CN110056117A - 波纹面空心frp型材海砂混凝土板结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种波纹面空心FRP型材海砂混凝土板结构，该结构包括波纹面空心FRP型材、FRP筋、海砂混凝土。本发明的结构，能够充分发挥FRP材料轻质，高强，耐腐蚀性好等特性和海砂混凝土可就地取材，便于运输的优势，采用预制波纹面方式结合界面处理方法使得波纹面FRP型材与混凝土间界面性能得到改良，这种波纹面空心FRP型材海砂混凝土板结构具有结构形式简单，无需模板，便于施工，耐腐蚀性、承载力、刚度、抗疲劳和设计性强等特点，在海洋等恶劣环境中适用性强，适于推广使用。

Description

波纹面空心FRP型材海砂混凝土板结构
技术领域
本发明涉及结构工程新材料与组合结构技术领域，具体是指一种波纹面空心FRP型材海砂混凝土板结构。
背景技术
在沿海和远海岛礁等地区，海洋恶劣环境中富含大量的氯离子，会造成传统钢筋混凝土结构出现严重的钢筋锈蚀、混凝土开裂等现象，使建筑物维修周期缩短，严重影响海洋环境下建筑结构的安全性和耐久性；其次海洋工程及海洋环境下工程建设地处沿海或远离大陆，缺少河砂、石和淡水资源，采用普通钢筋混凝土结构就需要耗费大量人力物力运输水泥、河砂、粗骨料等建材；再次海洋工程及海环境下工程建设一般缺少大量的人力资源以及大型施工机械设备，结构体系不能过于复杂，同时需要快速施工成型。
近年来FRP材料以轻质高强、耐腐蚀、抗疲劳等特点已作为新型建筑材料在工程建设领域得到广泛应用。其中以FRP-混凝土组合结构形式的应用尤其突出，FRP材料在FRP-混凝土组合构件中一般既作为底板承受拉力，又作为模板对混凝土材料进行保护，同时还可以节省施工中支模脱模的工序方便施工，但FRP材料相比于传统钢筋材料弹性模量不高，使得组合结构的刚度成为结构设计中的首要目标，而且FRP材料与混凝土材料界面的粘结性能薄弱，会使组合结构的工作性能降低，大多结构均以粘贴FRP剪力键或预留孔增设螺栓剪力键等方式去解决FRP材料与混凝土材料间界面问题，但这些做法会额外增加粘结界面耐久性和螺栓剪力键锈蚀等问题。
因此传统的钢筋混凝土结构已无法满足海洋环境下的需求，而采用FRP-混凝土组合结构是一种有效的结构形式，但是仍然需要解决目前FRP-混凝土组合结构存在的问题，亟需开发一种力学性能、耐久性能和经济性更好以及施工更为方便的FRP-混凝土结构体系。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种波纹面空心FRP型材海砂混凝土板结构，以解决以上界面性能差、力学性能差、耐久性差、资源匮乏、施工周期长等问题。
为实现上述目的，本发明提供的波纹面空心FRP型材海砂混凝土板结构，其特征在于：包括多个并排拼接的波纹面空心FRP型材，所述相邻两个的波纹面空心FRP型材通过自设的凹凸卡槽相互咬合连接，所述相邻两个波纹面空心FRP型材凹凸卡槽连接的接触面作粗糙毛面处理并通过耐海水腐蚀钢螺栓和/或环氧胶粘结的界面方式固定连接；所述预制波纹面空心FRP型材经一次性拉挤预制成型且内部设有多个空心孔洞，在所述波纹面空心FRP型材的波纹面均匀涂抹有环氧树脂胶，且所述波纹面空心FRP型材波纹面的波纹方向与并排拼接的多个波纹面空心FRP型材受力方向一致；
在所述波纹面空心FRP型材的上方铺设绑扎有多个纵向FRP筋和多个横向FRP筋以形成FRP筋网空腹板支架作为板面分布筋群，所述纵向FRP筋和横向FRP筋相互垂直布置；所述纵向FRP筋和横向FRP筋均以等间距a水平分布，所述间距a≤250mm；
在所述FRP筋网空腹板支架的上部槽中浇筑有海砂混凝土；所述波纹面空心FRP型材的表面波纹高度H≥海砂混凝土厚度h/4，表面波纹宽度M≥20mm或M为表面波纹高度H的1.5倍。
作为优选方案，所述波纹面空心FRP型材空心孔洞的空心形状为圆形、椭圆形、方形、矩形或多边形中的任一种；或者，为双层或多层空心网格形式；所述波纹面空心FRP型材的表面波纹形状为波浪形、圆形、矩形、三角形或多边形中的一种或两种以上。
进一步地，所述波纹面空心FRP型材的空腔下部板净厚度≥8mm，不包含波纹高度的空腔上部板净厚度≥6mm；所述波纹面空心FRP型材空心孔洞间腹板最薄处厚度≥8mm；所述纵向FRP筋和横向FRP筋的直径范围均为6mm—16mm。
更进一步地，所述波纹面空心FRP型材的材质为玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维或玄武岩纤维中的一种或两种以上；所述海砂混凝土为普通混凝土、自密实混凝土、再生骨料混凝土、纤维混凝土或高性能混凝土中任一种。
所述预制波纹面空心FRP型材需在工厂一次性拉挤预制成型，成品运至现场后，对型材进行界面处理，然后在波纹面空心FRP型材波纹表面均匀涂抹环氧树脂胶并铺砂，相邻波纹面空心FRP型材采用咬合式设计连接，在所述波纹面空心FRP型材上方，铺设和绑扎所述纵向FRP筋和横向FRP筋形成FRP筋网作为板分布筋，形成空间FRP型材-FRP筋空腹板支架，在空腹板支架上浇筑海砂混凝土。底部波纹面空心FRP型材发挥高抗拉性能优势，作为板结构受拉构件的同时作为结构的模板，其中FRP型材做成空心状可以在保证节省材料用量和减轻板自重优势的同时提高FRP型材底板的刚度，一次性拉挤成型的波纹面方式结合界面处理方法，能使FRP和混凝土两种材料间界面性能提高而避免额外的连接件粘结界面耐久性和螺栓剪力键锈蚀等问题；上部海砂混凝土作为板结构受压部位；架设FRP筋网可以提高混凝土整体力学性能，约束混凝土的开裂，并可在板支座端抵抗结构的负弯矩。波纹面空心FRP型材通过标准化设计，在工厂一次性拉挤预制成型，波纹方向同板受力方向一致。
本发明的优点及有益效果如下：本发明提出了利用海砂、海水等海洋环境材料，配以快硬水泥形成速凝海砂混凝土，并以具有轻质，高强，耐腐蚀等特性的FRP材料代替传统的钢筋、钢管和型钢等易腐蚀材料，并作为组合板的永久性模板，将海砂混凝土和FRP材料结合，充分发挥FRP轻质高抗拉强度及海砂混凝土易得的优势，通过标准化设计和工业化生产，形成一种波纹面空心FRP型材海砂混凝土板结构，结构形式简单，可设计性强，取材方便，经济效益突出，承载力和抗变形能力好；耐腐蚀性好，能延长结构服役寿命；各个构件均为预制完成，现场组合使用，施工简便，无需模板，可大大缩短施工周期；避免粘贴连接件的界面耐久性问题和使用螺栓剪力键的锈蚀问题，改良FRP与混凝土两种材料间的界面性能；提高混凝土整体力学性能，有效抑制变形和控制裂缝。
附图说明
图1为本发明的结构横截面剖切示意图。
图2为本发明的结构纵截面剖切示意图。
图3为本发明结构剖切立体结构示意图。
图4为本发明波纹面空心FRP型材的空心形状另一种实施方式的结构横截面剖切示意图。
图5为本发明波纹面空心FRP型材的空心形状另一种实施方式的结构横截面剖切示意图。
图6为本发明波纹面空心FRP型材的空心形状另一种实施方式的结构横截面剖切示意图。
图7为本发明波纹面空心FRP型材的波纹面另一种实施方式的结构纵截面剖切示意图。
图8为本发明波纹面空心FRP型材的波纹面另一种实施方式的结构纵截面剖切示意图。
图中：波纹面空心FRP型材1，纵向FRP筋2，横向FRP筋3，海砂混凝土4。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步地详细说明：
如图所示的波纹面空心FRP型材海砂混凝土板结构，包括多个并排拼接的波纹面空心FRP型材1，相邻两个的波纹面空心FRP型材1通过自设的凹凸卡槽相互咬合连接，相邻两个波纹面空心FRP型材1凹凸卡槽连接的接触面作粗糙毛面处理并通过耐海水腐蚀钢螺栓和/或环氧胶粘结的界面方式固定连接；预制波纹面空心FRP型材1经一次性拉挤预制成型且内部设有多个空心孔洞，在波纹面空心FRP型材1的波纹面均匀涂抹有环氧树脂胶，且波纹面空心FRP型材1波纹面的波纹方向与并排拼接的多个波纹面空心FRP型材1受力方向一致；
在波纹面空心FRP型材1的上方铺设绑扎有多个纵向FRP筋2和多个横向FRP筋3以形成FRP筋网空腹板支架作为板面分布筋群，纵向FRP筋2和横向FRP筋3相互垂直布置；纵向FRP筋2和横向FRP筋3均以等间距a水平分布，间距a≤250mm；在FRP筋网空腹板支架的上部槽中浇筑有海砂混凝土4；波纹面空心FRP型材1的表面波纹高度H≥海砂混凝土4厚度h/4，表面波纹宽度M≥20mm或M为表面波纹高度H的1.5倍。
波纹面空心FRP型材1空心孔洞的空心形状为圆形、椭圆形、方形、矩形或多边形中的任一种；或者，为双层或多层空心网格形式；波纹面空心FRP型材1的表面波纹形状为波浪形、圆形、矩形、三角形或多边形中的一种或两种以上。波纹面空心FRP型材1的空腔下部板净厚度≥8mm，不包含波纹高度的空腔上部板净厚度≥6mm；波纹面空心FRP型材1空心孔洞间腹板最薄处厚度≥8mm；纵向FRP筋2和横向FRP筋3的直径范围均为6mm—16mm。波纹面空心FRP型材1的材质为玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维或玄武岩纤维中的一种或两种以上；海砂混凝土4为普通混凝土、自密实混凝土、再生骨料混凝土、纤维混凝土或高性能混凝土中任一种。
本发明波纹面空心FRP型材海砂混凝土板结构的施工方法，包括以下步骤:
(1)预制波纹面空心FRP型材需在工厂一次性拉挤预制成型；
(2)对预制波纹面空心FRP型材进行界面处理，然后在波纹面空心FRP型材波纹表面均匀涂抹环氧树脂胶并铺砂，相邻波纹面空心FRP型材采用咬合式设计连接；
(3)在所述波纹面空心FRP型材上方，铺设和绑扎所述纵向FRP筋和横向FRP筋形成FRP筋网作为板分布筋，形成空间FRP型材-FRP筋空腹板支架；
(4)在空腹板支架上浇筑速凝海砂混凝土，无需模板。

Claims (5)

1.一种波纹面空心FRP型材海砂混凝土板结构，其特征在于：包括多个并排拼接的波纹面空心FRP型材(1)，所述相邻两个的波纹面空心FRP型材(1)通过自设的凹凸卡槽相互咬合连接，所述相邻两个波纹面空心FRP型材(1)凹凸卡槽连接的接触面作粗糙毛面处理并通过耐海水腐蚀钢螺栓和/或环氧胶粘结的界面方式固定连接；所述预制波纹面空心FRP型材(1)经一次性拉挤预制成型且内部设有多个空心孔洞，在所述波纹面空心FRP型材(1)的波纹面均匀涂抹有环氧树脂胶，且所述波纹面空心FRP型材(1)波纹面的波纹方向与并排拼接的多个波纹面空心FRP型材(1)受力方向一致；
在所述波纹面空心FRP型材(1)的上方铺设绑扎有多个纵向FRP筋(2)和多个横向FRP筋(3)以形成FRP筋网空腹板支架作为板面分布筋群，所述纵向FRP筋(2)和横向FRP筋(3)相互垂直布置；所述纵向FRP筋(2)和横向FRP筋(3)均以等间距a水平分布，所述间距a≤250mm；
在所述FRP筋网空腹板支架的上部槽中浇筑有海砂混凝土(4)；所述波纹面空心FRP型材(1)的表面波纹高度H≥海砂混凝土(4)厚度h/4，表面波纹宽度M≥20mm或M为表面波纹高度H的1.5倍。
2.根据权利要求1所述的波纹面空心FRP型材海砂混凝土板结构，其特征在于：所述波纹面空心FRP型材(1)空心孔洞的空心形状为圆形、椭圆形、方形、矩形或多边形中的任一种；或者，为双层或多层空心网格形式；所述波纹面空心FRP型材(1)的表面波纹形状为波浪形、圆形、矩形、三角形或多边形中的一种或两种以上。
3.根据权利要求1或2所述的波纹面空心FRP型材海砂混凝土板结构，其特征在于：所述波纹面空心FRP型材(1)的空腔下部板净厚度≥8mm，不包含波纹高度的空腔上部板净厚度≥6mm；所述波纹面空心FRP型材(1)空心孔洞间腹板最薄处厚度≥8mm；所述纵向FRP筋(2)和横向FRP筋(3)的直径范围均为6mm—16mm。
4.根据权利要求1或2所述的波纹面空心FRP型材海砂混凝土板结构，其特征在于：所述波纹面空心FRP型材(1)的材质为玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维或玄武岩纤维中的一种或两种以上；所述海砂混凝土(4)为普通混凝土、自密实混凝土、再生骨料混凝土、纤维混凝土或高性能混凝土中任一种。
5.根据权利要求3所述的波纹面空心FRP型材海砂混凝土板结构，其特征在于：所述波纹面空心FRP型材(1)的材质为玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维或玄武岩纤维中的一种或两种以上；所述海砂混凝土(4)为普通混凝土、自密实混凝土、再生骨料混凝土、纤维混凝土或高性能混凝土中任一种。
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