碳纤维线缆的制备与性能分析

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1、东华大学硕士学位论文碳纤维线缆的制备与性能分析姓名：原婷婷申请学位级别：硕士专业：纺织工程指导教师：李毓陵2012-03碳纤维线缆的制备与性能分析摘要悬索桥作为变天堑为通途的大跨度桥梁首选造型，正朝着更大跨径、更大承载力、更高动力稳定性和更好耐久性等方面发展，因此对传统缆索材料——钢缆的强度、抗疲劳和防腐蚀等性能提出了更高要求。而钢材自重大，极大地限制了缆索体系桥梁极限跨径和承载效率。一般斜拉索桥的钢索承担的总载荷中，桥梁自重约占载荷总重的70％，而在相同的拉索长度、倾角与垂度条件下，碳纤维复合增强塑料斜拉索的拉应力只有钢拉索

2、的20％，即碳纤维复合增强塑料拉索的有效承载力可提高80％；如果用CFRP拉索来替代钢索，则可使其承受活载的比例有较大提高，这是特大跨度斜拉桥要使用CFRP材料的一个重要原因。碳纤维复合增强塑料英文名为CarbonFiberReinforcedPlastic，简写为CFRP。在相同条件下，与钢索相比，CFRP索具有垂度小，自重应力小，等效弹性模量高，极限长度大，承载效率高以及更高的自振频率等特点，因而静力和动力性能较好，有望成为新的缆索材料。然而碳纤维线缆的极限应变很小，多根线缆在承重时，碳纤维容易因应力集中而断裂，因此设法提

3、高碳纤维线缆断裂伸长率势在必行。碳纤维线缆的制备与性能分析本课题主要从线缆结构方面着手，利用线缆内部纤维形态改变来提高其断裂伸长率；对制成的碳纤维线缆进行力学性能测试，分析课题的可行性。首先，通过实验，排除加捻法，确定绳编法和三维编织法，来制备不同纤维束结构的碳纤维线缆。目前碳纤维线缆性能测试尚无有效、统一的标准，通过反复实验，本课题设计出两套夹具辅助装置，并对不同试样找出比较成功的保护措施，建立了有效的力学性能测试方法。通过比较12K碳纤维复丝、绳编法碳纤维线缆(未上浆)、绳编法碳纤维线缆(上浆)和三维编织碳纤维线缆的断裂强

4、度和断裂伸长率的平均值、标准偏差和应力一应变曲线，证明实验制备的碳纤维线缆替代钢缆在大跨径悬索桥梁上使用是可行的，比较而言，目前绳编法比三维编织法更有望为新型结构碳纤维线缆的工业化生产提供参考。关键词：碳纤维线缆，绳编，三维编织，断裂强度，断裂伸长率幕季天学碳纤维线缆的制备与性能分析PREPARATIoNANDPERFORMANCEANALySISOFCARBONFIBERCABLEABSTRACTFornowt11efirstchoiceforbuildiIlg10ng—spaIlb打dgestocollIlectMosid

5、esover10ngdistanceissuspensionbridge，whichisrequiredtobelongerspaIl，1a略erbearingc印aci吼higherdyn锄icstabil毋a11ddurab_ili够，nlisisachallengefor仃aditionalsteelcableins仃ength，fatigueresistaJlce，corrosionresistanceandsoon，whileithasbeen1imitedinspaIlex仃em时andbe撕ngcapacit)r

6、foritsowndensi够newei曲tofbndgeis70％ofmetotalbe撕ngtakenbysteelcableinusualspaIl-bridge．however，thetensiles仃essofcarbonfmerreiIlforcedplasticonlycometo20％ofsteelcablewimmesamecable1engm，taIlglea11dropecun，e，whichmeanscarbon舶ercable’se航ctiVecapac时couldbe80％higher．soitis

7、betterforsuperSpanbridgetoreplacesteelwimcarbon丘bercabletoimproVetheratioofrandomcapaci够CarbonFiberReinforcedP1aSticisshortedasCFRP．CFRPcableispossibletobeanewmate血lforlong—spanbridgecable谢thsmallerropecun，e，1essdensi咄higherEquivalentElasticModulus，longerspallex仃cmi

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