CN110821037A - 带纤维增强复合材料格栅腹板的t形梁和箱形梁 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带纤维增强复合材料格栅腹板的T形梁和箱形梁，所述T形梁由上翼缘板、下翼缘板、两块肋板和纤维增强复合材料格栅腹板组成；所述箱形梁由上梁板、下梁板、四块肋板和两块纤维增强复合材料格栅腹板组成；本发明的有益技术效果是：提出了一种带纤维增强复合材料格栅腹板的T形梁和箱形梁，该方案可以使梁的重量大幅减轻，提高梁的抗剪能力，而且可以有效降低物料成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种梁结构，尤其涉及一种带纤维增强复合材料格栅腹板的T形梁和箱形梁。
背景技术
混凝土梁具有结构合理、造价经济、施工简便且原材料获取方便的优点，是房屋建筑、桥梁以及工业建筑中应用最为广泛的梁结构。但是，传统的混凝土梁同时也存在自重大、地震响应大、对下部结构受力要求高、砂石等不可再生资源消耗多的缺陷，尤其是采用装配式施工时，自重较大的混凝土梁运输和安装难度都较大；此外，由于混凝土抗拉强度较低，混凝土梁通常都是带裂缝工作，研究表明，混凝土梁开裂所引起的耐久性问题广泛存在，严重影响结构的安全性；混凝土梁上下翼缘的开裂可以通过施加压力有效缓解甚至是避免，但是混凝土腹板受力复杂且高度有限不便设置预应力。对于跨径大且腹板较高的混凝土梁，即使设置了竖向预应力，由于短束的预应力损失较大等原因，其防开裂的效果难以达到设计要求。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提出了一种带纤维增强复合材料格栅腹板的T形梁，其创新在于：所述T形梁由上翼缘板、下翼缘板、两块肋板和纤维增强复合材料格栅腹板组成；所述上翼缘板和下翼缘板轴向平行，上翼缘板设置在下翼缘板的上侧；所述肋板的轴向与上翼缘板的轴向垂直，同时，肋板的轴向与下翼缘板的轴向垂直；肋板下端与下翼缘板的端部连接，肋板上端与上翼缘板的下端面连接，上翼缘板、下翼缘板和两块肋板围成一矩形区域；所述纤维增强复合材料格栅腹板设置在矩形区域内；所述上翼缘板、下翼缘板和肋板均为钢筋混凝土结构；
所述纤维增强复合材料格栅腹板由多块纤维增强复合材料板组成；多块纤维增强复合材料板中的一部分记为增强板一，另一部分记为增强板二；多块增强板一布置在矩形区域内，多块增强板一等间距平行设置；增强板一的大平面与纤维增强复合材料格栅腹板的大平面垂直，增强板一的轴向与T形梁的轴向的夹角为45度，增强板一的端部浇筑在矩形区域周围的结构体中；多块增强板二布置在矩形区域内，多块增强板二等间距平行设置；增强板二的大平面与纤维增强复合材料格栅腹板的大平面垂直，增强板二的轴向与增强板一的轴向垂直，增强板二的端部浇筑在矩形区域周围的结构体中；增强板一和增强板二相交的部位为X形的整体结构。
本发明的原理是：首先，将实心混凝土腹板替换为本发明的纤维增强复合材料格栅腹板后，可以使梁的重量得到大幅减轻，从而增强梁的跨越能力，地震响应和下部结构的负担也会相应减少，另外，重量减轻后，运输和吊装的难度也会随之降低；此外，由于增强板与梁的纵轴和竖轴的夹角均为45度，能够有效抵抗腹板所受的剪切力，使梁整体形成高效的抗剪受力体系；而且，在对上下翼缘施加预应力措施时，由于增强板与梁的纵轴和竖轴的夹角均为45度，增强板在梁轴向上的刚度较弱，不会分担上下翼缘的预应力，有助于提高预应力效率；另外，纤维增强复合材料格栅腹板可在工厂预先制作，而且其具有质量轻、搬运便捷的优点，能大幅提高施工效率，同时，其还具有良好的耐久性，维护成本远小于钢结构和混凝土结构；还有，剪切变形在桥梁总体变形中占比较小，因此，由纤维增强复合材料格栅腹板刚度较小所引起的梁整体的剪切变形增大并不会显著影响梁的整体刚度。
优选地，所述纤维增强复合材料板采用碳纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料、玄武岩纤维增强复合材料或者芳纶纤维增强复合材料制作。
优选地，将纤维增强复合材料板上浇筑在周围结构体中的部分记为锚固段；浇筑段上设置有通孔，上翼缘板、下翼缘板、肋板内部的相应钢筋套接在相应通孔内。
具体实施时，上翼缘板、下翼缘板和肋板中的混凝土可采用普通混凝土，也可采用超高性能混凝土或工程水泥基复合材料。
前述方案是针对T形梁所作的创新，本发明还同时提出了一种带纤维增强复合材料格栅腹板的箱形梁，其创新在于：所述箱形梁由上梁板、下梁板、四块肋板和两块纤维增强复合材料格栅腹板组成；所述上梁板和下梁板平行设置，上梁板设置在下梁板的上侧；所述肋板的轴向与上梁板的下端面垂直，肋板的上端与上梁板的下端面连接，肋板的下端与下梁板的上端面连接，四块肋板呈矩形分布；位于同侧的两块肋板之间的区域形成一矩形的安装区，两块纤维增强复合材料格栅腹板分别设置在两个安装区内；所述上梁板、下梁板和肋板均为钢筋混凝土结构；
单块纤维增强复合材料格栅腹板由多块纤维增强复合材料板组成；多块纤维增强复合材料板中的一部分记为增强板一，另一部分记为增强板二；多块增强板一布置在安装区内，多块增强板一等间距平行设置；增强板一的大平面与箱形梁的横向平行，增强板一的轴向与箱形梁的轴向的夹角为45度，增强板一的端部浇筑在安装区周围的结构体中；多块增强板二布置在安装区内，多块增强板二等间距平行设置；增强板二的大平面与箱形梁的横向平行，增强板二的轴向与增强板一的轴向垂直，增强板二的端部浇筑在安装区周围的结构体中；增强板一和增强板二相交的部位为X形的整体结构。
纤维增强复合材料格栅腹板在箱形梁中发挥的作用和效果与其在T形梁中的作用和效果基本相似，此处不再赘述；具体实施时，上梁板、下梁板和肋板中的混凝土可采用普通混凝土，也可采用超高性能混凝土或工程水泥基复合材料。
优选地，所述纤维增强复合材料板采用碳纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料、玄武岩纤维增强复合材料或者芳纶纤维增强复合材料制作。
优选地，将纤维增强复合材料板上浇筑在周围结构体中的部分记为锚固段；锚固段上设置有通孔，上梁板、下梁板和肋板内部的相应钢筋套接在相应通孔内。
本发明的有益技术效果是：提出了一种带纤维增强复合材料格栅腹板的T形梁和箱形梁，该方案可以使梁的重量大幅减轻，提高梁的抗剪能力，而且可以有效降低物料成本。
附图说明
图1、T形梁结构示意图；
图2、T形梁的纵剖面结构示意图；
图3、图2中A-A位置处的断面图；
图4、箱形梁断面结构示意图；
图5、预制装配时的剖面结构示意图；
图6、图5中结构的断面图；
图7、梁受力时纤维增强复合材料格栅的受力示意图；
图中各个标记所对应的名称分别为：上翼缘板1、下翼缘板2、肋板3、纤维增强复合材料格栅腹板4、增强板一4-1、增强板二4-2、上梁板5、下梁板6、现浇混凝土7。
具体实施方式
一种带纤维增强复合材料格栅腹板的T形梁，其创新在于：所述T形梁由上翼缘板1、下翼缘板2、两块肋板3和纤维增强复合材料格栅腹板4组成；所述上翼缘板1和下翼缘板2轴向平行，上翼缘板1设置在下翼缘板2的上侧；所述肋板3的轴向与上翼缘板1的轴向垂直，同时，肋板3的轴向与下翼缘板2的轴向垂直；肋板3下端与下翼缘板2的端部连接，肋板3上端与上翼缘板1的下端面连接，上翼缘板1、下翼缘板2和两块肋板3围成一矩形区域；所述纤维增强复合材料格栅腹板4设置在矩形区域内；所述上翼缘板1、下翼缘板2和肋板3均为钢筋混凝土结构；
所述纤维增强复合材料格栅腹板4由多块纤维增强复合材料板组成；多块纤维增强复合材料板中的一部分记为增强板一，另一部分记为增强板二；多块增强板一布置在矩形区域内，多块增强板一等间距平行设置；增强板一的大平面与纤维增强复合材料格栅腹板4的大平面垂直，增强板一的轴向与T形梁的轴向的夹角为45度，增强板一的端部浇筑在矩形区域周围的结构体中；多块增强板二布置在矩形区域内，多块增强板二等间距平行设置；增强板二的大平面与纤维增强复合材料格栅腹板4的大平面垂直，增强板二的轴向与增强板一的轴向垂直，增强板二的端部浇筑在矩形区域周围的结构体中；增强板一和增强板二相交的部位为X形的整体结构。
进一步地，所述纤维增强复合材料板采用碳纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料、玄武岩纤维增强复合材料或者芳纶纤维增强复合材料制作。
进一步地，将纤维增强复合材料板上浇筑在周围结构体中的部分记为锚固段；浇筑段上设置有通孔，上翼缘板1、下翼缘板2、肋板3内部的相应钢筋套接在相应通孔内。
一种带纤维增强复合材料格栅腹板的箱形梁，其创新在于：所述箱形梁由上梁板5、下梁板6、四块肋板3和两块纤维增强复合材料格栅腹板4组成；所述上梁板5和下梁板6平行设置，上梁板5设置在下梁板6的上侧；所述肋板3的轴向与上梁板5的下端面垂直，肋板3的上端与上梁板5的下端面连接，肋板3的下端与下梁板6的上端面连接，四块肋板3呈矩形分布；位于同侧的两块肋板3之间的区域形成一矩形的安装区，两块纤维增强复合材料格栅腹板4分别设置在两个安装区内；所述上梁板5、下梁板6和肋板3均为钢筋混凝土结构；
单块纤维增强复合材料格栅腹板4由多块纤维增强复合材料板组成；多块纤维增强复合材料板中的一部分记为增强板一，另一部分记为增强板二；多块增强板一布置在安装区内，多块增强板一等间距平行设置；增强板一的大平面与箱形梁的横向平行，增强板一的轴向与箱形梁的轴向的夹角为45度，增强板一的端部浇筑在安装区周围的结构体中；多块增强板二布置在安装区内，多块增强板二等间距平行设置；增强板二的大平面与箱形梁的横向平行，增强板二的轴向与增强板一的轴向垂直，增强板二的端部浇筑在安装区周围的结构体中；增强板一和增强板二相交的部位为X形的整体结构。
进一步地，所述纤维增强复合材料板采用碳纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料、玄武岩纤维增强复合材料或者芳纶纤维增强复合材料制作。
进一步地，将纤维增强复合材料板上浇筑在周围结构体中的部分记为锚固段；锚固段上设置有通孔，上梁板5、下梁板6和肋板3内部的相应钢筋套接在相应通孔内。
具体实施时，可通过预制装配方式来制作相应结构，如图5所示，预先制作好上翼缘板1、下翼缘板2、肋板3和纤维增强复合材料格栅腹板4，然后将上翼缘板1、下翼缘板2和肋板3拼接成型，然后采用先张拉法或后张拉法对上翼缘板1和下翼缘板2施加预应力，然后将纤维增强复合材料格栅腹板4安装到位，最后用现浇混凝土7将上翼缘板1、下翼缘板2、肋板3和纤维增强复合材料格栅腹板4浇筑为一体。
Claims (6)
1.一种带纤维增强复合材料格栅腹板的T形梁，其特征在于：所述T形梁由上翼缘板（1）、下翼缘板（2）、两块肋板（3）和纤维增强复合材料格栅腹板（4）组成；所述上翼缘板（1）和下翼缘板（2）轴向平行，上翼缘板（1）设置在下翼缘板（2）的上侧；所述肋板（3）的轴向与上翼缘板（1）的轴向垂直，同时，肋板（3）的轴向与下翼缘板（2）的轴向垂直；肋板（3）下端与下翼缘板（2）的端部连接，肋板（3）上端与上翼缘板（1）的下端面连接，上翼缘板（1）、下翼缘板（2）和两块肋板（3）围成一矩形区域；所述纤维增强复合材料格栅腹板（4）设置在矩形区域内；所述上翼缘板（1）、下翼缘板（2）和肋板（3）均为钢筋混凝土结构；
所述纤维增强复合材料格栅腹板（4）由多块纤维增强复合材料板组成；多块纤维增强复合材料板中的一部分记为增强板一，另一部分记为增强板二；多块增强板一布置在矩形区域内，多块增强板一等间距平行设置；增强板一的大平面与纤维增强复合材料格栅腹板（4）的大平面垂直，增强板一的轴向与T形梁的轴向的夹角为45度，增强板一的端部浇筑在矩形区域周围的结构体中；多块增强板二布置在矩形区域内，多块增强板二等间距平行设置；增强板二的大平面与纤维增强复合材料格栅腹板（4）的大平面垂直，增强板二的轴向与增强板一的轴向垂直，增强板二的端部浇筑在矩形区域周围的结构体中；增强板一和增强板二相交的部位为X形的整体结构。
2.根据权利要求1所述的带纤维增强复合材料格栅腹板的T形梁，其特征在于：所述纤维增强复合材料板采用碳纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料、玄武岩纤维增强复合材料或者芳纶纤维增强复合材料制作。
3.根据权利要求1或2所述的带纤维增强复合材料格栅腹板的T形梁，其特征在于：将纤维增强复合材料板上浇筑在周围结构体中的部分记为锚固段；浇筑段上设置有通孔，上翼缘板（1）、下翼缘板（2）、肋板（3）内部的相应钢筋套接在相应通孔内。
4.一种带纤维增强复合材料格栅腹板的箱形梁，其特征在于：所述箱形梁由上梁板（5）、下梁板（6）、四块肋板（3）和两块纤维增强复合材料格栅腹板（4）组成；所述上梁板（5）和下梁板（6）平行设置，上梁板（5）设置在下梁板（6）的上侧；所述肋板（3）的轴向与上梁板（5）的下端面垂直，肋板（3）的上端与上梁板（5）的下端面连接，肋板（3）的下端与下梁板（6）的上端面连接，四块肋板（3）呈矩形分布；位于同侧的两块肋板（3）之间的区域形成一矩形的安装区，两块纤维增强复合材料格栅腹板（4）分别设置在两个安装区内；所述上梁板（5）、下梁板（6）和肋板（3）均为钢筋混凝土结构；
单块纤维增强复合材料格栅腹板（4）由多块纤维增强复合材料板组成；多块纤维增强复合材料板中的一部分记为增强板一，另一部分记为增强板二；多块增强板一布置在安装区内，多块增强板一等间距平行设置；增强板一的大平面与箱形梁的横向平行，增强板一的轴向与箱形梁的轴向的夹角为45度，增强板一的端部浇筑在安装区周围的结构体中；多块增强板二布置在安装区内，多块增强板二等间距平行设置；增强板二的大平面与箱形梁的横向平行，增强板二的轴向与增强板一的轴向垂直，增强板二的端部浇筑在安装区周围的结构体中；增强板一和增强板二相交的部位为X形的整体结构。
5.根据权利要求4所述的带纤维增强复合材料格栅腹板的箱形梁，其特征在于：所述纤维增强复合材料板采用碳纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料、玄武岩纤维增强复合材料或者芳纶纤维增强复合材料制作。
6.根据权利要求4或5所述的带纤维增强复合材料格栅腹板的箱形梁，其特征在于：将纤维增强复合材料板上浇筑在周围结构体中的部分记为锚固段；锚固段上设置有通孔，上梁板（5）、下梁板（6）和肋板（3）内部的相应钢筋套接在相应通孔内。
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