CN102936940A - 混杂frp筋增强超高性能混凝土梁构件 - Google Patents

Abstract

本发明是一种混杂FRP筋增强超高性能混凝土梁构件，适用于建筑及桥梁结构的梁构件领域，尤其适用于腐蚀性较强的环境下。该构件包括超高性能混凝土和浇筑在内部的由混杂FRP筋组成的骨架。本发明充分发挥了超高性能混凝土和混杂FRP筋的优点，避免了单一FRP材料延性不足的缺点，有效减小了构件截面，节约材料和能源的同时增大了可利用空间，两种材料的耐腐蚀性均较好，尤其适用于腐蚀性较强的环境中，可大大提高结构的耐久性；本发明施工工艺简单，适合预制生产，当对超高性能混凝土的性能要求不太高时也可以现场施工，施工方法灵活，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

混杂FRP筋增强超高性能混凝土梁构件

技术领域

本发明是一种混杂FRP筋增强超高性能混凝土梁构件，适用于建筑及桥梁结构的梁构件领域，尤其适用于腐蚀性较强的环境下。

背景技术

FRP材料具有高强、轻质、高弹性模量、耐疲劳及良好的耐腐蚀性等优点，目前在结构加固领域得以广泛应用，但由于单一FRP材料属于脆性材料，变形能力较差，将其与同样为脆性材料的普通混凝土组合，不仅结构延性较差，而且会限制结构的应力重分布，因此严重制约了单一FRP在新建结构中的应用。混杂FRP筋是将两种及以上抗拉强度﹑延伸率和极限应变均不相同的纤维混杂形成的复合筋，通过调整各纤维间的掺加比例，使得混杂后的复合筋的应力-应变关系出现类似于钢材的“屈服平台”，不仅可以保证抗拉强度，且可以有效提高混杂FRP筋的延伸率，使之具有较好的延性。

超高性能混凝土（Ultra High Performance Concrete，简写为UHPC）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。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。

目前常使用的普遍钢筋混凝土梁具有如下缺陷：普通混凝土抗裂性差，只能使用非高强钢筋，限制了高强钢筋的使用；由于混凝土和钢筋的强度均较低，当荷载较大时，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，裂缝过大不仅引起梁刚度降低，挠度增大，影响结构的正常使用，给人造成不安全的心理影响，而且内部钢筋在外部不良介质的侵蚀下会逐渐锈蚀，使得结构承载力下降，耐久性降低，使用寿命缩短。

若采用单一FRP筋代替受力钢筋，虽然可避免受力筋的锈蚀，但FRP筋和混凝土均属脆性材料，会造成结构的延性不足，可能发生脆性破坏。

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，提供了一种混杂FRP筋增强超高性能混凝土梁构件，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混杂FRP筋高强性能的充分发挥，使得该类构件可采用较小的截面，承受较大的荷载，有效的节约了材料，降低了自重，增大了结构的适用跨度，降低了施工难度，增大了可利用空间；混杂FRP筋具有相当的延性，加之超高性能混凝土良好的变形能力，两者组合保证了结构具有必要的延性；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，加之混杂FRP筋良好的耐腐蚀性，两者结合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、耐疲劳及良好的抗震性能等优点。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案:

一种混杂FRP筋-超高性能混凝土梁构件，包括超高性能混凝土2和浇筑在内的混杂FRP筋骨架；所述梁构件横截面形状为矩形或T形；对矩形截面所述的混杂FRP筋骨架由纵向受拉筋1、箍筋3及架立筋4组成，纵向受拉筋1和架立筋4置于箍筋3的内侧并与之绑扎在一起；对T形截面，所述的混杂FRP筋骨架由纵向受拉筋1、箍筋3、顶板受力筋5及分布筋6组成，纵向受拉筋1置于箍筋3的内侧，顶板受力筋5、分布筋6及箍筋3绑扎在一起，顶板受力筋5置于分布筋6的外侧；其中纵向受拉钢筋1、箍筋3、架立筋4、顶板受力筋5和分布筋6均为混杂FRP筋。

所述的超高性能混凝土2为掺有钢纤维的超高性能混凝土。

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）绑扎混杂FRP筋骨架；

3）浇筑超高性能混凝土，同时进行养护。

混杂FRP筋-超高性能混凝土梁构件主要具有以下优点：

混杂FRP筋相比单一FRP筋具有了一定的延性，与变形能力较强的超高性能混凝土组合而成的结构具有必要的延性；

实现了混杂FRP筋和超高性能混凝土这两种高强材料的有机结合，充分发挥了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，加之FRP材料高强轻质，有效减小了结构自重，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；

超高性能混凝土的裂缝形式表现为微细无害裂缝，加之FRP材料良好的耐腐蚀性，有效避免了结构因材料锈蚀而引起的耐久性下降问题；

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；

施工方法灵活，对超高性能混凝土的性能要求较高时适合预制生产，若对超高性能混凝土性能要求不太高时，也可现场施工；

具有良好的耐疲劳性和抗震性能。

附图说明

图1为矩形混杂FRP筋-超高性能混凝土梁构件横截面示意图；

图2为T形混杂FRP筋-超高性能混凝土梁构件横截面示意图；

图中：1、纵向受拉筋， 2、超高性能混凝土，3、箍筋，4、架立筋，5、顶板受力筋，6、分布筋。

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所示矩形，首先根据截面尺寸制作模板，其次绑扎混杂FRP筋骨架，骨架由纵向受拉筋1、箍筋3及架立筋4组成，纵向受拉筋1和架立筋4依附于箍筋3的内侧并与之绑扎在一起；纵向受拉筋1、箍筋3及架立筋4均采用混杂FRP筋。

将混杂FRP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2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。

其次绑扎混杂FRP筋骨架，骨架由纵向受拉筋1、箍筋3、顶板受力筋5和分布筋6组成，纵向受拉筋1置于箍筋3的内侧，顶板受力筋5、分布筋6及箍筋3绑扎在一起，顶板受力筋5置于分布筋6的外侧；其中纵向受拉钢筋1、箍筋3、顶板受力筋5和分布筋6均为混杂FRP筋。

将混杂FRP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)

1.一种混杂FRP筋增强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）和浇筑在内的混杂FRP筋骨架，所述梁构件横截面形状为矩形或T形；对矩形截面，所述的混杂FRP筋骨架由纵向受拉筋（1）、箍筋（3）及架立筋（4）组成，纵向受拉筋（1）和架立筋（4）置于箍筋（3）的内侧并与之绑扎在一起；对T形截面，所述的混杂FRP筋骨架由纵向受拉筋（1）、箍筋（3）、顶板受力筋（5）及分布筋（6）组成，纵向受拉筋（1）置于箍筋（3）的内侧，顶板受力筋（5）、分布筋（6）及箍筋（3）绑扎在一起，顶板受力筋（5）置于分布筋（6）的外侧；以上所述纵向受拉筋（1）、箍筋（3）、架立筋（4）、顶板受力筋（5）和分布筋（6）均为混杂FRP筋；所述的超高性能混凝土（2）为掺有钢纤维的超高性能混凝土。

2.根据权利要求1所述的一种混杂FRP筋增强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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