专利名称：复合纤维环筋及制作方法和纤维筋骨架的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种非金属材料的加强件，尤其涉及一种复合纤维环筋及制作方法和纤维筋骨架的制作方法。
背景技术：
混凝土构件中采用钢筋加强件增强混凝土的抗拉和抗绕，但存在着抗拉强度低、构件重、不具有抗腐蚀、抗酸碱等不足之处。复合纤维在混凝土构件的补强加固工程中己得到了较为广泛的应用，但复合纤维混凝土结构的研究主要集中于桥梁结构的研究中。复合纤维混凝土结构并未得到广泛的应用，其原因主要是在布置复合纤维短筋时，复合纤维筋和混凝土之间的握裹力不足，是本技术领域急待解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于解决混凝土构件中加强件的问题，提供一种构件重量轻、抗拉强度高、抗腐蚀、耐酸碱的复合纤维环筋及制作方法和纤维筋骨架的制作方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是环形筋由至少20束以上浸渍树脂胶的非金属纤维丝缠绕制成，呈扁长圆形封闭环状，环形筋的两端部为U形，环形筋的两侧中部平直。
把纤维筋制做成扁长圆形封闭的环形筋，中部平直，相对平行，环形筋的高度和长度应小于构件的高度和长度，能够包裹在构件内；环形筋的形状可以不拘一格，可采用矩形、圆形、椭圆形、多边形等，关键是必须封闭成环形，有利于在混凝土构件中起到受拉，而不会产生滑移。不仅能充分发挥复合纤维筋抗拉强度高的优势，同时又解决混凝土与复合纤维筋之间握裹力不足的问题。非金属纤维丝可采用碳纤维丝、芳纶纤维丝、玻璃纤维丝等。树脂胶可采用环氧树脂、聚酯树脂、乙烯树脂等。
若干个环形筋多重平行缠绕包裹，外圈的环形筋的中部内侧与相邻的内圈的环形筋的外侧缠绕相连接，内圈的环形筋设置在相邻的外圈的环形筋的中部，外圈的环形筋的两端部长于相邻的内圈的环形筋，连续设置若干个外圈的环形筋包裹相邻的环形筋，内圈的环形筋的两侧平直部与相邻的外圈的环形筋中部两侧平直部缠绕连接成一体，构成群环相连的群环筋。
把单个的扁长圆形封闭的环形筋作为内圈的环形筋，将两端部长于内圈的环形筋扁长圆形封闭的环形筋作为相邻的外圈的环形筋，可连续设置若干个两端部长于相邻的内圈的环形筋的外圈的环形筋，外圈的环形筋包裹相邻的环形筋，使得群环相连构成群环筋，群环筋可以加强环形筋的抗拉、抗绕的强度。
在预应力支撑架上相对称固定设置至少2个以上芯模，芯模整体为桶状，根据设计需要设定芯模的直径、芯模与芯模之间的间距、芯模的数量，芯模表面涂刷脱模剂。
复合纤维环形筋是采用缠绕法整体成型，缠绕工件的芯模可用木材拼装制作，并用金属骨架支撑，覆以其它材料的板材，以便在复合材料工件固化成型后拆卸再用。按照设计要求，安装组合芯模，将芯模固定于预应力支撑架上，必须保证缠绕复合纤维时，不会发生移动，芯模应当具有一定的刚度和强度，以保证加工纤维筋时芯模不会发生变形，以保证实际制作的复合纤维筋的精度。芯模的表面应比较光滑，不应带有棱角，转角处应比较缓和，不然在复合纤维筋从芯模脱模下来的时候容易伤害复合纤维筋的表面胶体。缠绕之前首先应固定好芯模，按照设计要求设置芯模的间距、尺寸等。芯模表面涂上均匀的脱模剂使固化后的复合纤维与芯模成功脱离。
把至少20束以上非金属纤维丝梳理成一股非金属纤维索，先对非金属纤维索预拉伸施加预应力，再用树脂胶充分浸渍非金属纤维索，将浸渍后的非金属纤维索环绕两两相对称的芯模循环往复进行缠绕制作成环形筋，循环往复缠绕到设计要求的环形筋的直径。
在制作复合纤维环形筋时，采用的是整体缠绕成型法。将至少20束以上非金属纤维丝梳理制成一股纤维索，非金属纤维丝可采用碳纤维丝、芳纶纤维丝、玻璃纤维丝等。首先对纤维索预拉伸施加预应力，施加第一次的预应力，大约施加了10％的预应力，再将施加预应力的纤维索充分地浸渍树脂胶，树脂胶可采用环氧树脂、聚酯树脂、乙烯树脂等。对纤维索浸渍树脂胶可采用浸浴方式浸浴纤维索或用喷淋系统喷淋纤维索。把均匀、充分地浸渍树脂胶的纤维索按照设计要求以恒速在芯模上进行缠绕，若配以电脑程序控制缠绕，则精度更高。在芯模上缠绕浸渍树脂胶的纤维索一直缠绕到设计要求的直径即可。
缠绕非金属纤维索的同时通过预应力支撑架对芯模向环形筋的两端部再次施加预应力，使环形筋绷紧，施加预应力一直到环形筋固化，使预应力作用于环形筋上。在室温条件下使环形筋自然固化，固化后的环形筋固定成型。
在进行缠绕作业的同时对非金属纤维索始终施加预应力，一直到固化为止；在缠绕浸渍环氧树脂后的增强纤维时，施加了预应力，使纤维筋绷紧，待复合纤维筋固化定型后，环氧树脂和受力伸长的增强纤维固结为一体，纤维回弹受到树脂的约束，这样复合纤维筋就不能回弹，缠绕时施加的预应力就保留在了纤维筋上。缠绕作业结束后，在自然室温的条件下让充分浸渍树脂胶的非金属纤维索自然固化，一般在自然室温的条件下经1-2小时后环形筋就固化定型了，即可脱模。
待环形筋固化后通过预应力支撑架对芯模由环形筋两端部向环形筋的中部放松，使环形筋松弛，环形筋从芯模上脱模，取下环形筋待用。
经过自然室温的条件固化后的纤维环形筋对其所施加的预应力已经保留在了纤维环形筋上，可以从芯模上脱模，首先松弛预应力支撑架对芯模施加的预应力，通过预应力支架把芯模从纤维环形筋两端向中部放松，使纤维环形筋松弛，即可很方便的从芯模上取下纤维环形筋，以备待用。
在预应力支撑架上相对称固定设置至少2n个芯模，芯模整体为桶状，根据设计需要设定内圈和外圈的芯模的直径、芯模与芯模之间的间距以及外圈的芯模的数量，芯模表面涂刷脱模剂。
复合纤维群环筋是采用缠绕法整体成型，缠绕工件的芯模可用木材拼装制作，并用金属骨架支撑，覆以其它材料的板材，以便在复合材料工件固化成型后拆卸再用。缠绕之前首先应固定好芯模，按照设计要求设置芯模之间的间距、芯模直径的尺寸等，设置芯模的数量为两两相对的偶数。按照设计要求，安装组合芯模，将芯模固定于预应力支撑架上，必须保证缠绕复合纤维时，不会发生移动，芯模应当具有一定的刚度和强度，以保证加工纤维筋时芯模不会发生变形，以保证实际制作的复合纤维筋的精度。芯模的表面应比较光滑，不应带有棱角，转角处应比较缓和，不然在复合纤维筋从芯模脱模下来的时候容易伤害复合纤维筋的表面胶体。芯模表面涂上均匀的脱模剂使固化后的复合纤维与芯模成功脱离。
至少20束以上非金属纤维丝梳理成一股非金属纤维索，先对非金属纤维索预拉伸施加预应力，再用树脂胶充分浸渍非金属纤维索，将浸渍后的非金属纤维索环绕两两相对称内圈的芯模循环往复进行缠绕制作成内圈的环形筋，循环往复缠绕到设计要求的内圈的环形筋的直径。
在制作复合纤维群环筋时，采用的是整体缠绕成型法。将至少20束以上非金属纤维丝梳理制成一股纤维索，非金属纤维丝可采用碳纤维丝、芳纶纤维丝、玻璃纤维丝等。首先对纤维索预拉伸施加预应力，施加第一次的预应力，大约施加了10％的预应力，再将施加预应力的纤维索充分地浸渍树脂胶，树脂胶可采用环氧树脂、聚酯树脂、乙烯树脂等。对纤维索浸渍树脂胶可采用浸浴方式浸浴纤维索或用喷淋系统喷淋纤维索。把均匀、充分地浸渍树脂胶的纤维索按照设计要求以恒速在芯模上进行缠绕，若配以电脑程序控制缠绕，则精度更高。在芯模上缠绕浸渍树脂胶的纤维索一直缠绕到设计要求的直径即可。
继续将浸渍后的非金属纤维索环绕两两相对称相邻的外圈的芯模循环往复进行缠绕制作成外圈的环形筋，循环往复缠绕到设计要求的外圈的环形筋的直径和外圈的环形筋的数量，内圈的环形筋的两侧平直部与外圈的环形筋)中部两侧平直部缠绕连接成一体构成群环相连的群环筋。
缠绕完内圈的环形筋后继续对相邻的的外圈的芯模开始缠绕纤维索，把浸渍树脂胶的纤维索按照设计要求以恒速在相邻的外圈的芯模上进行缠绕，一直缠绕到设计要求的直径即可。相邻的内圈的环形筋的两侧平直部和外圈的环形筋中部两侧平直部缠绕连接成一体，缠绕成群环相连的群环筋。
在缠绕非金属纤维索的同时通过预应力支撑架对芯模向内圈的环形筋两端部和外圈的环形筋的两端部再次施加预应力，施加预应力一直到群环筋固化，使预应力作用于群环筋上。在室温条件下使群环筋自然固化，固化后的群环筋固定成型。
在进行缠绕作业的同时对非金属纤维索始终施加预应力，一直到固化为止；在缠绕浸渍环氧树脂后的增强纤维时，施加了预应力，使纤维筋绷紧，待复合纤维筋固化定型后，环氧树脂和受力伸长的增强纤维固结为一体，纤维回弹受到树脂的约束，这样复合纤维筋就不能回弹，缠绕时施加的预应力就保留在了纤维群环筋上。缠绕作业结束后，在自然室温的条件下让充分浸渍树脂胶的非金属纤维索自然固化，一般在自然室温的条件下经1-2小时后环形筋就固化定型了，即可脱模。
待群环筋固化后通过预应力支撑架对芯模由群环筋两端部向群环筋的中部松弛，群环筋从芯模上脱模，取下群环筋待用。
经过自然室温的条件固化后的纤维群环筋对其所施加的预应力已经保留在了纤维群环筋上，可以从芯模上脱模，首先松弛预应力支撑架对芯模施加的预应力，通过预应力支架把芯模从纤维群环筋两端向中部放松，使纤维群环筋松弛，即可很方便的从芯模上取下纤维群环筋，以备待用。
至少两榀以上的群环筋之间等距设置若干榀环形筋，横向等距设置群环筋，纵向等距设置环形筋，用线材绑扎环形筋与群环筋的交叉部，构成纤维筋骨架。
一般情况下横向设置群环筋，纵向设置环形筋；也可纵向设置群环筋，横向设置环形筋。用群环筋和环形筋按照设计要求绑扎成各种结构不同的构件所需要的纤维筋骨架，也可根据设计的要求多层设置群环筋和环形筋，绑扎成多层的纤维筋骨架。在环形筋和群环筋的交叉部用线材进行绑扎，绑扎用的线材可采用金属线材或非金属纤维。在绑扎后的交叉部涂刷树脂胶，待固化后使交叉部成为一体，提高纤维筋骨架的整体强度。将纤维筋骨架放入木模，浇筑混凝土或其他材料制作成构件。
依据复合纤维环筋的应用效果，作为纵向主筋的复合纤维环筋的直径不应过小，否则不能保证纤维丝有效的共同受力；间距不应太大，会使整体结构的受力更为均匀。
从正截面配筋计算得出，纵向配筋截面面积为As＝390.87mm2；斜截面配筋计算得出1γdVc=1γd0.07fcbh0=89.32KN;]]>因此V≤1γdVc]]>不需进行斜截面承载力计算，根据规范的有关规定，按照构造要求配置箍筋即可。
本发明是复合纤维环筋及制作方法和纤维筋骨架的制作方法。设计科学，结构合理，制作简便，其中复合碳纤维具有强度高、体积小、重量轻、耐腐蚀、耐火、防水、无磁、形状可塑、安装简单、对环境影响小、环保效果明显、价格低廉等特点。本发明具有高抗拉强度、重量轻、抗腐蚀、抗酸碱，具有抗拉强度高，耐腐蚀、密度小、体积小、重量轻、透波性好、抗疲劳、不导电、不导热，耐火性能优，可抗2000度高温，抗拉强度，握裹力好，锚固性好，与混凝土的粘接强度高。本发明采用纤维材料制作，其纤维材料的化学性质稳定，具有极佳的耐腐蚀性能及耐久性能，能抵抗建筑物经常遇到的各种酸、碱、盐对结构物的腐蚀。形状可塑，可按照结构抗力设计和配置材料的分布，能够实现最优化理论结构设计；施工简单，对环境影响小，工效高，可大幅度节约安装费用；价格低廉，产品成本低，价格明显低于钢材的下行空间环保效果明显，纤维材料属于石油化工产品，与传统建筑材料生产工艺相比，环境污染和破坏明显减小，明显节省原材料资源。应用范围广泛，可应用于航空航天、能源交通、石油化工、军事装备、建筑材料、电子工程、医疗器械、文体器材等领域，尤其适合在土木建筑工程中应用，以及桥梁、建筑物加固、水利工程等。
以下结合附图和实施例对本发明详细说明。
图1复合纤维环筋的环形筋的示意2复合纤维环筋的环形筋的剖视3复合纤维环筋的群环筋的示意4复合纤维环筋的群环筋的剖视5制作环形筋的示意6制作群环筋的示意7复合纤维环筋构成的纤维筋骨架的示意8复合纤维环筋构成的纤维筋骨架的示意9复合纤维环筋制作工艺图1芯模，2预应力支撑架，3环形筋，4纤维筋骨架，5群环筋具体实施方式
实施例1环形筋(3)由至少20束以上浸渍树脂胶的非金属纤维丝缠绕制成，呈扁长圆形封闭环状，环形筋(3)的两端部为U形，环形筋(3)的两侧中部平直，如图1、图2所示。
实施例2若干个环形筋(3)多重平行缠绕包裹，外圈的环形筋(3)的中部内侧与相邻的内圈的环形筋(3)的外侧缠绕相连接，内圈的环形筋(3)设置在相邻的外圈的环形筋(3)的中部，外圈的环形筋(3)的两端部长于相邻的内圈的环形筋(3)，连续设置若干个外圈的环形筋(3)包裹相邻的环形筋(3)，内圈的环形筋(3)的两侧平直部与相邻的外圈的环形筋(3)中部两侧平直部缠绕连接成一体，构成群环相连的群环筋(5)，如图3、图4所示。
实施例3在预应力支撑架(2)上相对称固定设置2个芯模(1)，芯模(1)整体为桶状，根据设计需要设定芯模(1)的直径、芯模(1)与芯模(1)之间的间距、芯模(1)的数量，芯模(1)表面涂刷脱模剂。
把至少20束以上非金属纤维丝梳理成一股非金属纤维索，先对非金属纤维索预拉伸施加预应力，再用树脂胶充分浸渍非金属纤维索，将浸渍后的非金属纤维索环绕两两相对称的芯模(1)循环往复进行缠绕制作成环形筋(3)，循环往复缠绕到设计要求的环形筋的直径。
缠绕非金属纤维索的同时通过预应力支撑架(2)对芯模(1)向环形筋(3)的两端部再次施加预应力，使环形筋(3)绷紧，施加预应力一直到环形筋(3)固化，使预应力作用于环形筋(3)上。在室温条件下使环形筋(3)自然固化，固化后的环形筋(3)固定成型。
待环形筋(3)固化后通过预应力支撑架(2)对芯模(1)由环形筋(3)两端部向环形筋(3)的中部放松，使环形筋(3)松弛，环形筋(3)从芯模(1)上脱模，取下环形筋(3)待用，如图1、图2、图5、图9所示。
实施例4在预应力支撑架(2)上相对称固定设置6个芯模(1)，芯模(1)整体为桶状，根据设计需要设定内圈和外圈的芯模(1)的直径、芯模(1)与芯模(1)之间的间距以及外圈的芯模(1)的数量，芯模(1)表面涂刷脱模剂。
至少20束以上非金属纤维丝梳理成一股非金属纤维索，先对非金属纤维索预拉伸施加预应力，再用树脂胶充分浸渍非金属纤维索，将浸渍后的非金属纤维索环绕两两相对称内圈的芯模(1)循环往复进行缠绕制作成内圈的环形筋(3)，循环往复缠绕到设计要求的内圈的环形筋的直径。
继续将浸渍后的非金属纤维索环绕两两相对称相邻的外圈的芯模(1)循环往复进行缠绕制作成外圈的环形筋(3)，循环往复缠绕到设计要求的外圈的环形筋(3)的直径和外圈的环形筋(3)的数量，内圈的环形筋(3)的两侧平直部与外圈的环形筋(3)中部两侧平直部缠绕连接成一体构成群环相连的群环筋(5)。
在缠绕非金属纤维索的同时通过预应力支撑架(2)对芯模(1)向内圈的环形筋(3)两端部和外圈的环形筋(3)的两端部再次施加预应力，施加预应力一直到群环筋(5)固化，使预应力作用于群环筋(5)上；在室温条件下使群环筋(5)自然固化，固化后的群环筋(5)固定成型。
待群环筋(5)固化后通过预应力支撑架(2)对芯模(1)由群环筋(5)两端部向群环筋(5)的中部松弛，群环筋(5)从芯模(1)上脱模，取下群环筋(5)待用，如图3、图4、图6、图9所示。
实施例5在两榀群环筋(5)之间等距设置若干榀环形筋(3)，横向等距设置群环筋(5)，纵向等距设置环形筋(3)，用线材绑扎环形筋(3)与群环筋(5)的交叉部，构成纤维筋骨架(4)，如图7所示。
实施例6若干榀群环筋(5)之间等距设置若干榀环形筋(3)，横向等距设置群环筋(5)，纵向等距设置环形筋(3)，用线材绑扎环形筋(3)与群环筋(5)的交叉部，构成纤维筋骨架(4)，如图8所示。
权利要求
1.一种复合纤维环筋，其特征是环形筋(3)由至少20束以上浸渍树脂胶的非金属纤维丝缠绕制成，呈扁长圆形封闭环状，环形筋(3)的两端部为U形，环形筋(3)的两侧中部平直；若干个环形筋(3)多重平行缠绕包裹，外圈的环形筋(3)的中部内侧与相邻的内圈的环形筋(3)的外侧缠绕相连接，内圈的环形筋(3)设置在相邻的外圈的环形筋(3)的中部，外圈的环形筋(3)的两端部长于相邻的内圈的环形筋(3)，连续设置若干个外圈的环形筋(3)包裹相邻的环形筋(3)，内圈的环形筋(3)的两侧平直部与相邻的外圈的环形筋(3)中部两侧平直部缠绕连接成一体构成群环相连的群环筋(5)。
2.一种复合纤维环筋的制作方法，其特征是在预应力支撑架(2)上相对称固定设置至少2个以上芯模(1)，芯模(1)整体为桶状，根据设计需要设定芯模(1)的直径、芯模(1)与芯模(1)之间的间距、芯模(1)的数量，芯模(1)表面涂刷脱模剂；把至少20束以上非金属纤维丝梳理成一股非金属纤维索，先对非金属纤维索预拉伸施加预应力，再用树脂胶充分浸渍非金属纤维索，将浸渍后的非金属纤维索环绕两两相对称的芯模(1)循环往复进行缠绕制作成环形筋(3)，循环往复缠绕到设计要求的环形筋(3)的直径；缠绕非金属纤维索的同时通过预应力支撑架(2)对芯模(1)向环形筋(3)的两端部再次施加预应力，使环形筋(3)绷紧，施加预应力一直到环形筋(3)固化，使预应力作用于环形筋(3)上；在室温条件下使环形筋(3)自然固化，固化后的环形筋(3)固定成型；待环形筋(3)固化后通过预应力支撑架(2)对芯模(1)由环形筋(3)两端部向环形筋(3)的中部放松，使环形筋(3)松弛，环形筋(3)从芯模(1)上脱模，取下环形筋(3)待用。
3.一种复合纤维环筋的制作方法，其特征是在预应力支撑架(2)上相对称固定设置至少2n个芯模(1)，芯模(1)整体为桶状，根据设计需要设定内圈和外圈的芯模(1)的直径、芯模(1)与芯模(1)之间的间距以及外圈的芯模(1)的数量，芯模(1)表面涂刷脱模剂；至少20束以上非金属纤维丝梳理成一股非金属纤维索，先对非金属纤维索预拉伸施加预应力，再用树脂胶充分浸渍非金属纤维索，将浸渍后的非金属纤维索环绕两两相对称内圈的芯模(1)循环往复进行缠绕制作成内圈的环形筋(3)，循环往复缠绕到设计要求的内圈的环形筋的直径；继续将浸渍后的非金属纤维索环绕两两相对称相邻的外圈的芯模(1)循环往复进行缠绕制作成外圈的环形筋(3)，循环往复缠绕到设计要求的外圈的环形筋(3)的直径和外圈的环形筋(3)的数量，内圈的环形筋(3)的两侧平直部与外圈的环形筋(3)中部两侧平直部缠绕连接成一体构成群环相连的群环筋(5)；在缠绕非金属纤维索的同时通过预应力支撑架(2)对芯模(1)向内圈的环形筋(3)两端部和外圈的环形筋(3)的两端部再次施加预应力，施加预应力一直到群环筋(5)固化，使预应力作用于群环筋(5)上；在室温条件下使群环筋(5)自然固化，固化后的群环筋(5)固定成型；待群环筋(5)固化后通过预应力支撑架(2)对芯模(1)由群环筋(5)两端部向群环筋(5)的中部松弛，群环筋(5)从芯模(1)上脱模，取下群环筋(5)待用。
4.一种复合纤维筋骨架的制作方法，其特征在于所述的至少两榀以上的群环筋(5)之间等距设置若干榀环形筋(3)，横向等距设置群环筋(5)，纵向等距设置环形筋(3)，用线材绑扎环形筋(3)与群环筋(5)的交叉部，构成纤维筋骨架(4)。
全文摘要
本发明是复合纤维环筋及制作方法和纤维筋骨架的制作方法。环形筋由至少20束以上浸渍树脂胶的非金属纤维丝缠绕制成，呈扁长圆形封闭环状，环形筋的两端部为U形，环形筋的两侧中部平直；若干个环形筋多重平行缠绕包裹，外圈的环形筋的中部内侧与相邻的内圈的环形筋的外侧缠绕相连接，外圈的环形筋的两端部长于相邻的内圈的环形筋，连续设置若干个外圈的环形筋包裹相邻的环形筋，内圈的环形筋的两侧平直部与相邻的外圈的环形筋中部两侧平直部缠绕连接成一体构成群环相连的群环筋。本发明设计科学，结构合理，制作简便，具有强度高、体积小、重量轻、耐腐蚀、耐火、防水、无磁、形状可塑、安装简单、对环境影响小、环保效果明显、价格低廉等特点。
文档编号E04C5/07GK1884765SQ20061001443
公开日2006年12月27日 申请日期2006年6月23日 优先权日2006年6月23日
发明者杨秀富, 孙文祥, 张金鹏, 陈维华, 李大华, 刘国伟, 郭风华, 季树凯, 丁谦, 徐道琮, 张强 申请人:天津市河道闸站管理总所