[发明专利]一种圆截面多层片材型CFRP拉索体系

说明书

本发明公开一种圆截面多层片材型CFRP拉索体系，涉及土木工程和复合材料技术领域。包括CFRP片材、片材型泡沫、圆弧型泡沫、聚乙烯管护套、上波形夹板、下波形夹板、波形夹片、螺栓、螺母和垫圈。不同宽度的CFRP片材按照从中间向上下各层宽度尺寸逐渐减小的规律叠合，在拉索自由段采用不同宽度的片材型泡沫间隔CFRP片材，且所有CFRP片材和片材型泡沫的外边缘顶点共同内接一个圆，形成一个虚拟的圆形截面，外部采用聚乙烯管护套包裹；在锚固段采用波形夹片间隔CFRP片材，并用波形夹板进行夹持锚固。本发明克服了圆截面棒材型CFRP拉索锚固困难的缺点，解决了矩形截面片材型CFRP拉索抗风致振动性能不佳的问题，可以应用于斜拉桥、悬索桥以及空间索结构中。

技术领域

本发明涉及土木工程、机械工程和复合材料技术等领域，尤其涉及一种圆截面多层片材型CFRP拉索体系。

背景技术

CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer，碳纤维增强塑料)是一种新型的高性能复合材料，由碳纤维及包裹碳纤维的聚合物基体组成。CFRP具有轻质、高强、耐腐蚀、抗疲劳、低蠕变、高阻尼等诸多优异的力学性能，由CFRP制成拉索，可以解决钢索自重过大、强度不足、承载效率低、耐久性差等缺点。在大跨度桥梁和空间结构、海洋与化工厂等高腐蚀性环境以及存在往复荷载等易疲劳环境中用CFRP拉索替代钢索，将有助于降低工程总投资，促进社会与国民经济的可持续发展。

拉索是斜拉桥、悬索桥以及空间索结构中主要的受力构件，目前已经有的两种拉索形式包括：圆截面棒材型CFRP拉索和矩形截面片材型CFRP拉索，然而圆截面棒材型CFRP拉索具有锚固困难的缺点，矩形截面片材型CFRP拉索具有抗风致振动性能不佳的缺点，使得两种拉索体系的使用均受到不同程度的限制。

发明内容

本发明的目的在于主要针对背景技术中的问题提出一种圆截面多层片材型CFRP拉索体系。通过本发明能够有效解决圆截面棒材型CFRP拉索锚固困难和矩形截面片材型CFRP拉索抗风致振动性能不佳的问题，进一步提升CFRP拉索的性能与适用性。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种圆截面多层片材型CFRP拉索体系，包括：CFRP片材(1)，片材型泡沫(2)，圆弧型泡沫(3)，聚乙烯管护套(4)，上波形夹板(5)，下波形夹板(6)，波形夹片(7)，螺栓(8)，螺母(9)，垫圈(10)，其特征在于：不同宽度的CFRP片材(1)按照从中间层向上下各层宽度尺寸逐渐减小的规律叠合；在拉索的自由段，采用不同宽度的片材型泡沫(2)间隔CFRP片材(1)，顶部和底部各附上一层圆弧型泡沫(3)，且所有CFRP片材(1)、片材型泡沫(2)和圆弧型泡沫(3)的外边缘顶点共同内接一个圆，在拉索自由段形成一个虚拟的圆形截面(圆形截面示意图见附图1)；在拉索的锚固段，不同宽度的CFRP片材(1)各层之间采用等宽度的波形夹片(7)间隔，最上层和最下层的CFRP片材(1)分别与上波形夹板(5)和下波形夹板(6)直接接触，螺栓(8)穿过上波形夹板(5)、所有的波形夹片(7)和下波形夹板(6)，但不穿过任何CFRP片材(1)，拧紧螺栓(8)和螺母(9)实现对CFRP片材(1)的夹持锚固。

所述的一种圆截面多层片材型CFRP拉索体系，其特征在于：所述各层CFRP片材(1)厚度相等，各层片材型泡沫(2)厚度相等且等于CFRP片材的厚度；CFRP片材(1)与片材型泡沫(2)的宽度均按照从中间层向上下各层宽度逐渐减小的规律对称变化，且CFRP片材(1)和片材型泡沫(2)叠合后的各层外边缘顶点共同内接一个圆，形成一个虚拟的圆形截面。

聚乙烯管护套(3)的内径表示为D、CFRP片材(1)的厚度表示为b，由于CFRP片材(1)和片材型泡沫(2)叠合后的各层外边缘顶点共同内接一个圆，即各层外边缘顶点在同一个圆曲线上，若该圆曲线的中心为坐标原点，该圆曲线方程表示为：且：

①各层CFRP片材(1)的厚度为b，各层片材型泡沫(2)的厚度为b；