瑞士温特图尔镇斯托克桥上碳纤维(cfrp)斜拉索的介绍

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1、<律PRE炙STRE园SST地ECHNOL_-OGY《{5i左技末》2∞9年第1期总第72期瑞士温特图尔镇斯托克桥上碳纤维(CFRP)斜拉索的介绍乌尔斯·梅尔著李双荣译(瑞士联邦材料测试与研究实验室EMPA)(~p4,1,1欧维机械股份有限公司柳州545005)摘要：从1980年起，瑞士杜本多夫的EMPA，苏黎世一斯维尔森巴的BBR公司，巴塞尔的CibaAG公司，以及祖维尔的stesalitAG公司，就一直研究开发应用于斜拉桥和悬索桥的碳纤维增强聚合物(CFRP)平行纤维线束。这种纤维线束具有卓越的力学性能及抗腐蚀性，很高的强度和相应的弹性模量，以及优良的抗疲劳特性。运用CFRP拉索以及将来推

2、广使用所面临的关键问题是如何锚固。这里描述了一种已申请了专利一一基于陶瓷和环氧树脂而制成的梯度锚固方法。1995～1996年，两根大尺寸的CFRP斜拉索首次运用于位于瑞士温特图尔镇斯托克桥上。该桥为一主跨124米，两车道的斜拉桥。1介绍原材料来源丰富，取之不尽。碳纤维是将直径5一在过去的3O年里，桥梁界已见证了越来越多l0微米范围内的有机聚脂纤维丝经碳化而制成的斜拉桥和悬索桥的拉索破坏情况。由于日益增的。在本研究项目上使用的碳纤维是TORAYCA加的腐蚀和疲劳载荷，桥上的拉索已难堪重负。T700S，其强度达4900MPa，弹性模量达230GPa，大多数桥梁工程师似乎都认同应提高此类拉索的破断延

3、伸率2．1％。密度1．8g／cm。轴向热澎涨系防腐和抗疲劳I生能的观点。研究者们提出了使用数几乎为零。非金属材料亦即非腐蚀性材料的现代解决办法。3碳纤维增强聚合物丝从二十世纪八十年代早期，替代钢丝用于斜拉索乍一看，一种由平行纤维束和聚合物基体制的碳纤维增强聚合物(CFRP)已有介绍。从使成的先进复合材料似乎有不必要的复杂性。为什用寿命的观点出发，研究表明碳纤维增强聚合物么不把实心碳棒(丝)用作索体的平行线束呢?(CFRP)相对于芳香族化合物或玻璃具有非凡正如上述所提到的，碳是一种非常粗糙，但却如出众的效果。未来碳纤维增强聚合物具有极高的化学元素周期表中间的元素一样具有非凡的性能应用潜力。接下来

4、研究开发工作的目的是开发能表现的材料。然而由于其极具脆性，像这样的材适用于碳纤维丝束(CFRP)、并能发挥其巨大料以往很少用作结构材料。用这类材料制作的构潜力的锚具系统，使得用这种复合材料制成的平件，即使表面上存在光滑凹槽或内部细微缺陷都行丝束具有高可靠性，并将其运用于试验工程项会导致突然地、早强地和灾难陛地失效。考虑其目。化学结构特性，及统计表明用度碳制成纤维形2碳纤维式，能显著增强其强度以及大大地提高其可靠这种理想的建筑材料主要由位于化学周期表性。而且，存在于复合纤维丝内的裂纹不会像其的中间部分的元素制成。这些元素包括碳元素，在实心碳丝内那样突然地传播，纤维丝上的缺陷在其原子周围形成有强而

5、稳定的离子键。通过这不会不可避免地导致构件失效，当纤维丝内置于种离子键将原子绑结在一起的材料，具有刚硬、聚合物基体时，能充分展示其全部强度，而且其高强度、甚至在相对很高的气温条件下，也能承破断时变形量极小。鉴于上述这些因素，CFRP受各种化学环境的侵蚀的特性。而且其密度低，纤维丝是非常可靠的。~PRESTRESSTECHNOLOGY、．．。．——．。．——《颓左技末》2o09年第1期总第72期律炙园地-CFRP纤维丝是通过抽拨挤出的方式加工而成的。这是一个将增强聚合物丝连续撞出的工艺过程。原纱的抽拉依次经过灌满环氧树脂的容器、成型模，最后到达养护区。纤维丝具有很好L●Tl1．的平行排列和连续性

6、。在本研发项目上用的增强●纤维丝的纤维的体积含量比在68％一72％的范围之．——·一——·间。CFRP丝的轴向性能(弹性模量、强度)LLab可简单地通过混合物规则计算得出。测出的性图1能参数值参见表1。本项目上用的纤维丝直径一通过这种形式的固结，荷载必须能长时间为5ram地保持CFRP纤维丝的高静载和疲劳强度。一锚头的金属锥筒和CFRP丝之间应避免产表1抽拨T700S纤维线的性能参数生电流腐蚀。电流腐蚀对金属锥筒有害。因此荷I抗托强度a(纵向)3300MPa载传递介质(LTM)应为电绝缘材料。i弹性模量E(纵向)165GPa锚同筒内的锥面提供了必要的放射状压力以密度156g／cm提高CFRP纤

7、维丝内层组织的抗剪强度。此概念通过用一根纤维丝的系统为例说明，如图1所纤维含量68V0l％示。如果锚固筒内的荷载传递介质全长都用环氧热膨胀性(纵向)0．2×10一m／m／树脂填充，那么在锚固体最前端的CFRP纤维丝4OFRP索体表面上将产生很高的剪应力集中(图1a)。这个索体由平行的CFRP纤维丝束制成。将纤维剪应力峰值将引发CFRP纤维丝撕裂或拉伸失丝平行布置的主要目的是使纤维丝在索体中较之效，