CN108824695B - 具有延性的frp筋混凝土梁及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有延性的FRP筋混凝土梁及其制备方法，其中混凝土梁包括混凝土简支梁体，混凝土简支梁体内嵌有FRP筋骨架，混凝土简支梁体上开设有贯通的与混凝土简支梁体轴向平行的槽道，且槽道沿混凝土简支梁体轴向延伸的长度与混凝土简支梁体上受弯时塑性铰区域沿混凝土简支梁体轴向延伸的长度一致，受弯时塑性铰区域外侧包裹有CFRP布，该CFRP布通过由槽道穿过后绕过混凝土简支梁体表面包裹受弯时塑性铰区域。与现有技术相比，本发明在FRP筋混凝土梁受弯时，利用其塑性铰区域CFRP约束混凝土的屈服来提高FRP筋混凝土梁的延性，得以应用于实际工程。

Description

具有延性的FRP筋混凝土梁及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种结构技术，尤其是涉及一种具有延性的FRP筋混凝土梁及其制备方法。
背景技术
FRP筋具有密度小、抗拉强度高、疲劳性能好、耐腐蚀性能好等特点。可将FRP筋作为预应力筋或加强筋配置于混凝土结构体内或体外，用于工程结构的加固和维修。与钢筋相比，FRP筋应用于恶劣环境中不易被腐蚀，因而在新建建筑和已有建筑的加固改造中拥有广阔的应用前景。作为线弹性材料，FRP筋具有受拉达到极限强度时突然断裂的性质，若将其用于普通混凝土梁，会因为FRP筋没有屈服点和塑性阶段而脆性破坏，因此FRP筋混凝土梁的弯曲破坏表现为脆性破坏，延性差，只有解决了这个问题，FRP筋混凝土梁才能更好的被应用在实际工程中。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有延性的FRP筋混凝土梁及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种具有延性的FRP筋混凝土梁，包括混凝土简支梁体，所述混凝土简支梁体内嵌有FRP筋骨架，所述混凝土简支梁体上开设有贯通的与混凝土简支梁体轴向平行的槽道，且槽道沿混凝土简支梁体轴向延伸的长度与混凝土简支梁体上受弯时塑性铰区域沿混凝土简支梁体轴向延伸的长度一致，所述受弯时塑性铰区域外侧包裹有CFRP布，该CFRP布通过由所述槽道穿过后绕过混凝土简支梁体表面包裹所述受弯时塑性铰区域。
包裹所述受弯时塑性铰区域的CFRP布共有多层。
所述CFRP布的单层厚度为0.15毫米。
所述槽道位于混凝土简支梁体的中央。
所述槽道的厚度为5毫米。
所述FRP筋骨架包括受拉纵筋、受压区架立钢筋和箍筋。
所述CFRP布的弹性模量为230Gpa，抗拉强度为3450Mpa～4600Mpa，极限伸长率为1.5％～2％。
所述槽道沿混凝土简支梁体轴向延伸的长度为：
lp＝2(1-0.5ρfy/fc)h0
其中：lp为槽道沿混凝土简支梁体轴向延伸的长度，ρ为FRP筋的配筋率，fy为受拉纵筋的屈服强度，fc为混凝土抗压强度设计值，h0为梁截面有效高度。
一种FRP筋混凝土梁的制备方法，包括：
步骤S1：确定需要制备的混凝土简支梁体中受弯时塑性铰区域的位置；
步骤S2：按照结构施工图绑扎FRP筋骨架得到筋笼；
步骤S3：根据预先确定的受弯时塑性铰区域的位置在浇筑模板上标记槽道位置，将筋笼置于模板中，并在浇筑混凝土至槽道位置时放入槽道模板，再继续浇筑混凝土至充满整个模具；
步骤S4：在混凝土简支梁体上覆盖土工布或者草帘并洒水，再用塑料布或帆布将土工布或草帘包覆后，养护7天后拆模，拆模后只覆盖土工布或者草帘，定期洒水养护20～30天；
步骤S5：用CFRP布通过槽道包裹将受弯时塑性铰区域。
所述模板上涂覆有脱模剂。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)以FRP筋作为受拉纵筋，混凝土为普通混凝土，其受弯时塑性铰区域替换为CFRP约束混凝土，CFRP约束混凝土受压时会屈服，能够产生塑性变形，具有屈服平台，在FRP筋混凝土梁受弯时，利用其塑性铰区域CFRP约束混凝土的屈服来提高FRP筋混凝土梁的延性，使FRP筋混凝土梁能更加广泛的应用于工程中。
2)包裹所述受弯时塑性铰区域的CFRP布共有多层，可以根据需要调节层数实现不同的屈服结构参数要求。
3)CFRP布的单层厚度为0.15毫米，可以有效保证关联参数的级变要求。
4)CFRP布的弹性模量为230Gpa，抗拉强度为3450Mpa～4600Mpa，极限伸长率为1.5％～2％，效果最佳，避免包裹的CFRP布过厚或者过薄。
5)通过特殊的公式预先计算槽道沿混凝土简支梁体轴向延伸的长度，提高最终成型的混凝土梁的结构效果。
附图说明
图1为普通混凝土包裹CFRP布前的示意图；
图2为普通混凝土包裹CFRP布后的示意图；
图3为普通混凝土包裹CFRP布前梁纵向截面示意图；
图4为普通混凝土包裹CFRP布后梁纵向截面示意图；
图5为图3的1-1剖面图；
图6为图3的2-2剖面图；
图7为图4的3-3剖面图：
图8为图4的4-4剖面图；
其中：1、混凝土简支梁体，2、受拉纵筋，3、受压区架立筋，4、箍筋，5、槽道，6、CFRP布。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种具有延性的FRP筋混凝土梁，将受压屈服的概念通过CFRP约束混凝土块实现。将FRP筋混凝土梁受弯塑性铰区域受压侧用一种受压延性块——CFRP约束混凝土块替代，CFRP约束混凝土块在合理的设计水平下受压特性可呈现近似钢材屈服后应力应变特性：具有屈服平台或应变强化。在FRP筋混凝土梁受弯时，利用受压区CFRP约束混凝土块的受压延性来提高FRP筋混凝土梁的延性，使FRP筋混凝土梁能更加广泛的应用于工程中。旨在充分利用FRP筋抗拉强度高、疲劳性能好、耐腐蚀性能好和FRP约束混凝土块受压时能够发生似金属的良好弹塑性，旨在解决FRP筋混凝土梁受弯时由于FRP筋具有受拉达到极限强度时突然断裂的性质，FRP筋混凝土梁会因为FRP筋没有屈服点和塑性阶段而脆性破坏的问题。
本实施例是在普通FRP筋混凝土梁的基础上，将其受弯时塑性铰区域的普通混凝土替换成为受压时能够屈服，产生塑性变形，具有较好的延性的CFRP约束混凝土块，梁由普通混凝土制成，在混凝土梁长度方向正中间留出一条一定长度的槽道，通过槽道用CFRP布将受压区一定长度范围内混凝土块横向包裹，形成CFRP约束混凝土块，保证了梁的整体性。梁中受拉纵筋、受压纵筋、箍筋和其他钢筋均为FRP筋，其中受拉纵筋为CFRP筋，综合利用了FRP筋抗拉强度高、疲劳性能好、耐腐蚀性能好和FRP约束混凝土块受压时能够屈服，产生塑性变形，具有较好的延性的特点，形成能达到普通钢筋混凝土适筋梁延性的一种新型具有延性的FRP筋混凝土梁。
具体的，如图1～图8所示，包括混凝土简支梁体，混凝土简支梁体内嵌有FRP筋骨架，混凝土简支梁体上开设有贯通的与混凝土简支梁体轴向平行的槽道，且槽道沿混凝土简支梁体轴向延伸的长度与混凝土简支梁体上受弯时塑性铰区域沿混凝土简支梁体轴向延伸的长度一致，受弯时塑性铰区域外侧包裹有CFRP布，该CFRP布通过由槽道穿过后绕过混凝土简支梁体表面包裹受弯时塑性铰区域。
包裹受弯时塑性铰区域的CFRP布共有多层，CFRP布的单层厚度为0.15毫米，CFRP布的弹性模量为230Gpa，抗拉强度为3450Mpa～4600Mpa，极限伸长率为1.5％～2％。槽道位于混凝土简支梁体的中央，槽道的厚度为5毫米。
FRP筋骨架包括受拉纵筋、受压区架立钢筋和箍筋。
梁体中混凝土保护层厚度根据《(GB50608-2010)纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》选取。FRP筋骨架中的受压区架立筋在FRP约束混凝土块处断开。FRP筋骨架中受拉纵筋的最小直径，受拉钢筋锚固长度根据《(GB50608-2010)纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》选取；箍筋配筋面积按抗剪计算所得且箍筋间距满足最大间距的要求。
此外，浇筑混凝土简支梁体的混凝土强度等级为C15～C50(普通混凝土)，混凝土强度等级为C15至C25时，塑性铰区域CFRP约束混凝土被包裹的CFRP布层数只需1层就可以达到普通钢筋混凝土梁的延性要求。随着混凝土强度等级的提高，塑性铰区域CFRP约束混凝土需要被包裹的层数也相应增加，混凝土强度等级为C30～C35时，塑性铰区域CFRP约束混凝土被包裹的CFRP布层数2～3层可以达到普通钢筋混凝土梁的延性要求；混凝土强度等级为C40～C50时，塑性铰区域CFRP约束混凝土块被包裹的CFRP布层数4～5层可以达到普通钢筋混凝土梁的延性要求。被包裹的层数亦与每层CFRP布厚度有关。
槽道沿混凝土简支梁体轴向延伸的长度为：
lp＝2(1-0.5ρfy/fc)h0
其中：lp为槽道沿混凝土简支梁体轴向延伸的长度，ρ为FRP筋的配筋率，fy为受拉纵筋的屈服强度，fc为混凝土抗压强度设计值，h0为梁截面有效高度。
一种FRP筋混凝土梁的制备方法，包括：
步骤S1：确定需要制备的混凝土简支梁体中受弯时塑性铰区域的位置；
步骤S2：按照结构施工图绑扎FRP筋骨架得到筋笼，具体为绑扎纵向受拉钢筋，受压区架立钢筋，箍筋等梁中钢筋，且应符合绑扎要求；梁两端可预埋吊钩，方便后期起吊运输；
步骤S3：根据预先确定的受弯时塑性铰区域的位置在浇筑模板上标记槽道位置，将筋笼置于模板中，并在浇筑混凝土至槽道位置时放入槽道模板，再继续浇筑混凝土至充满整个模具，然后利用振捣棒振捣成型(注意勿碰到槽道模板)；混凝土强度等级在C15～C50；振捣成型后对梁顶面抹平收光，确保梁顶面平整，其中，模板上涂覆有脱模剂；
步骤S4：在混凝土简支梁体上覆盖土工布或者草帘并洒水，再用塑料布或帆布将土工布或草帘包覆，防止水分过快蒸发，一般环境条件下，养护7天后拆模，拆模后只覆盖土工布或者草帘，定期洒水养护20～30天；
步骤S5：用CFRP布通过槽道包裹将受弯时塑性铰区域。

Claims (10)

1.一种具有延性的FRP筋混凝土梁，包括混凝土简支梁体，其特征在于，所述混凝土简支梁体内嵌有FRP筋骨架，
所述混凝土简支梁体上开设有贯通的与混凝土简支梁体轴向平行的槽道，且槽道沿混凝土简支梁体轴向延伸的长度与混凝土简支梁体上受弯时塑性铰区域沿混凝土简支梁体轴向延伸的长度一致，所述受弯时塑性铰区域外侧包裹有CFRP布，该CFRP布通过由所述槽道穿过后绕过混凝土简支梁体表面包裹所述受弯时塑性铰区域。
2.根据权利要求1所述的一种具有延性的FRP筋混凝土梁，其特征在于，包裹所述受弯时塑性铰区域的CFRP布共有多层。
3.根据权利要求1或2所述的一种具有延性的FRP筋混凝土梁，其特征在于，所述CFRP布的单层厚度为0.15毫米。
4.根据权利要求1所述的一种具有延性的FRP筋混凝土梁，其特征在于，所述槽道位于混凝土简支梁体的中央。
5.根据权利要求1所述的一种具有延性的FRP筋混凝土梁，其特征在于，所述槽道的厚度为5毫米。
6.根据权利要求1所述的一种具有延性的FRP筋混凝土梁，其特征在于，所述FRP筋骨架包括受拉纵筋、受压区架立钢筋和箍筋。
7.根据权利要求1所述的一种具有延性的FRP筋混凝土梁，其特征在于，所述CFRP布的弹性模量为230Gpa，抗拉强度为3450Mpa～4600Mpa，极限伸长率为1.5％～2％。
8.根据权利要求6所述的一种具有延性的FRP筋混凝土梁，其特征在于，所述槽道沿混凝土简支梁体轴向延伸的长度为：
lp＝2(1-0.5ρfy/fc)h0
其中：lp为槽道沿混凝土简支梁体轴向延伸的长度，ρ为FRP筋的配筋率，fy为受拉纵筋的屈服强度，fc为混凝土抗压强度设计值，h0为梁截面有效高度。
9.一种如权利要求1～8中任一所述的具有延性的FRP筋混凝土梁的制备方法，其特征在于，包括：
步骤S1：确定需要制备的混凝土简支梁体中受弯时塑性铰区域的位置；
步骤S2：按照结构施工图绑扎FRP筋骨架得到筋笼；
步骤S3：根据预先确定的受弯时塑性铰区域的位置在浇筑模板上标记槽道位置，将筋笼置于模板中，并在浇筑混凝土至槽道位置时放入槽道模板，再继续浇筑混凝土至充满整个模具；
步骤S4：在混凝土简支梁体上覆盖土工布或者草帘并洒水，再用塑料布或帆布将土工布或草帘包覆后，养护7天后拆模，拆模后只覆盖土工布或者草帘，定期洒水养护20～30天；
步骤S5：用CFRP布通过槽道包裹将受弯时塑性铰区域。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述模板上涂覆有脱模剂。
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