CN113199604B - 一种纤维超高性能混凝土梁的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纤维超高性能混凝土梁的制作方法，属于土木建筑工程领域。超高性能混凝土UHPC具有超高的强度，掺入纤维后可以使其具有近20兆帕的抗拉强度。近几年，为了简化施工，无腹筋的UHPC梁开始出现并得到推崇。根据结构的主应力方向，裂缝可能出现的位置和发展方向是可以预知的。另一方面，散杂的非定向纤维不能发挥最佳的作用。采用本发明的方案，可以实现制作的UHPC梁中纤维在关键区域的定向，装置简单且造价低廉，操作方法易行，一般施工人员即可按要求完成，从而使纤维发挥最大的效用。

Description

一种纤维超高性能混凝土梁的制作方法
技术领域
本发明属于土木建筑工程技术领域，具体地涉及一种纤维超高性能混凝土梁的制作方法。
背景技术
近年来，超高性能混凝土UHPC逐渐从实验室走向实际工程。UHPC虽然从名称和概念上仍属于混凝土的范畴，但已与常规的普通混凝土具有迥异的材料组成和特性，是顺应纳米材料学科的发展，而出现的一次工程材料领域质的飞跃和革命。UHPC的组成成分中已没有粗集料，即使采用常规的细集料，但对其粒径、含泥量和破碎强度等都有严格要求。UHPC中掺入了纳米材料，包括硅灰、超细粉煤灰、超细矿渣粉和优质减水剂和其它添加剂，经过各组分的颗粒优化设计，凝固后极密实，可极大地提高材料和结构的强度和耐久性。同时，一般都在UHPC内掺入纤维以加强混凝土的抗裂性能。掺入的纤维可以有效分担拉应力，防止裂缝过早发生，即便出现细小裂纹，跨缝的纤维仍能阻止裂纹的扩张，并进一步承担更高的拉应力。虽然对超高性能混凝土划分的具体界限并不清晰，但普遍认为UHPC强度应达到150Mpa以上，拉伸强度大于7.5Mpa，弹性模量大于40GMPa，部分实验室内制作的试件的抗拉强度已在20兆帕左右。
梁作为结构工程中的基本而重要的构件，在应用UHPC中也出现了一种新的趋势。随着人工薪酬的高涨，研究人员开始开发和研究无腹筋梁。无腹筋梁省去了腹筋，节约了大量的箍筋和弯曲斜腹筋的制作和安装费用，也便于混凝土，特别是掺有纤维的UHPC的浇筑。理论上，只有当纤维的分布方向与混凝土易开裂部位主拉应力方向一致时，纤维才能最大程度上提升UHPC的抗拉性能，其他方向的纤维对改善梁的抗弯拉强度和韧性的效果贡献很小。而纤维的材料费用都很昂贵，目前这种低效的应用是一种浪费。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种纤维超高性能混凝土梁的制作方法。该制作方法采用的定向装置包括位于梁的模板上方且沿横向的横梁、分别位于横梁两端且支撑于模板上的两个支撑组件、定向部件；定向部件中有定向板，定向板一个面上排列有定向片；控制定向部件的运动，在梁的底部、腹部两端等受到荷载后易开裂的各个关键区域，利用定向片在刚浇筑的掺有纤维的超高性能混凝土中形成纤维定向层，纤维定向层内的纤维沿主拉应力方向或者主压应力方向定向排列；制作方法的具体施工步骤包括：
S1:梁底部的最下层纤维定向层的施工支立梁的模板，浇筑第一层掺有纤维的超高性能混凝土，在模板上安装定向装置，使定向板平行于梁的底面，定向片朝下且底端接近梁的底面，使定向板沿梁的纵向平移，必要时定向装置在模板上也水平移动，使该层内的纤维沿梁的纵向定向排列，形成第一个纤维定向层；
S2：安放梁的纵向筋安放梁底部的纵向钢筋或水平放置的钢筋网片，或者向模板内穿入预应力筋并张拉；
S3：完成底部的其它纤维定向层的施工向梁的底部浇筑一层纤维超高性能混凝土，厚度小于等于定向片的高度；调整定向部件中的组件，使定向板平行于梁的底面，定向片底端接近该层的底部；定向板沿梁的纵向水平移动，必要时定向装置在模板上也水平移动，使该层内的纤维沿梁的纵向定向排列，形成一个纤维定向层；如此重复，完成梁底部剩余的纤维定向层的纤维定向。
S4：腹板中纤维定向层的施工浇筑剩余的纤维超高性能混凝土；在梁的一端安装定向装置，使定向板倾斜并沿设定的倾斜方向移动，可得到一个纤维定向层；如此重复，即可在设定区域形成相邻接的多个纤维定向层。
S5：梁顶部的纤维定向层的施工参照梁底部的纤维定向层的施工，在梁的上部可设置多个水平的纤维定向层。
优选地，所述定向部件还包括两个滑动杆件、连接两个滑动杆件的横杆、以及滑动杆件与定向板间的连接件；连接件包括连接杆和拐角板。
优选地，所述支撑组件为支撑板，支撑板的侧面有一个圆形螺栓孔和一个弧形狭长孔；套管焊接有两块钢板，一个螺栓通过圆形螺栓孔将其中的一块钢板与支撑板连接，形成铰接点，另一个螺栓通过狭长孔将另一块钢板与支撑板连接，使套管可绕铰接点转动，并可旋紧螺栓将套管固定；定向部件中的滑动杆件穿入套管，可沿套管滑动并绕铰接点转动；且支撑板上有表示套管倾角的刻度线。
优选地，所述的纤维为钢纤维。
优选地，所述的钢纤维直径为0.2毫米，长度为12毫米。
优选地，所述的定向排列指大多数纤维与指定方向夹角小于30度。
优选地，所述的定向片的材质为不锈钢薄板，形状为矩形，周边打磨成无棱角。
优选地，所述定向板呈矩形，周边打磨成无棱角，其上的定向片在宽度方向有两排，每排中定向片的间距相等且大于纤维长度，两排定向片均匀交错布置。
优选地，所述定向装置中还有振动器，带动定向板和定向片振动。
优选地，所述横梁为钢管，两端通过螺栓与支撑组件固定连接。
本发明有益效果是，可以实现制作的UHPC梁中纤维在关键区域的定向，提高了昂贵纤维的利用效率；定向装置简单且造价低廉，操作方法易行，一般施工人员即可按要求完成，不会增加构件的制造成本；定向板上定向片的双排错开设计，使前方因接近与定向片垂直且位于前方两个定向片之间，而得不到有效定向的纤维，在经过后排定向片后完成定向，进一步提高了纤维的定向性和作业效率；对应设定的承载能力，该制作方法得到的UHPC梁可节约纤维，降低梁的造价。
附图说明
图1实施例1中UHPC梁中的定向的纤维示意图；
图2定向板水平状态时的定向装置示意图；
图3定向板倾斜状态时的定向装置示意图；
图4支撑板的侧面示意图；
图5定向片在定向板上的排列示意图；
图6梁底层的首层纤维定向层的制作示意图；
图7实施例1中斜纤维定向层的制作示意图；
图8实施例2中UHPC梁中的定向的纤维示意图；
图9实施例2中斜纤维定向层的制作示意图；
图10实施例3中斜纤维定向层的制作示意图。
图中：1-支撑板,2-横梁,3-狭长孔,4-定向片,5-定向板,6-滑动杆件,7-横杆,8-钢套管,9-拐角板,10-连接杆,11-钢纤维,12-刻度线,13-钢模板,15-可调底托,16-新拌混凝土,17-纵向钢筋。
具体实施方式
实施例1
本实施例中的UHPC梁为一简支梁，横截面为矩形。梁长6米，宽30公分，高50公分。对应该简支梁，根据其受力特点，梁底受到最大的拉应力，为容易开裂的关键区域之一；两端的腹板容易出现斜向的剪切裂缝，腹板的两端部位也属于关键区域；另外，梁的顶部主要受压，该区域若能实现纤维的定向，也可进一步增强梁的承载力，且可提高梁承担局部集中力的能力，因此，也作为一个关键区域考虑。本实施例中将梁端腹板中的纤维定向为斜向，各关键区域及纤维的定向方向具体参见图1。
首先，制作定向装置，参见如图2和图3。该定向装置包括一个横梁2，两个支撑板1，主要由定向板5、两个相同的滑动杆件6和横杆7组成的定向部件，定向板5上排列有定向片4。滑动杆件6通过连接杆10和拐角板9与定向板5连接。横梁2为外径为50mm的钢管，壁厚4mm，长度为28公分，两端各焊接有一块厚度为10mm的钢板，在钢板上围绕钢管有5个有内螺纹的螺栓孔。支撑板1为厚度为8mm的钢板，上部与横梁2对应地有5个螺栓孔，靠近底部中心位置有一个圆形通孔，还有一个弧形的狭长孔3，参加图4。有一个壁厚为8mm外边长为40mm的方形的钢套管8，其两端各焊接有一块钢板，一个螺栓通过支撑板1上的圆形通孔将钢套管8与支撑板1连接，形成铰接点；另一个螺栓通过狭长孔3将钢套管8与支撑板1连接，使钢套管可绕铰接点转动，并可旋紧狭长孔3处的螺栓将钢套管8固定。支撑板1上有表示钢套管8倾角的刻度线12。滑动杆件6穿入钢套管8，可沿钢套管8滑动并绕铰接点转动。梁中采用的纤维为钢纤维11，直径为0.2毫米，长度为12毫米。定向片4的材质为不锈钢，厚度为1mm，为矩形，宽度为15mm，高度为30mm，且周边打磨掉原有棱角。定向板5的材质为不锈钢，厚度为2mm，为矩形，宽度为60mm，长度为28公分，周边打磨掉原有棱角。定向板5上的定向片4在宽度方向有两排，参见图5，每排中相邻定向片的间距相等，为15mm，两排定向片4的净间距为15mm，且两排定向片4均匀交错布置。
制作方法的具体施工步骤包括：
S1:梁底部的最下层纤维定向层的施工支立梁的钢模板13，浇筑第一层厚度为3公分的掺有钢纤维11的UHPC新拌混凝土16。在钢模板13上安放定向装置，使滑动杆件6平行于定向板5，定向板5平行于梁的底面，加长连接定向板5与拐角板9的连接杆10，定向片4底端接近梁的底面，参见图6。水平拖动滑动杆件6，定向板5沿梁的纵向平移。滑动杆件6的行程结束后，在钢模板13上水平移动定向装置，并调整滑动杆件6，继续如前拖动滑动杆件6，完成该层内的纤维沿梁的纵向定向排列，形成第一个纤维定向层。该操作中，也可不抽动滑动杆件，通过从梁的一端到另一端拖动定向装置来完成钢纤维11的定向。
S2：安放梁的纵向筋安放纵向钢筋17或钢筋网片，或者向钢模板3内穿入预应力筋并张拉。
S3：完成底部的其它纤维定向层的施工向梁的底部浇筑一层厚度为3公分的掺有钢纤维11的UHPC新拌混凝土16，如步骤S1中的操作方法制作新的一层纤维定向层；如此重复，完成梁底部剩余的纤维定向层的纤维定向制作。
S4：腹板中部纤维定向层的施工浇筑梁的剩余的掺有纤维的UHPC新拌混凝土16；先后在梁的一端安装定向装置，完成斜向纤维定向层的操作。本实施例中纤维定向层为斜平面，可使钢套管8转到设定的倾斜角度处并固定，推动滑动杆件6使定向板5沿设定的倾斜角度移动，可得到一个纤维定向层，参见图7；多次沿梁的纵向移动定向装置一个步长4公分，如前所述完成剩余的多个倾斜的纤维定向层。
S5：梁顶部的纤维定向层的施工参照梁底部的纤维定向层的施工，在梁的上部可设置多个水平的纤维定向层。
实施例2
本实施例是对实施例1的修正，不同之处是梁两端腹部中的纤维斜向沿高度方向是变化的，操作过程中的纤维定向层为斜曲面，见图8。制作步骤的不同之处在步骤S4，狭长孔3上的螺栓松动，钢套管8可沿铰接点转动。通过有规律地伸缩滑动杆件6并转动钢套管8，可得到复合设定要求的纤维定向层，参见图9；多次沿梁的纵向移动定向装置一个步长4公分，如前所述完成剩余的多个呈斜曲面的纤维定向层。
实施例3
本实施例是对实施例2的修正，梁两端腹部中的纤维斜向沿高度方向也是变化的，且纤维定向层设计为圆弧形，制作方法的不同之处在于操作步骤S4。参见图10，在支撑板1底部安装可调底托15，调整可调底托15使铰接点位于最端部纤维定向层对应圆弧的圆心，滑动杆件6直接连接定向板5，调整滑动杆6的长度，使定向片4位于该纤维定向层内，转动钢套管8即可完成该纤维定向层内钢纤维11的定向；多次移动定向装置，并重复操作即可形成所有的呈斜曲面的纤维定向层。

Claims (8)

1.一种纤维超高性能混凝土梁的制作方法，其特征为：该制作方法采用的定向装置包括位于梁的模板上方且沿横向的横梁、分别位于横梁两端且支撑于模板上的两个支撑组件、定向部件；定向部件中有定向板，定向板一个面上排列有定向片；控制定向部件的运动，在梁的底部、腹部两端受到荷载后易开裂的各个关键区域，利用定向片在刚浇筑的掺有纤维的超高性能混凝土中形成纤维定向层，纤维定向层内的纤维沿主拉应力方向或者主压应力方向定向排列；制作方法的具体施工步骤包括：
S1:梁底部的最下层纤维定向层的施工支立梁的模板，浇筑第一层掺有纤维的超高性能混凝土，在模板上安装定向装置，使定向板平行于梁的底面，定向片朝下且底端接近梁的底面，使定向板沿梁的纵向平移，定向装置在模板上也水平移动，使该层内的纤维沿梁的纵向定向排列，形成第一个纤维定向层；
S2：安放梁的纵向筋安放梁底部的纵向钢筋或水平放置的钢筋网片，或者向模板内穿入预应力筋并张拉；
S3：完成底部的其它纤维定向层的施工向梁的底部浇筑一层纤维超高性能混凝土，厚度小于等于定向片的高度；调整定向部件中的组件，使定向板平行于梁的底面，定向片底端接近该层的底部；定向板沿梁的纵向水平移动，定向装置在模板上也水平移动，使该层内的纤维沿梁的纵向定向排列，形成一个纤维定向层；如此重复，完成梁底部剩余的纤维定向层的纤维定向；
S4：腹板中纤维定向层的施工浇筑剩余的纤维超高性能混凝土；在梁的一端安装定向装置，使定向板倾斜并沿设定的倾斜方向移动，可得到一个纤维定向层；如此重复，即可在设定区域形成相邻接的多个纤维定向层；
S5：梁顶部的纤维定向层的施工参照梁底部的纤维定向层的施工，在梁的上部可设置多个水平的纤维定向层，所述定向部件还包括两个滑动杆件、连接两个滑动杆件的横杆、以及滑动杆件与定向板间的连接件；连接件包括连接杆和拐角板，所述支撑组件为支撑板，支撑板的侧面有一个圆形螺栓孔和一个弧形狭长孔；套管焊接有两块钢板，一个螺栓通过圆形螺栓孔将其中的一块钢板与支撑板连接，形成铰接点，另一个螺栓通过狭长孔将另一块钢板与支撑板连接，使套管可绕铰接点转动，并可旋紧螺栓将套管固定；定向部件中的滑动杆件穿入套管，可沿套管滑动并绕铰接点转动；且支撑板上有表示套管倾角的刻度线。
2.根据权利要求1所述的纤维超高性能混凝土梁的制作方法，其特征在于：所述的纤维为钢纤维。
3.根据权利要求2所述的纤维超高性能混凝土梁的制作方法，其特征在于：所述的钢纤维直径为0.2毫米，长度为12毫米。
4.根据权利要求1所述的纤维超高性能混凝土梁的制作方法，其特征在于：所述的定向排列指大多数纤维与指定方向夹角小于30度。
5.根据权利要求1所述的纤维超高性能混凝土梁的制作方法，其特征在于：所述的定向片的材质为不锈钢薄板，形状为矩形，周边打磨成无棱角。
6.根据权利要求1所述的纤维超高性能混凝土梁的制作方法，其特征在于：所述定向板呈矩形，周边打磨成无棱角，其上的定向片在宽度方向有两排，每排中定向片的间距相等且大于纤维长度，两排定向片均匀交错布置。
7.根据权利要求1所述的纤维超高性能混凝土梁的制作方法，其特征在于：所述定向装置中还有振动器，带动定向板和定向片振动。
8.根据权利要求1所述的纤维超高性能混凝土梁的制作方法，其特征在于：所述横梁为钢管，两端通过螺栓与支撑组件固定连接。
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