[发明专利]一种桥梁用FRP拉挤型材及成型设备与制备方法

说明书

技术领域

本发明属于桥梁用大截面拉挤型材技术领域，特别是涉及一种桥梁用FRP拉挤型材及成型设备与制备方法。

背景技术

近年来，由于FRP（纤维增强复合材料）具有轻质高强的特点，已经在桥梁工程中显现出广阔的应用前景。研究新型耐腐蚀结构材料(纤维增强复合材料)对实现减少混凝土结构的钢筋锈蚀和经济成本，具有极为重要的理论和现实意义。随着纤维增强复合材料的种类和生产工艺迅速发展，产品形式不断更新，使得FRP材料及结构在桥梁工程中应用的形式也更加多样，如FRP人行桥梁、FRP斜拉桥索、FRP预应力筋、FRP桥面板、FRP桥梁围护体系、FRP管混凝土桥柱等等。

FRP 桥面板自重轻，约为传统混凝土板的20～40%，可以减轻桥梁的恒载，提高有效承载力；有较强的拉伸强度、弯曲强度、剪切强度；耐腐蚀性能好；施工方便，安装快捷，维护保养方便，综合效益好。FRP桥面板结构设计有夹芯板、拉挤型材拼装板、面板—内芯管组合板等形式。FRP 夹芯桥面板一般是通过真空树脂传递模塑法工艺或手糊工艺一次成型；FRP拉挤型材拼装桥面板，主要是通过金属螺栓连接、粘接、预应力挤压等连接固定的方式将拉挤型材拼装；FRP面板—内心管组合板主要形式是将通过拉挤成型或缠绕成型的芯材与拉挤成型或手糊成型的面板组合成桥面板。

FRP拉挤型材的主要特点是沿纤维方向的拉压强度较高，而垂直于纤维方向的抗剪强度不足。作为桥面板使用的拉挤型材，在使用过程中的主要受力状态为受弯，但如果按混凝土或者钢结构的设计方法对构件截面进行设计，不考虑其剪切强度较低的特点，可能导致构件的剪切破坏先于弯曲破坏发生。构件弯曲破坏前具有较明显的构件变形，属于延性破坏，而剪切破坏多为突然发生，没有明显征兆，不利于破坏预警，我们希望构件能够发生弯曲破坏而不是剪切破坏，也就是说强度是构件设计的控制因素。普通的FRP拉挤桥面板由于其剪切强度不足，易发生突发事故。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供改进现有桥梁的截面形状，以此增加型材的抗剪和抗冲性能的一种桥梁用FRP拉挤型材及成型设备；同时还提供了该桥梁用FRP拉挤型材的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案；一种桥梁用FRP拉挤型材，由拉挤工艺成型；其特点为：该桥梁用FRP拉挤型材的宽度为220～250mm，高度为130～160mm；其截面形状为三腔矩形框，包括沿其矩形框水平中心线对称设置的顶板和底板；沿其矩形框垂直中心线对称设置的2个侧壁腹板和与2个侧壁腹板平行设置于矩形框内的2个中间腹板；2个中间腹板间距为60～70 mm；中间腹板外侧与侧壁腹板之间的间距为55～65 mm；所述顶板、侧壁腹板、中间腹板和所述底板相互之间连接处为倒角设置，其倒角R为10～16mm。

2个上述的中间腹板外侧至2侧壁腹板之间的顶板和底板的厚度相同，均为10～12mm；2个中间腹板之间的顶板和底板的厚度相同，均为20～22mm；2个中间腹板的高度为90～120mm，厚度为15～18 mm，2个侧壁腹板的高度为110～140mm，厚度10～12mm。

为实现上述目的，本发明第二个方案是提供一种上述桥梁用FRP拉挤型材的成型设备，它包括由前至后依次设置的纱架、导毡器、胶液浸渍装置、预成型模、热成型模具、牵引装置和切割装置；其特点为：所述热成型模具的内腔为与截面形状为三腔矩形框的FPR拉挤型材形状相同的三腔结构；包括一模芯支架、一模具外腔和3个模芯；该模芯支架的尾端与所述热成型模具的模具外腔的前端水平固接； 3个模芯并排竖向装在模芯支架横向的中部；模芯的前端与模芯支架的前端相接；模芯的尾部插入模具外腔内至其3/4处；在模芯的空腔内插设有模芯加热装置。

上述的模芯支架为一由方钢焊接而成的框架，该框架的后端与所述模具外腔前端入模口的外周焊接固定；所述模芯均为矩形空腔，分设为中间模芯和两侧模芯；其中，中间模芯的高度为90～120 mm，宽度为60～70mm；两侧模芯的尺寸相同，其高度为110～140mm,宽度为55～65mm；3个模芯之间留有相同的间距，该间距为中间腹板的厚度；3个模芯的前端以中间模芯在前，两侧模芯在后的错开安装方式与模芯支架的前部固接。

上述的模芯分设有三段，分别为前段模芯、过渡段模芯和尾部模芯；其中，前段模芯的外形尺寸等比例缩小为尾部模芯的0.7～0.8倍；在距模具外腔入模口15cm处为过渡段模芯，过渡段模芯以圆弧状连接过渡。