[实用新型]玄武岩纤维复合筋及玄武岩纤维复合拉索

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种纤维筋以及由纤维筋制成的拉索，属于土建交通等相关领域的新结构材料和结构形式的开发。

背景技术

纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer，简称FRP)是由纤维材料和基体材料按一定的比例混合并经过一定的工艺复合形成的高性能材料。这种材料在20世纪40年代问世，起初用于航空、航天、国防等高科技领域，后来逐渐在汽车、化工、医学等领域得到广泛的应用。近年来，以其高强、轻质、耐腐蚀等优点，开始在土木工程结构中得到广泛应用，并受到工程界的广泛关注。

FRP材料由于具备轻质高强、耐腐蚀、易裁剪等诸多优良特性，经过多年的发展，已广泛应用于土木工程结构的加固改造和性能增强领域。包括混凝土梁柱板的承载力加固补强，混凝土柱的抗震性能改善等。近年来，FRP材料正进一步发展作为新型结构材料，应用于各种新建结构。如桥梁中的斜拉索、桥面板、梁、FRP和混凝土复合梁等。随着FRP应用的不断推广和成熟，FRP强度的利用效率越来越充分，并出现多种纤维相混杂的FRP材料，从而使得纤维材料的优势发挥更加充分。

对于传统的索结构，如斜拉桥，悬索桥，索拱结构等，拉索都采用钢绞线或钢丝束。虽然钢材有高强度，高弹性模量等优秀力学性能，但其自身还存在许多隐患，如不耐酸碱电等腐蚀，抗疲劳性能不强，自重较大等问题。这些隐患往往对结构的长期性能起到控制作用，危害到结构的安全。如斜拉桥中的斜拉索，由于斜拉索长期受到动力荷载的作用，振动在拉索端部经常会造成保护材料的剥落，从而引起各种腐蚀，而被迫更换拉索，造成很大的经济损失。而且，对于大跨度斜拉桥，随着跨度的增大，斜拉索不断增长，由于钢索自重引起的垂度也相应增加，这一方面造成拉索自重应力的增加，降低拉索使用效率；另一方面，垂度增大也等效降低了拉索的刚度，不利于桥梁使用状态下的变形控制。针对斜拉桥中拉索面临的这些问题，瑞士联邦实验室(EMPA)的Meier教授首先对此提出了采用碳纤维拉索取代传统钢拉索的设想，之后碳纤维拉索陆续应用到许多实验桥梁中，跨度多在100m以下，同时相应的理论研究也在进行。不过，由于碳纤维多年来的持续高价格，如果要大规模的采用碳纤维，势必大量增加工程的成本，因而碳纤维斜拉索的研究和应用受到了实际经济因素的限制和制约。而且，碳纤维拉索由于本身质量过轻，在风和其他动力荷载下更加易于振动，这也是一个不利因素。同时，脆性问题也需要加以改善。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种具有较小垂度效应、耐腐蚀、耐疲劳的玄武岩纤维复合筋以及具有良好经济性和空气动力稳定性的玄武岩纤维复合拉索。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

一种玄武岩纤维复合筋，所述的复合筋由若干玄武岩纤维和碳纤维通过树脂基体复合而成，包括复合单筋和复合绞线。

所述的复合纤维单筋由若干玄武岩纤维丝和碳纤维丝，在预张力作用下通过拉挤成型工艺和树脂基体复合而成，所述的玄武岩纤维丝和碳纤维丝的复合体积比例为4∶1～1∶1，，所述树脂基体含量不小于复合单筋体积的25％。

所述的复合绞线为由复合单筋绞捻而成。

一种采用上述的玄武岩纤维复合筋制成的玄武岩纤维复合拉索，包括外保护层和置于其内的纤维筋材，所述的纤维筋材包括中心筋和外部筋，在所述的中心筋和外部筋之间设置有粘弹性填充层和内套筒，所述的内套筒内侧与粘弹性填充层连接，内套筒的外侧与外部筋连接。

所述的复合拉索中，碳纤维含量在拉索总体纤维含量的25-40％。

所述的外部筋为复合单筋组成；所述的内部筋为玄武岩纤维单筋或者碳纤维单筋组成。

所述的外部筋也可为由复合单筋绞捻而成的复合绞线组成。

所述的中心筋也可为由玄武岩纤维单筋绞捻而成的玄武岩绞线或者为由碳纤维单筋绞捻而成的碳纤维绞线组成。

本实用新型一种高性能玄武岩纤维复合拉索，与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型玄武岩纤维复合拉索与传统钢拉索相比，具有较小垂度效应，耐腐蚀，耐疲劳以及良好空气稳定性等优点。

2、在玄武岩纤维中复合碳纤维，使得拉索整体的短期和长期力学性能和化学性能优良，并具有突出的经济性特点，为斜拉桥向更大跨度发展和取得更加优良的综合性能提供一种经济实用的选择。

3、与碳纤维拉索相比，具有良好经济性和空气动力稳定性的优势，而且其他静动力力学性能也与碳纤维拉索接近。