表1 碳纤维与钢结构材料性能对比

2CFRP 缆绳结构

自上世纪70年代碳纤维问世以来，CFRP目前已经在航空航天、国防工业等领域实现广泛应用，最早在1977年国外就已经提出将碳纤维用于缆绳结构，但由于高昂的成本阻止了碳纤维这种用途。

CFRP首次正式在出现在建筑业中是在1991年，当时通过使用CFRP对瑞士卢塞恩的Ibach桥进行。从此以后，CFRP不仅在加固、修补、加固等方面得到了越来越多的应用，而且在缆绳结构中也作为拉索使用。

在拉索结构中通常采用单向CFRP材料制造，依靠CFRP纤维方向上高强度来承载外部拉力。上世纪90年代，瑞士联邦材料测试与研究机构EMPA的Urs Meier教授在该领域做了开拓性工作，1996年他在悬索桥中首次使用了该技术，安装了2条长度为35 m的CFRP缆绳（图3）。

图3 1996年全球首条带捆绑碳纤维缆绳的公路桥梁

根据不同的结构形式，现有的CFRP缆绳（拉索结构）可分为四种主要类型：

a、薄片型CFRP缆绳材料，主要采用拉挤成型或层压成型工艺加工；b、 条形环形式的CFRP缆绳，通过将连续的CFRP条带缠绕在两个插针上制成，条形环可以选择分层或不分层；c、 杆式CFRP缆绳，通常采用拉挤成型工艺加工；d、钢绞线形CFRP缆绳， 它是通过将多根CFRP线缠绕成螺旋状制成的，所用的CFRP通常是拉绕工艺生产。四种不同类型的CFRP绳索结构如图4所示。

图4 四种常见的CFRP缆绳结构

目前市场销售的几种CFRP缆绳产品结构形式、主要特征及力学性能等与钢索结构对比如表2所示。在表2中的CFRP产品均是采用标准模量级碳纤维（性能见表1），CFRP中碳纤维体积约为60%，而全锁钢丝绳 （Steel full-locked coil rope）是一种常用的缆索型现代缆索结构。

从表2可以看出， 全锁钢丝绳结构强度为1.5 GPa要明显低于其他形式的CFRP缆绳材料，虽然钢索结构具有模量上的优势，但是CFRP缆绳优势还体现在，其体密度仅为钢索密度的1/5左右。

表2 市售的几种CFRP缆绳与钢索结构对比

CFRP缆绳材料除了具有高强度和低重量外，相比钢索具有更好的耐腐蚀性、抗疲劳性以及更低的热膨胀性。除此以外，由于碳纤维具有优异的抗蠕变性能，CFRP缆绳的应力松弛很小， 无需限制持续的拉伸应力。 返回搜狐，查看更多