CN108316555A - 一种frp筋-钢筋复合增强ecc-混凝土组合t型梁 - Google Patents
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Abstract
FRP筋‑钢筋复合增强ECC‑混凝土组合T形梁，包括普通混凝土、ECC、FRP筋和钢筋、箍筋。所述ECC层位于T型梁受拉区，所述ECC层浇筑时不需要振捣；所述的FRP置于梁底边角处，充分利用其高强耐腐蚀等优点；在ECC层中沿构件纵向设置了受力纵筋；在ECC层下部设置了箍筋。本发明通过用ECC材料全部取代受拉区普通混凝土形成FRP筋‑钢筋增强ECC‑混凝土组合T形梁；为了增大ECC‑混凝土界面粘接，提出在ECC层设置横向凹槽的方法来增强界面粘结作用。本发明能极大的提高此类T形梁耐久性，用于工程不但经济而且施工方便。
Description
技术领域
本发明专利涉及FRP筋-钢筋复合增强ECC-混凝土组合T形梁，属建筑结构技术领域。
背景技术
传统的钢筋混凝土T型梁结构中，裂缝问题导致的工程事故经常发生；混凝土抗拉强度低、容易产生裂缝，并且一旦开裂，裂缝宽度便迅速增长，加快了有害物质侵入混凝土内部的速度，最终导致钢筋的锈蚀，促使了结构的劣化，降低了结构的耐久性。通过控制裂缝宽度的增长可以有效阻隔内部钢筋与腐蚀物质发生反应，从而降低钢筋锈蚀的速度，增加结构的耐久性。
ECC是的一种纤维增强水泥基复合材料，在拉伸和剪切负荷下呈现高延性特征。ECC作为一种具备拉伸应变硬化性能和多裂缝开展特性的新型建筑材料，已经开始在建筑行业中使用，由于ECC价格较混凝土高，钢筋混凝土梁整体使用ECC显得不经济。将ECC替代受拉区混凝土能够有效提高构件的裂缝控制能力。
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的比例混合并经一定工艺复合形成的高性能材料。FRP筋具有强度高、密度低和耐腐蚀等优点，FRP筋混凝土构件具有抗弯承载力高、耐久性好以及震后变形恢复能力强等优点。然而，FRP筋弹性模量低、变形大等缺点制约了其在混凝土结构中的运用。
发明内容
本发明专利的目的是，针对钢筋混凝土构件中混凝土裂缝控制能力差，受拉区容易产生裂缝，一旦开裂，裂缝宽度便迅速增长，加快了有害物质侵入混凝土内部的速度，最终导致钢筋的锈蚀，本设计提出用高强FRP筋和钢筋复合使用代替受拉区钢筋不仅可以充分发挥FRP筋抗拉强度高和耐腐蚀性能好等优点，而且能够获得较钢筋混凝土构件更高的屈服后刚度及更小的残余变形，显著提高构件的抗震承载能力和震后可修复性，构件屈服后刚度的提升还将使得塑性铰区域变大，从而降低截面曲率需求、提高构件的变形能力。本设计提出将ECC替代受拉区混凝土，利用其裂缝控制能力为FRP筋提供稳定的约束和有效的保护，从而保证FRP筋的受弯承载能力。
本发明专利的技术方案如下：FRP筋-钢筋复合增强ECC-混凝土组合T形梁，包括ECC层、普通混凝土层、箍筋、FRP筋和钢筋。所述ECC层位于中和轴的下层，所述ECC层浇筑时不需要振捣；其上表面沿构件纵向均匀布置横向凹槽；所述普通混凝土层浇注在ECC层上；在ECC层中沿构件纵向设置了受力纵筋；在ECC层下部设置了箍筋；中和轴在腹板内部。
所述ECC是一种高韧性纤维增强水泥基复合材料，由水、水泥、石英砂、高效减水剂、一级粉煤灰和PVA纤维组成。其中一级粉煤灰的含量占复合材料总质量的80％；PVA纤维占体积掺量的2％。
所述ECC层位于中和轴下面，为受拉区，全部用ECC浇筑。
所述的普通混凝土层由普通的混凝土浇筑而成。
本发明专利是通过运用ECC材料充分利用其细微裂缝能力，同时将FRP筋-钢筋复合使用减少因FRP弹性模量低、延性差导致构件的挠度大的影响，形成一种新的FRP筋-钢筋复合增强ECC-混凝土组合T形梁。
附图说明
图1为本发明专利组合FRP筋-钢筋复合增强ECC-混凝土组合T形梁的结构示意图；
图2为ECC和混凝土受拉应力应变曲线及裂缝宽度对比图；
图3为FRP筋、钢筋、FRP筋钢筋复合的抗拉强度对比图；
图4为T型截面受力分析图。
图5为ECC混凝土界面处理方式图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明专利的技术方案做进一步描述：
为了充分利用ECC的裂缝控制能力，先计算T型截面梁中和轴位置：
按照中和轴位置位置不同分为两种，在翼缘内或在梁肋处。为了鉴别T型截面属于哪一种类型，分析如图4所示x＝hf′的特殊情况，由力的平衡条件和力矩平衡条件，可得：
α1fcbf′hf′＝fyAs+σfAf
式中：h0＝h-as，as为筋材保护层厚度，s为FRP筋和钢筋间距，fy为钢筋屈服强度，As为钢筋截面面积，σf为FRP筋的强度，按照平截面假定受压破坏为：(其中，Ef为FRP筋弹性模量，x为中和轴位置)，εc为受压区混凝土破坏应变。Af为FRP筋截面面积，bf′为T型截面受弯构件受压区的翼缘宽度，hf′为T型截面受弯构件受压区的翼缘高度，fc为混凝土抗压强度，α1为相关系数。
(1)当α1fcbf′hf′-σfAf≤fyAs时中和轴位置在翼缘内，即x≤hf′。
(2)当α1fcbf′hf′-σfAf＞fyAs时中和轴位置在翼缘内，x＞hf′其中ECC层浇筑区域为中和轴位置即x计算如下
(1)当属于第一种中和轴在翼缘内
α1fcbf′x-σfAf＝fyAs
(2)当属于第二种中和轴在翼缘内
α1fc(bf′-b)+α1fcbx-σfAf＝fyAs
本发明专利的具体实施步骤为：
本构件的制作包括构件底部ECC层的浇筑，ECC层及普通混凝土层的界面处理，普通混凝土层的浇筑及构件内部钢筋的绑扎。
本构件浇筑之前，先对构件的钢筋和FRP筋进行绑扎；将FRP筋置于梁底，钢筋置于内侧与箍筋绑扎在一起制成钢筋笼；钢筋笼放进构件模具。本次试验组合柱的浇筑步骤为：模板、钢筋笼组装完成后；待到一切工序准备妥当，先浇筑ECC，待ECC初凝后(大约1个小时)，进行凹形粗糙处理，再浇筑混凝土，完成后对试件进行养护。
Claims (4)
1.一种FRP筋-钢筋复合增强ECC-混凝土组合T形梁，其特征在于：所述组合包括ECC层、普通混凝土层、箍筋、钢筋和FRP筋；所述ECC层位于梁受拉区，所述ECC层浇筑时不需要振捣；所述普通混凝土层浇注在ECC层上。
2.根据权利要求1所述的一种FRP筋-钢筋复合增强ECC-混凝土组合T形梁，其特征在于：所述ECC是一种高韧性纤维增强水泥基复合材料，由水、水泥、石英砂、高效减水剂、一级粉煤灰和PVA纤维组成。所述一级粉煤灰的含量占复合材料总质量的80％；PVA纤维的体积掺量为2％。
3.根据权利要求1所述的一种FRP筋-钢筋复合增强ECC-混凝土组合T形梁，其特征在于：将FRP筋与钢筋复合使用，FRP筋置于构件中易受腐蚀的边角处充分发挥FRP筋抗拉强度高和耐腐蚀性能好等优点，而且能够获得较钢筋混凝土构件更高的屈服后刚度及更小的残余变形，显著提高构件的抗震承载能力和震后可修复性。构件屈服后刚度的提升还将使得塑性铰区域变大，从而降低截面曲率需求、提高构件的变形能力。
4.根据权利要求1所述的一种FRP筋-钢筋复合增强ECC-混凝土组合T形梁，其特征在于：由于FRP筋抗压性能差，FRP筋与钢筋复合增强混凝土结构的研究和应用主要集中在受弯构件，在地震荷载作用下，构件的变形和裂缝宽度较钢筋混凝土构件大，FRP筋长期暴露在腐蚀环境下受弯弯承载力会进一步降低；再次，FRP筋/钢筋与混凝土难以协调变形、协同工作，混凝土开裂应变低，一旦混凝土开裂，裂缝处由混凝土承担的拉伸荷载全部转移给筋材，FRP筋应力集中会加速其拉伸断裂进程，且应力必须通过界面粘结作用传递给混凝土，筋材与混凝土之间的非协调变形造成界面粘结失效和局部滑移，并最终导致纵向劈裂裂缝的产生，加剧了混凝土剥落和纵筋屈曲。利用ECC的超高韧性和多裂缝开展机制，裂缝间纤维桥连作用能将基体连接成一个整体，不易剥落，始终能为FRP筋提供稳定的约束和有效的保护，从而保证FRP筋的受弯承载能力；ECC裂缝控制能力强，其细密裂缝开展机制能够避免腐蚀环境下FRP筋承载力退化及钢筋锈蚀；在构件受拉侧，ECC高韧性特点使其能与FRP筋/钢筋协调变形、协同工作，避免了纵筋的应力集中现象和因裂缝引起的基体剥落。
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