專利名稱：纖維增強(qiáng)復(fù)合材料索橋及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于橋梁建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具體的涉及一種采用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料作 為橋面主體的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料索橋及其制備方法。
背景技術(shù)：
纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(FRP)是近年來在土木工程中應(yīng)用日益廣泛的一種新型 的結(jié)構(gòu)材料。它具有高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐腐蝕等顯著優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在結(jié)構(gòu)的加固補(bǔ)強(qiáng)、 圍護(hù)防腐等方面得到了很好的應(yīng)用。隨著FRP材料的優(yōu)越性能逐漸為工程界所 認(rèn)可，國外許多工程開始將它應(yīng)用于新建的橋梁中，甚至是大跨度橋梁中。
從上世紀(jì)70年代開始，F(xiàn)RP材料就開始在橋梁工程中嘗試應(yīng)用。英國、美 國和以色列最先應(yīng)用這種新型材料作為建筑結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)中的主要構(gòu)件，當(dāng) 時大多采用的是GFRP (玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，即玻璃鋼)。70年代后期，我 國也開始對GFRP進(jìn)行研究。在1982年，北京密云建成了跨徑20.7米、寬9. 2 米的GFRP簡支蜂窩箱梁公路橋，設(shè)計荷載等級汽一15、掛一80，并進(jìn)行了現(xiàn)場 的荷載試驗(yàn)，證明了FRP作為承重構(gòu)件的可行性。通車后出現(xiàn)蜂窩失穩(wěn)導(dǎo)致橋 面下陷和箱梁腹板上方局部壓屈的問題。1987年進(jìn)行了檢修，將承重體系改造 成GFRP —混凝土組合結(jié)構(gòu)，使用至今，運(yùn)行狀況良好。
現(xiàn)有采用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料構(gòu)筑的橋梁，特別是索橋，如單塔斜拉索橋、 雙塔斜拉索橋或吊索橋，其橋面主體的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料多為縱橫交錯或橫向 分布組成，也有的采用立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件，例如纖維 增強(qiáng)復(fù)合材料的網(wǎng)架桿件，以增強(qiáng)整體橋面的強(qiáng)度。該種結(jié)構(gòu)的索橋的長度設(shè) 計可以達(dá)到數(shù)百米，但是存在的缺陷是隨著索橋長度的增加，橋面在風(fēng)雨、車 輛或地震荷載作用下，柔性拉索的局部振動容易與結(jié)構(gòu)整體振動間發(fā)生內(nèi)部共 振，產(chǎn)生過大的結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)，長期處于振動中的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件 輕則影響行車的舒適度，重則引起疲勞破壞，縮短構(gòu)件使用壽命，甚至危害結(jié) 構(gòu)安全。另一方面，由于采用較短長度或橫向設(shè)置的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)
3件，因此橋面主體間的連接點(diǎn)較多，而纖維增強(qiáng)復(fù)合材料FRP的剪切強(qiáng)度、層間 拉伸強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度僅為其抗拉強(qiáng)度的5 20%，而金屬的剪切強(qiáng)度約為其 拉伸強(qiáng)度的50%。這使得FRP構(gòu)件的連接成為突出的問題。FRP纖維增強(qiáng)復(fù)合材 料雖然可以采用鉚接、栓接和粘接，但不管那種連接方式，連接部位都是整個 橋梁構(gòu)件的薄弱環(huán)節(jié)。
再者，現(xiàn)有纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件均采用工廠加工然后運(yùn)至施工地點(diǎn)， 再進(jìn)行組裝安裝的方式，這致使橋梁建設(shè)中采用的所有纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁 構(gòu)件均為長度較短的構(gòu)件，難于實(shí)現(xiàn)更大跨度的索橋的施工并保證橋梁的安全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種采用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件作為橋面主體， 可適用于長跨距和超長跨距索橋的橋面設(shè)計的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料索橋，它具有 較高的安全性能、橋體重量輕，橋面主體施工方便，使用壽命長的優(yōu)點(diǎn)，解決 了現(xiàn)有以纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件為主體的索橋跨度低，連接點(diǎn)安全性能差 的缺陷。
本發(fā)明的另一 目的是提供上述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料索橋的制備方法，它具有 施工方式簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)以纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件進(jìn)行長跨距和超長跨距 的索橋的建造。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料索橋，包括索塔、斜拉索或吊索，其特征在于所述 索橋的橋面主體為復(fù)數(shù)個沿索橋長度方向延伸的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件并 列設(shè)置構(gòu)成。
具體的，該索橋中所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件的長度與橋面長度相等， 該纖維增強(qiáng)復(fù)合材料強(qiáng)梁構(gòu)件為矩形截面的中空管狀、實(shí)體或蜂窩狀結(jié)構(gòu)。
所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料強(qiáng)梁構(gòu)件的下方設(shè)置支撐橫梁，所述支撐橫梁由與 斜拉索連接的吊索連接固定。
所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件為拉擠型材，所述拉擠形材的長度為20
3000m。
所述索橋?yàn)閱嗡崩鳂?、雙塔斜拉索橋或吊索橋，所述索橋兩側(cè)的護(hù)欄 也為沿索橋長度方向延伸的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件構(gòu)成。
上述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料索橋的制備方法，其特征在于所述制備方法包括采
4用現(xiàn)場拉擠成型機(jī)械制備出與橋面長度相等的若干根纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu) 件，將復(fù)數(shù)個纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件并列設(shè)置組成橋面主體。
上述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料索橋的制備方法，其特征在于所述制備方法具體包
括
采用現(xiàn)場拉擠成型機(jī)械制備出與橋面長度相等的若干根纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 橋梁構(gòu)件，將復(fù)數(shù)個纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件并列設(shè)置組成橋面主體；然后 在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件的下方設(shè)置支撐橫梁，將支撐橫梁與索連接的吊 索連接固定；在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件組成的橋面主體上面鋪設(shè)路面材料。
上述制備方法中所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件所采用的材料為樹脂基體 的玻璃纖維、碳纖維或芳綸纖維，所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件為矩形截面 的中空管狀、實(shí)體或蜂窩狀結(jié)構(gòu)。
該纖維增強(qiáng)復(fù)合材料索橋改變國內(nèi)外普遍使用的橫向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋 梁構(gòu)件鋪設(shè)后連接組成橋面主體的結(jié)構(gòu)形式，采用縱向排列組合橫向纖維增強(qiáng) 復(fù)合材料橋梁構(gòu)件的方式，可以實(shí)現(xiàn)大跨距和更大跨距的斜拉索橋的建設(shè)，而 不用考慮橋面主體的長度方向上的連接，即有效減少了因橫向纖維增強(qiáng)復(fù)合材 料橋梁構(gòu)件連接存在的安全隱患，又消除了局部共振的影響，提高了橋面主體 的強(qiáng)度和安全性能。
纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有重量輕、強(qiáng)度高、抗腐蝕性強(qiáng)、拉伸強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)， 如常規(guī)的玻璃鋼纖維復(fù)合材料FRP的比強(qiáng)度是鋼材的20 50倍，采用纖維增強(qiáng)復(fù)
合材料將會大大減輕結(jié)構(gòu)自重。在橋梁工程中使用可使橋梁的極限跨度大大增 加，并且可以減小地震作用的影響。工程師可以通過使用不同纖維種類、控制 纖維的含量和鋪陳不同方向的纖維設(shè)計出各種強(qiáng)度和彈性模量的纖維增強(qiáng)復(fù)合 材料產(chǎn)品。而且產(chǎn)品的成型方便，形狀可靈活設(shè)計。其對于海水、大氣和低濃 度的酸堿鹽等都具有較好的抵抗能力。另外，由于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件 采用縱向拉擠成型，其可以無限拉伸，成型長度可以達(dá)到3000m以上。
與索橋的橋體長度相當(dāng)?shù)亩喔w維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件平列放置，即可 形成強(qiáng)度高和共振性能較小的橋面主體，在橋面主體上可以鋪設(shè)復(fù)合材料或無 機(jī)材料形成路面，其重量降低到最小值，有效地降低了索塔、斜拉索或吊索的 單位受力，可以有效地提高橋體的可設(shè)計長度。
該纖維增強(qiáng)復(fù)合材料索橋制備時，可以采用現(xiàn)場拉擠成型的方式生產(chǎn)足夠 長度的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件，然后將多根纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件并
5列拼合成足夠?qū)挾鹊臉蛎嬷黧w，然后通過橋面主體的支撐橫梁將橋面主體進(jìn)行 斜拉索固定或者吊索固定，形成斜拉索橋或吊索橋。
本發(fā)明的有益效果在于，該纖維增強(qiáng)復(fù)合材料索橋采用縱向設(shè)置的纖維增 強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件作為橋面主體，可實(shí)現(xiàn)千米長跨距和數(shù)千米超長跨距索橋 的橋面設(shè)計和施工，并具有較高的安全性能，橋體重量輕，橋面主體施工方便， 使用壽命長，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料索橋的制備方法施工方式簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)以纖 維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件進(jìn)行長跨距和超長跨距的索橋的快速安全建造。


圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式
中橋面主體的組成結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明具體實(shí)施方式
中雙塔斜拉索橋的組成結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1如圖1所示，該纖維增強(qiáng)復(fù)合材料索橋的橋面主體為復(fù)數(shù)個沿索 橋長度方向延伸的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件1并列設(shè)置構(gòu)成，纖維增強(qiáng)復(fù)合 材料強(qiáng)梁構(gòu)件的下方間隔分布設(shè)置支撐橫梁2，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件的長 度與橋面長度相等，該纖維增強(qiáng)復(fù)合材料強(qiáng)梁構(gòu)件為矩形截面的中空管狀結(jié)構(gòu)， 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件為拉擠型材，所述拉擠形材的長度可以為1000m。，
制備方法為采用現(xiàn)場拉擠成型機(jī)械制備出與橋面長度相等的若干根玻璃鋼 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件，將復(fù)數(shù)個纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件并列設(shè)置組 成橋面主體；然后在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件的下方設(shè)置支撐橫梁，將支撐 橫梁與索連接的吊索連接固定；在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件組成的橋面主體 上面鋪設(shè)路面材料。
實(shí)施例2 如圖2，該纖維增強(qiáng)復(fù)合材料索橋?yàn)殡p塔斜拉索橋，橋面主體 為復(fù)數(shù)個沿索橋長度方向延伸的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件1并列設(shè)置構(gòu)成， 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料強(qiáng)梁構(gòu)件的下方設(shè)置有支撐橫梁2，支撐橫梁的兩端由與斜拉 索4連接的吊索5連接固定，斜拉索架設(shè)在索塔3上，由兩組索塔支撐整體橋 重，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件的長度與橋面長度相等，該纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 強(qiáng)梁構(gòu)件為矩形截面的蜂窩結(jié)構(gòu)，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件為拉擠型材，所 述拉擠形材的長度可以為3000m。，
制備方法為采用現(xiàn)場拉擠成型機(jī)械制備出與橋面長度相等的若干根玻璃鋼纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件，將復(fù)數(shù)個纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件并列設(shè)置組
成橋面主體；然后在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件的下方設(shè)置支撐橫梁，將支撐
橫梁與斜拉索連接的吊索連接固定；在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件組成的橋面
權(quán)利要求
1. 一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料索橋，包括索塔、拉索或吊索，其特征在于所述索橋的橋面主體為復(fù)數(shù)個沿索橋長度方向延伸的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件并列設(shè)置構(gòu)成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料索橋，其特征在于所述纖維增 強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件的長度與橋面長度相等，該纖維增強(qiáng)復(fù)合材料強(qiáng)梁構(gòu)件為 矩形截面的中空管狀、實(shí)體或蜂窩狀結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料索橋，其特征在于所述纖維增 強(qiáng)復(fù)合材料強(qiáng)梁構(gòu)件的下方設(shè)置支撐橫梁，所述支撐橫梁由與斜拉索連接的吊 索連接固定。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料索橋，其特征在于所述纖維增 強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件為拉擠型材，所述拉擠形材的長度為20 3000m。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料索橋，其特征在于所述索橋?yàn)?單塔斜拉索橋、雙塔斜拉索橋或吊索橋，所述索橋兩側(cè)的護(hù)欄也為沿索橋長度 方向延伸的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件構(gòu)成。
6. 權(quán)利要求1所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料索橋的制備方法，其特征在于所述 制備方法包括采用現(xiàn)場拉擠成型機(jī)械制備出與橋面長度相等的若干根纖維增強(qiáng) 復(fù)合材料橋梁構(gòu)件，將復(fù)數(shù)個纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件并列設(shè)置組成橋面主 體。
7. 權(quán)利要求1所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料索橋的制備方法，其特征在于所述 制備方法具體包括采用現(xiàn)場拉擠成型機(jī)械制備出與橋面長度相等的若干根纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件，將復(fù)數(shù)個纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件并列設(shè)置組成橋面主體；然后 在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件的下方設(shè)置支撐橫梁，將支撐橫梁與索連接的吊 索連接固定；在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件組成的橋面主體上面鋪設(shè)路面材料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料索橋的制備方法，其特征 在于所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件所采用的材料為樹脂基體的玻璃纖維、碳 纖維或芳綸纖維，所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件為矩形截面的中空管狀、實(shí) 體或蜂窩狀結(jié)構(gòu)。
全文摘要
纖維增強(qiáng)復(fù)合材料索橋及其制備方法，包括索塔、拉索或吊索，其特征在于所述索橋的橋面主體為復(fù)數(shù)個沿索橋長度方向延伸的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件并列設(shè)置構(gòu)成。所述制備方法包括采用現(xiàn)場拉擠成型機(jī)械制備出與橋面長度相等的若干根纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件，將復(fù)數(shù)個纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件并列設(shè)置組成橋面主體。該索橋采用縱向設(shè)置的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件作為橋面主體，可實(shí)現(xiàn)千米長跨距和數(shù)千米超長跨距索橋的橋面設(shè)計和施工，并具有較高的安全性能，橋體重量輕，橋面主體施工方便，使用壽命長，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料索橋的制備方法施工方式簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)以纖維增強(qiáng)復(fù)合材料橋梁構(gòu)件進(jìn)行長跨距和超長跨距的索橋的快速安全建造。
文檔編號E01D11/00GK101451339SQ20071019520
公開日2009年6月10日 申請日期2007年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月5日
發(fā)明者悅 袁 申請人:北京海博思強(qiáng)橋梁新技術(shù)有限公司