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1、東華大學碩士學位論文碳纖維線纜的制備與性能分析姓名：原婷婷申請學位級別：碩士專業(yè)：紡織工程指導教師：李毓陵2012-03碳纖維線纜的制備與性能分析摘要懸索橋作為變天塹為通途的大跨度橋梁首選造型，正朝著更大跨徑、更大承載力、更高動力穩(wěn)定性和更好耐久性等方面發(fā)展，因此對傳統(tǒng)纜索材料——鋼纜的強度、抗疲勞和防腐蝕等性能提出了更高要求。而鋼材自重大，極大地限制了纜索體系橋梁極限跨徑和承載效率。一般斜拉索橋的鋼索承擔的總載荷中，橋梁自重約占載荷總重的70％，而在相同的拉索長度、傾角與垂度條件下，碳纖維復(fù)合增強塑料斜拉索的拉應(yīng)力只有鋼拉索
2、的20％，即碳纖維復(fù)合增強塑料拉索的有效承載力可提高80％；如果用CFRP拉索來替代鋼索，則可使其承受活載的比例有較大提高，這是特大跨度斜拉橋要使用CFRP材料的一個重要原因。碳纖維復(fù)合增強塑料英文名為CarbonFiberReinforcedPlastic，簡寫為CFRP。在相同條件下，與鋼索相比，CFRP索具有垂度小，自重應(yīng)力小，等效彈性模量高，極限長度大，承載效率高以及更高的自振頻率等特點，因而靜力和動力性能較好，有望成為新的纜索材料。然而碳纖維線纜的極限應(yīng)變很小，多根線纜在承重時，碳纖維容易因應(yīng)力集中而斷裂，因此設(shè)法提
3、高碳纖維線纜斷裂伸長率勢在必行。碳纖維線纜的制備與性能分析本課題主要從線纜結(jié)構(gòu)方面著手，利用線纜內(nèi)部纖維形態(tài)改變來提高其斷裂伸長率；對制成的碳纖維線纜進行力學性能測試，分析課題的可行性。首先，通過實驗，排除加捻法，確定繩編法和三維編織法，來制備不同纖維束結(jié)構(gòu)的碳纖維線纜。目前碳纖維線纜性能測試尚無有效、統(tǒng)一的標準，通過反復(fù)實驗，本課題設(shè)計出兩套夾具輔助裝置，并對不同試樣找出比較成功的保護措施，建立了有效的力學性能測試方法。通過比較12K碳纖維復(fù)絲、繩編法碳纖維線纜(未上漿)、繩編法碳纖維線纜(上漿)和三維編織碳纖維線纜的斷裂強
4、度和斷裂伸長率的平均值、標準偏差和應(yīng)力一應(yīng)變曲線，證明實驗制備的碳纖維線纜替代鋼纜在大跨徑懸索橋梁上使用是可行的，比較而言，目前繩編法比三維編織法更有望為新型結(jié)構(gòu)碳纖維線纜的工業(yè)化生產(chǎn)提供參考。關(guān)鍵詞：碳纖維線纜，繩編，三維編織，斷裂強度，斷裂伸長率幕季天學碳纖維線纜的制備與性能分析PREPARATIoNANDPERFORMANCEANALySISOFCARBONFIBERCABLEABSTRACTFornowt11efirstchoiceforbuildiIlg10ng—spaIlb打dgestocollIlectMosid
5、esover10ngdistanceissuspensionbridge，whichisrequiredtobelongerspaIl，1a略erbearingc印aci吼higherdyn鋤icstabil毋a11ddurab_ili夠，nlisisachallengefor仃aditionalsteelcableins仃ength，fatigueresistaJlce，corrosionresistanceandsoon，whileithasbeen1imitedinspaIlex仃em時andbe撕ngcapacit)r
6、foritsowndensi夠newei曲tofbndgeis70％ofmetotalbe撕ngtakenbysteelcableinusualspaIl-bridge．however，thetensiles仃essofcarbonfmerreiIlforcedplasticonlycometo20％ofsteelcablewimmesamecable1engm，taIlglea11dropecun，e，whichmeanscarbon舶ercable’se航ctiVecapac時couldbe80％higher．soitis
7、betterforsuperSpanbridgetoreplacesteelwimcarbon丘bercabletoimproVetheratioofrandomcapaci夠CarbonFiberReinforcedP1aSticisshortedasCFRP．CFRPcableispossibletobeanewmate血lforlong—spanbridgecable謝thsmallerropecun，e，1essdensi咄higherEquivalentElasticModulus，longerspallex仃cmi
8、吼largerbe撕ngcapaci以biggernatural仔equencyofvibrationcomparedwimsteelca_bleundermesamesituation．butitalsohaSwea：kpointas10werbreakingelongat
