CN108951992B - Frp壳体-混凝土墙板结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种FRP壳体‑混凝土墙板结构及其制造方法,墙板结构由FRP壳体、粘附在壳体内表面的树脂混凝土/砂子以及壳体中的混凝土组成。FRP壳体由多个单元粘结或者机械连接而成,并在壳体外表面铺设FRP织物或者板材形成统一的整体,且FRP壳体腹板上面分布有一定间距的孔洞。本发明采用FRP壳体作为永久性模具,具有可设计性强、耐腐蚀、施工便捷、抗疲劳性能好和承载力高等优点。本发明充分发挥了FRP的抗拉性能和混凝土的抗压性能,FRP壳体腹板上面的孔洞具有两个方面的作用:1.浇筑时保证混凝土在各单元之间自由流动,使混凝土形成一个整体;2.FRP腹板孔洞中形成的混凝土榫有效阻止FRP壳体和混凝土之间的相对滑移,从而使FRP壳体和混凝土能够协调工作。

Description

FRP壳体-混凝土墙板结构及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种FRP壳体-混凝土墙板结构及其制造方法,主要应用于恶劣环境条件,属于建筑、桥梁和水利等工程领域。
背景技术
在恶劣环境条件下,传统的钢筋混凝土结构容易受到钢筋锈蚀、混凝土老化以及钢筋和混凝土之间粘结性能退化的影响,导致结构承载能力的降低和服役性能的退化。我国每年都会花费巨资对老化的混凝土结构进行加固和修复。另外,传统的钢筋混凝土结构还具有自重大和能源消耗多等缺点。
因纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer/Plastic,简称FRP)具有轻质、高强、设计性强和耐腐蚀等优点,人们尝试将其和混凝土材料相结合,开发各种FRP-混凝土组合结构,例如FRP-混凝土桥面板、FRP-混凝土柱子、FRP-混凝土梁等;然而,FRP-混凝土墙板结构的应用相对较少。
FRP-混凝土组合结构的性能很大程度上取决于两相材料的结合程度,目前FRP-混凝土结构的连接主要有粘结剂直接粘结法和粘砂法,其主要缺点是抗疲劳性能差和承载力小。
在传统的钢筋混凝土结构中,混凝土的支模需要耗费大量的时间和金钱。
因此,开发一种耐腐蚀、承载能力高、施工便捷和造价较低的FRP-混凝土墙板结构是至关重要的。
发明内容
为克服现有技术存在的不足,本发明提供一种抗腐蚀性能好、承载力高、施工便捷和经济效益好的纤维增强复合材料壳体-混凝土墙板结构及其制造方法。具体方案如下:
一种FRP壳体-混凝土墙板结构,所述墙板结构包括FRP壳体,所述FRP壳体由若干筒状单元左右相邻排列组成,且FRP壳体的顶面和底面分别粘附有上蒙皮和下蒙皮,筒状单元、上蒙皮和下蒙皮的材质为纤维经编织物,筒状单元的内表面粘附有砂子或树脂混凝土,相邻两个筒状单元接触的侧壁作为腹板,各腹板上面分布着一定间距的孔洞;
在筒状单元的空腔中填充有混凝土,所述筒状单元为:
单个内部中空的重复单元,重复单元有一个空腔或有至少两个独立的空腔;或
至少两个内部中空的重复单元粘结而成,每个重复单元均有相对独立的空腔。
进一步的,孔洞为圆形,且相邻孔洞圆心之间的距离大于3.5倍的开孔半径。
进一步的,筒状单元中填充的混凝土为普通混凝土、再生混凝土、自密实混凝土中的一种。
进一步的,砂子的粒径范围为4-5mm。
进一步的,各所述筒状单元的横截面为四边形。
进一步的,至少两个截面为矩形、梯形、三角形、平行四边形的重复单元组合成横截面为四边形的筒状单元。
同时本发明还提供了一种制备上述的FRP壳体-混凝土墙板结构的工艺方法,包括如下步骤:
S1、裁剪具有特定铺设角度的纤维经编织物作为筒状单元,并在筒状单元两侧的腹板裁剪孔洞;
S2、将裁剪好的筒状单元包裹在支撑模具上面,并用配置好的树脂进行刷涂,制作多个数量的筒状单元;
S3、将各个筒状单元左右粘结在一起,并在顶面和底面分别粘结上蒙皮和下蒙皮,固化之后形成FRP壳体,抽出模具;
S4、在FRP壳体内部表面粘结砂子或树脂混凝土;
S5、在筒状单元中浇注混凝土。
本发明还提供了另外一种制备上述的FRP壳体-混凝土墙板结构的工艺方法,包括如下步骤:
S1、采用拉挤成型工艺生产具有特定铺设角度的纤维经编织物作为筒状单元,并在筒状单元两侧的腹板裁剪孔洞;
S2、将各个筒状单元左右粘结在一起,并在顶面和底面分别粘结上蒙皮和下蒙皮,固化之后形成FRP壳体;
S3、在FRP壳体内部表面粘结砂子或树脂混凝土;
S4、在筒状单元中浇注混凝土。
本发明中,FRP壳体-混凝土墙板结构既可现场浇筑成型,也可作为预制构件使用。当FRP壳体-混凝土组合结构作为剪力墙使用时,混凝土承载其中的剪力和重力,FRP壳体承载拉力,这主要是因为混凝土具有较高的抗剪和抗压承载力,FRP具有较高的抗拉承载力。当FRP壳体-混凝土组合结构作为楼板或者挡土墙使用时,混凝土作为主要承载压力材料,FRP作为主要承载拉力材料。
本发明除具备以上特点之外,还具有以下重要特征:(1)FRP壳体作为永久性模子,免去了现场或者工厂支模的程序,一定程度上降低了成本;(2)混凝土芯支撑着厚度较薄的FRP壳体,防止其发生局部屈曲。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明结构示意图。
图2a-2d为FRP壳体截面形式和构成。
图3为实施例一小规模生产条件下生产FRP壳体用模具。
具体实施方式
在下文的描述中,给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而,对于本领域技术人员而言显而易见的是,本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中,为了避免与本发明发生混淆,对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底理解本发明,将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构,以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下,然而除了这些详细描述外,本发明还可以具有其他实施方式。
本发明提供了一种FRP壳体-混凝土墙板结构,墙板结构包括FRP壳体1,FRP壳体1由若干筒状单元6左右相邻排列组成,且FRP壳体1的顶面和底面分别粘附有上蒙皮5和下蒙皮7,筒状单元6、上蒙皮5和下蒙皮7的材质为纤维经编织物,筒状单元6的内表面粘附有砂子或树脂混凝土,相邻两个筒状单元6接触的侧壁作为腹板2,各腹板2上面分布着一定间距的孔洞4;
在筒状单元6的空腔中填充有混凝土3,所述筒状单元6为:
单个内部中空的重复单元6a,重复单元6a有一个空腔或有至少两个独立的空腔(如图2a-2c所示);或
至少两个内部中空的重复单元6a左右粘结而成,每个重复单元均有相对独立的空腔(如图2d所示)。
在本发明一可选的实施中,孔洞4为圆形,且相邻孔洞圆心之间的距离大于3.5倍的开孔半径。该孔洞具有两个方面的作用:1、浇筑混凝土时混凝土在各个单元之间自由流动,从而使混凝土形成一个整体;2、混凝土在孔洞内形成混凝土榫,有效阻止FRP壳体和混凝土之间的相对滑移。
优选的,筒状单元6中填充的混凝土3为普通混凝土、再生混凝土、自密实混凝土中的一种。
其中,在筒状单元(6)的内表面粘附砂子的情况下,砂子的粒径范围为4-5mm,该砂子或者树脂混凝土作为混凝土榫的补充,进一步阻止混凝土和FRP壳体之间的相对滑移,使FRP壳体和混凝土在纵向和横向均协同工作,整体性能更好。
在本发明一可选的实施中,各所述筒状单元6的横截面为四边形。进一步的,至少两个截面为矩形、梯形、三角形、平行四边形的重复单元组合成横截面为四边形的筒状单元。
如图2a-2d所示,示出了本发明在4种情况下的FRP壳体示意图,图2a中,筒状单元6截面为矩形,因此腹板2与底板相垂直。图2b与图2a基本相似,只不过筒状单元6截面为菱形,因此腹板2与底板有一定夹角。图2a-2b示出的均为各筒状单元6包含一个空腔,图2c示出了各筒状单元6包含2个独立的空腔,各筒状单元6中的2个空腔由隔板隔开。图2d中,示出了各筒状单元6由两个截面为梯形的独立重复单元6a组合而成。
实施例一
在本实施例中,本发明提供了一种小规模制备上述FRP壳体-混凝土墙板结构的工艺方法,包括如下步骤:
步骤S1、裁剪具有特定铺设角度的纤维经编织物作为筒状单元6,并在筒状单元6两侧的腹板2上裁剪孔洞4;
步骤S2、将裁剪好的筒状单元6包裹在支撑模具上面,并用配置好的树脂进行刷涂,制作多个数量的筒状单元6;
步骤S3、将各个筒状单元6左右粘结在一起,并在顶面和底面分别粘结上蒙皮5和下蒙皮7,固化之后形成FRP壳体1,抽出模具;
步骤S4、在FRP壳体1内部表面粘结砂子或树脂混凝土;
步骤S5、在筒状单元6中浇注混凝土3。
在小规模生产条件下,模具采用变截面的设计形式,具有造价低廉和容易脱模的优点。
实施例二
在本实施例中,本发明提供了另外大规模一种制备上述FRP壳体-混凝土墙板结构的工艺方法,包括如下步骤:
步骤S1、采用拉挤成型工艺生产具有特定铺设角度的纤维经编织物作为筒状单元6,并在筒状单元6两侧的腹板裁剪孔洞4;
步骤S2、将各个筒状单元6左右粘结在一起,并在顶面和底面分别粘结上蒙皮5和下蒙皮7,固化之后形成FRP壳体1;
步骤S3、在FRP壳体内部表面粘结砂子或树脂混凝土;
步骤S4、在筒状单元6中浇注混凝土3。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施;任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围情况下,都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例,这并不影响本发明的实质内容。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种FRP壳体-混凝土墙板结构,其特征在于,所述墙板结构包括FRP壳体(1),所述FRP壳体(1)由若干筒状单元(6)左右相邻排列组成,且FRP壳体(1)的顶面和底面分别粘附有上蒙皮(5)和下蒙皮(7),筒状单元(6)、上蒙皮(5)和下蒙皮(7)的材质为纤维经编织物,筒状单元(6)的内表面粘附有砂子或树脂混凝土,相邻两个筒状单元(6)接触的侧壁作为腹板(2),各腹板(2)上面分布着一定间距的孔洞(4),孔洞(4)为圆形,且相邻孔洞圆心之间的距离大于3.5倍的开孔半径;
在筒状单元(6)的空腔中填充有混凝土(3),所述筒状单元(6)为:
单个内部中空的重复单元,重复单元有一个空腔或有至少两个独立的空腔;或
至少两个内部中空的重复单元粘结而成,每个重复单元均有相对独立的空腔。
2.如权利要求1所述的FRP壳体-混凝土墙板结构,其特征在于,筒状单元(6)中填充的混凝土(3)为普通混凝土、再生混凝土、自密实混凝土中的一种。
3.如权利要求1所述的FRP壳体-混凝土墙板结构,其特征在于,砂子的粒径范围为4-5mm。
4.如权利要求1所述的FRP壳体-混凝土墙板结构,其特征在于,各所述筒状单元(6)的横截面为四边形。
5.如权利要求4所述的FRP壳体-混凝土墙板结构,其特征在于,至少两个截面为矩形、梯形、三角形、平行四边形的重复单元组合成横截面为四边形的筒状单元。
6.一种制备如权利要求1-5任意一所述的FRP壳体-混凝土墙板结构的工艺方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、裁剪具有特定铺设角度的纤维经编织物作为筒状单元(6),并在筒状单元(6)两侧的腹板裁剪孔洞(4);
S2、将裁剪好的筒状单元(6)包裹在支撑模具上面,并用配置好的树脂进行刷涂,制作多个数量的筒状单元(6);
S3、将各个筒状单元(6)左右粘结在一起,并在顶面和底面分别粘结上蒙皮(5)和下蒙皮(7),固化之后形成FRP壳体(1),抽出模具;
S4、在FRP壳体内部表面粘结砂子或树脂混凝土;
S5、在筒状单元(6)中浇注混凝土(3)。
7.一种制备如权利要求1-5任意一所述的FRP壳体-混凝土墙板结构的工艺方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、采用拉挤成型工艺生产具有特定铺设角度的纤维经编织物作为筒状单元(6),并在筒状单元(6)两侧的腹板裁剪孔洞(4);
S2、将各个筒状单元(6)左右粘结在一起,并在顶面和底面分别粘结上蒙皮(5)和下蒙皮(7),固化之后形成FRP壳体(1);
S3、在FRP壳体内部表面粘结砂子或树脂混凝土;
S4、在筒状单元(6)中浇注混凝土(3)。
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