本發(fā)明屬土木、交通、水利等領(lǐng)域的材料研發(fā)，具體涉及到一種用于土木工程的開口式復(fù)雜截面型鋼的FRP復(fù)合結(jié)構(gòu)。其特點在于質(zhì)量輕、耐腐蝕、性價比高、延性好、強度和彈性模量高。

背景技術(shù)：

開口式復(fù)雜截面鋼構(gòu)件是建筑中最常用的結(jié)構(gòu)單元之一，它包括工字形鋼、H形鋼、槽形鋼、鋼軌和T形鋼等。開口式復(fù)雜截面鋼構(gòu)件因彈性模量大、延性好等優(yōu)點在土木工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但其存在耐腐蝕性差，自重大等問題。纖維增強聚合物(FRP)以其強度高、質(zhì)量輕、耐腐蝕等優(yōu)點，開始在土木工程結(jié)構(gòu)中廣泛應(yīng)用，并受到工程界的廣泛關(guān)注。FRP由具有抗拉作用的連續(xù)纖維束和具有粘結(jié)作用的聚合物基體組成。然而，F(xiàn)RP的抗剪強度遠小于其抗拉強度，應(yīng)力應(yīng)變曲線沒有屈服點，屬于脆性破壞。而且FRP的彈性模量較低，在正常使用階段撓度偏大。FRP多年來的持續(xù)高價格導(dǎo)致FRP的研究和應(yīng)用受到了實際經(jīng)濟因素的制約。將FRP和鋼進行復(fù)合可以使兩者各自優(yōu)點得到綜合利用，制備出質(zhì)量輕、耐腐蝕、性價比高、延性好、強度和彈性模量高的FRP復(fù)合結(jié)構(gòu)。

此前，有人曾提出鋼-FRP復(fù)合筋結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的提出是以改善其耐腐蝕性為出發(fā)點，并未充分考慮鋼與FRP的聯(lián)合承載作用。與此同時，鋼-FRP復(fù)合筋的制備工藝僅適用于簡單的圓形小截面筋材的成型。開口式復(fù)雜截面FRP構(gòu)件在工程中已有廣泛應(yīng)用，但仍存在剛度低、延性差、成本高，在荷載作用下變形大且呈脆性破壞等問題。目前仍沒有綜合利用鋼與開口式復(fù)雜截面FRP構(gòu)件各自優(yōu)勢的復(fù)合結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明提出了一種開口式復(fù)雜截面型鋼的FRP復(fù)合結(jié)構(gòu)。開口式復(fù)雜截面型鋼的FRP復(fù)合結(jié)構(gòu)的型鋼和FRP通過拉擠模具一體成型。型鋼與FRP間粘結(jié)強度高、生產(chǎn)效率高，型鋼與FRP能夠共同受力，屬于耐腐蝕性好、延性高的結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種輕質(zhì)、耐腐蝕、性價比高、延性好、彈性模量和強度高的開口式復(fù)雜截面型鋼的FRP復(fù)合結(jié)構(gòu)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種開口式復(fù)雜截面型鋼的FRP復(fù)合結(jié)構(gòu)，該復(fù)合結(jié)構(gòu)由內(nèi)部的型鋼和外部的FRP組成。通過拉擠熱固化成型工藝將FRP固化在型鋼外部，使型鋼與FRP能夠共同受力。

所述FRP層由連續(xù)纖維和熱固性樹脂復(fù)合而成，連續(xù)纖維為玄武巖纖維、玻璃纖維、碳纖維或芳綸纖維。

所述的開口式型鋼為工字形鋼、H形鋼、槽形鋼、鋼軌或T形鋼。

根據(jù)所需力學(xué)性能指標，按照復(fù)合材料理論計算FRP材料與型鋼的體積比。

所述型鋼先通過浸膠，再通過拉擠熱固化成型工藝將FRP成型并固化到開口式復(fù)雜截面型鋼的外部。

拉擠成型工藝采用與開口式復(fù)雜截面型鋼形狀相對應(yīng)的成型模具。

一種開口式復(fù)雜截面型鋼的FRP復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備工藝為：送紗→纖維浸膠→開口式型鋼浸膠→纖維集束→開口式型鋼置入→通過模具拉擠成型→熱固化成型→切割成所需成品。

通過拉擠熱固化成型工藝將FRP固化在型鋼外部，使型鋼與FRP能夠共同受力；開口式復(fù)雜截面型鋼的FRP復(fù)合結(jié)構(gòu)承受荷載的過程如下，在初始階段，型鋼保證本結(jié)構(gòu)具有較高的剛度；型鋼屈服后，該復(fù)合結(jié)構(gòu)仍具有明顯的剛度和承載能力；隨著荷載增大，F(xiàn)RP中的纖維達到其極限拉應(yīng)變發(fā)生斷裂，型鋼繼續(xù)承載直到破壞，使該FRP復(fù)合結(jié)構(gòu)具有良好的延性。外部FRP保護內(nèi)嵌型鋼免受環(huán)境腐蝕。此FRP復(fù)合結(jié)構(gòu)綜合了鋼材的高彈性模量、高延性和FRP的高強度、優(yōu)異的耐腐蝕性優(yōu)點，具有良好的應(yīng)用前景。本結(jié)構(gòu)更適用于對耐腐蝕性和力學(xué)性能要求高的鋼結(jié)構(gòu)中。

附圖說明

圖1是一種內(nèi)嵌槽形鋼的FRP復(fù)合結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1構(gòu)件的橫截面圖。

具體實施方式

槽形鋼為開口式型鋼的一種形式，下面以槽形鋼為例，結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細的闡述。

如圖1和圖2所示，本實例提供一種內(nèi)嵌槽形鋼的FRP復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括槽形鋼1、緊固在槽形鋼1外的FRP層2。

將浸潤環(huán)氧樹脂的槽形鋼和纖維束按照一定比例一起送入拉擠模具，然后采用熱固化工藝進行固化成型。所述纖維束與加熱固化后的環(huán)氧樹脂基體的體積比為2-3。所述的FRP層2截面積占內(nèi)嵌槽工字形鋼的FRP復(fù)合結(jié)構(gòu)的總截面積的35-40％。

FRP通過拉擠成型工藝固化在槽形鋼外部，成型模具為槽形模具。

內(nèi)嵌槽形鋼的FRP結(jié)構(gòu)主要制備工藝為：送紗→纖維浸膠→槽形鋼浸膠→纖維集束→槽形鋼置入→通過模具拉擠成型→熱固化成型→切割成所需成品。

本發(fā)明一種開口式復(fù)雜截面型鋼的FRP復(fù)合結(jié)構(gòu)采用傳統(tǒng)拉擠熱固化成型工藝，設(shè)備改造要求不大，可在現(xiàn)行的拉擠設(shè)備上進行生產(chǎn)，應(yīng)用前景廣泛。