本發(fā)明屬土木、交通、水利等領(lǐng)域的復(fù)合材料、新結(jié)構(gòu)研發(fā)，具體涉及到一種用于隧洞工程的一種內(nèi)嵌鋼芯的frp復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)在于高強(qiáng)度、高延性、高彈性模量、高性價(jià)比和優(yōu)異的耐腐蝕性。

背景技術(shù)：

復(fù)合襯砌是隧洞工程中最常用的襯砌形式，鋼材作為復(fù)合襯砌的重要材料具有彈性模量高、延性好等優(yōu)點(diǎn)。復(fù)合襯砌作為隧洞工程的永久性結(jié)構(gòu)，需有良好的耐久性。因隧洞工程中地下水富集、環(huán)境惡劣，鋼材存在易銹蝕、耐久性差的問題。

纖維增強(qiáng)塑料(frp)由具有抗拉作用的連續(xù)纖維束和具有粘結(jié)作用的聚合物基體兩部分組成。frp作為一種新型的有發(fā)展?jié)摿Φ慕ㄖ牧线m于服役環(huán)境、耐久性等方面要求高的重要工程結(jié)構(gòu)，如地下結(jié)構(gòu)、海洋結(jié)構(gòu)等。但frp仍存在彈性模量低、變形大、價(jià)格高并呈脆性破壞的問題。

在frp內(nèi)嵌入鋼材，組合后用于復(fù)合襯砌中，可綜合利用frp和鋼材各自的優(yōu)點(diǎn)，從根本上解決鋼材銹蝕的問題，并改善frp的力學(xué)性能。制備出兼顧輕質(zhì)、高強(qiáng)度、高彈性模量、高延性、高性價(jià)比和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)的內(nèi)嵌鋼芯的frp復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種耐腐蝕性能好、延性高、性價(jià)比高、彈性模量和強(qiáng)度高的內(nèi)嵌鋼芯的frp復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種內(nèi)嵌鋼芯的frp復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)，該復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)由噴錨初期支護(hù)和二次襯砌組成；噴錨初期支護(hù)由內(nèi)嵌鋼絞線的frp空心錨桿和纖維混凝土層組成；二次襯砌由內(nèi)嵌鋼筋的frp筋網(wǎng)和現(xiàn)澆混凝土層組成，frp筋網(wǎng)設(shè)置在現(xiàn)澆混凝土層內(nèi)部；所述的frp筋網(wǎng)是將內(nèi)嵌鋼筋的frp直型筋、弧形筋和frp箍筋綁扎而成。內(nèi)嵌鋼絞線的frp空心錨桿和內(nèi)嵌鋼筋的frp筋均利用拉擠熱固化成型工藝將鋼芯與frp層復(fù)合成型。

所述frp層由連續(xù)纖維和熱固性樹脂復(fù)合而成，連續(xù)纖維選用玄武巖纖維、玻璃纖維、碳纖維或芳綸纖維。

根據(jù)所需力學(xué)性能指標(biāo)，按照復(fù)合材料理論計(jì)算frp材料與鋼材的體積比。

所述的空心注漿錨桿包括內(nèi)嵌鋼絞線的空心螺紋桿體、frp螺母、frp墊板、frp止?jié){塞、frp連接套和frp錨頭；錨頭設(shè)置在螺紋桿體的頭部，通過連接套將兩根螺紋桿體連接，止?jié){塞與墊板通過螺母固定在螺紋桿體的尾部。纖維混凝土中的短纖維為玄武巖纖維、玻璃纖維或鋼纖維。

所述的空心螺紋桿體的制備工藝為：送紗和細(xì)鋼絞線→纖維浸膠→纖維集束→通過模具拉擠成型→表面經(jīng)纖維絲纏繞呈螺紋狀→熱固化成型。

內(nèi)嵌鋼芯的frp直型筋的制備工藝為：鋼筋表面去污→送紗→纖維浸膠→纖維集束→鋼筋置入→通過模具拉擠成型→表面經(jīng)纖維絲纏繞呈螺紋狀→熱固化成型→表面粘砂。

所述的內(nèi)嵌鋼筋的frp弧形筋制備工藝為：鋼筋切割→鋼筋表面去污→送紗→纖維浸膠→纖維集束→鋼筋置入→通過模具拉擠成型→表面經(jīng)纖維絲纏繞呈螺紋狀→彎曲成型→固化成型→表面粘砂。

所述的內(nèi)嵌鋼芯的frp復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)的制備工藝包括：圍巖鉆孔→內(nèi)嵌鋼絞線的frp空心錨桿置入并注漿→噴射纖維混凝土→養(yǎng)護(hù)→內(nèi)嵌鋼筋的frp直型縱筋、弧形受力筋和frp箍筋綁扎成frp筋網(wǎng)→筋網(wǎng)就位→支?！鷿仓炷痢B(yǎng)護(hù)成型。

本結(jié)構(gòu)適用于對(duì)耐腐蝕性和力學(xué)性能要求高的盾構(gòu)隧洞工程中。

附圖說明

圖1是一種內(nèi)嵌鋼芯的frp復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中內(nèi)嵌鋼絞線的frp空心錨桿的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖1中內(nèi)嵌鋼筋的frp直型筋的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

如圖1所示，本實(shí)例提供一種內(nèi)嵌鋼芯的frp復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由噴錨初期支護(hù)和二次襯砌組成。噴錨初期支護(hù)由內(nèi)嵌鋼絞線的frp空心錨桿1和纖維混凝土層2組成。二次襯砌由內(nèi)嵌鋼筋的frp筋網(wǎng)18和現(xiàn)澆混凝土層6組成，frp筋網(wǎng)設(shè)置在現(xiàn)澆混凝土層內(nèi)部。內(nèi)嵌鋼筋的frp筋網(wǎng)由弧形筋3、直型筋4和frp箍筋5組成，構(gòu)件3、4、5通過綁扎連接。

錨頭12設(shè)置在螺紋桿體11的頭部，通過連接套10將兩根螺紋桿體11連接，止?jié){塞9與墊板8通過螺母7固定在螺紋桿體11的尾部。纖維混凝土中的短纖維為玄武巖纖維。

內(nèi)嵌鋼絞線的frp空心錨桿體11由鋼絞線和frp層通過拉擠熱固化成型。內(nèi)嵌鋼筋frp直型筋4由光面鋼筋13和frp層17通過拉擠熱固化成型。

纖維束與加熱固化后的環(huán)氧樹脂基體的體積比為2～3；所述的frp層的截面積占內(nèi)嵌鋼芯的frp的總截面積的35～40％。

內(nèi)嵌鋼絞線的frp錨桿體11的制備工藝為：送紗和鋼絞線→纖維浸膠→纖維集束→通過模具拉擠成型→表面經(jīng)纖維絲纏繞呈螺紋狀→熱固化成型。

內(nèi)嵌鋼筋的frp直型筋4的制備工藝為：鋼筋13表面去污→送紗→纖維浸膠→纖維集束→鋼筋13置入→通過模具拉擠成型→表面經(jīng)纖維絲14纏繞呈螺紋狀15→熱固化成型→表面粘砂16。

內(nèi)嵌鋼筋的frp弧形筋3主要制備成型工藝為：鋼筋切割→鋼筋表面去污→送紗→纖維浸膠→纖維集束→鋼筋置入→模具拉擠成型→纖維絲纏繞表面呈螺紋狀→彎曲成型→熱固化成型→表面刷環(huán)氧樹脂→表面粘礦物砂。

內(nèi)嵌鋼芯的frp復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)的制備工藝包括：圍巖鉆孔→內(nèi)嵌鋼絞線的frp空心錨桿1置入鉆孔中并注漿→噴射混凝土2→養(yǎng)護(hù)→將內(nèi)嵌鋼筋的frp直型縱筋4、弧形受力筋3和frp箍筋5綁扎組成筋網(wǎng)18→筋網(wǎng)18就位→支?！鷿仓炷?→養(yǎng)護(hù)成型。

本發(fā)明采用傳統(tǒng)拉擠熱固化成型工藝和普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)制備流程，設(shè)備改造要求不大，應(yīng)用前景廣泛。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種內(nèi)嵌鋼芯的FRP復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)，該復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)由噴錨初期支護(hù)和二次襯砌組成；噴錨初期支護(hù)由內(nèi)嵌鋼絞線的FRP空心錨桿、纖維混凝土層組成；二次襯砌由內(nèi)嵌鋼筋的FRP筋網(wǎng)和混凝土澆筑而成，所述的FRP筋網(wǎng)由內(nèi)嵌鋼筋的FRP直型筋、弧形筋和FRP箍筋綁扎而成。內(nèi)嵌鋼絞線的FRP空心錨桿和內(nèi)嵌鋼筋的FRP筋的表面均經(jīng)纖維絲纏繞成螺紋狀，并在內(nèi)嵌鋼筋的FRP筋的表面粘砂。在FRP內(nèi)嵌入鋼材，組合后用于復(fù)合襯砌中，可綜合利用FRP和鋼材各自的優(yōu)點(diǎn)，從根本上解決鋼材銹蝕的問題，并改善FRP的力學(xué)性能。制備出兼顧輕質(zhì)、高強(qiáng)度、高彈性模量、高延性、高性價(jià)比和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)的內(nèi)嵌鋼芯的FRP復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)。

技術(shù)研發(fā)人員：李鵬飛;馬國偉;李之建
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.01.22
技術(shù)公布日：2017.08.18