CN101824797A - 钢-纤维增强复合材料高强混凝土空心夹层组合桥面板 - Google Patents

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戴建国
张磊
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本发明涉及一种钢-纤维增强复合材料高强混凝土空心夹层组合桥面板，包括：钢筋混凝土，在钢筋混凝土内设有纤维增强复合材料T型肋，所述纤维增强复合材料T型肋的“T”字形上部埋入钢筋混凝土内且“T”字形下部从钢筋混凝土的内部延伸至钢筋混凝土的外部，在“T”字形下部上连接有纤维增强复合材料双层空心板，与T型肋相交的钢筋穿过T型肋。高强混凝土内设置钢筋可作为受力钢筋，也可作为剪力连接件使用。本发明可以作为板式梁直接使用或与钢梁、钢筋混凝土梁相连接形成组合梁，可应用在数量众多的中、小跨径新建桥梁中，也可替换受损伤的旧桥面板，以缩短施工工期，加快建造、维修速度。同时，也可增加桥梁结构的耐久性。

Description

钢-纤维增强复合材料高强混凝土空心夹层组合桥面板
技术领域
本发明涉及一种具有较高耐久性能的钢、纤维增强复合材料和高强混凝土形成的组合构件，属于新材料新结构和组合结构领域，可广泛用于数量众多的中小跨径桥梁中，加快建造和维修替换速度。
背景技术
随着经济的迅速发展，我国交通业处于新建与维修改造并重的特殊时期。一方面，国家投入大量资金进行公路桥梁的建设，据统计，截止至2006年底，全国公路桥梁共53.36万座，其中中小跨径桥梁50.16万座，占94％；另一方面，在长期的使用过程中，外界自然环境、超载等造成混凝土构件不同程度的损伤，如桥面板的开裂、钢筋锈蚀、混凝土碳化、保护层剥落等。由于直接承受车辆和自然环境的往复作用，桥面板是所有构件中损坏数量最多的构件。对于新建桥梁和旧危桥，在建设和维修改造期间，希望加快建造和维修速度，避免长时间地影响车辆和行人的通行，取得最大的经济效益，减少对社会不利影响。此外，在一些突发灾害事件中(如地震)，人们希望能快速地将震损桥梁修复，以便争取时间将损失降低到最小程度。
纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer，FRP)由于其具有高强、轻质、耐久性好、便于施工、后期维护费用低等优点，在土木工程中得到广泛的应用。FRP除了用于混凝土构件加固外，也可将其制成FRP筋替代钢筋形成FRP筋(预应力筋)-混凝土构件，或与混凝土、木材、钢材通过一定的连接方式相互组合，形成组合构件。将这些组合构件通过标准化生产后，运至施工现场进行组装，可以满足桥梁快速建造的要求。同时，FRP的高耐久性能也可解决桥梁的耐久性问题。
FRP与混凝土之间的界面问题是组合构件的能够共同工作的基础，也是工程建设和使用期间的关键问题。目前，FRP与混凝土粘结技术，通常采用环氧树脂粘结层、FRP表面涂砂等方法。已有的研究结果表明，在目前的粘结技术下，FRP与混凝土界面间粘结破坏是一种常见的破坏形式，通常表现为弯、剪裂缝处FRP剥离、混凝土保护层剥离和FRP端部剥离。
本发明中提出的钢-纤维增强复合材料高强混凝土空心夹层组合桥面板中设置了钢-T型肋的复合剪力件，这种复合剪力件是一种机械锚固技术，这种技术不同于FRP与混凝土已有的粘结技术，使FRP与混凝土能够很好地共同工作。
已有的FRP-混凝土组合桥面板的构造形式一般是将混凝土直接浇注在FRP板上。为了承受车辆荷载，控制FRP-混凝土组合板的变形，对FRP-混凝土组合板的厚度应有最低的要求。因此，已有的FRP-混凝土组合板的自重较大。本发明提出的钢-纤维增强复合材料高强混凝土空心夹层组合桥面板，高强混凝土配置在受压区，受拉区不配置混凝土，仅为双层FRP板，可以大大降低钢-纤维增强复合材料高强混凝土空心夹层组合桥面板的重量，也可以充分发挥出混凝土抗压强度高、FRP抗拉强度高的优点。
全FRP桥面板的试验研究表明，受压区翼缘板或腹板发生局部屈曲、层间剥离破坏；刚度是全FRP桥面板使用的主要控制因素。本发明中提出的钢-纤维增强复合材料高强混凝土空心夹层组合桥面板的上层为配筋混凝土，且受压区具有T型肋，增大了FRP组合桥面板的刚度，避免受压区翼缘板和腹板发生局部屈曲，克服了全FRP桥面板的缺点。
发明内容
为满足桥梁快速建造和维修加固，本发明提出了一种能够使FRP与混凝土很好地共同工作且自重轻的钢-纤维增强复合材料高强混凝土空心夹层组合桥面板。
本发明采用如下技术方案：
一种钢-纤维增强复合材料高强混凝土空心夹层组合桥面板，包括：钢筋混凝土，在钢筋混凝土内设有纤维增强复合材料T型肋，所述纤维增强复合材料T型肋的“T”字形上部埋入钢筋混凝土内且“T”字形下部从钢筋混凝土的内部延伸至钢筋混凝土的外部，在“T”字形下部上连接有纤维增强复合材料双层空心板，与T型肋相交的钢筋穿过T型肋。
本发明的优点是：
(1)降低FRP-混凝土组合板的自重，受力明确合理。已有的FRP-混凝土组合桥面板的构造形式一般是将混凝土直接浇注在FRP板上。为了承受车辆荷载，控制FRP-混凝土组合板的变形，对FRP-混凝土组合板的厚度应有最低的要求。因此，已有的FRP-混凝土组合板的自重较大。本发明提出的钢-纤维增强复合材料高强混凝土空心夹层组合桥面板，高强混凝土配置在受压区，受拉区不配置混凝土，仅为双层FRP板，可以大大降低钢-纤维增强复合材料高强混凝土空心夹层组合桥面板的重量，也可以充分发挥出混凝土抗压强度高、FRP抗拉强度高的优点。
(2)克服了全FRP桥面板的刚度不足和局部屈曲的缺点。全FRP桥面板的试验研究表明，受压区翼缘板或腹板发生局部屈曲、层间剥离破坏；刚度是全FRP桥面板使用的主要控制因素。本发明中提出的钢-纤维增强复合材料高强混凝土空心夹层组合桥面板的上层为配筋混凝土，且受压区具有T型肋，增大了FRP组合桥面板的刚度，避免受压区翼缘板和腹板发生局部屈曲，克服了全FRP桥面板的缺点。
(3)钢-T型肋复合剪力件。FRP与混凝土之间的界面问题是组合构件的能够共同工作的基础，也是工程建设和使用期间的关键问题。目前，FRP与混凝土粘结技术，通常采用环氧树脂粘结层、FRP表面涂砂等方法。已有的研究结果表明，在目前的粘结技术下，FRP与混凝土界面间粘结破坏是一种常见的破坏形式，通常表现为弯、剪裂缝处FRP剥离、混凝土保护层剥离和FRP端部剥离。
本发明中提出的钢-纤维增强复合材料高强混凝土空心夹层组合桥面板中设置了钢-T型肋的复合剪力件，这种复合剪力件是一种机械锚固技术，这种技术不同于FRP与混凝土已有的粘结技术，使FRP与混凝土能够很好地共同工作。
(4)便于加工。FRP板可以根据建设单位的需要，加工成不同尺寸的底板运至施工现场，并可在施工现场根据需要进行二次加工。
(5)提高施工效率。FRP板可以作为组合板的底模板，简化了浇注混凝土时繁琐的支模工序。此外，由于FRP板的质量较轻，因此不需要大型的起重设备。
(6)具有良好的耐久性能，后期维护费用少。
(7)应用范围广。钢-纤维增强复合材料高强混凝土空心夹层组合桥面板可作为板式梁直接用于中小跨径桥梁，也可与钢梁或预制混凝土梁使用剪力键或其他的连接方式形成组合桥梁。
附图说明
图1为钢-纤维增强复合材料高强混凝土空心夹层组合桥面板示意图。
图2为钢梁与钢-纤维增强复合材料高强混凝土空心夹层组合桥面板连接方式示意图。
图中1.双层FRP空心板，2.T型肋，3.穿过T形肋的钢筋，4.高强混凝土，5.钢梁，6.栓钉，7.垫板，8.平行于T形肋的钢筋。
具体实施方式
钢-纤维增强复合材料高强混凝土空心夹层组合桥面板，包括：钢筋混凝土4，在钢筋混凝土4内设有纤维增强复合材料T型肋2，所述纤维增强复合材料T型肋2的“T”字形上部埋入钢筋混凝土4内且“T”字形下部从钢筋混凝土4的内部延伸至钢筋混凝土4的外部，在“T”字形下部上连接有纤维增强复合材料双层空心板1，与T型肋2相交的钢筋3穿过T型肋2。
以下结合附图说明具体实施方式：
a.钢梁5上设置垫板7，
b.在垫板7上，根据需要铺上带T肋2的双层FRP空心板1，
c.在钢梁5上预先设置栓钉6，
e.将钢筋3穿过T型肋2，与钢筋8形成双向网片，
f.在带T肋2的双层FRP空心板1和钢梁5上浇注高强混凝土4，
g.待新浇筑的混凝土达到设计强度后，即形成钢-纤维增强复合材料高强混凝土空心夹层组合桥面板。

Claims (1)

1.钢-纤维增强复合材料高强混凝土空心夹层组合桥面板，包括：钢筋混凝土(4)，其特征在于，在钢筋混凝土(4)内设有纤维增强复合材料T型肋(2)，所述纤维增强复合材料T型肋(2)的“T”字形上部埋入钢筋混凝土(4)内且“T”字形下部从钢筋混凝土(4)的内部延伸至钢筋混凝土(4)的外部，在“T”字形下部上连接有纤维增强复合材料双层空心板(1)，与T型肋(2)相交的钢筋(3)穿过T型肋(2)。
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