一种开口式复杂截面型钢的FRP复合结构制造技术

本发明专利技术公开了一种开口式复杂截面型钢的FRP复合结构，该复合结构由内部的型钢和外部的FRP组成。通过拉挤热固化成型工艺将FRP固化在型钢外部，使型钢与FRP能够共同受力。通过拉挤热固化成型工艺将FRP固化在型钢外部，使型钢与FRP能够共同受力；在初始阶段，型钢保证本结构具有较高的刚度；型钢屈服后，该复合结构仍具有明显的刚度和承载能力；随着荷载增大，FRP中的纤维达到其极限拉应变发生断裂，型钢继续承载直到破坏，使该FRP复合结构具有良好的延性。外部FRP保护内嵌型钢免受环境腐蚀。此FRP复合结构综合了钢材的高弹性模量、高延性和FRP的高强度、优异的耐腐蚀性优点，具有良好的应用前景。本结构更适用于对耐腐蚀性和力学性能要求高的钢结构中。

FRP composite structure of open type complex section steel

The invention discloses an FRP composite structure of an open type complex section steel, which is composed of an inner steel and an outer FRP. Through the pultrusion and heat curing process, FRP is cured on the outside of the steel so that the steel and FRP can work together. Through the thermal curing process of pultruded FRP curing in steel external, make steel and FRP joint force; in the initial stage, the steel structure has high stiffness; steel yielding, the composite structure is obviously rigidity and bearing capacity; with the increasing of load, FRP the fiber reached the ultimate tensile strain to fracture type steel to continue until the failure of the FRP bearing, composite structure has good ductility. The exterior FRP protects the embedded steel from environmental corrosion. The FRP composite structure has the advantages of high modulus of elasticity, high ductility, high strength and excellent corrosion resistance of FRP. It has a good prospect of application. The structure is more suitable for steel structures with high corrosion resistance and mechanical properties.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属土木、交通、水利等领域的材料研发，具体涉及到一种用于土木工程的开口式复杂截面型钢的FRP复合结构。其特点在于质量轻、耐腐蚀、性价比高、延性好、强度和弹性模量高。
技术介绍
开口式复杂截面钢构件是建筑中最常用的结构单元之一，它包括工字形钢、H形钢、槽形钢、钢轨和T形钢等。开口式复杂截面钢构件因弹性模量大、延性好等优点在土木工程领域得到了广泛的应用。但其存在耐腐蚀性差，自重大等问题。纤维增强聚合物(FRP)以其强度高、质量轻、耐腐蚀等优点，开始在土木工程结构中广泛应用，并受到工程界的广泛关注。FRP由具有抗拉作用的连续纤维束和具有粘结作用的聚合物基体组成。然而，FRP的抗剪强度远小于其抗拉强度，应力应变曲线没有屈服点，属于脆性破坏。而且FRP的弹性模量较低，在正常使用阶段挠度偏大。FRP多年来的持续高价格导致FRP的研究和应用受到了实际经济因素的制约。将FRP和钢进行复合可以使两者各自优点得到综合利用，制备出质量轻、耐腐蚀、性价比高、延性好、强度和弹性模量高的FRP复合结构。此前，有人曾提出钢-FRP复合筋结构，这种结构的提出是以改善其耐腐蚀性为出发点，并未充分考虑钢与FRP的联合承载作用。与此同时，钢-FRP复合筋的制备工艺仅适用于简单的圆形小截面筋材的成型。开口式复杂截面FRP构件在工程中已有广泛应用，但仍存在刚度低、延性差、成本高，在荷载作用下变形大且呈脆性破坏等问题。目前仍没有综合利用钢与开口式复杂截面FRP构件各自优势的复合结构。本专利技术提出了一种开口式复杂截面型钢的FRP复合结构。开口式复杂截面型钢的FRP复合结构的型钢和FRP通过拉挤模具一体成型。型钢与FRP间粘结强度高、生产效率高，型钢与FRP能够共同受力，属于耐腐蚀性好、延性高的结构。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供了一种轻质、耐腐蚀、性价比高、延性好、弹性模量和强度高的开口式复杂截面型钢的FRP复合结构。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种开口式复杂截面型钢的FRP复合结构，该复合结构由内部的型钢和外部的FRP组成。通过拉挤热固化成型工艺将FRP固化在型钢外部，使型钢与FRP能够共同受力。所述FRP层由连续纤维和热固性树脂复合而成，连续纤维为玄武岩纤维、玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维。所述的开口式型钢为工字形钢、H形钢、槽形钢、钢轨或T形钢。根据所需力学性能指标，按照复合材料理论计算FRP材料与型钢的体积比。所述型钢先通过浸胶，再通过拉挤热固化成型工艺将FRP成型并固化到开口式复杂截面型钢的外部。拉挤成型工艺采用与开口式复杂截面型钢形状相对应的成型模具。一种开口式复杂截面型钢的FRP复合结构的制备工艺为：送纱→纤维浸胶→开口式型钢浸胶→纤维集束→开口式型钢置入→通过模具拉挤成型→热固化成型→切割成所需成品。通过拉挤热固化成型工艺将FRP固化在型钢外部，使型钢与FRP能够共同受力；开口式复杂截面型钢的FRP复合结构承受荷载的过程如下，在初始阶段，型钢保证本结构具有较高的刚度；型钢屈服后，该复合结构仍具有明显的刚度和承载能力；随着荷载增大，FRP中的纤维达到其极限拉应变发生断裂，型钢继续承载直到破坏，使该FRP复合结构具有良好的延性。外部FRP保护内嵌型钢免受环境腐蚀。此FRP复合结构综合了钢材的高弹性模量、高延性和FRP的高强度、优异的耐腐蚀性优点，具有良好的应用前景。本结构更适用于对耐腐蚀性和力学性能要求高的钢结构中。附图说明图1是一种内嵌槽形钢的FRP复合结构示意图；图2是图1构件的横截面图。具体实施方式槽形钢为开口式型钢的一种形式，下面以槽形钢为例，结合附图及实施例对本专利技术的技术方案进行详细的阐述。如图1和图2所示，本实例提供一种内嵌槽形钢的FRP复合结构，包括槽形钢1、紧固在槽形钢1外的FRP层2。将浸润环氧树脂的槽形钢和纤维束按照一定比例一起送入拉挤模具，然后采用热固化工艺进行固化成型。所述纤维束与加热固化后的环氧树脂基体的体积比为2-3。所述的FRP层2截面积占内嵌槽工字形钢的FRP复合结构的总截面积的35-40％。FRP通过拉挤成型工艺固化在槽形钢外部，成型模具为槽形模具。内嵌槽形钢的FRP结构主要制备工艺为：送纱→纤维浸胶→槽形钢浸胶→纤维集束→槽形钢置入→通过模具拉挤成型→热固化成型→切割成所需成品。本专利技术一种开口式复杂截面型钢的FRP复合结构采用传统拉挤热固化成型工艺，设备改造要求不大，可在现行的拉挤设备上进行生产，应用前景广泛。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开口式内嵌复杂截面型钢的FRP复合结构，其特征在于：该结构由内部的型钢和外部的FRP层组成；通过拉挤热固化成型工艺将FRP固化在型钢外部，使型钢与FRP能够共同受力；所述FRP层由连续纤维和热固性树脂复合而成，连续纤维为玄武岩纤维、玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维。

【技术特征摘要】
1.一种开口式内嵌复杂截面型钢的FRP复合结构，其特征在于：该结构由内部的型钢和外部的FRP层组成；通过拉挤热固化成型工艺将FRP固化在型钢外部，使型钢与FRP能够共同受力；所述FRP层由连续纤维和热固性树脂复合而成，连续纤维为玄武岩纤维、玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维。2.根据权利要求1所述的一种开口式内嵌复杂截面型钢的FRP复合结构，其特征在于：开口式型钢为工字形钢、H形钢、槽形钢、钢轨或T形钢。3.根据权利要求1所述的一种开口式内嵌复杂截面型钢的FRP复合结构，其特征在于：根据所需力学性能指标，按照复合材料理论计算FRP材料与型钢的体积比。4.根据权利要求1所述的一种开口式内嵌复杂截面型钢的FRP复合结构，其特征在于：所述型钢先通过浸胶，再通过拉挤热固化成型工艺将FRP成型并固化到型钢的外部。5.根据权利要求1所述的一种开口式内嵌...

【专利技术属性】
技术研发人员：马国伟，李之建，李鹏飞，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11