(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210746319.3 (22)申请日 2022.06.29 (71)申请人 郑州大学 地址 450001 河南省郑州市高新 技术开发 区科学大道100号 (72)发明人 高丹盈　张涛　薛程程　 (74)专利代理 机构 郑州大通专利商标代理有限 公司 41111 专利代理师 余炎锋 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) E04C 5/07(2006.01) G06F 113/26(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 利用钢纤维改性碳玻混杂纤维增强聚合物 筋的方法 (57)摘要 本发明属于复合材料设计技术领域。 一种利 用钢纤维改性碳玻混杂纤维增强聚合物筋的方 法， 在碳玻混杂F RP筋中引入钢纤维， 具体包括以 下步骤： 确定相应类型的钢纤维的应力 ‑应变曲 线； 根据混杂理论设计出具有不同应力 ‑应变响 应的HFRP筋； 确定HFRP筋中的各纤维的体积率。 本申请通过掺入不同类型钢纤维， 设计出具有不 同应力‑应变全曲线的HFRP筋， 达到改善碳/玻 HFRP筋的弹性模量低、 大屈服应变和延性差的目 的， 同时降低碳/玻H FRP筋的成本。 本发明原理清 晰， 方法简单， 为混杂筋设计提供了理论方法， 对 推广混杂FRP筋在工程 建设中的应用具有重要的 理论意义和使用价 值。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 115114783 A 2022.09.27 CN 115114783 A 1.一种利用钢纤维改性碳玻混杂纤维增强聚合物筋的方法， 其特征在于， 在碳玻混杂 FRP筋中引入钢纤维， 具体包括以下步骤： 确定相应 类型的钢纤维的应力 ‑应变曲线； 根据混杂理论设计出 具有不同应力 ‑应变响应的HFRP筋； 确定HFRP筋中的各纤维的体积率。 2.根据权利要求1所述的利用钢纤维改性碳玻混杂纤维增强聚合物筋的方法， 其特征 在于， 采用低强度的弹塑性钢纤维改性碳玻混杂纤维增强聚合物筋， 满足εs＜εc＜εg， 钢纤 维先屈服， 然后碳纤维达到极限应变断裂， 最后玻璃纤维达到极限应变断裂， 其中， εs表示 相应类型的钢纤维的屈服应 变； εc表示碳纤维的极限应 变， εg表示玻璃纤维的极限应 变； 按照碳纤维断裂时所释放的荷载由玻璃纤维和钢纤维完全承担， 并具有继续承担荷载 增加能力的原则， 当碳纤维断裂时， 应满足下列公式： EgεgVg+EsεsVs≥EgεcVg+EcεcVc+EsεsVs (1) 式中， Es、 Ec和Eg分别表示钢纤维、 碳纤维和玻璃纤维的弹性模量， GPa； Vs、 Vc和Vg分别表 示钢纤维、 碳纤维和玻璃纤维的体积率。 对公式(1)进行转 化， 得到玻璃纤维与碳纤维体积率比之间的关系： 当玻璃纤维达到极限应变断裂， 按照玻璃纤维断裂时所释放的荷载由钢纤维完全承 担， 并具有继续承担荷载增 加能力的原则， 当玻璃纤维断裂时， 应满足下列公式： EsεsVs≥EgεgVg (3) 低强度的弹塑性钢纤维改性碳玻混杂纤维增强聚合物筋中的钢纤维、 碳纤维和玻璃纤 维的体积率满足下式： Vs+Vc+Vg＝1 (4) 根据公式(2)、 (3)和(4)获取碳纤维、 玻璃纤维和低强度的弹 塑性钢纤维的体积率。 3.根据权利要求1所述的利用钢纤维改性碳玻混杂纤维增强聚合物筋的方法， 其特征 在于， 采用高强度的线弹性钢纤维改性碳玻混杂纤维增强聚合物筋， 满足εs＝εc＜εg， 在拉 伸荷载作用下， 钢纤维和碳纤维同时达到极限应变产生断裂， 最后 玻璃纤维达到极限应变 断裂， 其中， εs表示相应类型的钢纤维的极限应变； εc表示碳纤维的极限应变， εg表示玻璃纤 维的极限应 变； 按照钢纤维和碳纤维断裂时所释放的荷载由玻璃纤维完全承担， 并具有继续承担荷载 增加能力的原则， 当钢纤维和碳纤维断裂时， 应满足下列公式： EgεgVg≥EgεcVg+EcεcVc+EsεsVs (5) 对公式(5)进行转 化， 得到玻璃纤维体积率的一个阈值： 同时， 在高强度的线弹性钢纤维改性碳玻混杂纤维增强聚合物筋中， 钢纤维、 碳纤维和 玻璃纤维的体积率应满足下式： Vs+Vc+Vg＝1 (7) 根据公式(6)和(7)可确定钢纤维、 碳纤维和玻璃纤维体积率之间的关系；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115114783 A 2将高强度的线弹性钢纤维以替代碳纤维的方式掺入， 则高强度的线弹性钢纤维的体积 率满足下列公式： 式中， Vt c表示钢纤维替代的碳纤维体积率； 根据公式(6)、 (7)和(8)获取钢纤维、 碳纤维和玻璃纤维的体积率。 4.根据权利要求1所述的利用钢纤维改性碳玻混杂纤维增强聚合物筋的方法， 其特征 在于， 采用高强度的双线性钢纤维改性碳玻混杂纤维增强聚合物筋， 满足εs＜εc＜εg， 在拉 伸荷载作用下， 钢纤维先屈服， 但屈服后还能继续承担荷载， 然后碳纤维达到极限应变断 裂， 最后玻璃纤维达到极限应变断裂， 其中， εs表示相应类型的钢纤维的屈服应变； εc表示碳 纤维的极限应 变， εg表示玻璃纤维的极限应 变； 按照碳纤维断裂时所释放的荷载由玻璃纤维和钢纤维完全承担， 并具有继续承担荷载 增加能力的原则， 当碳纤维断裂时， 应满足下列公式： EgεgVg+[(Es1‑Es2)εs+Es2εsf]Vs≥EgεcVg+EcεcVc+[(Es1‑Es2)εs+Es2εc]Vs (9) 式中， Es1和Es2分别表示钢纤维屈服前和屈服后的弹性模量， GPa； εsf表示钢纤维的极限 应变； 同时， 玻璃纤维和钢纤维分别能承担碳纤维断裂时所分配的荷载， 应满足下列公式： 玻璃纤维达到极限应变断裂时， 按照玻璃纤维断裂时所释放的荷载由钢纤维完全承 担， 并具有继续承担荷载增 加能力的原则， 当玻璃纤维断裂时， 应满足下列公式： EgεgVg+[(Es1‑Es2)εy+Es2εs]Vs≥EgεcVg+EcεcVc+[(Es1‑Es2)εy+Es2εc]Vs (12) 同时， 在高强度的双线性钢 纤维改性碳玻混杂纤维增强聚合物筋中的钢 纤维、 碳纤维 和玻璃纤维的体积率满足下式： Vs+Vc+Vg＝1 (13) 根据公式(9)、 (10)、 (1 1)、 (12)和(13)获取钢纤维、 碳纤维和玻璃纤维的体积率。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115114783 A 3