CN101985825A - 一种纤维增强塑料-混凝土组合梁 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纤维增强塑料-混凝土组合梁,属于桥梁工程技术领域。它包括:箱形或工字形FRP梁,由上翼缘、下翼缘和腹板三部分组成;抗剪连接件,由细石子、胶粘剂或FRP剪力钉构成,设置在FRP梁上翼缘上;FRP筋混凝土板,由混凝土、纵向FRP筋和横向FRP筋组成,位于FRP梁上翼缘上方。本发明是将FRP材料的抗拉性能和混凝土材料的抗压性能进行优化组合,采用简单可靠的抗剪连接措施,实现了一种无钢材组合梁,具有耐腐蚀、刚度大、抗疲劳、施工简便且价格相对低廉等优点,为现代桥梁建设提供了一种新的选择。

Description

一种纤维增强塑料-混凝土组合梁
技术领域
本发明属于桥梁工程技术领域,具体涉及一种具有优良力学性能和高耐久性的纤维增强塑料-混凝土组合梁。
背景技术
钢材和混凝土是目前基础设施中的主要建设材料,但长期以来,钢结构和钢筋混凝土结构的锈蚀、劣化问题非常严重,不仅影响到结构的正常使用和寿命,还会造成大量的安全事故和隐患。近些年来,纤维增强塑料(Fiber ReinforcedPlastic,FRP)以其耐腐蚀、抗疲劳、比强度高和比模量大等优点在土木工程中得到越来越多的应用,已逐渐成为解决基础设施中日益严重的钢材锈蚀问题的重要方法之一。
虽然纯FRP结构具有上述诸多优点,但它同时也存在初次投入大、刚度低和强度利用率低等缺点,亟需发展新的结构形式来解决这些问题。将FRP材料与传统结构材料-混凝土进行合理组合,既能降低造价、提高刚度,又能充分发挥这两种材料各自的优势:FRP材料的抗拉性能和混凝土材料的抗压性能。本发明就是开发一种施工简便、经济实用的新型高耐久性FRP-混凝土组合梁。
发明内容
本发明提供了一种耐腐蚀、刚度大、经济实用的新型纤维增强塑料-混凝土组合梁。
本发明采用的技术方案是该纤维增强塑料-混凝土组合梁,包括FRP梁、抗剪连接件和FRP筋混凝土板。FRP梁由上翼缘、下翼缘和腹板组成,腹板上端连接上翼缘,下端连接下翼缘,腹板与上翼缘和下翼缘相垂直;抗剪连接件设置在FRP梁上翼缘上;FRP筋混凝土板位于FRP梁上翼缘上方。
所述FRP梁腹板是单排腹板、双排腹板。
所述抗剪连接件是细石子、胶粘剂或FRP剪力钉。
所述FRP筋混凝土板由普通混凝土、纵向FRP筋和横向FRP筋组成,或者由高性能混凝土、纵向FRP筋和横向FRP筋组成,纵向FRP筋与横向FRP筋绑扎在一起远离FRP梁上翼缘一侧。
所述纤维增强塑料是玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料、玄武岩纤维增强塑料、芳纶纤维增强塑料或四种纤维混杂增强塑料中的一种。
本发明的有益效果是:同纯FRP梁相比,由于有效地利用了价格低廉的混凝土材料,FRP-混凝土组合梁具有价格相对低廉、刚度大和FRP强度利用率高等优点;同普通钢筋混凝土梁相比,由于未使用钢材和采用薄壁FRP型材,FRP-混凝土组合梁具有耐腐蚀、重量轻和抗疲劳等优点。此外,将箱形FRP-混凝土组合梁并排设置在一起可形成FRP-混凝土组合板,对该组合板性能的了解可通过单根组合梁的试验来获得。FRP-混凝土组合梁适用于桥梁结构,尤其是环境恶劣条件下的桥梁结构。它与FRP管混凝土柱(桥墩)和FRP-混凝土组合桥面板配合使用所形成的组合桥梁结构体系更能显示出良好的综合效益。
附图说明
图1为采用箱形FRP梁的FRP-混凝土组合梁立体结构示意图。
图2为采用箱形FRP梁和抗剪连接件为细石子或胶粘剂的FRP-混凝土组合梁横截面示意图。
图3为采用箱形FRP梁和抗剪连接件为FRP剪力钉的FRP-混凝土组合梁横截面示意图。
图4为采用工字形FRP梁和抗剪连接件为细石子或胶粘剂的FRP-混凝土组合梁横截面示意图。
图5为采用工字形FRP梁和抗剪连接件为FRP剪力钉的FRP-混凝土组合梁横截面示意图。
图6为箱形FRP梁和抗剪连接件(细石子或胶粘剂)立体结构示意图。
图7为箱形FRP梁和抗剪连接件(FRP剪力钉)立体结构示意图。
图8为工字形FRP梁和抗剪连接件(细石子或胶粘剂)立体结构示意图。
图9为工字形FRP梁和抗剪连接件(FRP剪力钉)立体结构示意图。
图中:1FRP梁;2抗剪连接件;3FRP筋混凝土板,4FRP梁上翼缘;
5FRP梁下翼缘;6FRP梁腹板;7纵向FRP筋;8横向FRP筋。
具体实施方式
下面参照附图对本发明进行详细说明。
本发明的纤维增强塑料(FRP)-混凝土组合梁由FRP梁、抗剪连接件和FRP筋混凝土板三部分组成,其中FRP梁为箱形FRP梁或工字形FRP梁,抗剪连接件可分为细石子、胶粘剂和FRP剪力钉。
实施例1
如图2和图6所示,本发明给出的组合梁为采用箱形FRP梁和抗剪连接件为细石子的FRP-混凝土组合梁,主要由箱形FRP梁1、抗剪连接件(细石子)2和FRP筋混凝土板3组成。(1)箱形FRP梁1由上翼缘4、下翼缘5和双排腹板6组成,腹板6上端连接上翼缘4,下端连接下翼缘5,腹板6与上翼缘4和下翼缘5相垂直;采用连续纤维毡或布与连续纤维束经拉挤工艺成型,所用纤维是玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维或这四种纤维混杂中的一种。(2)抗剪连接件(细石子)2采用粘结细石子方式:首先,利用粗砂纸或打磨机对FRP梁上翼缘4上表面进行打磨处理;其次,采用丙酮对打磨面进行擦洗;再次,在打磨面上均匀地刷一层2~3mm厚的高质量环氧胶粘剂;最后,往胶粘剂上均匀地撒上粒径为5~10mm的细石子,细石子的面积覆盖率在35~45%之间,需要静置24小时之后才可在其上浇筑混凝土。(3)FRP筋混凝土板3:首先,沿FRP梁上翼缘4位置铺设模板;其次,将纵向FRP筋7与横向FRP筋8绑扎成FRP筋网,放置在远离FRP梁上翼缘4一侧;最后,浇筑普通混凝土或高性能混凝土组合成一体。
实施例2
如图2和图6所示,本发明的这种组合梁为采用箱形FRP梁和抗剪连接件为胶粘剂的FRP-混凝土组合梁,主要由箱形FRP梁1、抗剪连接件(胶粘剂)2和FRP筋混凝土板3组成。
其中箱形FRP梁1和FRP筋混凝土板3的具体制作方法与实施例1相同。抗剪连接件(胶粘剂)2采用胶粘剂直接粘结混凝土方式:首先,利用粗砂纸或打磨机对FRP梁上翼缘4上表面进行打磨处理;其次,采用丙酮对打磨面进行擦洗;最后,往打磨面上均匀地刷一层2~3mm厚的适合在潮湿环境下固化的环氧胶粘剂,其中混凝土需要在环氧胶粘剂固化之前浇筑,然后一起固化成型。
实施例3
如图3和图7所示,本发明的这种组合梁为采用箱形FRP梁和抗剪连接件为FRP剪力钉的FRP-混凝土组合梁,主要由箱形FRP梁1、抗剪连接件(FRP剪力钉)2和FRP筋混凝土板3组成。
其中箱形FRP梁1和FRP筋混凝土板3的具体制作方法与实施例1相同。抗剪连接件(FRP剪力钉)2采用埋设FRP剪力钉方式,FRP剪力钉选用变形FRP筋:首先,利用钻孔机械在FRP梁上翼缘4上开圆孔,圆孔的直径略小于FRP剪力钉的直径(过盈配合),圆孔纵向和横向间距、纵向两端圆孔与纵向两端的间距以及横向两端圆孔与横向两端的间距均应大于3倍圆孔直径;其次,利用橡胶锤将FRP剪力钉敲入圆孔内(过盈配合);最后,在FRP剪力钉与FRP梁上翼缘4上表面交界处刷少量环氧胶粘剂,以防止FRP剪力钉过早发生滑移和圆孔过早出现挤压破坏。
实施例4
如图4和图8所示,本发明给出的组合梁为采用工字形FRP梁和抗剪连接件为细石子的FRP-混凝土组合梁,主要由工字形FRP梁1、抗剪连接件(细石子)2和FRP筋混凝土板3组成。
其具体制作方法与实施例1相同,区别在于FRP梁为工字形FRP梁,即FRP梁腹板6为单排腹板。
实施例5
如图4和图8所示,本发明给出的组合梁为采用工字形FRP梁和抗剪连接件为胶粘剂的FRP-混凝土组合梁,主要由工字形FRP梁1、抗剪连接件(胶粘剂)2和FRP筋混凝土板3组成。
其具体制作方法与实施例2相同,区别在于FRP梁为工字形FRP梁,即FRP梁腹板6为单排腹板。
实施例6
如图5和图9所示,本发明给出的组合梁为采用工字形FRP梁和抗剪连接件为FRP剪力钉的FRP-混凝土组合梁,主要由工字形FRP梁1、抗剪连接件(FRP剪力钉)2和FRP筋混凝土板3组成。
其具体制作方法与实施例3相同,区别在于FRP梁为工字形FRP梁,即FRP梁腹板6为单排腹板。

Claims (5)

1.一种纤维增强塑料-混凝土组合梁,包括FRP梁(1)、抗剪连接件(2)和FRP筋混凝土板(3),其特征在于:FRP梁(1)由上翼缘(4)、下翼缘(5)和腹板(6)组成,腹板(6)上端连接上翼缘(4),下端连接下翼缘(5),腹板(6)与上翼缘(4)和下翼缘(5)相垂直;抗剪连接件(2)设置在FRP梁上翼缘(4)上;FRP筋混凝土板(3)位于FRP梁上翼缘(4)上方。
2.根据权利要求1所述的一种纤维增强塑料-混凝土组合梁,其特征是:所述FRP梁腹板(6)是单排腹板或双排腹板。
3.根据权利要求1所述的一种纤维增强塑料-混凝土组合梁,其特征是:所述抗剪连接件(2)是细石子、胶粘剂或FRP剪力钉。
4.根据权利要求1所述的一种纤维增强塑料-混凝土组合梁,其特征是:所述FRP筋混凝土板(3)由普通混凝土、纵向FRP筋(7)和横向FRP筋(8)组成,或者由高性能混凝土、纵向FRP筋(7)和横向FRP筋(8)组成。
5.根据权利要求1所述的一种纤维增强塑料-混凝土组合梁,其特征是:所述纤维增强塑料是玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料、玄武岩纤维增强塑料、芳纶纤维增强塑料或四种纤维混杂增强塑料中的一种。
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