CN101328753A - 一种纤维增强复合材料-混凝土组合梁 - Google Patents

Abstract

本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种纤维增强复合材料－混凝土组合梁。该组合梁由FRP型材、上层纵、横向FRP筋、下层纵向FRP筋、贯通FRP筋以及混凝土板组成。FRP型材由开孔板、上翼缘、下翼缘、腹板四部分组成。沿FRP型材上翼缘位置铺设模板，在开孔板孔洞内穿过FRP贯通筋，并绑扎下层纵向FRP筋，然后在开孔板上绑扎上层纵、横向FRP筋，最后浇注混凝土组合成一体。本发明充分发挥了混凝土的抗压性能以及FRP型材的抗拉性能，开孔板则能起到传递FRP型材与混凝土之间的剪力及防止二者竖向分离的作用。本发明实现了一种无钢组合梁体系，具有抗腐蚀性能好，延性好、施工简便的优点。在桥梁工程领域具有较为广阔的应用前景。

Description

一种纤维增强复合材料-混凝土组合梁

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种纤维增强复合材料-混凝土组合梁。

背景技术

长期以来，混凝土结构中钢筋的锈蚀问题严重地影响了结构的使用性能，降低了结构的耐久性。世界各国每年都将花费巨资对混凝土结构进行维修加固。为此，工程技术人员致力于寻找从根本上解决结构耐久性问题的技术措施。纤维增强复合材料(Fiber-ReinforcedPolymer/Plastic，简称FRP)以其优良的抗腐蚀性能成为目前彻底解决钢筋混凝土结构耐久性问题最具潜力的选材之一。FRP是由纤维材料和基体材料按照一定比例混合并经过拉挤、手糊等工艺复合而成的新型高性能材料，近年来，FRP以其轻质、高强、耐腐蚀等优点在桥梁工程中得到日益广泛的应用。

将FRP与混凝土进行合理组合，能够共同发挥两种材料的优势。与钢-混凝土组合梁类似，FRP-混凝土组合梁上部混凝土主要承压，下部FRP型材主要受拉，两者之间通过抗剪连接装置抵抗界面间的剪力和掀起力。目前FRP-混凝土组合构件的抗剪连接大多采用粘结剂直接粘结混凝土或粘砂法，其缺点主要在于粘结作业需配备辅助工装、耐热性不佳、粘结剂的老化直接影响结构使用寿命等。并且，采用粘结连接方式的FRP-混凝土组合构件在加载后期多出现粘结层剥离破坏，构件破坏较为突然。因此，开发一种施工简便、延性好的FRP-混凝土组合构件是其能否得到广泛应用所需解决的根本问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗腐蚀性能好、延性好、施工简便的纤维增强复合材料-混凝土组合梁。

本发明提出的纤维增强复合材料-混凝土组合梁，由FRP型材1、上层横向FRP筋2、上层纵向FRP筋3、下层纵向FRP筋4、贯通FRP筋5以及混凝土板6组成。其中，FRP型材1由开孔板7、上翼缘8、下翼缘9、腹板10组成，腹板10上端连接上翼缘8，下端连接下翼缘9，腹板10与上翼缘8、下翼缘9相互垂直，开孔板7位于上翼缘8上方，开孔板7上的圆孔圆心靠近型材上翼缘8一侧，且腹板10与开孔板7位于同一平面内；混凝土板6位于FRP型材1上方，上层横向FRP筋2、上层纵向FRP筋3、下层纵向FRP筋4和贯通FRP筋5均位于混凝土板6内，且上层横向FRP筋2和上层纵向FRP筋3位于上翼缘8上方，下层纵向FRP筋4和贯通FRP筋5位于开孔板7上方，贯通FRP筋5穿过开孔板7上的孔洞。

本发明中，腹板10为单排、双排或多排，相应地，开孔板7为单排、双排或多排。

本发明中，开孔板7上的孔洞形状为圆形，圆孔列距应大于3倍开孔直径。

本发明与现浇钢-混凝土组合梁类似：FRP型材在施工阶段承受未达到预期强度的混凝土板重及施工荷载；在使用阶段，则以组合构件的整体负担除其他恒载、活载。在组合板正弯矩区段，上部混凝土主要受压、下部FRP构件主要受拉，在组合板负弯矩区段，混凝土内的纵向FRP筋受拉，下部FRP构件和混凝土主要受压。在组合梁内两种构件之间通过开孔板剪力连接件(Perfobond strip，简称PBS)使之协同工作，开孔板孔洞内的混凝土抗剪榫和贯通FRP筋承担了结构的大部分纵向水平剪力，孔内的混凝土还具有防止混凝土板和FRP型材分离的作用，这样FRP和混凝土的材料性能都得到较为充分的发挥。此外，在工作荷载作用下该组合梁剪力连接件与混凝土间滑移很小，刚度较高，在加载后期，混凝土与连接件之间产生较大滑移的情况下，仍能承载较大的剪力。

本发明可根据组合梁混凝土板与FRP翼缘间的剪力水平，调整开孔板上圆孔列距与直径。圆孔列距越小，组合梁界面抗剪强度越高；圆孔与贯通横向FRP筋间隙越大，组合梁抗剪强度越高。为提高开孔板极限挤压强度并保证开孔板不因截面开孔削弱过多而过早破坏，应对开孔板板厚、圆孔边距和圆孔列距进行控制：开孔板板厚不应小于5mm，圆孔列距应大于3倍圆孔直径。此外，由于FRP型材在钻孔以后，开孔断面边缘可能出现损伤，在混凝土榫的挤压作用下容易过早出现孔边分层，可在开孔切面上刷少量树脂予以保护。

本发明除具备FRP-混凝土组合构件抗腐蚀性能好、质量轻等一般共性外，还具有以下重要特征：

(1)由于开孔板与FRP型材一次成型，省去了剪力连接件与FRP型材的粘结工序，该组合梁的制作、施工较为简便；此外，由于不使用化学粘结剂，组合梁的工作温度范围较高，也不会出现粘结剂老化的现象。

(2)FRP开孔板连接件延性好。在工作荷载作用下，FRP型材刚度较大；在较大荷载作用下开孔板出现孔边挤压破坏，产生较大滑移量，属于有预兆的柔性破坏。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明实施例1横断面构造图。

图3为本发明实施例2横断面构造图。

图中标号：1为FRP型材，2为上层横向FRP筋，3为上层纵向FRP筋，4为下层纵向FRP筋，5为贯通FRP筋，6为混凝土，7为开孔板，8为上翼缘，9为下翼缘，10为腹板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1：

如图2所示，FRP型材由腹板10、开孔板7、上翼缘8、下翼缘9组成，腹板10与上翼缘8、下翼缘9垂直，腹板10上端与上翼缘8和开孔板7根部相连，腹板10下端与下翼缘9相连，并且腹板10与开孔板7在同一平面内。FRP型材采用拉挤工艺制作，成型后使用钻孔机械在肋板上开圆孔，并在圆孔切口表面刷少量树脂，开孔时开孔板7上的圆孔圆心应靠近型材上翼缘8一侧，且圆孔列距应大于3倍圆孔直径。沿上翼缘8位置铺设模板，在开孔板8孔洞内穿过贯通FRP筋5，并绑扎下层纵向FRP筋4、然后在开孔板7上绑扎上层横向FRP筋2、上层纵向FRP筋3，最后浇注混凝土板7组合成一体。

实施例2：

如图3所示，FRP型材由腹板10、开孔板7、上翼缘8、下翼缘9组成，腹板11与开孔板8各两片，腹板10与上翼缘8、下翼缘9垂直，腹板10上端与上翼缘8和开孔板7根部相连，腹板10下端与下翼缘9相连，并且腹板10与开孔板7在同一平面内。FRP型材采用拉挤工艺制作，成型后使用钻孔机械在肋板上开圆孔，并在圆孔切口表面刷少量树脂，开孔时开孔板7上的圆孔圆心应靠近型材上翼缘8一侧，且圆孔列距应大于3倍圆孔直径。沿上翼缘8位置铺设模板，在开孔板8孔洞内穿过贯通FRP筋5，并绑扎下层纵向FRP筋4、然后在开孔板7上绑扎上层横向FRP筋2、上层纵向FRP筋3，最后浇注混凝土板7组合成一体。

Claims (3)

1、一种纤维增强复合材料-混凝土组合梁，由FRP型材(1)、上层横向FRP筋(2)、上层纵向FRP筋(3)、下层纵向FRP筋(4)、贯通FRP筋(5)以及混凝土板(6)组成，其特征在于FRP型材(1)由开孔板(7)、上翼缘(8)、下翼缘(9)、腹板(10)组成，腹板(10)上端连接上翼缘(8)，下端连接下翼缘(9)，腹板(10)与上翼缘(8)、下翼缘(9)相互垂直，开孔板(7)位于上翼缘(8)上方，开孔板(7)上的圆孔圆心靠近型材上翼缘(8)一侧，且腹板(10)与开孔板(7)位于同一平面内；混凝土板(6)位于FRP型材(1)上方，上层横向FRP筋(2)、上层纵向FRP筋(3)、下层纵向FRP筋(4)和贯通FRP筋(5)均位于混凝土板(6)内，且下层纵向FRP筋(4)和贯通FRP筋(5)位于上翼缘(8)上方，贯通FRP筋(5)穿过开孔板(7)上的孔洞，上层纵向FRP筋(3)和上层横向FRP筋(2)位于开孔板(7)上方。

2、根据权利要求1所述的纤维增强复合材料-混凝土组合梁，其特征在于腹板(10)为单排、双排或多排，相应地，开孔板(7)为单排、双排或多排。

3、根据权利要求1所述的纤维增强复合材料-混凝土组合梁，其特征在于开孔板(7)上的孔洞形状为圆形，圆孔列距大于3倍开孔直径。

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