專利名稱：高耐久性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料鋼筋混凝土組合構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用新材料和新型構(gòu)造形式的高耐久性構(gòu)件，屬于新材料結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，可 用于沿海和海島的橋梁、建筑等結(jié)構(gòu)物中的受力構(gòu)件。
背景技術(shù)：
混凝土耐久性問(wèn)題一直是困擾工程界的一個(gè)難題，尤其是鋼筋銹蝕導(dǎo)致的混凝土耐久性 問(wèn)題，每年會(huì)造成大量的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重的還會(huì)引發(fā)事故，造成人員、財(cái)產(chǎn)傷亡，這一問(wèn)題 在沿海及海島建筑中尤為突出。而現(xiàn)有的增強(qiáng)鋼筋混凝土耐久性的措施，容易造成混凝土構(gòu) 件截面增大、造價(jià)提高，而且很多情況下，依然不能滿足使用要求。采用耐腐蝕的新型材料 ——FRP (即纖維增強(qiáng)復(fù)合材料)作為鋼筋混凝土構(gòu)件的外隔離層，形成FRP-鋼筋混凝土高 耐久性組合構(gòu)件是一個(gè)經(jīng)濟(jì)、有效的解決途徑。
FRP是近年來(lái)在各種工程中廣泛應(yīng)用的一種新型材料，是由碳纖維、玻璃纖維等高性能 纖維與樹(shù)脂基體混合，經(jīng)過(guò)一定的加工工藝復(fù)合而成的非金屬材料。它具有很強(qiáng)的耐腐蝕能 力，同時(shí)還有輕質(zhì)、高強(qiáng)、成型方便等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸應(yīng)用于結(jié)構(gòu)工程當(dāng)中，顯示了良 好的力學(xué)和耐久性性能。但是全部采用FRP的結(jié)構(gòu)形式仍存在一些問(wèn)題，如連接構(gòu)造復(fù)雜、 成本高昂、防火性能差以及工程人員對(duì)于FRP了解不足，造成設(shè)計(jì)上的困難等等。
本發(fā)明利用FRP制成永久模板，主要依靠鋼筋混凝土構(gòu)件承受荷載，F(xiàn)RP模板作為鋼筋 混凝土構(gòu)件的隔離保護(hù)層，并與鋼筋混凝土組合受力，充分發(fā)揮了兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，取得了 良好的效果，具有廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種既可節(jié)約鋼筋且又可提高耐久性的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料鋼筋混 凝土組合構(gòu)件。
本發(fā)明的特征之一在于，是一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料鋼筋混凝土組合梁，含有鋼筋混凝土梁和密閉的FRP外殼組成，其中鋼筋混凝土梁，內(nèi)部設(shè)有鋼筋籠，密閉的FRP外殼，封閉在
所述鋼筋混凝土梁外，所述密封的FRP外殼由底板、側(cè)板以及用于連接所述底板和側(cè)板的封
角組成，所述底板和側(cè)板的內(nèi)側(cè)經(jīng)過(guò)粘砂處理，以便使所述側(cè)板和底板與內(nèi)部的混凝土緊密 妙a
5口 口 o
本發(fā)明的特征之二在于，所述FRP底板和側(cè)板設(shè)有內(nèi)肋條。 本發(fā)明的特征之三在于，所述底板和側(cè)板是FRP夾心板。
本發(fā)明的特征之四在于，所述組合梁，包括上表面在內(nèi)的無(wú)法封密的區(qū)域，混凝土保護(hù) 層的厚度是增大的。
本發(fā)明的特征之五在于，所述組合梁，包括上表面在內(nèi)的無(wú)法封密的區(qū)域，用FRP筋材 替換分布鋼筋。
本發(fā)明的特征之六在于，是一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料鋼筋混凝土組合柱，含有鋼筋混凝 土柱和密封的肋條的FRP管，其中鋼筋混凝土柱，內(nèi)部設(shè)有鋼筋籠；密封的FRP管為封閉 的，內(nèi)部為所述的鋼筋混凝土柱。
本發(fā)明的特征之七在于，所述FRP管內(nèi)側(cè)有環(huán)向肋條。
本發(fā)明所述的FRP-鋼筋混凝土組合構(gòu)件設(shè)計(jì)巧妙，構(gòu)造合理，便于使用，其優(yōu)點(diǎn)是
(1) 耐久性好，免維護(hù)；
(2) 受力性能較好，長(zhǎng)期的承載力安全儲(chǔ)備高。
(3) FRP的用量少，價(jià)格便宜，經(jīng)濟(jì)性好；
(4) 與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土構(gòu)件非常類似，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)成熟，施工方便；
(5) 適用性廣，可以廣泛應(yīng)用于沿海及海島的各種建筑中。


圖h FRP-鋼筋混凝土高耐久性梁的構(gòu)造示意圖
l.FRP底板；2. FRP封角；3.FRP側(cè)板；4.混凝土； 5.鋼筋籠；6.分布鋼筋；7. FRP筋。 圖2: FRP-鋼筋混凝土高耐久性組合柱構(gòu)造示意圖 1. FRP管；2.肋；4.混凝土 5.鋼筋籠。
具體實(shí)施方式
FRP-鋼筋混凝土高耐久性組合構(gòu)件僅使用少量的FRP材料作為構(gòu)件的密閉外殼，發(fā)揮其 耐久性好的優(yōu)點(diǎn)，用來(lái)隔絕外部有害介質(zhì)對(duì)內(nèi)部鋼筋混凝土構(gòu)件的侵蝕；構(gòu)件的承載力主要 由鋼筋混凝土提供，并通過(guò)合理設(shè)計(jì)FRP板材的形式使其與混凝土組合受力，提高構(gòu)件的承 載力，以保證其具有長(zhǎng)期的承載力儲(chǔ)備；同時(shí)在施工階段減少了模板工程，減少了資源消耗 和人工。
本發(fā)明針對(duì)工作環(huán)境較為惡劣的橋梁、棧橋等室外結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了 FRP-鋼筋混凝土組合梁和 柱。FRP-鋼筋混凝土高耐久性梁由鋼筋混凝土梁和密閉的FRP外殼組成。其中鋼筋混凝土梁 部分與傳統(tǒng)的梁相同，表面增加的密封FRP板殼由底板、側(cè)板以及封角構(gòu)成，內(nèi)側(cè)有肋條， 都FRP板還可增加夾心減輕自重。FRP帶肋板在施工階段作為模板內(nèi)襯，通過(guò)肋條以及內(nèi)表 面的粘砂處理使FRP板與混凝土緊密結(jié)合；使用階段與鋼筋混凝土梁共同工作。梁上表面等 無(wú)法封蓋的區(qū)域通過(guò)增大混凝土保護(hù)層厚度或用FRP筋材替換上部鋼筋(如負(fù)彎矩區(qū))保 證高耐久性。
FRP-鋼筋混凝土高耐久性柱，采用帶橫肋的FRP薄壁管，內(nèi)部為普通鋼筋混凝土柱，F(xiàn)RP 帶肋薄壁管采用纖維纏繞成型技術(shù)生產(chǎn)。這樣的構(gòu)件中，F(xiàn)RP形成了封閉隔離層模殼，從而 能夠有效的抵抗外部環(huán)境的侵蝕作用，同時(shí)FRP殼體通過(guò)約束作用可提高構(gòu)件的受力性能。
FRP-鋼筋混凝土高耐久性構(gòu)件具有以下特征具有良好耐久性的FRP帶肋型材形成密封 的永久性模板；組合梁構(gòu)件FRP模板內(nèi)側(cè)底面和側(cè)面上帶有T型或L型的肋，保證鋼筋混凝 土與FRP型材的共同工作；組合柱構(gòu)件FRP模板內(nèi)側(cè)面帶有橫肋，保證界面結(jié)合緊密。
FRP-鋼筋混凝土高耐久性構(gòu)件的設(shè)計(jì)基于結(jié)構(gòu)全生命周期，普通鋼筋混凝土構(gòu)件的性能 會(huì)因鋼筋銹蝕等耐久性問(wèn)題而衰減較快，需要通過(guò)多次維修來(lái)"跳躍式"地提高其性能，來(lái) 保證在整個(gè)使用年限內(nèi)滿足使用要求；而FRP-鋼筋混凝土構(gòu)件中的鋼筋混凝土部分的承載能 力因FRP的保護(hù)而緩慢衰減，F(xiàn)RP部分提供的承載力基本不變，從而保證構(gòu)件在設(shè)計(jì)使用年 限內(nèi)不需要維修也能滿足使用要求，實(shí)現(xiàn)了高耐久性、免維護(hù)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。承載力主要通過(guò) 鋼筋混凝土部分提供，F(xiàn)RP失效不能受力時(shí)，構(gòu)件仍保證不坍塌。此外，在施工中輕質(zhì)高強(qiáng) 的FRP作為永久模板也減少了資源消耗和人力成本。從長(zhǎng)期來(lái)看，F(xiàn)RP-鋼筋混凝土高耐久性 構(gòu)件在高腐蝕環(huán)境中是一種低成本、高效率的結(jié)構(gòu)形式。
梁構(gòu)件表面密封FRP帶肋板殼采用拉擠工藝連續(xù)成型生產(chǎn)，柱構(gòu)件FRP帶肋薄壁管采用 纖維纏繞成型技術(shù)生產(chǎn)。纖維主要采用玻璃纖維，如果條件允許，也可采用其他種類的纖維，
5如碳纖維等。梁、柱模板的內(nèi)側(cè)帶肋，增強(qiáng)FRP模板與混凝土之間的粘結(jié)力。模板制作安裝 好之后進(jìn)行內(nèi)表面的粘砂處理，增加FRP板與混凝土之間的粘結(jié)力，然后安放鋼筋，進(jìn)行混
凝土澆筑。
權(quán)利要求
1.提高耐久性用的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料鋼筋混凝土組合構(gòu)件，其特征在于，是一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料-鋼筋混凝土組合梁，含有鋼筋混凝土梁和密閉的FRP外殼組成，其中鋼筋混凝土梁，內(nèi)部設(shè)有鋼筋籠，密閉的FRP外殼，封閉在所述鋼筋混凝土梁外，所述密封的FRP外殼由底板、側(cè)板以及用于連接所述底板和側(cè)板的封角組成，所述底板和側(cè)板的內(nèi)側(cè)經(jīng)過(guò)粘砂處理，以便使所述側(cè)板和底板與內(nèi)部的混凝土緊密結(jié)合。
2. 根據(jù)權(quán)利1要求所述的提高耐久性用的FRP-鋼筋混凝土組合構(gòu)件，其特征在于，所 述底板和側(cè)板設(shè)有內(nèi)肋條。
3. 根據(jù)權(quán)利l要求所述的提高耐久性用的FRP-鋼筋混凝土組合構(gòu)件，其特征在于，所 述底板和側(cè)板是FRP夾心板。
4. 根據(jù)權(quán)利1要求所述的提高耐久性用的FRP-鋼筋混凝土組合構(gòu)件，其特征在于，所 述的組合梁，包括上表面在內(nèi)的無(wú)法封密的區(qū)域，混凝土保護(hù)層的厚度是增大的。
5. 根據(jù)權(quán)利1要求所述的提高耐久性用的FRP-鋼筋混凝土組合構(gòu)件，其特征在于所述 的組合梁，包括上表面在內(nèi)的無(wú)法封密的區(qū)域，用FRP筋材替換分布鋼筋。
6. 提高耐久性用的FRP-鋼筋混凝土組合構(gòu)件，其特征在于，是一種FRP-鋼筋混凝土組 合柱，含有鋼筋混凝土柱和密封的肋條的FRP管，其中鋼筋混凝土柱，內(nèi)部設(shè)有鋼筋籠； 密封的FRP薄壁管采用纖維纏繞成型式的，內(nèi)部為所述的鋼筋混凝土柱。
7. 根據(jù)權(quán)利6要求所述的提高耐久性用的FRP-鋼筋混凝土組合構(gòu)件，其特征在于所述 的組合柱，F(xiàn)RP管內(nèi)側(cè)有環(huán)向肋條。
全文摘要
提高耐久性用的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料鋼筋混凝土組合構(gòu)件屬于鋼筋混凝土構(gòu)件技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于，對(duì)于FRP梁而言，由于鋼筋混凝土梁和密封在該鋼筋混凝土外的密封的FRP外殼構(gòu)成，所述外殼由底板、側(cè)板以及用于連接側(cè)板和底板的FRP封角構(gòu)成，對(duì)于FRP柱而言，由于鋼筋混凝土柱和密封在該鋼筋混凝土外的FRP管構(gòu)成，所述的底板、側(cè)板和FRP管，統(tǒng)稱FRP模板，設(shè)有內(nèi)肋、且內(nèi)側(cè)都經(jīng)過(guò)粘砂處理，增加與鋼筋混凝土的緊密度。本發(fā)明具有耐久性好、免維護(hù)，受力性能好，施工方便、適用性廣的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)E04C3/29GK101575895SQ20091008591
公開(kāi)日2009年11月11日 申請(qǐng)日期2009年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者鵬 馮, 葉列平 申請(qǐng)人:清華大學(xué)