一种碳纤维拉索的制造及施工方法技术

本发明专利技术涉及一种碳纤维拉索的制造及施工方法，其中，制造方法的步骤包括(1)扭绞：准备若干根碳纤维丝，平行成束，碳纤维丝采用旋转扭绞，然后整体绕包定型缠包带，缠包带绕向与扭绞方向相反，以此获得裸索；(2)挤塑；(3)下料：部分剥除聚乙烯护套；(4)灌锚：在部分外露的碳纤维丝端部粘接固定盖，通过固定盖将碳纤维丝咬住在分丝板外侧；(5)张拉：锚固后的碳纤维拉索进行张拉检测，拉索的超张拉力取1.2～1.4倍的设计索力，张拉完成要求锚杯内铸体回缩值不超过6mm，张拉后将张拉力卸载至20％的超张拉力或成桥索力，在此条件下对拉索进行测长检测，长度测量应在恒温、避光条件下进行；(6)盘卷。(6)盘卷。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维拉索的制造及施工方法


[0001]本专利技术涉及一种桥梁碳纤维(CFRP)拉索的制备及施工方法。

技术介绍

[0002]CFRP拉索是由多股碳纤维筋经过扭绞，成型，挤塑到灌锚而成，由于采用了非金属的碳纤维作为主要材料：CFRP筋的力学性能与常用的钢丝有很大的差别，因此，制造工艺也有很大的不同。另外，与高强钢丝拉索相比，CFRP拉索具有明显的优势：抗拉强度高(2600MPa起步)、密度小(钢材的1/5)、耐腐蚀性和抗疲劳性能优越，另外CFRP筋具有低热膨胀性能，从而能够降低由于温度变化造成的结构变形，增加结构的稳定性。
[0003]CFRP拉索在国内外发展缓慢，无相关标准和制造方法，其相关优势尚未在桥梁领域得到应用，为了推广该技术在桥梁工程上的应用，研究开发碳纤维拉索的制造方法至关重要。
[0004]碳纤维复合材料(CFRP)斜拉索的索股通常为多股绞线组成，常见标称直径为15mm、25mm、35mm，很小直径的索股则由单股组成，一般单股直径为5mm、7mm等，长度从几十米到上百米不等。然后在碳纤维索股的外面套上一层高密度聚乙烯保护套(HDPE)。
[0005]碳纤维复合材料(DFRP)斜拉索在广泛应用之前，应当考虑CFRP的抗剪能力差、弹性模量低的问题，其在桥塔和主梁上的锚固势必需要特殊设计。开发针对碳纤维斜拉索的斜拉桥施工方法是推动碳纤维斜拉索在国内推广应用的关键。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是要提供一种碳纤维拉索的制造及施工方法。
[0007]一、本专利技术的一种碳纤维拉索的制造方法，步骤包括
[0008](1)扭绞：准备若干根碳纤维丝，平行成束，全部碳纤维丝采用旋转扭绞，扭合角为2
°
～4
°
，然后整体绕包定型缠包带，缠包带绕向与扭绞方向相反，以此获得裸索，根据裸索最外层碳纤维丝中心所在圆的周长C、扭绞角度α，计算扭矩范围L，L＝C/tanα；
[0009](2)挤塑：在拉索裸索外挤双层聚乙烯防护层；
[0010](3)下料：通过测量确定拉索的下料位置点，局部剥除聚乙烯防护层后采用切割机将索体切断，切割时保持拉索切割端面与拉索轴线垂直，然后按照设定长度剥除聚乙烯护套；
[0011](4)灌锚：
[0012]a将剥套后的碳纤维丝的端部和锚杯在灌锚台上固定，清洗锚杯内壁；
[0013]b将碳纤维丝按照分丝板孔位均匀散开，碳纤维丝一一对应穿过分丝板上的孔，碳纤维丝端部伸出分丝板约30—50mm，为防止灌锚时碳纤维丝与锚具间相对位置发生改变，在部分外露的碳纤维丝端部粘接固定盖，通过所述固定盖将碳纤维丝咬住在分丝板外侧；
[0014]c将搅拌均匀的填料灌注于锚杯内；
[0015]d灌锚完成后加热固化；
[0016](5)张拉：
[0017]锚固后的碳纤维拉索进行张拉检测，拉索的超张拉力取1.2～1.4倍的设计索力，张拉完成要求锚杯内铸体回缩值不超过6mm，张拉后将张拉力卸载至20％的超张拉力或成桥索力，在此条件下对拉索进行测长检测，长度测量应在恒温、避光条件下进行，拉索基准温度下的无应力长度计算公式如下：
[0018][0019]式(2)中，L
C0
——拉索基准温度下的无应力长度，单位为m；
[0020]L
CP
——拉索承受张拉力P20的长度，单位为m；
[0021]P
20
——20％的超张拉力，单位为N；
[0022]A——索体碳纤维丝束的公称截面积，单位为mm2；
[0023]E——碳纤维丝的弹性模量，单位为MPa；
[0024]α——线膨胀系数，取0.6
×
10-6
/℃；
[0025]t——拉索长度测量时的稳定均匀温度，单位为℃；
[0026]t0——设计基准温度，由设计确定，单位为℃；
[0027](6)盘卷：拉索采用脱胎或钢盘形式盘卷，盘卷前对拉索外表面进行包装，然后逐层进行盘卷收线，要求盘卷内径为拉索外径的35—50倍，并且盘卷内径不小于1.8m。
[0028]优选地，步骤(1)在准备若干根碳纤维丝时，以其中一根作为标准丝，其他碳纤维丝按照标准丝准备。所述标准丝的长度在确定时要进行长度修正，考虑应力、温度和垂度，并通过如下公式(3)对标准丝长度进行修正
[0029]L＝L0×
[(1+F/EA)+α(T-20)]+(1+8
×
n2/3-32
×
n4/5)
×
L0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0030]式(3)中：L：碳纤维丝应力下的长度，单位m；
[0031]L0：无应力设计长度，单位m；
[0032]F：张紧力，单位N；
[0033]E：碳纤维弹性模量，制造标准丝是实测值，单位MPa；
[0034]A：碳纤维的截面积，制造标准丝取实测值，单位m2；
[0035]α：碳纤维丝膨胀系数；
[0036]T：环境温度，单位℃；
[0037]G：碳纤维丝的单位米重，单位是g/m；
[0038]n：矢跨比，n＝G*L0/8/F。
[0039]优选地，步骤(2)挤塑前根据拉索外径和两层聚乙烯防护层的厚度要求设定挤塑机模口和挤出速度，模口设置两层聚乙烯挤出通道，挤出过程中双层聚乙烯塑料同时覆盖裸索。
[0040]优选地，步骤(4)的碳纤维丝在锚具内锥腔的锚固长度即有效长度L1通过锚固填料对碳纤维丝粘结应力τb的公式进行核算确定，该公式如下：
[0041][0042]式(1)中：d为碳纤维筋直径；σ
b
为碳纤维丝公称抗拉强度，单位MPa；K为有效锚固
长度系数，考虑到锚口位置的钢丝不能够充分发散，K取2/3；[τ
b
]为碳纤维丝与填料的允许粘接力，取值25MPa。
[0043]步骤(4)中主要在外圈的碳纤维丝的端部设置所述固定盖。
[0044]本专利技术碳纤维拉索制造方法的优点在于：
[0045](1)本专利技术的碳纤维拉索的制造方法，实现了流程化作业，能够批量工业生产，碳纤维拉索制造效率更高，成本适宜，便于推广。
[0046](2)碳纤维丝相比钢丝强度更高，相同规格至少提高30％以上，重量轻，仅为钢丝重量的1/20，因此扭绞和挤塑的牵引设备等需要的牵引力小，由此估算碳纤维丝的能耗是钢丝的1/20；碳纤维丝的灌锚可采用常温固化，无需采用大功率加热炉加热，大大节省了能耗。
[0047](3)另外，由于碳纤维拉索的重量轻，全套生产线起吊设备轻便、安全，减小了发生重大生产事故的风险。
[0048]二、本专利技术另外还涉及碳纤维斜拉索的施工方法，步骤包括
[0049](1)碳纤维拉索的制备：将多束碳纤维束扭绞并在外缠绕缠包带定型形成裸索，然后在裸索外层热挤聚乙烯防护层，然后在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维拉索的制造方法，其特征在于：步骤包括(1)扭绞：准备若干根碳纤维丝，平行成束，全部碳纤维丝采用旋转扭绞，扭合角为2
°
～4
°
，然后整体绕包定型缠包带，缠包带绕向与扭绞方向相反，以此获得裸索，根据裸索最外层碳纤维丝中心所在圆的周长C、扭绞角度α，计算扭矩范围L，L＝C/tanα；(2)挤塑：在拉索裸索外挤双层聚乙烯防护层；(3)下料：通过测量确定拉索的下料位置点，局部剥除聚乙烯防护层后采用切割机将索体切断，切割时保持拉索切割端面与拉索轴线垂直，然后按照设定长度剥除聚乙烯护套；(4)灌锚：a将剥套后的碳纤维丝的端部和锚杯在灌锚台上固定，清洗锚杯内壁；b将碳纤维丝按照分丝板孔位均匀散开，碳纤维丝一一对应穿过分丝板上的孔，碳纤维丝端部伸出分丝板约30—50mm，为防止灌锚时碳纤维丝与锚具间相对位置发生改变，在部分外露的碳纤维丝端部粘接固定盖，通过所述固定盖将碳纤维丝咬住在分丝板外侧；c将搅拌均匀的填料灌注于锚杯内；d灌锚完成后加热固化；(5)张拉：锚固后的碳纤维拉索进行张拉检测，拉索的超张拉力取1.2～1.4倍的设计索力，张拉完成要求锚杯内铸体回缩值不超过6mm，张拉后将张拉力卸载至20％的超张拉力或成桥索力，在此条件下对拉索进行测长检测，长度测量应在恒温、避光条件下进行，拉索基准温度下的无应力长度计算公式如下：式(2)中，L
C0
——拉索基准温度下的无应力长度，单位为m；L
CP
——拉索承受张拉力P20的长度，单位为m；P
20
——20％的超张拉力，单位为N；A——索体碳纤维丝束的公称截面积，单位为mm2；E——碳纤维丝的弹性模量，单位为MPa；α——线膨胀系数，取0.6
×
10-6
/℃；t——拉索长度测量时的稳定均匀温度，单位为℃；t0——设计基准温度，由设计确定，单位为℃；(6)盘卷：拉索采用脱胎或钢盘形式盘卷，盘卷前对拉索外表面进行包装，然后逐层进行盘卷收线，要求盘卷内径为拉索外径的35—50倍，并且盘卷内径不小于1.8m。2.根据权利要求1所述的碳纤维拉索的制造方法，其特征在于：步骤(1)在准备若干根碳纤维丝时，以其中一根作为标准丝，其他碳纤维丝按照标准丝准备。3.根据权利要求2所述的碳纤维拉索的制造方法，其特征在于：所述标准丝的长度通过如下公式对标准丝长度进行修正L＝L0×
[(1+F/EA)+α(T-20)]+(1+8
×
n2/3-32
×
n4/5)
×
L0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)式(3)中：L：碳纤维丝应力下的长度，单位m；L0：无应力设计长度，单位m；
F：张紧力，单位N；E：碳纤维弹性模量，制造标准丝是实测值，单位MPa；A：碳纤维的截面积，制造标准丝取实测值，单位m2；α：碳纤维丝膨胀系数；T：环境温度，单位℃；G：碳纤维丝的单位米重，单位是g/m；n：矢跨比，n＝G*L0/8/F。4.根据权利要求1所述的碳纤维拉索的制造方法，其特征在于：步骤(2)挤塑前根据拉索外径和两层聚乙烯防护层的厚度要求设定挤塑机模口和挤出速度，模口设置两层聚乙烯挤出通道，挤出过程中双层聚乙烯塑料同时覆盖裸索。5.根据权利要求4所述的碳纤维拉索的制造方法，其特征在于：步骤(2)聚乙烯防护层的密度满足0.940～0.965g/cm3,耐环境应力开裂≥5000h，熔融指数≤0.45g/10min。6.根据权利要求1所述的碳纤维拉索的制造方法，其特征在于：步骤(4)的碳纤维丝在锚具内锥腔的锚固长度即有效长度L1通过锚固填料对碳纤维丝粘结应力τb的公式进行核算确定，该公式如下：式(1)中：d为碳纤维筋直径；σ
b
为碳纤维丝公称抗拉强度，单位MPa；K为有效锚固长度系数，考虑到锚口位置的钢丝不能够充分发散，K取2/3；[τ
b
]为碳纤维丝与填料的允许粘接力，取值25MPa。7.根据权利要求1所述的碳纤维拉索的制造方法，其特征在于：步骤(4)中主要在外围的碳纤维丝的端部设置所述固定盖。8.一种碳纤维拉索的施工方法，其特征在于：步骤包括(1)碳纤维拉索的制备：将多束碳纤维束扭绞并在外缠绕缠包带定型形成裸索，然后在裸索外层热挤聚乙烯防护层，然后在索体两端安装锚具并进行灌锚锚固，经张拉检测后盘卷，具体如权利要求1所述的碳纤维拉索的制造方法；(2)斜拉索的牵引：(2.1)斜拉索牵引力的计算，根据拉索的长度，上下两端即塔端和梁端锚垫板中心距离L0，估算出牵引力为T时，拉索下端离梁端锚垫板的距离ΔL：ΔL＝L
0-L+(ω2L
X2
L0)/(24T2)-TL/AE
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)L0——上下两端锚垫板中心距离，单位m；ω——拉索单位重量，单位kg/m；L——拉索长度，单位m...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵军，周祝兵，姚永峰，高明，匡建国，夏涛，施仁杰，
申请(专利权)人：江苏法尔胜缆索有限公司，
类型：发明
国别省市：