專利名稱：內(nèi)嵌鋼絞線frp光纖智能復(fù)合筋的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于安全監(jiān)測和結(jié)構(gòu)材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種工程化高模量、高耐久性結(jié) 構(gòu)材料和結(jié)構(gòu)智能監(jiān)測傳感元件于一體的內(nèi)嵌鋼絞線FRP光纖智能復(fù)合筋。
背景技術(shù)：
耐腐蝕結(jié)構(gòu)材料和結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測是土木工程的核心重要發(fā)展方向。目前，具有 耐久性好、輕質(zhì)高強(qiáng)、無磁性、耐疲勞以及全過程偽彈性等特點(diǎn)的纖維增強(qiáng)樹脂結(jié)構(gòu)材料 (FRP)已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)得到了廣泛的研究和部分成功的應(yīng)用。它加工成多種形式，F(xiàn)RP 筋代替變形鋼筋或橋梁拉索鋼絲、FRP板與混凝土結(jié)合成組合板、管式構(gòu)件等。然而，F(xiàn)RP材 料的模量、強(qiáng)度較低、破壞模式無屈服臺階和破壞征兆，嚴(yán)重地制約了該材料的工程應(yīng)用范 圍。歐進(jìn)萍、張志春、周智等人將鋼絞線內(nèi)嵌FRP中研制開發(fā)纖維增強(qiáng)塑料-鋼絞線復(fù)合筋 (ZL200610009936. 6)，提高了材料的模量和強(qiáng)度，但是其自身不能感知自身的受力狀態(tài)或 相應(yīng)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測依賴可靠的測試手段，傳統(tǒng)的電測手段的耐久性和分 布式不滿足工程需要。光纖傳感器(如準(zhǔn)分布式光纖光柵和分布式布里淵、拉曼等)因具 有敏感元件體積小、對結(jié)構(gòu)應(yīng)力場影響小、抗電磁干擾、耐久性好、絕對測量以及便于實(shí)現(xiàn) 分布式與實(shí)時在線測試以及集傳感和數(shù)據(jù)傳輸于一體等獨(dú)特優(yōu)勢，已成為重大工程結(jié)構(gòu)最 為理想的安全監(jiān)測傳感元件。光纖與FRP材料具有天然的相容性，如果將光纖傳感元件與 FRP復(fù)合有望形成優(yōu)良的智能結(jié)構(gòu)材料材料。歐進(jìn)萍、周智等人基于FRP封裝技術(shù)研制開發(fā) 了系列光纖光柵FRP復(fù)合智能筋(CN1208653C)和光纖智能結(jié)構(gòu)，如光纖光柵智能錨頭、光 纖光柵智能鋼絞線、光纖光柵智能拉索等，并在許多工程中得到了很好的應(yīng)用。但是，作為 結(jié)構(gòu)材料的智能FRP依然具有模量低、強(qiáng)度低的致命弱點(diǎn)。如果在上述基礎(chǔ)上，將內(nèi)嵌鋼絞 線的FRP再與光纖傳感器融合，有望將其優(yōu)點(diǎn)集成，回避弱點(diǎn)，滿足工程應(yīng)用。本發(fā)明專利 擬將鋼絞線、光纖或光纖光柵置于FRP中，研制工程化高模量、高強(qiáng)度、自感知的新型智能 結(jié)構(gòu)材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供了一種工程化高模量、高耐久性結(jié)構(gòu)材料和結(jié)構(gòu)智能監(jiān)測傳感 元件于一體的內(nèi)嵌鋼絞線FRP光纖智能復(fù)合筋，使之即可以替代鋼絞線作為受力構(gòu)件又可 以作為內(nèi)力測試的傳感智能筋使用。本發(fā)明的技術(shù)方案是將光纖或光纖光柵、浸泡環(huán)氧樹脂的纖維增強(qiáng)塑料以及細(xì)鋼 絞線一起送入拉拔模具，通過拉擠成型工藝制作成內(nèi)嵌鋼絞線FRP光纖智能復(fù)合筋。纖維 增強(qiáng)樹脂F(xiàn)RP材料包裹鋼絞線和光纖或光纖光柵，其中鋼絞線提高該復(fù)合筋的延性和抗拉 強(qiáng)度；光纖或光纖光柵可以測試結(jié)構(gòu)的溫度和應(yīng)變；FRP包裹鋼絞線隔離腐蝕介質(zhì)。技術(shù)方 案包括如下特征①內(nèi)嵌鋼絞線FRP光纖智能復(fù)合筋中布設(shè)不同的光纖傳感元件，應(yīng)用不同光纖傳 感技術(shù)，如光纖光柵測試技術(shù)或光纖布里淵測試技術(shù)，測試溫度和應(yīng)變，或采用局部光纖光
3柵和全分布式布里淵共線技術(shù)實(shí)現(xiàn)溫度和應(yīng)變多參量測試。②內(nèi)嵌鋼絞線FRP光纖智能復(fù)合筋作為結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件。鋼絞線與FRP共同 承擔(dān)荷載，制作成各種形式，如光面、表面帶肋形式等替代鋼筋；制作成吊桿或與鋼絞線拉 索復(fù)合制作智能鋼絞線或智能鋼拉索。③內(nèi)嵌鋼絞線FRP光纖智能復(fù)合筋中光纖或光纖光柵置于智能筋的中間，鋼絞線 周向布設(shè)在智能筋內(nèi)部外側(cè)位置；或鋼絞線置于FRP筋的中間，同時在FRP筋包層，即鋼絞 線外圍平行布設(shè)一根或兩根光纖敏感元件；FRP筋與鋼絞線通過熱處理工藝形成整體，協(xié) 同變形能力好。FRP拉斷剝離前，F(xiàn)RP與鋼絞線共同承擔(dān)荷載；FRP拉斷剝離后，鋼絞線獨(dú)自 承擔(dān)荷載；同時在整個服役期間，通過光纖感知構(gòu)件的溫度和應(yīng)力；④在FRP筋中，光纖首末端穿套一定長度的松套管，且至少長于鋼絞線50cm，便于 光纖跳線制作，光纖長度要長于鋼絞線。鋼絞線置入FRP筋包層外側(cè)位置，在松套管位置環(huán) 形切斷各個鋼絞線，剝出光纖制作跳線；鋼絞線置于FRP筋中間位置，先切除鋼絞線與松套 管之間的纖維，然后截斷中間鋼絞線剝出光纖制作跳線。本發(fā)明的效果和益處是內(nèi)嵌鋼絞線FRP光纖智能復(fù)合筋把纖維增強(qiáng)塑料的優(yōu)良 力學(xué)特性、防腐耐久、抗電磁場干擾、鋼絞線塑性以及光纖傳感技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，即可以 作為土木工程的新型材料由可作為結(jié)構(gòu)長期的監(jiān)測的傳感元件，克服了 FRP材料作為受力 構(gòu)件使用無塑性變形的征兆以及結(jié)構(gòu)內(nèi)力測試?yán)щy的問題，可廣泛用于橋梁拉索、吊桿等 工程中。


圖1是置入一根光纖的內(nèi)嵌鋼絞線FRP光纖智能復(fù)合筋的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中(a)鋼絞線置入FRP中間，光纖置入FRP筋外側(cè)；(b)鋼絞線置入FRP筋外側(cè) 位置，一根光纖置入FRP筋中間位置。圖2是置入一根光纖光柵的內(nèi)嵌鋼絞線FRP光纖智能復(fù)合筋的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中(a)鋼絞線置入FRP中間，光纖光柵置入FRP筋外側(cè)；(b)鋼絞線置入FRP筋 外側(cè)位置，一根光纖光柵置入FRP筋中間位置。圖3是置入一根光纖和一根光纖光柵的內(nèi)嵌鋼絞線FRP光纖智能復(fù)合筋的結(jié)構(gòu)示 意圖。圖中(a)鋼絞線置入FRP中間，光纖和光纖光柵置入FRP筋外側(cè)；(b)鋼絞線置入 FRP筋外側(cè)位置，光纖和光纖光纖光柵置入FRP筋中間位置。圖1 圖3中1光纖；2鋼絞線；3纖維增強(qiáng)樹脂F(xiàn)RP ；4松套管5光纖光柵。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。圖1 圖3是系列內(nèi)嵌鋼絞線FRP光纖智能復(fù)合筋結(jié)構(gòu)示意圖，以下簡稱智能筋。 該智能筋通過熱拉擠成型工藝制作，包括1光纖和5光纖光柵、3纖維增強(qiáng)樹脂F(xiàn)RP、2鋼絞 線以及4松套管。圖1中，智能筋中置入一根1光纖，2鋼絞線置入智能筋的中間位置或外 側(cè)位置；圖2中，智能筋中置入5光纖光柵，2鋼絞線置入智能筋的中間位置或外側(cè)位置；圖 3中，智能筋中置入一根1光纖和一根5光纖光柵，2鋼絞線置入智能筋的中間或外側(cè)位置。
4考慮到智能筋成型過程中2鋼絞線壓斷1光纖或5光纖光柵，1光纖或5光纖光柵與鋼絞線 兩者間距大于1. 5mm, 2鋼絞線或光纖敏感元件距3纖維增強(qiáng)樹脂F(xiàn)RP外層大于1mm，即3纖 維增強(qiáng)樹脂F(xiàn)RP保護(hù)層大于1mm。具體實(shí)施的時候，根據(jù)2鋼絞線與3纖維增強(qiáng)樹脂F(xiàn)RP的 截面積比，確定2鋼絞線的根數(shù)以及2鋼絞線在智能復(fù)合筋中的位置，將2鋼絞線、3纖維增 強(qiáng)樹脂F(xiàn)RP以及1光纖或5光纖光柵穿過定位分絲板，通過拉擠熱成型內(nèi)嵌鋼絞線FRP光 纖復(fù)合智能筋。2鋼絞線置入FRP筋包層外側(cè)位置，在4松套管位置環(huán)形切斷各個鋼絞線， 剝出1光纖制作跳線；2鋼絞線置于FRP筋中間位置，先切除2鋼絞線與4松套管之間的纖 維，然后截斷中間鋼絞線，然后剝出1光纖制作跳線。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)嵌鋼絞線FRP光纖智能復(fù)合筋，包括鋼絞線O)、光纖(1)或光纖光柵(5)、纖 維增強(qiáng)樹脂F(xiàn)RP(3)以及松套管G)，其特征是纖維長度方向鋼絞線( 置入FRP筋中間， 一根光纖⑴或一根光纖光柵(5)置入FRP包層外側(cè)；一根光纖⑴或一根光纖光柵(5) 置入FRP筋的中間，鋼絞線( 置入FRP包層外側(cè)；一根光纖(1)和一根光纖光柵(5)同時 置入FRP筋中；鋼絞線⑵與光纖⑴或光纖光柵(5)平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)嵌鋼絞線FRP光纖智能復(fù)合筋，光纖(1)或光纖光柵 (5)兩端部穿松套管(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的一種內(nèi)嵌鋼絞線FRP光纖智能復(fù)合筋，鋼絞線(2)置入 FRP筋包層外側(cè)位置，在松套管(4)位置環(huán)形切斷各根鋼絞線O)，剝出光纖；鋼絞線(2)置 于FRP筋中間位置，先切除鋼絞線⑵與松套管⑷之間的纖維，然后截斷中間鋼絞線(2) 剝出光纖(1)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2和3所述的一種內(nèi)嵌鋼絞線FRP光纖智能復(fù)合筋，其特征是內(nèi) 嵌鋼絞線FRP智能筋制作成光面或表面帶肋的形式，與吊桿、錨桿、鋼絞線以及拉索復(fù)合制 作相應(yīng)的智能吊桿、智能錨桿、智能鋼絞線和智能剛拉索。
全文摘要
內(nèi)嵌鋼絞線FRP光纖智能復(fù)合筋，屬于安全監(jiān)測和結(jié)構(gòu)材料技術(shù)領(lǐng)域。其特征是鋼絞線和光纖或光纖光柵沿纖維樹脂長度方向平行置入FRP筋中，通過拉擠成型工藝有機(jī)構(gòu)成一體。其中鋼絞線置入FRP筋中間，光纖或光纖光柵置入FRP包層外側(cè)；光纖或光纖光柵置入FRP筋的中間，鋼絞線置入FRP包層外側(cè)。本發(fā)明的效果和益處是該光纖智能復(fù)合筋具有模量高、耐久性好且自感知優(yōu)點(diǎn)，可作為土木工程的新型材料和結(jié)構(gòu)長期的監(jiān)測的傳感元件廣泛應(yīng)用于橋梁拉索、吊桿等工程中。
文檔編號E04C5/07GK102146713SQ201010623698
公開日2011年8月10日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者何建平, 蘭春光, 周智, 歐進(jìn)萍, 黃明華 申請人:大連理工大學(xué)