复合材料缠绕增强钢索及其制作方法

技术领域

本发明涉及钢索防腐加固技术领域，具体而言，本发明涉及复合材料缠绕增强钢索及其制作方法。

背景技术

在已建成的悬索桥、斜拉桥中，缆索系统的主缆主要都是由一定数量的钢索组成，这些钢索长期暴露在风雨、潮湿的自然环境中，并且承受来自桥梁的动载和静载，非常容易发生腐蚀和疲劳问题，一旦钢索发生腐蚀或疲劳问题，会引发严重的安全事故。钢索的腐蚀几乎存在于所有已建的缆索桥中，造成腐蚀的主要原因是在施工过程的侵入水汽的滞留以及运营过程中防腐涂层损伤造成外界水汽的进入。如何对钢索进行加固防腐，是当前亟待解决的问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出复合材料缠绕增强钢索及其制作方法。该复合材料缠绕增强钢索具有优异的耐腐蚀、抗疲劳性能，且制作工艺简单，便于在施工现场实施，具有显著的经济效益。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种复合材料缠绕增强钢索。根据本发明的实施例，该复合材料缠绕增强钢索包括：多股钢索；单向复合材料布，所述单向复合材料布缠绕在所述多股钢索的表面；热固性填料，所述热固性填料设在所述多股钢索之间，所述多股钢索与所述单向复合材料布之间，和所述单向复合材料布之中。

根据本发明上述实施例的复合材料缠绕增强钢索，充分利用了复合材料轻质高强、耐腐蚀、抗疲劳的优势，复合材料可与钢索共同受力，显著提高钢索的疲劳寿命。同时，结合热固性填料，单向复合材料布可在钢索表面形成保护层，有效避免外界水汽的渗入，并起到防腐作用。此外，该复合材料缠绕增强钢索的制作工艺简单，便于在施工现场实施，具有显著的经济效益。

另外，根据本发明上述实施例的复合材料缠绕增强钢索还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述多股钢索包括多个子组，每个所述子组的表面均缠绕有单向复合材料布。

在本发明的一些实施例中，所述单向复合材料布的纤维方向与钢索长度方向的夹角为10°～30°。

在本发明的一些实施例中，相邻两圈所述单向复合材料布的搭接宽度为2～5cm。

在本发明的一些实施例中，所述单向复合材料布为玻璃纤维复合材料布、碳纤维复合材料布、玄武岩纤维复合材料布或混杂复合材料布。

在本发明的一些实施例中，所述热固性填料为环氧树脂。

在本发明的另一方面，本发明提出了一种制作上述实施例的复合材料缠绕增强钢索的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)提供多股钢索；(2)在所述多股钢索的表面缠绕单向复合材料布；(3)在所述多股钢索缠绕有所述单向复合材料布的部分套设传热套管，并将所述传热套管沿所述多股钢索长度方向的一端封闭；(4)向所述传热套管中注入热固性填料；(5)对所述传热套管进行热处理，以便使所述热固性填料固化；(6)对步骤(5)所得产品进行养护，得到所述复合材料缠绕增强钢索。

根据本发明上述实施例的制作复合材料缠绕增强钢索的方法，首先在成股的钢索表面缠绕单向复合材料布，然后在缠绕好单向复合材料布的一段套上传热套管，并将其一端封闭。后续，向传热套管中注入热固性填料，热固性填料可填充在多股钢索之间、多股钢索与复合材料布之间，并浸入复合材料布中。进一步地，通过对传热套管进行热处理，以便使热固性填料固化，使单向复合材料布在钢索表面形成保护层，有效避免外界水汽的渗入，并起到防腐作用。该方法工艺简单，便于在施工现场实施，具有显著的经济效益。

另外，根据本发明上述实施例的制作复合材料缠绕增强钢索的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，在步骤(2)之前进一步包括：将所述多股钢索分为多个子组，并在每个所述子组的表面缠绕单向复合材料布。

在本发明的一些实施例中，所述热处理通过控制电控箱、使用加热设备对所述传热套管进行加热来完成。

在本发明的一些实施例中，所述方法进一步包括：重复步骤(2)～(5)多次，以便得到预定长度的所述复合材料缠绕增强钢索。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的复合材料缠绕增强钢索的立体结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的复合材料缠绕增强钢索的截面图；

图3是根据本发明另一个实施例的复合材料缠绕增强钢索的截面图。

附图标记：1-钢索，2-单向复合材料布，3-热固性填料，4-传热套管。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

另外，需要说明的是，本发明中所采用的单向复合材料布是由纤维增强复合材料(FRP)制成的布材。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种复合材料缠绕增强钢索。参考图1和2，根据本发明的实施例，该复合材料缠绕增强钢索包括：多股钢索1、单向复合材料布2和热固性填料3。

下面进一步对根据本发明实施例的复合材料缠绕增强钢索进行详细描述。

参考图3，根据本发明的一些实施例，多股钢索1还可以进一步划分为多个子组，每个子组的表面均缠绕有单向复合材料布。由此，可以进一步提高钢索的加固和防腐效果。

根据本发明的一些实施例，单向复合材料布3的纤维方向与钢索1长度方向的夹角(图1中θ所示夹角)可以为10°～30°，例如10°、15°、20°、25°、30°等。由此，复合材料布一方面可以与钢索共同承受拉力，另一方面可以环向包裹钢索，使多股钢索形成一个整体，获得更佳的力学性能。

根据本发明的一些实施例，相邻两圈单向复合材料布的搭接宽度可以为2～5cm。由此，可以进一步保证复合材料布紧密完全包裹住钢索。

根据本发明的一些实施例，上述单向复合材料布可以为玻璃纤维复合材料布、碳纤维复合材料布、玄武岩纤维复合材料布或混杂复合材料布。以上几种具体单向复合材料布的来源并不受特别限制，均可以市购得到。

另外，需要说明的是，用于缠绕多股钢索的单向复合材料布宽度、厚度和缠绕层数等参数可以根据所选择的单向复合材料布的纤维材料和钢索的直径进行设计。

根据本发明的一些实施例，上述热固性填料可以为环氧树脂。

在本发明的另一方面，本发明提出了一种制作上述实施例的复合材料缠绕增强钢索的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：

(1)提供多股钢索。

根据本发明的一些实施例，上述多股钢索既可以是新索，也可以是已应用于建筑构造上的旧锁(如缆索承重桥拉索)。

(2)在多股钢索的表面缠绕单向复合材料布。

根据本发明的一些实施例，在在多股钢索的表面缠绕单向复合材料布之前，可以多股钢索分为多个子组，并在每个子组的表面缠绕单向复合材料布。由此，可以进一步提高钢索的加固和防腐效果。

(3)在多股钢索缠绕有单向复合材料布的部分套设传热套管，并将传热套管沿多股钢索长度方向的一端封闭。

上述传热套管的具体种类并不受特别限制，只要能够套设在钢索上，并起到传热作用即可。根据本发明的一些实施例，传热套管可采用本领域常见的钢套管。另外，传热套管的套设方式可参考图1。

(4)向传热套管中注入热固性填料。

优选地，采用加压注入的方式向传热套管中注入热固性填料。由此，热固性填料的填充效果更佳。

(5)对传热套管进行热处理，以便使热固性填料固化。

需要说明的是，热处理采用的具体处理温度和处理时间可根据实际采用的热固性填料种类来确定，只要能够有效地使热固性填料固化即可。

根据本发明的一些实施例，热处理可以通过控制电控箱、使用加热设备对传热套管进行加热来完成。由此，可进一步提高施工的便捷性。

根据本发明的一些实施例，通过重复上述步骤(2)～(5)多次，可以得到预定长度的复合材料缠绕增强钢索。可以理解的是，对于长度较大的待增强钢索，可以分段对其进行缠绕复合材料布、热固化等操作，从而获得预定长度的复合材料缠绕增强钢索。

(6)对步骤(5)所得产品进行养护，得到复合材料缠绕增强钢索。

需要说明的是，养护的具体方法并不受特别限制，可以采用本领域成熟的钢索养护方法，在此不再赘述。

综上可知，本发明提出的复合材料缠绕增强钢索及其制作方法可以具有选择以下优点的至少之一：

(1)采用复合材料布缠绕在钢索表面，可提高钢索疲劳寿命；复合材料布的纤维方向沿钢索长度方向较多，可更加有效地提供加固效果；复合材料布本身也是一种防腐材料，形成的密闭系统可以有效地保护内部钢索。

(3)采用的材料节能环保，并且既可用于已有大桥钢索的防腐加固，也可用于新建大桥钢索。

(3)复合材料布缠绕方式多样，可以对多股钢索整体进行缠绕，也可以对多股钢索整体和其中多个子组均进行缠绕，获得更佳的力学性能。

(4)制作方法中的缠绕和热处理过程容易通过一套自动缠绕装置和自动加热装置实现自动化施工，精确控制，便捷施工。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。