專利名稱：纖維增強復合材料索橋及其制備方法
技術領域：
本發明屬于橋梁建筑結構領域，具體的涉及一種采用纖維增強復合材料作 為橋面主體的纖維增強復合材料索橋及其制備方法。
背景技術：
纖維增強復合材料(FRP)是近年來在土木工程中應用日益廣泛的一種新型 的結構材料。它具有高強、輕質、耐腐蝕等顯著優點，已經在結構的加固補強、 圍護防腐等方面得到了很好的應用。隨著FRP材料的優越性能逐漸為工程界所 認可，國外許多工程開始將它應用于新建的橋梁中，甚至是大跨度橋梁中。
從上世紀70年代開始，FRP材料就開始在橋梁工程中嘗試應用。英國、美 國和以色列最先應用這種新型材料作為建筑結構和橋梁結構中的主要構件，當 時大多采用的是GFRP (玻璃纖維增強復合材料，即玻璃鋼)。70年代后期，我 國也開始對GFRP進行研究。在1982年，北京密云建成了跨徑20.7米、寬9. 2 米的GFRP簡支蜂窩箱梁公路橋，設計荷載等級汽一15、掛一80，并進行了現場 的荷載試驗，證明了FRP作為承重構件的可行性。通車后出現蜂窩失穩導致橋 面下陷和箱梁腹板上方局部壓屈的問題。1987年進行了檢修，將承重體系改造 成GFRP —混凝土組合結構，使用至今，運行狀況良好。
現有采用纖維增強復合材料構筑的橋梁，特別是索橋，如單塔斜拉索橋、 雙塔斜拉索橋或吊索橋，其橋面主體的纖維增強復合材料多為縱橫交錯或橫向 分布組成，也有的采用立體網狀結構的纖維增強復合材料橋梁構件，例如纖維 增強復合材料的網架桿件，以增強整體橋面的強度。該種結構的索橋的長度設 計可以達到數百米，但是存在的缺陷是隨著索橋長度的增加，橋面在風雨、車 輛或地震荷載作用下，柔性拉索的局部振動容易與結構整體振動間發生內部共 振，產生過大的結構振動響應，長期處于振動中的纖維增強復合材料橋梁構件 輕則影響行車的舒適度，重則引起疲勞破壞，縮短構件使用壽命，甚至危害結 構安全。另一方面，由于采用較短長度或橫向設置的纖維增強復合材料橋梁構
3件，因此橋面主體間的連接點較多，而纖維增強復合材料FRP的剪切強度、層間 拉伸強度和層間剪切強度僅為其抗拉強度的5 20%，而金屬的剪切強度約為其 拉伸強度的50%。這使得FRP構件的連接成為突出的問題。FRP纖維增強復合材 料雖然可以采用鉚接、栓接和粘接，但不管那種連接方式，連接部位都是整個 橋梁構件的薄弱環節。
再者，現有纖維增強復合材料橋梁構件均采用工廠加工然后運至施工地點， 再進行組裝安裝的方式，這致使橋梁建設中采用的所有纖維增強復合材料橋梁 構件均為長度較短的構件，難于實現更大跨度的索橋的施工并保證橋梁的安全。
發明內容
本發明的目的是提供一種采用纖維增強復合材料橋梁構件作為橋面主體， 可適用于長跨距和超長跨距索橋的橋面設計的纖維增強復合材料索橋，它具有 較高的安全性能、橋體重量輕，橋面主體施工方便，使用壽命長的優點，解決 了現有以纖維增強復合材料橋梁構件為主體的索橋跨度低，連接點安全性能差 的缺陷。
本發明的另一 目的是提供上述纖維增強復合材料索橋的制備方法，它具有 施工方式簡單，能夠實現以纖維增強復合材料橋梁構件進行長跨距和超長跨距 的索橋的建造。
為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下
一種纖維增強復合材料索橋，包括索塔、斜拉索或吊索，其特征在于所述 索橋的橋面主體為復數個沿索橋長度方向延伸的纖維增強復合材料橋梁構件并 列設置構成。
具體的，該索橋中所述纖維增強復合材料橋梁構件的長度與橋面長度相等， 該纖維增強復合材料強梁構件為矩形截面的中空管狀、實體或蜂窩狀結構。
所述纖維增強復合材料強梁構件的下方設置支撐橫梁，所述支撐橫梁由與 斜拉索連接的吊索連接固定。
所述纖維增強復合材料橋梁構件為拉擠型材，所述拉擠形材的長度為20
3000m。
所述索橋為單塔斜拉索橋、雙塔斜拉索橋或吊索橋，所述索橋兩側的護欄 也為沿索橋長度方向延伸的纖維增強復合材料橋梁構件構成。
上述纖維增強復合材料索橋的制備方法，其特征在于所述制備方法包括采
4用現場拉擠成型機械制備出與橋面長度相等的若干根纖維增強復合材料橋梁構 件，將復數個纖維增強復合材料橋梁構件并列設置組成橋面主體。
上述纖維增強復合材料索橋的制備方法，其特征在于所述制備方法具體包
括
采用現場拉擠成型機械制備出與橋面長度相等的若干根纖維增強復合材料 橋梁構件，將復數個纖維增強復合材料橋梁構件并列設置組成橋面主體；然后 在纖維增強復合材料橋梁構件的下方設置支撐橫梁，將支撐橫梁與索連接的吊 索連接固定；在纖維增強復合材料橋梁構件組成的橋面主體上面鋪設路面材料。
上述制備方法中所述纖維增強復合材料橋梁構件所采用的材料為樹脂基體 的玻璃纖維、碳纖維或芳綸纖維，所述纖維增強復合材料橋梁構件為矩形截面 的中空管狀、實體或蜂窩狀結構。
該纖維增強復合材料索橋改變國內外普遍使用的橫向纖維增強復合材料橋 梁構件鋪設后連接組成橋面主體的結構形式，采用縱向排列組合橫向纖維增強 復合材料橋梁構件的方式，可以實現大跨距和更大跨距的斜拉索橋的建設，而 不用考慮橋面主體的長度方向上的連接，即有效減少了因橫向纖維增強復合材 料橋梁構件連接存在的安全隱患，又消除了局部共振的影響，提高了橋面主體 的強度和安全性能。
纖維增強復合材料具有重量輕、強度高、抗腐蝕性強、拉伸強度高的優點， 如常規的玻璃鋼纖維復合材料FRP的比強度是鋼材的20 50倍，采用纖維增強復
合材料將會大大減輕結構自重。在橋梁工程中使用可使橋梁的極限跨度大大增 加，并且可以減小地震作用的影響。工程師可以通過使用不同纖維種類、控制 纖維的含量和鋪陳不同方向的纖維設計出各種強度和彈性模量的纖維增強復合 材料產品。而且產品的成型方便，形狀可靈活設計。其對于海水、大氣和低濃 度的酸堿鹽等都具有較好的抵抗能力。另外，由于纖維增強復合材料橋梁構件 采用縱向拉擠成型，其可以無限拉伸，成型長度可以達到3000m以上。
與索橋的橋體長度相當的多根纖維增強復合材料橋梁構件平列放置，即可 形成強度高和共振性能較小的橋面主體，在橋面主體上可以鋪設復合材料或無 機材料形成路面，其重量降低到最小值，有效地降低了索塔、斜拉索或吊索的 單位受力，可以有效地提高橋體的可設計長度。
該纖維增強復合材料索橋制備時，可以采用現場拉擠成型的方式生產足夠 長度的纖維增強復合材料橋梁構件，然后將多根纖維增強復合材料橋梁構件并
5列拼合成足夠寬度的橋面主體，然后通過橋面主體的支撐橫梁將橋面主體進行 斜拉索固定或者吊索固定，形成斜拉索橋或吊索橋。
本發明的有益效果在于，該纖維增強復合材料索橋采用縱向設置的纖維增 強復合材料橋梁構件作為橋面主體，可實現千米長跨距和數千米超長跨距索橋 的橋面設計和施工，并具有較高的安全性能，橋體重量輕，橋面主體施工方便， 使用壽命長，纖維增強復合材料索橋的制備方法施工方式簡單，能夠實現以纖 維增強復合材料橋梁構件進行長跨距和超長跨距的索橋的快速安全建造。
圖1是本發明具體實施方式
中橋面主體的組成結構示意圖2是本發明具體實施方式
中雙塔斜拉索橋的組成結構示意圖。
具體實施例方式
實施例1如圖1所示，該纖維增強復合材料索橋的橋面主體為復數個沿索 橋長度方向延伸的纖維增強復合材料橋梁構件1并列設置構成，纖維增強復合 材料強梁構件的下方間隔分布設置支撐橫梁2，纖維增強復合材料橋梁構件的長 度與橋面長度相等，該纖維增強復合材料強梁構件為矩形截面的中空管狀結構， 纖維增強復合材料橋梁構件為拉擠型材，所述拉擠形材的長度可以為1000m。，
制備方法為采用現場拉擠成型機械制備出與橋面長度相等的若干根玻璃鋼 纖維增強復合材料橋梁構件，將復數個纖維增強復合材料橋梁構件并列設置組 成橋面主體；然后在纖維增強復合材料橋梁構件的下方設置支撐橫梁，將支撐 橫梁與索連接的吊索連接固定；在纖維增強復合材料橋梁構件組成的橋面主體 上面鋪設路面材料。
實施例2 如圖2，該纖維增強復合材料索橋為雙塔斜拉索橋，橋面主體 為復數個沿索橋長度方向延伸的纖維增強復合材料橋梁構件1并列設置構成， 纖維增強復合材料強梁構件的下方設置有支撐橫梁2，支撐橫梁的兩端由與斜拉 索4連接的吊索5連接固定，斜拉索架設在索塔3上，由兩組索塔支撐整體橋 重，纖維增強復合材料橋梁構件的長度與橋面長度相等，該纖維增強復合材料 強梁構件為矩形截面的蜂窩結構，纖維增強復合材料橋梁構件為拉擠型材，所 述拉擠形材的長度可以為3000m。，
制備方法為采用現場拉擠成型機械制備出與橋面長度相等的若干根玻璃鋼纖維增強復合材料橋梁構件，將復數個纖維增強復合材料橋梁構件并列設置組
成橋面主體；然后在纖維增強復合材料橋梁構件的下方設置支撐橫梁，將支撐
橫梁與斜拉索連接的吊索連接固定；在纖維增強復合材料橋梁構件組成的橋面
權利要求
1. 一種纖維增強復合材料索橋，包括索塔、拉索或吊索，其特征在于所述索橋的橋面主體為復數個沿索橋長度方向延伸的纖維增強復合材料橋梁構件并列設置構成。
2. 根據權利要求1所述的纖維增強復合材料索橋，其特征在于所述纖維增 強復合材料橋梁構件的長度與橋面長度相等，該纖維增強復合材料強梁構件為 矩形截面的中空管狀、實體或蜂窩狀結構。
3. 根據權利要求1所述的纖維增強復合材料索橋，其特征在于所述纖維增 強復合材料強梁構件的下方設置支撐橫梁，所述支撐橫梁由與斜拉索連接的吊 索連接固定。
4. 根據權利要求1所述的纖維增強復合材料索橋，其特征在于所述纖維增 強復合材料橋梁構件為拉擠型材，所述拉擠形材的長度為20 3000m。
5. 根據權利要求1所述的纖維增強復合材料索橋，其特征在于所述索橋為 單塔斜拉索橋、雙塔斜拉索橋或吊索橋，所述索橋兩側的護欄也為沿索橋長度 方向延伸的纖維增強復合材料橋梁構件構成。
6. 權利要求1所述的纖維增強復合材料索橋的制備方法，其特征在于所述 制備方法包括采用現場拉擠成型機械制備出與橋面長度相等的若干根纖維增強 復合材料橋梁構件，將復數個纖維增強復合材料橋梁構件并列設置組成橋面主 體。
7. 權利要求1所述的纖維增強復合材料索橋的制備方法，其特征在于所述 制備方法具體包括采用現場拉擠成型機械制備出與橋面長度相等的若干根纖維增強復合材料橋梁構件，將復數個纖維增強復合材料橋梁構件并列設置組成橋面主體；然后 在纖維增強復合材料橋梁構件的下方設置支撐橫梁，將支撐橫梁與索連接的吊 索連接固定；在纖維增強復合材料橋梁構件組成的橋面主體上面鋪設路面材料。
8. 根據權利要求6或7所述的纖維增強復合材料索橋的制備方法，其特征 在于所述纖維增強復合材料橋梁構件所采用的材料為樹脂基體的玻璃纖維、碳 纖維或芳綸纖維，所述纖維增強復合材料橋梁構件為矩形截面的中空管狀、實 體或蜂窩狀結構。
全文摘要
纖維增強復合材料索橋及其制備方法，包括索塔、拉索或吊索，其特征在于所述索橋的橋面主體為復數個沿索橋長度方向延伸的纖維增強復合材料橋梁構件并列設置構成。所述制備方法包括采用現場拉擠成型機械制備出與橋面長度相等的若干根纖維增強復合材料橋梁構件，將復數個纖維增強復合材料橋梁構件并列設置組成橋面主體。該索橋采用縱向設置的纖維增強復合材料橋梁構件作為橋面主體，可實現千米長跨距和數千米超長跨距索橋的橋面設計和施工，并具有較高的安全性能，橋體重量輕，橋面主體施工方便，使用壽命長，纖維增強復合材料索橋的制備方法施工方式簡單，能夠實現以纖維增強復合材料橋梁構件進行長跨距和超長跨距的索橋的快速安全建造。
文檔編號E01D11/00GK101451339SQ20071019520
公開日2009年6月10日 申請日期2007年12月5日 優先權日2007年12月5日
發明者悅 袁 申請人:北京海博思強橋梁新技術有限公司