRP缠绕层8。
得到所述包覆FRP缠绕层8的光圆Fe-SMA筋5后，本发明将紧护套9从所述护套光缆6套入，并套在所述FRP缠绕层8的两端。
在本发明中，所述紧护套9套入所述包覆FRP缠绕层8的光圆Fe-SMA筋5的端部的长度优选至少20mm；所述紧护套9的直径优选比所述包覆FRP缠绕层8的钢筋5的直径大1mm；所述护套光缆6优选比紧护套9长至少50mm；所述波纹管7优选比紧护套9长至少30mm。
本发明通过使护套光缆伸出紧护套的两端，留长护套光缆，以便后期护套光缆与光纤跳线的熔接。
本发明优选还包括对所述紧护套9进行加热；所述加热优选采用热风枪进行。本发明通过加热使紧护套收缩，紧紧包裹缠绕层。
将紧护套9从所述护套光缆6套入后，本发明在在所述FRP缠绕层8的外表面布设肋结构，得到SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材。
在本发明中，所述布设肋结构优选为在所述FRP缠绕层8的外表面用纤维束缠绕形成肋结构。
本发明预先在光圆Fe-SMA筋表面刻槽植入护套光缆，使其具有自传感的功能，即“智能”，保证其张拉过程中预应力的控制，及正常使用过程中预应力损失的监测，所得SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材与传统钢-连续纤维智能筋不同，本发明采用的钢内芯为光圆Fe-SMA筋，其具有形状记忆效应，即常温预拉伸后无法自行恢复，特定的加热温度激活后可恢复原状。这一特性决定了SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材具有自驱动的特点。在植入护套光缆的刻槽光圆Fe-SMA筋表面缠绕纤维可以形成FRP缠绕层防止光圆Fe-SMA筋内芯锈蚀和防止护套光缆断裂，提高了预应力筋的耐久性。FRP缠绕层表面的肋结构可以提供足够的咬合力和锚固效果，使预应力施加过程中均匀分布，减少预应力由于摩擦等产生的损失。因此，本发明提出的SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材具备自驱动、自感知、低预应力损失的特点，克服了现有钢-连续纤维复合筋：预应力损失大、锚固效率低、张拉预应力控制精度低、施工复杂等缺点，作为受力材料可适用于各种复杂工程构件的预应力施加和预应力损失监测。而且，本发明提供的SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材能抗腐蚀，具有高强度和高精度，而且施工简便，能够工程化应用，适合大范围的推广。
本发明还提供了上述技术方案所述SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材或上述技术方案所述制备方法制备的SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材在预应力混凝土结构中的应用。
在本发明中，所述应用优选为：根据承载力、裂缝宽度设计要求，将SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材布置于预应力混凝土结构的关键部位，将所得预应力混凝土结构养护至龄期，施加激活电流使SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材升温至光圆Fe-SMA筋的激活温度，SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材在光圆Fe-SMA筋的激活温度下自驱动产生预应力，去除激活电流后冷却至常温，护套光缆监测在升温和降温过程中SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材的预应力变化，根据所得预应力变化值能否满足预应力混凝土结构的张拉控制应力要求，判断预应力混凝土结构是否健康。
在本发明中，所述光圆Fe-SMA筋5的激活温度优选低于FRP缠绕层8的玻璃化温度；所述光圆Fe-SMA筋5的激活温度优选为50～150℃，更优选为80～120℃。本发明中，光圆Fe-SMA筋5的激活温度需要根据FRP包覆层的玻璃化温度(通常为50～150℃)确定，为了保证FRP包覆层在加热过程中具有足够强度，光圆Fe-SMA筋的激活温度低于FRP包覆层的玻璃化温度。
在本发明中，所述激活温度的调控方法优选为将直流电源加热系统的正负极分别接入光圆Fe-SMA筋两端的波纹管，施加激活电流，通过护套光缆监测光圆Fe-SMA筋内部平均应变和温度变化，控制电流使光圆Fe-SMA筋内部温度小于最大激活温度Tmax，当监测的光圆Fe-SMA筋应力等于张拉控制应力时停止加热，所述应力为平均应变乘以光圆Fe-SMA筋的弹性模量。
图8为满足条件时FRP玻璃化温度与激活温度的关系。由图8所示，FRP的玻璃化温度在50～150℃之间，随着温度的升高树脂软化，智能筋的锚固效果减弱，自驱动伸长率恢复和光纤监测的误差增大。最大激活温度Tmax，保证了智能筋的设计自驱动伸长率和自传感的误差精度在15％范围内。因此，激活温度应小于最大激活温度Tmax。Tmax、玻璃化化温度、设计伸长率、测量误差等根据具体的环氧树脂、光纤、Fe-SMA等材料参数确定。
图9为不满足条件时FRP玻璃化温度与激活温度的关系。当最大激活温度不能满足自传感监测精度和设计的自驱动伸长率时，本发明优选采用大电阻涂层10替代光圆Fe-SMA筋5中间部位的FRP缠绕层8。
本发明对SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材在预应力混凝土结构中的应用没有特殊限定，采用本领域熟知的应用方式即可。
图10为本发明中SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材的制备流程及使用流程图。由图10所示，本发明将光圆Fe-SMA筋内芯预张拉，在光圆Fe-SMA筋内芯刻槽，埋设光纤传感器，然后缠绕外层FRP，最后缠绕FRP外层肋，得到SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材。SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材在结构中的使用过程为根据设计要求布置于结构关键部位，试件建筑养护至龄期，施加激活电流，SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材产生预应力，然后冷却至常温，光纤传感器监测施加预应力满足张拉控制应力。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
按照设计的预拉伸应变对光圆Fe-SMA筋进行预张拉，预张拉后光圆Fe-SMA筋的伸长率为3％；采用金属开槽机沿光圆Fe-SMA筋长度方向刻1mm×1mm的方槽；用砂纸打磨去除刻槽光圆Fe-SMA筋内芯外表面的锈污，然后使用丙酮将刻槽光圆Fe-SMA筋内芯清洗干净后，在35℃下干燥5h后，将护套光缆(直径＜0.9mm，由内向外叠套的玻璃纤维内芯、聚酰亚胺涂覆层和聚氨酯包裹层)埋置于光圆Fe-SMA筋刻槽底部，保持绷直状态，并用透明胶带固定，以确保护套光缆的位置，然后将胶水置于凹槽中，以避免护套光缆与光圆Fe-SMA筋之间的相对滑移；植入护套光缆后，在刻槽光圆Fe-SMA筋两端10mm范围内，不用胶水封装，将直径1mm且比护套光缆最少短20mm的波纹管套入护套光缆的两端，并置于未封胶段的刻槽端部内，防止护套光缆在刻槽光圆Fe-SMA筋端部出现大角度折损；在纤维布上涂刷环氧树脂，待环氧树脂浸渍饱满后，将碳纤维布包裹于光圆Fe-SMA筋内芯的外表面形成光圆筋，碳纤维布中碳纤维的方向与光圆Fe-SMA筋的方向一致，等待其固化后，将浸渍有环氧树脂的碳纤维束沿Fe-SMA筋长度方向按90度环向缠绕，形成包覆FRP缠绕层(厚度为2mm)的光圆Fe-SMA筋；将护套光缆的两端穿入比包覆FRP缠绕层的光圆Fe-SMA筋直径大1mm的紧护套，紧护套套入包覆FRP缠绕层的光圆Fe-SMA筋的端部20mm，紧护套比护套光缆最少短50mm，便于后期护套光缆与光纤跳线的熔接，波纹管比紧护套最少长30mm，便于后期连接激活电流的导线，最后用热风枪加热紧护套，使紧护套受热收缩；为了保证张拉过程中筋材与混凝土锚固效率且减小预应力的损失，在FRP缠绕层8的外表面采用纤维束缠绕形成肋结构，肋结构的宽度为5mm，肋结构的高度为2mm，肋结构的间距为5mm，得到SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材。
实施例2
与实施例1的区别在于，在光圆Fe-SMA筋5的中间预留50mm的不包裹FRP缠绕层8的部分，并在不包裹FRP缠绕层8的部分涂布大电阻涂层10替代FRP缠绕层8；所述大电阻涂层的厚度为15μm；所述大电阻涂层的成分为石墨烯碳纳米管复合水性导电材料(TF-H-001，购于苏州碳丰石墨烯科技有限公司)，其余内容与实施例1一致。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。
Claims (10)
1.一种集受力感知-驱动应力-结构增强于一体的SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材，其特征在于，包括：护套光缆(6)、光圆Fe-SMA筋(5)、FRP缠绕层(8)和紧护套(9)；
所述护套光缆(6)包括由内向外叠套的玻璃纤维内芯(1)、聚酰亚胺涂覆层(2)和聚氨酯包裹层(3)；
所述光圆Fe-SMA筋(5)沿长度方向带有刻槽(4)；所述护套光缆(6)平行嵌在所述刻槽(4)中；
所述FRP缠绕层(8)缠绕在所述光圆Fe-SMA筋(5)外表面，所述FRP缠绕层(8)的材质为环氧树脂复合纤维；
所述紧护套(9)包括第一紧护套和第二紧护套，分别套在护套光缆(6)两端与FRP缠绕层(8)的接口处；
所述FRP缠绕层(8)的外表面有肋结构。
2.根据权利要求1所述的SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材，其特征在于，所述护套光缆(6)的直径＜1mm。
3.根据权利要求1所述的SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材，其特征在于，所述护套光缆(6)的长度大于光圆Fe-SMA筋(5)的长度，并且所述护光缆(6)伸出光圆Fe-SMA筋(5)的两端，在伸出光圆Fe-SMA筋(5)两端的护套光缆(6)分别套有波纹套管(7)。
4.根据权利要求1所述的SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材，其特征在于，所述刻槽(4)为1mm×1mm的方槽。
5.根据权利要求1所述的SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材，其特征在于，所述肋结构为纤维束缠绕形成。
6.根据权利要求1或5所述的SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材，其特征在于，所述肋结构的宽度为5mm，所述肋结构的高度为2mm，所述肋结构的间距为5mm。
7.权利要求1～6任一项所述SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
沿光圆Fe-SMA筋(5)的长度方向开槽，形成刻槽(4)；
将所述护套光缆(6)平行固定于所述刻槽(4)中后，用环氧树脂复合纤维缠绕光圆Fe-SMA筋(5)，进行固化，得到包覆FRP缠绕层(8)的光圆Fe-SMA筋(5)；
将紧护套(9)从所述护套光缆(6)套入，并套在所述FRP缠绕层(8)的两端，最后在所述FRP缠绕层(8)的外表面布设肋结构，得到SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材；
所述护套光缆(6)伸出所述光圆Fe-SMA筋(5)的两端。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述固定的方法为：
先用胶带粘附固定护套光缆(6)，再用胶水将刻槽(4)进行封装。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，还包括：将所述波纹套管(7)套入所述伸出所述光圆Fe-SMA筋(5)两端的护套光缆(6)。
10.权利要求1～6任一项所述SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材或权利要求7～9任一项所述制备方法制备的SMA内嵌光纤外包FRP复合筋材在预应力混凝土结构中的应用。
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