CN102287029B - 内置高强钢筋超高性能混凝土梁构件 - Google Patents

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Abstract

本发明是内置高强钢筋超高性能混凝土梁构件，尤其适用于高层、重载、大跨度结构的梁构件领域。该构件包括超高性能混凝土和浇筑在内部的由高强钢筋和普通钢筋组成的钢筋骨架。本发明充分发挥了超高性能混凝土和高强钢筋的优点，有效减小了构件截面，提高了构件的延性，节约材料和能源的同时增大了可利用空间；本发明无需施加预应力，施工工艺简单，适合预制生产，加快了施工速度，有利于这两种材料在工程中的推广应用以及新型材料的研发。

Description

内置高强钢筋超高性能混凝土梁构件
技术领域
本发明是内置高强钢筋超高性能混凝土梁构件，尤其适用于高层、重载、大跨度钢筋混凝土梁构件领域。 
背景技术
超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete，简写为UHPC)，又称活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，简写为RPC)，是基于最大密实度理论，去除粗骨料，提高其它组分的细度与活性，并掺入钢纤维，采取严格的制备、施工工艺，使材料内部的缺陷(孔隙与微裂缝)减小到最少，具有超高强度、高韧性、高耐久性、高阻裂性和体积稳定性良好的新型水泥基复合材料。超高性能混凝土的抗压强度是高强混凝土的3～15倍，抗拉强度是高强混凝土的4～6倍，极限拉伸应变更是可达高强混凝土的70～80倍，断裂韧性是普通混凝土的250多倍，其力学性能和变形能力明显优于普通混凝土和高强混凝土。由于超高性能混凝土的高抗压强度、高韧性和良好的抗拉性能，在其中可配置高强度钢筋，发挥高强度钢筋的优势，同时裂缝宽度和挠度小于规范限值。因此该材料适用于对结构有高强、轻质、阻裂、耐久性要求的结构工程领域。 
高强钢筋在我国的代表是400MPa、500MPa级热轧带肋钢筋，具有强度高、延伸性好、可焊性和可塑性好、强度价格比高、安全储备大、抗震性好等优点，同高强胶凝材料配合使用可充分发挥二者的性能，尤其适用于重载、大跨结构的梁柱构件。采用高强钢筋会带来良好的经济、社会效益，将促进建筑业的科技进步，并可节约大量的能源、电力、运输和加工等费用，减少烟气、粉尘和污染物的排放，促进钢筋产品升级换代、减少资源消耗、推进技术进步，符合环保和可持续发展的理念，但由于推广力度不足、研究成果不成熟等原因在国内较少应用。 
普通钢筋混凝土梁在面对高层、重载、大跨结构时，具有如下缺陷：由于混凝土和钢筋的强度均较低，在高层、大跨结构中，荷载较大，只有依靠增大梁截面尺寸和配筋的方法提高其承载力，不仅造成材料的极大损耗，增加建筑成本和施工难度，而且大截面严重压缩了可利用空间；混凝土材料抗拉强度低， 在较低的荷载下受拉区已经开裂，且裂缝以较宽的主裂缝形式出现，裂缝过大引起梁刚度降低，挠度过大，耐久性降低，不但给人造成不安全的心理影响，影响结构的正常使用，而且使结构的使用年限大幅降低。 
预应力钢筋混凝土梁虽然可部分避免上述缺陷，但由于普通混凝土和高性能混凝土抗压强度依然不够高，在面对高层、大跨结构时截面依然偏大，且施加预应力增大了施工难度和施工成本；利用施加预应力钢筋的超高性能混凝土梁虽可避免上述缺陷，但依然存在施工难度大和施工成本过高的问题。 
发明内容
本发明的目的在于克服了现有钢筋混凝土梁的上述缺陷，提供了一种内置高强钢筋超高性能混凝土梁构件，在高层、大跨结构中，超高性能混凝土较大的抗压强度、抗拉强度、极大的极限拉应变和良好的阻裂性保证了高强钢筋性能的充分发挥，使得该构件可利用较小的截面，承受较大的荷载，有效的节约了材料，降低了施工难度，增大了可利用空间；超高性能混凝土良好的阻裂性保证了梁在开裂时裂缝为量多缝小的微细无害裂缝，使得梁的刚度下降较少，挠度不大，有效提高了构件的耐久性，保证了构件的正常使用；另外该构件具有收缩徐变变形小、良好的延性和抗震性能等优点。 
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案： 
一种内置高强钢筋超高性能混凝土梁构件，包括超高性能混凝土2和浇筑在内的钢筋骨架；所述梁构件横截面形状包括实心矩形、空心矩形、T形和箱型；对矩形截面所述的钢筋骨架由纵向受拉钢筋1、箍筋3及纵向受压钢筋4组成，纵向受拉钢筋1和纵向受压钢筋4依附与于箍筋3的内侧并与之绑扎在一起；对T形截面和箱型截面，所述的钢筋骨架由纵向受拉钢筋1、箍筋3、纵向受压钢筋4、分布钢筋5和顶板受力钢筋6组成，纵向受拉钢筋1依附于箍筋3的内侧，分布钢筋5依附于箍筋3的外侧，纵向受压钢筋4依附于顶板受力钢筋6的内侧，顶板受力钢筋6与箍筋3相连形成有效连接；其中纵向受拉钢筋1和顶板受力钢筋6为高强钢筋，箍筋3及纵向受压钢筋4为高强钢筋或普通钢筋，分布钢筋5为普通钢筋。 
所述的高强钢筋是指屈服强度500MPa及以上的钢筋； 
所述的超高性能混凝土2为掺入钢纤维或钢纤维与聚乙烯醇、聚乙烯或玄武岩纤维混杂的超高性能混凝土。 
所述的梁构件横截面沿纵向是等截面或变截面。 
本发明的制作步骤如下： 
1)依据截面形状和尺寸制作模板； 
2)绑扎钢筋骨架； 
3)浇筑超高性能混凝土，同时进行高温养护。 
内置高强钢筋超高性能混凝土梁主要具有以下优点： 
实现了高强钢筋和超高性能混凝土这两种高强材料的有机结合，充分发挥两种材料的高强性能，相比普通钢筋混凝土梁可大大减小截面尺寸，降低了对原材料和能源的消耗，减少了粉尘、二氧化碳排放等，增大了可利用空间，减小了施工难度； 
内置高强钢筋超高性能混凝土梁的微细无害裂缝避免了构件因裂缝而影响正常使用和产生的耐久性下降； 
相比预应力结构，施工工艺简单，加快了施工速度，降低了施工成本，适合预制生产； 
具有良好的抗震性能。 
附图说明
图1为矩形实心截面内置高强钢筋超高性能混凝土梁构件横截面示意图； 
图2为矩形空心截面内置高强钢筋超高性能混凝土梁构件横截面示意图； 
图3为T形截面内置高强钢筋超高性能混凝土梁构件横截面示意图； 
图4为箱型截面内置高强钢筋超高性能混凝土梁构件横截面示意图； 
图中：1、受拉钢筋，2、超高性能混凝土，3、箍筋，4、受压钢筋，5、分布钢筋，6、顶板受力钢筋。 
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。 
实施例1 
本实施例对应图1所示实心矩形和图2所示空心矩形截面，首先根据截面尺寸制作外模板，对图2所示空心截面尚需制作内模板，外模板采用钢模板或木模板，内模板采用与外模板相同的材料，当内模板为圆形时亦可采用充气橡胶囊。 
其次绑扎钢筋骨架，钢筋骨架由受拉钢筋1、箍筋3及纵向受压钢筋4组成， 纵向受拉钢筋1和纵向受压钢筋4依附与于箍筋3的内侧并与之绑扎在一起；纵向受拉钢筋1采用高强钢筋，箍筋3和纵向受压钢筋4可采用高强钢筋也可采用普通钢筋，架立钢筋采用普通钢筋。 
将钢筋骨架放入模板中，浇筑超高性能混凝土2，超高性能混凝土中必须加钢纤维。浇筑完成后立即进行养护。 
实施例2 
本实施例对应图3所示T形截面，首先根据截面尺寸制作外模板，外模板采用钢模板。 
其次绑扎钢筋骨架，钢筋骨架由受拉钢筋1、箍筋3、纵向受压钢筋4、分布钢筋5和顶板受力钢筋6组成，纵向受拉钢筋1依附与于箍筋3的内侧并与之绑扎在一起，分布钢筋5依附于箍筋3的外侧并与之绑扎在一起；纵向受压钢筋4依附于顶板受力钢筋6的内侧，顶板受力钢筋6与箍筋3相连形成有效连接；其中纵向受拉钢筋1和顶板受力钢筋6为高强钢筋，箍筋3及纵向受压钢筋4为高强钢筋或普通钢筋，分布钢筋5为普通钢筋； 
将钢筋骨架放入模板中，浇筑超高性能混凝土2，超高性能混凝土中必须加钢纤维。浇筑完成后立即进行养护。 
实施例3 
本实施例对应图4所示箱形截面，首先根据截面尺寸制作模板，内外模板均采用钢模板。 
其次绑扎钢筋骨架，钢筋骨架由受拉钢筋1、箍筋3、纵向受压钢筋4、分布钢筋5和顶板受力钢筋6组成。其中箍筋3形成封闭的双层，纵向受拉钢筋1依附与于箍筋3的内侧并与之绑扎在一起，分布钢筋5在箱梁腹板内外两侧同时布置且依附于箍筋3的外侧并与之绑扎在一起；纵向受压钢筋4依附于顶板受力钢筋6的内侧，顶板受力钢筋6与箍筋3相连形成有效连接；其中纵向受拉钢筋1和顶板受力钢筋6为高强钢筋，箍筋3及纵向受压钢筋4为高强钢筋或普通钢筋，分布钢筋5为普通钢筋； 
将钢筋骨架放入模板中，浇筑超高性能混凝土2，超高性能混凝土中必须加钢纤维。浇筑完成后立即进行养护。 
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可 以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。 

Claims (2)

1.一种内置高强钢筋超高性能混凝土梁构件，其特征在于：包括超高性能混凝土（2）和浇筑在内的钢筋骨架，所述梁构件横截面形状包括矩形实心、矩形空心、T形和箱形截面；对矩形截面，所述的钢筋骨架由纵向受拉钢筋（1）、箍筋（3）及纵向受压钢筋（4）组成，纵向受拉钢筋（1）和纵向受压钢筋（4）依附于箍筋（3）的内侧并与之绑扎在一起；对T形截面和箱形截面，所述的钢筋骨架由纵向受拉钢筋（1）、箍筋（3）、纵向受压钢筋（4）、分布钢筋（5）和顶板受力钢筋（6）组成，纵向受拉钢筋（1）依附于箍筋（3）的内侧，分布钢筋（5）依附于箍筋（3）的外侧，纵向受压钢筋（4）依附于顶板受力钢筋（6）的内侧，顶板受力钢筋（6）与箍筋（3）相连形成有效连接；其中纵向受拉钢筋（1）和顶板受力钢筋（6）为高强钢筋，箍筋（3）及纵向受压钢筋（4）为高强钢筋或普通钢筋，分布钢筋（5）为普通钢筋；
所述的高强钢筋是指屈服强度500MPa及以上的钢筋。
所述的超高性能混凝土（2）为掺入钢纤维或钢纤维与聚乙烯醇、聚乙烯或玄武岩纤维混杂的超高性能混凝土。
2.根据权利要求1所述的一种内置高强钢筋超高性能混凝土梁构件，其特征在于：所述的梁构件横截面沿纵向是等截面或变截面。
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