[發明專利]一種纖維增強復合材料模殼及加工方法

有效

• 申請號: 201610193910.5
• 申請日: 2016-03-31
• 公開（公告）號: CN105780648B
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發明（設計）人: 汪昕;吳智深;朱中國;鄧文杰;孫沈鵬;張建東
• 申請（專利權）人: 東南大學;江蘇綠材谷新材料科技發展有限公司;蘇交科集團股份有限公司
• 主分類號: E01D19/12
• 分類號: E01D19/12;E01D101/28
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務所32250
• 代理人: 王斌

技術領域

本發明屬于一種土木工程構件，特別涉及一種由FRP同源材料對FRP模殼進行預應力張拉形成的高剛度自平衡預應力FRP模殼，尤其適用于海洋、潮濕和鹽堿地等惡劣環境下的房屋建筑、橋梁工程、港口工程等。

背景技術

目前，在海洋、潮濕和鹽堿地等惡劣環境下，橋面板結構正在面臨一個重大的問題，那就是鋼筋（板）腐蝕。鋼筋（板）的腐蝕導致橋面板在承受車輛荷載下性能退化嚴重，引發各種安全問題，另外橋面板維護費用也十分巨大。為了防止鋼筋的腐蝕問題，研究人員已經實施了很多方法，包括采用耐腐蝕的材料進行橋面板的設計。纖維增強復合材料（Fiber Reinforced Polymer，簡稱FRP）具有高強、質輕、耐腐蝕和耐疲勞等優點。FRP模殼是由纖維紗按一定比例浸漬樹脂，通過拉擠工藝成型的復合材料，是土木工程應用中鋼筋和鋼板的理想替代品，目前國內外已經有一些橋面板運用了全FRP或者FRP-混凝土組合橋面板。

盡管FRP板用于土木工程領域有著廣闊的前景，但由于FRP材料彈性模量低，導致FRP板在施工階段受變形控制。而現在的實際工程中為滿足FRP型材在施工荷載作用下的剛度要求，多采用增加截面幾何剛度的方法，往往造成FRP型材利用效率低等問題；也有采用高剛度FRP預應力材料作用于型材底板，但由于模量相差大和長期性能損傷，預應力效果難以保證。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術存在的不足，而提供一種造價小且承載力強的纖維增強復合材料模殼及加工方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種纖維增強復合材料模殼，包括模殼本體，其特征在于：在所述模殼本體內沿模殼本體的長度方向固定有將所述模殼本體中部向上拱起的與所述模殼本體成一體的張拉條，該張拉條與所述模殼本體的材料相同或兩者彈性模量相差不大于30%。

所述張拉條位于所述模殼本體內部中和軸以下部位。

所述張拉條為平行布置的多根，所述張拉條通過在所述模殼本體兩端同時進行張拉后使所述模殼本體中部向上拱起后與所述模殼本體固定連接。

所述張拉條通過粘接劑與所述模殼本體連接。

一種纖維增加復合材料模殼的加工方法，其特征在于，步驟為：

步驟一、在所述模殼本體的兩端分別設置一個擋板對所述模殼本體端部進行固定；

步驟二、在所述張拉條底部涮上膠粘劑后置于模殼本體表面，將張拉條端部從擋板穿出，張拉條的一端錨固，張拉條的另一端與張拉器連接；

步驟三、通過張拉器對張拉條施加張力，使位于兩個擋板之間的模殼本體中部向上拱起；

步驟四、當張拉達到設定張力或模殼本體中部拱起弧度時停止張拉，使膠粘劑在張拉狀態下固化，實現張拉條與所述模殼本體固結。

在所述膠粘劑固化后，對所述張拉條采用分級卸載的方式卸載。

本發明采用自反拱纖維增強復合材料模殼，在FRP模殼底板處張拉同樣材料的FRP板條，預應力同源FRP板條產生反力后，通過反作用力傳遞于擋板對FRP模殼施加偏心荷載，使得所述FRP模殼偏心受壓，模殼向上彎曲形成反拱；底部通過膠粘劑使得張拉后FRP板條與反拱的FRP模殼有機組合一體，共同受力。本發明能充分利用模殼的“反拱”變形抵消部分施工荷載作用下產生的撓度變形，主動控制提高FRP模殼的變形能力，對FRP模殼的利用效率和經濟性提高具有重要作用。

根據模殼截面形式，使用多組所述的FRP板條同時進行張拉，確保模殼在預應力張拉過程中不出現失穩扭曲現象。

FRP模殼主要由玄武巖纖維、基體樹脂及相應的填料助劑按照一定比例混合拉擠而成。

同源FRP板條采用同源玄武巖纖維粗紗拉擠成型。為保證FRP 板條便于施加預應力和錨固，FRP板條采用矩形截面；FRP板條寬度需要保證板條與FRP模殼接觸面的粘結力；FRP板條的厚度足以保證預應力張拉的要求（即達到施工荷載所需撓度），另外FRP板條應力適中不超過極限強度的60%。

膠粘劑一種環氧樹脂具有高粘結性能的結構膠，涂刷厚度需保證膠粘劑抵抗FRP板條與FRP模殼間傳遞應力產生的剪切變形。

有益效果：本發明采用張拉同源FRP材料對FRP模殼施加預應力使模殼預先形成“反拱”，“反拱”后的模殼將具有很大剛度，從而抵抗施工荷載下的變形。具體優勢如下：

首先，采用和FRP模殼底板同樣材料的FRP板條，通過多根FRP板條同時主動預應力施加后與FRP模殼形成一體，兩者由于彈性模量相同，在粘結界面上不會造成過大的應力集中，有利于應力的逐漸過渡；