CN111321840A - Frp筋-格栅增强混凝土板 - Google Patents

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Abstract

本发明属于防护工程技术领域，具体而言，本发明公开了一种FRP筋‑格栅增强混凝土板。FRP筋‑格栅增强混凝土板包括混凝土主体和位于所述混凝土主体内的FRP筋骨架、FRP格栅；所述FRP格栅在所述FRP筋骨架的顶部和底部分别与所述FRP筋骨架相连。本发明通过上述技术方案可显著提高混凝土板的抗爆炸冲击性能，具有减小震塌尺寸、延缓裂缝开展、减小裂缝宽度、提升剩余承载力等优点，在土木工程和防护工程具有很好的应用前景。

Description

FRP筋-格栅增强混凝土板
技术领域
本发明属于防护工程技术领域，具体而言，本发明公开了一种FRP筋-格栅增强混凝土板。
背景技术
近年来，随着局部武装冲突、恐怖袭击以及偶然性爆炸事件的频发，工程结构在其服役期内越来越多的可能面临来自突发性爆炸冲击荷载的威胁。爆炸冲击荷载具有幅值高、短历时的特点。
混凝土板为常见的工程结构，其通常为钢筋混凝土板。当爆炸冲击荷载作用于该类混凝土板时，不仅会使混凝土板的正表面产生压缩破坏，更严重的是，它在混凝土板背表面的自由反射形成的强拉伸波，致使抗拉强度较低的混凝土产生严重的拉伸破坏，即发生所谓的震塌效应。另外，高速飞出的混凝土块会对结构内部的人员和设备造成巨大威胁，严重的震塌破坏甚至会导致结构的连续倒塌，即钢筋混凝土板难以抑制震塌效应的产生，其被破坏后带来的后果往往难以估量。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种FRP筋-格栅增强混凝土板，其技术方案如下：
一种FRP筋-格栅增强混凝土板，包括：混凝土主体和位于所述混凝土主体内的FRP筋骨架、FRP格栅；所述FRP格栅在所述FRP筋骨架的顶部和底部分别与所述FRP筋骨架相连。
如上述的FRP筋-格栅增强混凝土板，进一步优选为：所述FRP筋骨架包括纵向筋、横向筋和分布筋；多个所述纵向筋和多个所述横向筋相交构成网格状平板，所述网格状平板与所述FRP格栅呈平行设置；所述网格状平板为多个，多个所述网格状平板相互平行，且相邻两个所述网格状平板之间通过所述分布筋相连，所述分布筋与所述网格状平板呈垂直设置。
如上述的FRP筋-格栅增强混凝土板，进一步优选为：所述纵向筋、所述横向筋、所述分布筋的直径均不小于5mm。
如上述的FRP筋-格栅增强混凝土板，进一步优选为：所述纵向筋和所述横向筋的直径相同，所述分布筋的直径不大于所述纵向筋的直径。
如上述的FRP筋-格栅增强混凝土板，进一步优选为：所述纵向筋与所述横向筋绑扎连接；所述网格状平板与所述分布筋绑扎连接；所述网格状平板与所述FRP格栅粘接连接和/或绑扎连接。
如上述的FRP筋-格栅增强混凝土板，进一步优选为：所述纵向筋与所述横向筋之间通过绑扎丝绑扎连接，所述绑扎丝沿所述纵向筋和所述横向筋夹角的对顶角方向缠绕设置，且所述绑扎丝螺旋缠绕紧固。
如上述的FRP筋-格栅增强混凝土板，进一步优选为：所述分布筋与所述纵向筋之间通过所述绑扎丝绑扎连接，连接点位于所述纵向筋与所述横向筋的交叉点处；所述绑扎丝沿所述分布筋和所述纵向筋夹角的对顶角方向缠绕设置，且所述绑扎丝螺旋缠绕紧固。
如上述的FRP筋-格栅增强混凝土板，进一步优选为：所述FRP格栅与所述横向筋之间通过所述绑扎丝绑扎连接在所述纵向筋与所述横向筋的交叉点处和/或所述FRP格栅通过环氧树脂胶在所述纵向筋与所述横向筋的交叉点处与所述网格状平板粘接连接。
如上述的FRP筋-格栅增强混凝土板，进一步优选为：所述网格状平板的网孔边长大于所述FRP格栅的栅格边长，且所述网孔的边长范围为5cm至30cm。
如上述的FRP筋-格栅增强混凝土板，进一步优选为：所述FRP格栅的厚度不大于5mm，且所述FRP格栅的栅格边长不小于3cm。
如上述的FRP筋-格栅增强混凝土板，进一步优选为：两个所述FRP格栅分别处于所述混凝土主体的顶部和底部，且所述FRP格栅位于相邻所述网格状平板的上方或下方。
如上述的FRP筋-格栅增强混凝土板，进一步优选为：处于所述混凝土主体顶部的所述FRP格栅位于相邻所述网格状平板的上方，且处于所述混凝土主体底部的所述FRP格栅位于相邻所述网格状平板的上方。
如上述的FRP筋-格栅增强混凝土板，进一步优选为：所述FRP格栅的边缘均位于所述网格状平板的边缘外。
如上述的FRP筋-格栅增强混凝土板，进一步优选为：所述FRP筋骨架的材质为CFRP、GFRP、AFRP、BFRP的任一种或多种；所述FRP格栅的材质为CFRP、GFRP、AFRP、BFRP的任一种或多种。
如上述的FRP筋-格栅增强混凝土板，进一步优选为：所述FRP格栅为FRP土工格栅。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
FRP具有重量轻、抗拉强度高、耐腐蚀的特点，使得FRP材料的相关制品，如FRP筋，相较于钢筋，具有强度高的显著优势。FRP筋骨架和FRP格栅并且与混凝土的粘合特性好，可显著提高混凝土板的抗拉特性，有效延缓裂纹开展、缩减裂纹宽度、降低裂纹数量和提高剩余承载力。本发明通过采用FRP筋骨架和FRP格栅替代钢筋，制备成的FRP筋-格栅增强混凝土板具有显著优良的抗爆特性，具有较高抗拉强度的FRP筋和FRP格栅的组合使用，可对混凝土起到良好的约束、防整体塌落作用，可有效抑制震塌坑的形成，延缓爆炸震塌、爆炸贯穿状态的出现。
附图说明
图1为本发明的FRP筋-格栅增强混凝土板的结构示意图。
图2为图1的剖视图。
图3为网格状平板的结构示意图。
图4为FRP筋骨架的结构示意图。
图中：1-网格状平板；2-FRP格栅；3-混凝土主体；4-分布筋；5-纵向筋；6-绑扎丝；7-横向筋。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参考图1至图4，其中，图1为本发明的FRP筋-格栅增强混凝土板的结构示意图；图2为图1的剖视图；图3为网格状平板的结构示意图；图4为FRP筋骨架的结构示意图。
参见图1至图4，本发明实施例提供了一种FRP筋-格栅增强混凝土板，主要包括混凝土主体3、FRP筋骨架和FRP格栅2。混凝土主体3通过浇注混凝土形成，其内有FRP筋骨架和FRP格栅2。FRP筋骨架由多根FRP筋制成，FRP筋的材质为FRP(纤维增强复合材料，FiberReinforced Polymer)。FRP格栅2的材质为FRP。在FRP筋骨架的顶部和底部分别设置有FRP格栅2，且FRP筋骨架的顶部和底部分别与对应的FRP格栅2相连。
由于FRP具有重量轻、抗拉强度高、耐腐蚀的特点，并且与混凝土的粘合特性好，使得FRP材料的相关制品，如FRP筋，相较于钢筋，具有强度高的显著优势。通过采用FRP筋骨架和FRP格栅2替代钢筋制备的混凝土板，可显著提升抗爆炸震塌性能，在土木工程和防护工程具有很好的应用前景。另外，通过设置FRP筋和FRP格栅2，即采用FRP筋和FRP格栅2的组合加固方式，并将FRP格栅2设置于FRP筋骨架的顶部和底部，可显著提高本混凝土板的抗爆炸冲击性能，还具有减小震塌尺寸、延缓裂缝开展、减小裂缝宽度、提升剩余承载力等优点。
FRP筋分为纵向筋5、横向筋7和分布筋4，即FRP筋骨架由纵向筋5、横向筋7和分布筋4连接制成。具体地，多根纵向筋5和多根横向筋7相交构成网格状平板1，形成过程可以如下：将多根纵向筋5按照间距置于预定位置，使多个纵向筋5位于同一平面，铺设成平板状，然后在其上面将多根横向筋7按照间距沿垂直方向置于纵向筋5之上，使多根横向筋7位于同一平面，铺设成平板状；还可以先铺设横向筋7，后铺设纵向筋5。网格状平板1的数量为多个，即FRP筋骨架为多层骨架，层数为网格平板的数量。多个网格状平板1相互平行，且相邻两个网格状平板1之间通过分布筋4相连以形成骨架结构，分布筋4与网格状平板1呈垂直设置，如此利于分布筋4不承担荷载力。为了更好地提高强度，多个网格状平板1之间等间隔设置。网格状平板1与FRP格栅2呈平行设置，即FRP格栅2由纵向条和横向条交叉连接形成，纵向条与纵向筋5平行，横向条与横向筋7平行，如此利于混凝土的捣实。
为了便于施工和操作，降低连接难度，纵向筋5与横向筋7绑扎连接，网格状平板1与分布筋4绑扎连接，网格状平板1与FRP格栅2粘接连接和/或绑扎连接。在构建FRP筋骨架时，纵向筋5与横向筋7之间通过绑扎丝6绑扎连接，绑扎丝6沿纵向筋5和横向筋7夹角的对顶角方向缠绕一圈后，绑扎丝6的两个自由端以螺旋缠绕的方式完成绑扎。分布筋4与纵向筋5之间通过绑扎丝6绑扎连接，连接点位于纵向筋5与横向筋7的交叉点处；绑扎丝6沿分布筋4和纵向筋5夹角的对顶角方向缠绕一圈后，绑扎丝6的两个自由端以螺旋缠绕的方式完成绑扎。在FRP筋骨架与FRP格栅2连接时，可以采用绑扎连接，也可以采用粘接连接，还可以同时采用绑扎连接和粘接连接。其中，采用绑扎连接时，FRP格栅2与横向筋7之间通过绑扎丝6绑扎连接在纵向筋5与横向筋7的交叉点处；采用粘接连接时，FRP格栅2通过环氧树脂胶在纵向筋5与横向筋7的交叉点处与网格状平板1粘接连接，在粘接时，由于网格状平板1上存在绑扎丝6，为确保FRP格栅2与网格状平板1粘接点的充分接触，环氧树脂胶的厚度大于FRP筋骨架连接时所用绑扎丝6的厚度。
分布筋4与纵向筋5绑扎连接，不与横向筋7连接，其形成的绑扎位置位于纵向筋5和横向筋7绑扎连接形成的绑扎位置处。FRP格栅2与横向筋7绑扎连接，不与纵向筋5相连，如此设置，便于绑扎工作的有序开展，从而能够提高绑扎效率，避免错绑、漏绑、重复绑等情况的出现。
FRP格栅2的数量为两个，两个FRP格栅2分别与第一网格状平板1、第二网格状平板1相连，第一网格状平板1为FRP筋骨架的顶部，第二网格状平板1为FRP筋骨架的底部。在连接时，可以分为四种连接方式：其一，一个FRP格栅2位于第一网格状平板1的上方，另一个FRP格栅2位于第二网格状平板1的上方；其二，一个FRP格栅2位于第一网格状平板1的上方，另一个FRP格栅2位于第二网格状平板1的下方；其三，一个FRP格栅2位于第一网格状平板1的下方，另一个FRP格栅2位于第二网格状平板1的上方；其四，一个FRP格栅2位于第一网格状平板1的下方，另一个FRP格栅2位于第二网格状平板1的下方。优选一个FRP格栅2位于第一网格状平板1的上方，另一个FRP格栅2位于第二网格状平板1的上方，如此利于FRP格栅2最大限度的发挥抗爆炸压缩成坑特点(位置对应第一网格状平板1)和最大限度的发挥抗爆炸震塌特性(位置对应第二网格状平板1)。在使用于建筑物上时，FRP筋-格栅增强混凝土板的顶部位于建筑物的外侧，底部位于建筑物的内侧。
纵向筋5、横向筋7和分布筋4的截面为圆形，纵向筋5和横向筋7尺寸相同，如此利于两者的截面受力均匀。尺寸可以根据抗力等级计算配筋率的方式计算，其选取的范围为不小于5mm，优选为5～15mm，如5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm。分布筋4的尺寸可以与纵向筋5的尺寸相同。为了降低成本和质量，分布筋4的直径尺寸优选小于纵向筋5的直径尺寸。
在满足本混凝土板性能参数的基础上，进一步降低成本和重量，如图2所示，在左右方向上，FRP格栅2的厚度不大于5mm，且FRP格栅2的单个栅格边长不小于3cm，边长范围优选为3～15cm，如3cm、4cm、5cm、6cm、7cm、8cm、9cm、10cm、11cm、12cm、13cm、14cm、15cm。
网格状平板1形成有多个网孔，FRP格栅2形成有多个栅格，网孔的边长大于栅格的边长，且网孔的边长不小于5cm，优选为5cm至30cm，如此设置，在节约成本的同时还能够便于混凝土的浇入，提高混凝土主体3的均匀性。
如图1所示，在FRP筋-格栅增强混凝土板成型后，FRP格栅2的边缘均位于网格状平板1的边缘外，这样设计能够使FRP格栅2的边缘接近混凝土主体3的边缘，利用栅格间较优的抗拉强度，有效减轻在爆炸冲击荷载下混凝土板边缘的裂纹生成与扩展，显著减少裂纹数量、降低裂纹宽度。
在材质上，FRP筋骨架的材质为CFRP(玻璃纤维增强复合材料)、GFRP(碳纤维增强复合材料)、AFRP(芳纶纤维增强复合材料)、BFRP(玄武岩纤维增强复合材料)的任一种材料或多种；FRP格栅2的材质为CFRP、GFRP、AFRP、BFRP的任一种材料或多种，FRP格栅2优选FRP土工格栅，以FRP纤维为原料，编织成格栅布，再经过沥青(胶)处理后烘干成型。
下面对FRP筋-格栅增强混凝土板的制作方法进行说明，具体步骤如下：
1、按混凝土板的整体尺寸，确定作为受力筋(横向筋7和纵向筋5)、分配筋的FRP筋尺寸，确定FRP格栅2的尺寸；
2、制作最底层的网格状平板1。将纵向筋5按照间距置于预定位置，而后将横向筋7按照间距沿垂直方向置于纵向筋5之上，将纵向筋5和横向筋7在交叉节点处绑扎固定；
3、绑扎(或粘接)底层的FRP格栅2。按照设计方案，将FRP格栅2绑扎(或粘接)于底层网格状平板1的顶部或底部；
4、绑扎分布筋4。在底层网格状平板1的节点处，将分布筋4的底部与纵向筋5依次绑扎；
5、沿分布筋4向上的方向，按照层间距，依次绑扎上层的网格状平板1。每层的网格状平板1的绑扎顺序相同，均为先将纵向筋5与分布筋4绑扎紧密，而后将横向筋7垂直布置于纵向筋5上方，与纵向筋5在节点处绑扎；
6、绑扎顶层FRP格栅2。如设计的FRP格栅2在顶部网格状平板1之上，则应待骨架全部搭接完毕后，再将FRP格栅2绑扎(或粘接)于顶层网格状平板1上方。如设计的FRP格栅2在顶部网格状平板1之下，则应在顶层网格状平板1搭接之前，先将FRP格栅2绑接(或粘接)于分配筋的预定位置上，而后搭接顶层网格状平板1，并同时绑扎(或粘接)FRP格栅2和顶层网格状平板1。
7、将绑扎好的骨架(FRP格栅2和FRP筋骨架)放入模具模腔内，四边各留出预定的保护层厚度(一般不超过3cm)；
8、将拌制好的混凝土倾倒注入模具模腔中，振动成型后抹平混凝土板外表面，并应保证FRP筋骨架能刚好被控制在板内部，并自动留出符合要求的上下保护层厚度；
9、将混凝土板连同模具进行养护，脱模后继续养护至性能满足要求，得到FRP筋-格栅增强混凝土板。
综上所述，本发明的FRP筋-格栅增强混凝土板具有以下优点：
本发明采用FRP和混凝土为主要材料制作FRP筋-格栅增强混凝土板，FRP具有重量轻、抗拉强度高、耐腐蚀的特点，使得FRP材料的相关制品，如FRP筋，相较于钢筋，具有强度高的显著优势。FRP筋骨架和FRP格栅并且与混凝土的粘合特性好，可显著提高混凝土板的抗拉特性，有效延缓裂纹开展、缩减裂纹宽度、降低裂纹数量和提高剩余承载力。本发明通过采用FRP筋骨架和FRP格栅替代钢筋，制备成的FRP筋-格栅增强混凝土板具有显著优良的抗爆特性，具有较高抗拉强度的FRP筋和FRP格栅的组合使用，可对混凝土起到良好的约束、防整体塌落作用，可有效抑制震塌坑的形成，延缓爆炸震塌、爆炸贯穿状态的出现。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种FRP筋-格栅增强混凝土板，其特征在于，包括：
混凝土主体和位于所述混凝土主体内的FRP筋骨架、FRP格栅；
所述FRP格栅在所述FRP筋骨架的顶部和底部分别与所述FRP筋骨架相连。
2.根据权利要求1所述的FRP筋-格栅增强混凝土板，其特征在于：
所述FRP筋骨架包括纵向筋、横向筋和分布筋；
多个所述纵向筋和多个所述横向筋相交构成网格状平板，所述网格状平板与所述FRP格栅呈平行设置；
所述网格状平板为多个，多个所述网格状平板相互平行，且相邻两个所述网格状平板之间通过所述分布筋相连，所述分布筋与所述网格状平板呈垂直设置。
3.根据权利要求2所述的FRP筋-格栅增强混凝土板，其特征在于：
所述纵向筋、所述横向筋、所述分布筋的直径均不小于5mm；
优选地，所述纵向筋和所述横向筋的直径相同，所述分布筋的直径不大于所述纵向筋的直径。
4.根据权利要求2所述的FRP筋-格栅增强混凝土板，其特征在于：
所述纵向筋与所述横向筋绑扎连接；所述网格状平板与所述分布筋绑扎连接；所述网格状平板与所述FRP格栅粘接连接和/或绑扎连接；
优选地，所述纵向筋与所述横向筋之间通过绑扎丝绑扎连接，所述绑扎丝沿所述纵向筋和所述横向筋夹角的对顶角方向缠绕设置，且所述绑扎丝螺旋缠绕紧固；
优选地，所述分布筋与所述纵向筋之间通过所述绑扎丝绑扎连接，连接点位于所述纵向筋与所述横向筋的交叉点处；
优选地，所述FRP格栅与所述横向筋之间通过所述绑扎丝绑扎连接在所述纵向筋与所述横向筋的交叉点处和/或所述FRP格栅通过环氧树脂胶在所述纵向筋与所述横向筋的交叉点处与所述网格状平板粘接连接。
5.根据权利要求2所述的FRP筋-格栅增强混凝土板，其特征在于：
所述网格状平板的网孔边长大于所述FRP格栅的栅格边长，且所述网孔的边长范围为5cm至30cm。
6.根据权利要求1所述的FRP筋-格栅增强混凝土板，其特征在于：
所述FRP格栅的厚度不大于5mm，且所述FRP格栅的栅格边长不小于3cm。
7.根据权利要求2所述的FRP筋-格栅增强混凝土板，其特征在于：
两个所述FRP格栅分别处于所述混凝土主体的顶部和底部，且所述FRP格栅位于相邻所述网格状平板的上方或下方；
优选地，处于所述混凝土主体顶部的所述FRP格栅位于相邻所述网格状平板的上方，且处于所述混凝土主体底部的所述FRP格栅位于相邻所述网格状平板的上方。
8.根据权利要求2所述的FRP筋-格栅增强混凝土板，其特征在于：
所述FRP格栅的边缘均位于所述网格状平板的边缘外。
9.根据权利要求1所述的FRP筋-格栅增强混凝土板，其特征在于：
所述FRP筋骨架的材质为CFRP、GFRP、AFRP、BFRP的任一种或多种；所述FRP格栅的材质为CFRP、GFRP、AFRP、BFRP的任一种或多种。
10.根据权利要求1所述的FRP筋-格栅增强混凝土板，其特征在于：
所述FRP格栅为FRP土工格栅。
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