[发明专利]一种多轴向纤维增强拉挤型材夹芯复合材料承重梁及制备方法

说明书

本发明公开了一种多轴向纤维增强拉挤型材夹芯复合材料承重梁及制备方法，包括：拉挤管芯材、拉挤管封口材料、复合材料腹板和复合材料面板；拉挤管芯材为矩形截面，其外表面缠绕有缠绕纤维布，并且由拉挤管封口材料进行封口；拉挤管芯材设有多个，多个拉挤管芯材拼叠形成组合构件，呈梁的形状，多个拉挤管芯材拼叠形成的组合构件其表面外包有外包纤维布；本发明通过采用真空袋成型工艺将树脂灌入模具使得面板、腹板与芯材整体一次成型；本发明采用复合材料夹芯结构，以拉挤型材为芯材，以复合材料为面层及腹板，充分利用了拉挤型材和复合材料夹层结构两种的优点，使得构件抗压、抗弯、抗剪以及抗剥离能力显著提高解决了承载力低及界面剥离问题。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，特别是涉及一种多轴向纤维增强拉挤型材夹芯复合材料承重梁及制备方法。

背景技术

复合材料因其轻质高强的特性被广泛应用于基础设施领域。目前桥梁(尤其是对重量特别敏感的悬索桥)为减轻结构重量，提出了复合材料承重梁的概念。

玻璃纤维增强复合材料(GFRP)因其较低的价格优势在基础设施领域中应用广泛，常采用拉挤空腔式型材，但拉挤型材通常以纵向纤维为主，且在面板与腹板的交接处存在较大的剪力和应力集中现象，极易在面板中部或面板与腹板相交处发生劈裂破坏，因此承载力较低，且现有拉挤工艺难以成型大尺寸截面复材构件，故常用于受力不大的附属结构。

以蜂窝、泡沫和轻木等作为芯材的复合材料夹芯结构是工程应用中极为广泛的结构形式，通过芯材以增大截面惯性矩，获得较高的抗弯强度和刚度。但传统复合材料夹芯构件在制造与服役过程中极易发生面层与芯材界面剥离破坏，严重制约其轻质高强特性的发挥。

目前铁路桥上架设铁轨的木枕存在品质下降、防腐处理不彻底等问题，导致其使用性能和寿命日趋下降，制约了运营速度、轴重和运量的提高，而本发明正是日后铁路轨轨枕更新换代的主流产品。复合材料承重梁作为轨枕具有强度高、耐腐蚀、使用寿命长、轨距保持能力好、扣件安装灵活及生产机械化、连续化等优点，相对木枕具有较大优势，有非常良好的应用前景。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多轴向纤维增强拉挤型材夹芯复合材料承重梁及制备方法，主要解决的问题是：现有技术中复合材料夹芯构件在制造与服役过程中极易发生面层与芯材界面剥离破坏，严重制约其轻质高强特性的发挥。

为实现上述的目的，本发明提供如下的技术方案：

本发明公开了一种多轴向纤维增强拉挤型材夹芯复合材料承重梁，包括：拉挤管芯材、拉挤管封口材料、复合材料腹板和复合材料面板；所述拉挤管芯材为矩形截面，其外表面缠绕有缠绕纤维布，并且由所述拉挤管封口材料进行封口；所述拉挤管芯材设有多个，多个拉挤管芯材拼叠形成组合构件，呈梁的形状，所述拉挤管芯材拼叠的方式有：水平拼叠、竖直拼叠、多列拉挤管芯材水平拼叠和多层拉挤管芯材竖直拼叠；所述多个拉挤管芯材拼叠形成的组合构件其表面外包有外包纤维布；所述外包纤维布和树脂固化成复合材料面板；在所述组合构件内部，上下相邻和/或左右相邻的拉挤管芯材接缝位置的缠绕纤维布与树脂固化成复合材料腹板；所述复合材料腹板沿拉挤管芯材高度方向和/或长度方向布置，形成空间格构腹板。

优选的，所述拉挤管封口材料为复合材料片材或结构泡沫块，所述复合材料片材通过胶粘封口；所述结构泡沫块塞入所述拉挤管芯材的两端并固定进行封口；所述复合材料面板外部包裹有碳纤维布。

优选的，所述拉挤管芯材的尺寸、数量可根据结构实际受力灵活采用；所述缠绕纤维布的铺设方向与层数可根据需要灵活控制；所述外包纤维布的铺设方向与层数可根据需要灵活控制。

优选的，所述缠绕纤维布和所述外包纤维布的材质为：碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或杂交纤维布；所述缠绕纤维布和所述外包纤维布中纤维的轴向方向为：单轴向、双轴向或多轴向；所述拉挤管芯材内部填充有轻混凝土。