專利名稱：一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料-混凝土組合梁的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于橋梁工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料-混凝土組合梁。
技術(shù)背景長期以來，混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的銹蝕問題嚴(yán)重地影響了結(jié)構(gòu)的使用性能，降低了結(jié)構(gòu) 的耐久性。世界各國每年都將花費(fèi)巨資對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行維修加固。為此，工程技術(shù)人員 致力于尋找從根本上解決結(jié)構(gòu)耐久性問題的技術(shù)措施。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Fiber-Reinforced Polymer/Plastic，簡稱FRP)以其優(yōu)良的抗腐蝕性能成為目前徹底解決鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久 性問題最具潛力的選材之一。FRP是由纖維材料和基體材料按照一定比例混合并經(jīng)過拉擠、 手糊等工藝復(fù)合而成的新型高性能材料，近年來，F(xiàn)RP以其輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)在 橋梁工程中得到日益廣泛的應(yīng)用。將FRP與混凝土進(jìn)行合理組合，能夠共同發(fā)揮兩種材料的優(yōu)勢(shì)。與鋼-混凝土組合梁 類似，F(xiàn)RP-混凝土組合梁上部混凝土主要承壓，下部FRP型材主要受拉，兩者之間通過 抗剪連接裝置抵抗界面間的剪力和掀起力。目前FRP-混凝土組合構(gòu)件的抗剪連接大多采 用粘結(jié)劑直接粘結(jié)混凝土或粘砂法，其缺點(diǎn)主要在于粘結(jié)作業(yè)需配備輔助工裝、耐熱性不 佳、粘結(jié)劑的老化直接影響結(jié)構(gòu)使用壽命等。并且，采用粘結(jié)連接方式的FRP-混凝土組 合構(gòu)件在加載后期多出現(xiàn)粘結(jié)層剝離破壞，構(gòu)件破壞較為突然。因此，開發(fā)一種施工簡便、 延性好的FRP-混凝土組合構(gòu)件是其能否得到廣泛應(yīng)用所需解決的根本問題之一。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種抗腐蝕性能好、延性好、施工簡便的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料-混凝土組合梁。本發(fā)明提出的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料-混凝土組合梁，由FRP型材1、上層橫向FRP筋2、 上層縱向FRP筋3、下層縱向FRP筋4、貫通FRP筋5以及混凝土板6組成。其中，F(xiàn)RP 型材1由開孔板7、上翼緣8、下翼緣9、腹板10組成，腹板10上端連接上翼緣8，下端 連接下翼緣9，腹板10與上翼緣8、下翼緣9相互垂直，開孔板7位于上翼緣8上方，開 孔板7上的圓孔圓心靠近型材上翼緣8 —側(cè)，且腹板10與開孔板7位于同一平面內(nèi)；混 凝土板6位于FRP型材1上方，上層橫向FRP筋2、上層縱向FRP筋3、下層縱向FRP 筋4和貫通FRP筋5均位于混凝土板6內(nèi)，且上層橫向FRP筋2和上層縱向FRP筋3位 于上翼緣8上方，下層縱向FRP筋4和貫通FRP筋5位于開孔板7上方，貫通FRP筋5穿過開孔板7上的孔洞。本發(fā)明中，腹板10為單排、雙排或多排，相應(yīng)地，開孔板7為單排、雙排或多排。 本發(fā)明中，開孔板7上的孔洞形狀為圓形，圓孔列距應(yīng)大于3倍開孔直徑。 本發(fā)明與現(xiàn)澆鋼-混凝土組合梁類似FRP型材在施工階段承受未達(dá)到預(yù)期強(qiáng)度的混 凝土板重及施工荷載；在使用階段，則以組合構(gòu)件的整體負(fù)擔(dān)除其他恒載、活載。在組合 板正彎矩區(qū)段，上部混凝土主要受壓、下部FRP構(gòu)件主要受拉，在組合板負(fù)彎矩區(qū)段，混 凝土內(nèi)的縱向FRP筋受拉，下部FRP構(gòu)件和混凝土主要受壓。在組合梁內(nèi)兩種構(gòu)件之間 通過開孔板剪力連接件(Perfobond strip,簡稱PBS)使之協(xié)同工作，開孔板孔洞內(nèi)的混凝 土抗剪榫和貫通FRP筋承擔(dān)了結(jié)構(gòu)的大部分縱向水平剪力，孔內(nèi)的混凝土還具有防止混凝 土板和FRP型材分離的作用，這樣FRP和混凝土的材料性能都得到較為充分的發(fā)揮。此 外，在工作荷載作用下該組合梁剪力連接件與混凝土間滑移很小，剛度較高，在加載后期， 混凝土與連接件之間產(chǎn)生較大滑移的情況下，仍能承載較大的剪力。本發(fā)明可根據(jù)組合梁混凝土板與FRP翼緣間的剪力水平，調(diào)整開孔板上圓孔列距與直 徑。圓孔列距越小，組合梁界面抗剪強(qiáng)度越高；圓孔與貫通橫向FRP筋間隙越大，組合梁 抗剪強(qiáng)度越高。為提高開孔板極限擠壓強(qiáng)度并保證開孔板不因截面開孔削弱過多而過早破 壞，應(yīng)對(duì)開孔板板厚、圓孔邊距和圓孔列距進(jìn)行控制開孔板板厚不應(yīng)小于5mm，圓孔列 距應(yīng)大于3倍圓孔直徑。此外，由于FRP型材在鉆孔以后，開孔斷面邊緣可能出現(xiàn)損傷， 在混凝土榫的擠壓作用下容易過早出現(xiàn)孔邊分層，可在開孔切面上刷少量樹脂予以保護(hù)。本發(fā)明除具備FRP-混凝土組合構(gòu)件抗腐蝕性能好、質(zhì)量輕等一般共性外，還具有以 下重要特征(1) 由于開孔板與FRP型材一次成型，省去了剪力連接件與FRP型材的粘結(jié)工序，該 組合梁的制作、施工較為簡便；此外，由于不使用化學(xué)粘結(jié)劑，組合梁的工作溫 度范圍較高，也不會(huì)出現(xiàn)粘結(jié)劑老化的現(xiàn)象。(2) FRP開孔板連接件延性好。在工作荷載作用下，F(xiàn)RP型材剛度較大；在較大荷載 作用下開孔板出現(xiàn)孔邊擠壓破壞，產(chǎn)生較大滑移量，屬于有預(yù)兆的柔性破壞。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例1橫斷面構(gòu)造圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例2橫斷面構(gòu)造圖。圖中標(biāo)號(hào)1為FRP型材，2為上層橫向FRP筋，3為上層縱向FRP筋，4為下層縱 向FRP筋，5為貫通FRP筋，6為混凝土， 7為開孔板，8為上翼緣，9為下翼緣，10為腹板。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。 實(shí)施例1:如圖2所示，F(xiàn)RP型材由腹板IO、開孔板7、上翼緣8、下翼緣9組成，腹板10與上 翼緣8、下翼緣9垂直，腹板10上端與上翼緣8和開孔板7根部相連，腹板10下端與下 翼緣9相連，并且腹板10與開孔板7在同一平面內(nèi)。FRP型材采用拉擠工藝制作，成型 后使用鉆孔機(jī)械在肋板上開圓孔，并在圓孔切口表面刷少量樹脂，開孔時(shí)開孔板7上的圓 孔圓心應(yīng)靠近型材上翼緣8—側(cè)，且圓孔列距應(yīng)大于3倍圓孔直徑。沿上翼緣8位置鋪設(shè) 模板，在開孔板8孔洞內(nèi)穿過貫通FRP筋5，并綁扎下層縱向FRP筋4、然后在開孔板7 上綁扎上層橫向FRP筋2、上層縱向FRP筋3，最后澆注混凝土板7組合成一體。實(shí)施例2:如圖3所示，F(xiàn)RP型材由腹板IO、開孔板7、上翼緣8、下翼緣9組成，腹板ll與開 孔板8各兩片，腹板10與上翼緣8、下翼緣9垂直，腹板10上端與上翼緣8和開孔板7 根部相連，腹板10下端與下翼緣9相連，并且腹板10與開孔板7在同一平面內(nèi)。FRP型 材采用拉擠工藝制作，成型后使用鉆孔機(jī)械在肋板上開圓孔，并在圓孔切口表面刷少量樹 脂，開孔時(shí)開孔板7上的圓孔圓心應(yīng)靠近型材上翼緣8—側(cè)，且圓孔列距應(yīng)大于3倍圓孔 直徑。沿上翼緣8位置鋪設(shè)模板，在開孔板8孔洞內(nèi)穿過貫通FRP筋5，并綁扎下層縱向 FRP筋4、然后在開孔板7上綁扎上層橫向FRP筋2、上層縱向FRP筋3，最后澆注混凝 土板7組合成一體。權(quán)利要求
1、一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料-混凝土組合梁，由FRP型材(1)、上層橫向FRP筋(2)、上層縱向FRP筋(3)、下層縱向FRP筋(4)、貫通FRP筋(5)以及混凝土板(6)組成，其特征在于FRP型材(1)由開孔板(7)、上翼緣(8)、下翼緣(9)、腹板(10)組成，腹板(10)上端連接上翼緣(8)，下端連接下翼緣(9)，腹板(10)與上翼緣(8)、下翼緣(9)相互垂直，開孔板(7)位于上翼緣(8)上方，開孔板(7)上的圓孔圓心靠近型材上翼緣(8)一側(cè)，且腹板(10)與開孔板(7)位于同一平面內(nèi)；混凝土板(6)位于FRP型材(1)上方，上層橫向FRP筋(2)、上層縱向FRP筋(3)、下層縱向FRP筋(4)和貫通FRP筋(5)均位于混凝土板(6)內(nèi)，且下層縱向FRP筋(4)和貫通FRP筋(5)位于上翼緣(8)上方，貫通FRP筋(5)穿過開孔板(7)上的孔洞，上層縱向FRP筋(3)和上層橫向FRP筋(2)位于開孔板(7)上方。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料-混凝土組合梁，其特征在于腹板(10)為 單排、雙排或多排，相應(yīng)地，開孔板(7)為單排、雙排或多排。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料-混凝土組合梁，其特征在于開孔板(7) 上的孔洞形狀為圓形，圓孔列距大于3倍開孔直徑。
全文摘要
本發(fā)明屬于橋梁工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料-混凝土組合梁。該組合梁由FRP型材、上層縱、橫向FRP筋、下層縱向FRP筋、貫通FRP筋以及混凝土板組成。FRP型材由開孔板、上翼緣、下翼緣、腹板四部分組成。沿FRP型材上翼緣位置鋪設(shè)模板，在開孔板孔洞內(nèi)穿過FRP貫通筋，并綁扎下層縱向FRP筋，然后在開孔板上綁扎上層縱、橫向FRP筋，最后澆注混凝土組合成一體。本發(fā)明充分發(fā)揮了混凝土的抗壓性能以及FRP型材的抗拉性能，開孔板則能起到傳遞FRP型材與混凝土之間的剪力及防止二者豎向分離的作用。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種無鋼組合梁體系，具有抗腐蝕性能好，延性好、施工簡便的優(yōu)點(diǎn)。在橋梁工程領(lǐng)域具有較為廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)E04C3/29GK101328753SQ200810040939
公開日2008年12月24日 申請(qǐng)日期2008年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月24日
發(fā)明者暢 葛, 薛偉辰 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)