CN103603462A

CN103603462A - 一种frp、木与钢筋混凝土组合梁

Info

Publication number: CN103603462A
Application number: CN201310475420.0A
Authority: CN
Inventors: 胡夏闽; 陈春; 柴继贤; 蔡晨松; 朱钰; 张智凯; 傅玉峰; 施晓露; 刘高攀; 陆晓峰
Original assignee: Nanjing Tech University
Current assignee: Nanjing Tech University
Priority date: 2013-10-12
Filing date: 2013-10-12
Publication date: 2014-02-26

Abstract

本发明公开了一种FRP、木与钢筋混凝土组合梁，包括钢筋混凝土翼板、剪力连接件、木梁、FRP加固件、FRP布、钢筋、U形箍筋，所述钢筋混凝土翼板和木梁之间设置有剪力连接件，所述木梁的底部或中下部截面内及侧面设置有FRP加固件，所述组合梁纯弯区采用FRP布横向缠绕加固，所述组合梁弯剪区的FRP加固件采用U形箍筋进行锚固。本发明使组合的材料各尽所能，协同工作，大幅度地提高了木—钢筋混凝土组合梁的截面惯性矩，从而有效提高了原构件的强度、刚度，具有自重轻、受力性能好、低耗能、可再生等优点，可广泛应用于古建筑的加固及现代木结构领域。

Description

一种FRP、木与钢筋混凝土组合梁

技术领域

本发明涉及土木工程新型结构技术领域，具体涉及一种FRP、木与钢筋混凝土组合梁。

背景技术

FRP加固木—钢筋混凝土组合梁在国内尚未见相关报道，而国外处于起步阶段。在当前强调构建和谐社会、发展可持续循环型经济的大背景下，环保、生态、低碳的新型建筑结构材料是未来土木工程发展的必然方向。传统的设斜撑加固节点、嵌缝加箍、粘钢(铝)加固木构件等加固方法中，主要存在破坏原貌、附加质量大、金属件易腐蚀、金属材料屈服强度较低等缺点。

此外，南京林业大学提出了专利号为201020530480.X的一种FRP-竹-混凝土组合梁，该组合梁是FRP、竹梁与混凝土翼板的组合。竹材具有很好的弹性与韧性，所以竹材的变形能力强，但这将大大降低梁的跨越能力、抗弯刚度与受力性能。此外，竹材在同一方向受力性能表现不一致，尤其是对竹节点的处理国内外都没有良好的技术。梁作为建筑结构体系中受弯构件，刚度及受力性能必须满足结构刚度、承载力等要求。木材作为加工制造能耗低、可再生、易分解的天然建筑材料，受到人们的重视，但对于工程结构来说，木构件依然受到其自身特性的约束，在跨度、结构形式以及造型表现上都受到限制。然而小径材、速生林资源生成的工程木能够弥补木结构本身的不足，充分利用木材性能使其在形式与功能两方面达到统一，并能解决大径材锐减而造成能够直接用于建筑的木材资源越来越少与木材资源需求的矛盾，在工程中得到大量应用。

纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer/plastic,简称FRP)是由纤维材料与基体材料按一定比例混合并经过一定工艺复合形成的高性能新型材料。上世纪60年代后，纤维增强复合材料(FRP)在木结构领域受到关注，并开展了一些研究工作；到了上世纪90年代，对于FRP加固或增强木结构的研究逐渐增多，并得到了较多应用，目前FRP已用于加固木梁。FRP加固木梁有如下性能优点：较高的强度、刚度及延性性能，因此破坏时强度高且有较为明显的征兆；能够降低构件在荷载长期作用下的蠕变；强度变异性较低，因此提高了其设计值；可以降低构件的尺寸影响；可以利用小径低质木材并提高了建筑效率，降低构件自重、减小构件尺寸。

如图1所示，木-钢筋混凝土组合梁是通过使用剪力连接件把木梁和钢筋混凝土翼板连成整体而共同受力的组合构件，这种组合构件使组合的材料各尽所能，协同工作，大大提高了木-钢筋混凝土组合梁强度和刚度，增强了木-钢筋混凝土组合梁抗震性能和防火能力，还可以改善木结构房屋的隔音性能，同时又可以节约成本，提高技术经济效益，保护环境。木-钢筋混凝土组合结构可用于古代木建筑的修复与加固工作，也可用于新建建筑，还可用于桥面板体系。

由于木材具有蠕变大、弹性模量低、易受环境影响等缺点。当木-钢筋混凝土组合梁中的钢筋混凝土翼板与荷载长期作用于木梁上时，木材的缺陷被放大，引起钢筋混凝土翼板与木梁的应力重分布，降低了木-钢筋混凝土组合梁的受力性能。此外，根据木结构设计手册,木材随机、天然的缺陷进行统计得出的木材天然缺陷对于受弯构件的强度影响系数为0.75。根据FRP材料加固木梁所获得的良好效果，本发明将FRP材料引入工程木-混凝土组合梁的加固中。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种FRP、木与钢筋混凝土组合梁，使组合的材料各尽所能，协同工作，大幅度地提高了木—钢筋混凝土组合梁的截面惯性矩，从而有效提高了原构件的刚度，具有自重轻、受力性能好、低耗能、可再生等优点，可广泛应用于古建筑的加固及现代木结构领域。

本发明采用的技术方案为：一种FRP、木与钢筋混凝土组合梁，包括钢筋混凝土翼板、木梁、剪力连接件、FRP加固件、FRP布、U形箍筋，所述钢筋混凝土翼板和木梁之间设置有剪力连接件，所述木梁的底部或中下部截面内及侧面设置有FRP加固件，所述组合梁纯弯区采用FRP布横向缠绕加固，所述组合梁弯剪区的FRP加固件采用U形箍筋进行锚固。

作为优选，所述木材采用原木或者工程木。

作为优选，所述剪力连接件采用螺栓或者FRP筋。

作为优选，所述FRP加固件为FRP筋、FRP布或FRP板。

作为优选，所述翼板采用钢筋混凝土翼板。

作为优选，所述FRP加固件与木梁界面采用凿毛处理构造，并采用高强胶黏剂。FRP补强位置为梁的底部或中下部截面内、侧面与纯弯区。

原理说明：设置于木—钢筋混凝土组合梁底部的FRP加固件（FRP筋、FRP布或FRP板）具有很好的受拉性能，承担梁中的大部分拉应力，并提高梁的强度与抗弯刚度。设置于木—钢筋混凝土组合梁纯弯区横向缠绕加固的FRP布具有很高的强度，用来约束梁的竖向变形，并提高梁的强度与抗弯刚度。设置于工程木—钢筋混凝土组合梁弯剪区的U形箍筋用来防止FRP材料发生剥离破坏。三种材料（木材、混凝土及FRP）在剪力连接件（螺栓）的作用下，各尽所能，协同工作，大大提高木—钢筋混凝土组合梁的跨度、强度及刚度。此处有几点说明：1、FRP补强的程度取决于木梁破坏的程度与组合梁强度设计要求，如组合梁底部粘贴一层FRP布即满足设计要求则无需继续补强，继续补强则会在荷载作用下出现超筋梁破坏；如组合梁底部与纯弯区粘贴一层FRP布不满足设计要求可以继续增加补强程度。2、对于古代木结构建筑，FRP加固材料可以在木梁侧面及底部均可加固。3、对于现代木结构建筑，FRP加固材料可以在木梁上部、侧面及底部均可加固，且考虑到FRP材料补强的作用，可适度减小木梁截面尺寸。4、在粘贴FRP材料补强之前，为增加两种材料的接触面积、防止FRP材料发生剥离破坏，在木梁补强界面应做凿毛处理。5、木—钢筋混凝土组合梁截面设计时应尽量考虑荷载作用下形成类似于钢筋混凝土少筋梁，以充分发挥FRP材料补强作用。6、木—钢筋混凝土组合梁在跨度设计时考虑FRP材料补强作用，跨度可以适度提高。

有益效果：本专利用FRP材料加固木—钢筋混凝土组合梁：木—钢筋混凝土组合梁底部或中下部截面内及侧面的FRP材料（FRP筋、FRP布或FRP板），将承担梁中的大部分拉应力，并提高梁的抗弯刚度及强度；木—钢筋混凝土组合梁弯剪区的U形箍筋能够满足防止FRP材料发生剥离破坏的要求；木—钢筋混凝土组合梁的剪力连接件可以紧密连接木梁与钢筋混凝土翼板，使材料充分发挥各自作用，提高梁的整体性能；FRP补强木—钢筋混凝土组合梁，操作方便、原结构无任何损伤且不影响美观。

考虑FRP加固的木-钢筋混凝土组合梁，在设计时可减小工程木梁的截面尺寸，并提高木-钢筋混凝土组合梁的跨度。FRP材料应用于木-钢筋混凝土组合梁建筑中，将明显减少建筑对木材的使用，达到节约木材的目的，并很好的满足建筑对结构的要求，可以在古代木结构和现代木结构的加固工程中发挥重要作用。此外，随着木结构在我国的应用和发展，FRP加固木钢筋-混凝土组合梁在我国将具有很好的应用前途和发展前景。

附图说明

图1为现有木—钢筋混凝土组合梁的结构示意图；

图2为本发明组合梁截面示意图；

图3为本发明组合梁正面示意图；

图4为本发明组合梁实施例一正面示意图；

图5为本发明组合梁实施例二正面示意图；

图6为本发明组合梁实施例三正面示意图；

图7为本发明组合梁实施例四正面示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和附图对本发明做进一步说明：

如图2和图3所示，一种FRP、木及混凝土组合梁，包括混凝土翼板1、剪力连接件2、木梁3、FRP加固件4、钢筋5、U形箍筋6与FRP布7。所述混凝土翼板1和木梁3之间设置有剪力连接件2。所述剪力连接件2采用螺栓。所述木梁3的底部或中下部截面内及侧面设置有FRP加固件4。所述FRP加固件4为FRP筋、FRP布或FRP板。所述组合梁纯弯区采用FRP布7横向缠绕加固。所述组合梁弯剪区的FRP加固件采用U形箍筋6进行锚固。

实施例一

若在木—钢筋混凝土组合梁的底部或中下部截面内设置的FRP加固件4能满足强度设计要求时，则无需对组合梁继续补强，如图4所示。

实施例二

若在木—钢筋混凝土组合梁的底部或中下部截面内设置的FRP加固件4及纯弯段设置的FRP布不能满足强度设计要求时，可以在木梁3的侧面下部采用FRP加固件4继续补强，如图5所示。

实施例三

通过计算或检测发现组合梁在荷载作用下中合轴出现在木—钢筋混凝土组合梁的钢筋混凝土翼板内，则可以在木梁3侧面上部采用FRP加固件4补强，如图6所示。

实施例四

对于大跨度木—钢筋混凝土组合梁，可以沿着组合梁的长度方向均布横向缠绕FRP布7，如图7所示。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims

1.一种FRP、木与钢筋混凝土组合梁，其特征在于：包括钢筋混凝土翼板、木梁、剪力连接件、FRP加固件、FRP布、U形箍筋，所述钢筋混凝土翼板和木梁之间设置有剪力连接件，所述木梁的底部或中下部截面内及侧面设置有FRP加固件，所述组合梁纯弯区采用FRP布横向缠绕加固，所述组合梁弯剪区的FRP加固件采用U形箍筋进行锚固。

2.根据权利要求1所述的一种FRP、木与钢筋混凝土组合梁，其特征在于：所述剪力连接件采用螺栓或者FRP筋。

3.根据权利要求1所述的一种FRP、木与钢筋混凝土组合梁，其特征在于：所述FRP加固件为FRP筋、FRP布或FRP板。

4.根据权利要求1所述的一种FRP、木与钢筋混凝土组合梁，其特征在于：所述翼板采用钢筋混凝土翼板。

5.根据权利要求1所述的一种FRP、木与钢筋混凝土组合梁，其特征在于：所述木梁采用原木梁或工程木梁。

6.根据权利要求1所述的一种FRP、木与钢筋混凝土组合梁，其特征在于：所述FRP加固件与木梁界面采用凿毛处理构造，并采用高强胶黏剂。