CN114086720B - 一种frp筋增强grc的建筑承重装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种FRP筋增强GRC的建筑承重装置及方法，其包括用于浇筑以形成具体的外形结构的基材，用于形成受力框架并在整个承重装置中充当承重结构的筋骨架，以及连接于所述筋骨架，用于增大自身与基材的接触面积并将所述基材的受力均匀分散并传递至筋骨架上织网。其特征在于，筋骨架能够根据建筑承重需要被构造为具有稳定结构和力学性能的框架，其包括若干个主体筋以及若干个连接于主体筋的斜形筋，斜形筋能够按照将至少部分施加在主体筋径向上的剪切力分散并转化为施加在主体筋和斜形筋轴向上的拉伸力和/或压力的方式与主体筋形成具有预设结构和形状的筋骨架。

Description

一种FRP筋增强GRC的建筑承重装置及方法

技术领域

本发明涉及建筑承重技术领域，尤其涉及一种FRP筋增强GRC的建筑承重装置及方法。

背景技术

纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer，简称FRP)具有轻质、高强、抗疲劳、耐腐蚀、可设计和易加工等多种优点。作为众多FRP制品形式中的一种，FRP筋经常被用作普通钢筋的替代者应用于极端服役环境中。FRP筋的种类多样，按纤维种类可划分为玻璃纤维增强复合筋(Glass FiberReinforced Polymer，简称GFRP)、碳纤维增强复合筋(Carbon Fiber Reinforced Polymer，简称CFRP)、芳纶纤维增强复合筋(Aramid FiberReinforcedPolymer，简称AFRP)以及研发较晚的玄武岩纤维增强复合筋(Basalt FiberReinforced Polymer，简称BFRP)。此外，通过混杂设计，陆续开发了混杂纤维复合筋(Hybrid Fiber Reinforced Polymer，简称HFRP)和钢-连续纤维复合筋(Steel-FRPCompositeBar，简称SFCB)等混杂筋。

FRP筋是以连续纤维为增强体、聚合物树脂为基体，经过浸润、固化等工序制备而成的新型复合材料。FRP筋由三部分组成：连续纤维、树脂基体以及纤维/树脂界面。其中，连续纤维均匀分散在树脂基体中，借由树脂基体的联系协同受力。FRP筋的拉挤成型工艺流程如下：在牵引机的拉力作用下，连续纤维纱束依次经过浸胶、表面处理、预成型、固化成型和切割等步骤最后得到FRP筋制品。

近三十年，钢筋混凝土被广泛应用于土木工程建造领域。随着时间延长，钢筋混凝土结构中的钢筋锈蚀日益严重，导致结构耐久性能退化、极限承载能力降低、使用寿命缩短。此外，钢筋混凝土结构维修成本高，对环境和社会的影响大。因此，寻找一种无腐蚀性的新型材料代替钢筋尤为重要。纤维增强复合(FRP)筋具有耐腐蚀性好、抗拉强度高、质量轻和耐疲劳能力强等优点，被应用于既有结构修复加固和新建工程结构中。FRP筋是由树脂和纤维材料复合而成，其常见类型主要包括玻璃纤维增强复合(GFRP)筋、碳纤维增强复合(CFRP)筋、芳纶纤维增强复合(AFRP)筋及玄武岩纤维增强复合(BFRP)筋。目前，FRP筋已在众多领域中得到了成功应用，其代表性的应用领域有，变电站中；利用其易被切割清理的特性，应用于临时支护结构中；利用其轻质高强的性能特点，应用于斜拉桥拉索中。此外，FRP筋在核磁共振仪的底座、磁悬浮铁路的导轨混凝土板、采矿工程中的坑道支护以及公路路面配筋等领域中都有应用。

近年来，在腐蚀环境下(如海岛建筑、海港码头等)，利用FRP筋替代钢筋作为建筑的结构配筋，从而提高结构的耐久性能，已成为土木工程研究的一个热点方向。由于FRP筋的弹性模量低，与混凝土的黏结性能差以及脆性破坏等性质制约了FRP筋在结构工程中的应用。此外，FRP筋的剪切强度低，影响了FRP筋增强混凝土结构的抗剪性能。

在公开号为CN111321840A的中国专利中，其公开了一种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。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。该发明采用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。该发明通过采用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。

然而现有技术所公开的FRP筋增强混凝土的具体实施方式至少具有以下缺陷：对于FRP筋的高强度特性利用不完善，无法有效避免FRP的低抗剪能力所带来的缺陷，尤其是各个连接点由于受力作用而易产生较大的剪切力，当此剪切力过大时会超过FRP筋的耐受极限从而使整个装置的力学结构被破坏而丧失使用价值，因此如何在FRP增强混凝土结构中充分发挥FRP筋的高强度特性以及弥补FRP筋的低抗剪缺陷是当下研究的重要点。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种FRP筋增强GRC的建筑承重装置及方法，其包括用于浇筑以形成具体的外形结构的GRC基材，用于形成受力框架并在整个承重装置中充当承重结构的FRP筋骨架，以及连接于FRP筋骨架，用于增大自身与GRC基材的接触面积并将GRC基材的受力均匀分散并传递至FRP筋骨架上FRP织网。

根据一种优选的实施方式，FRP筋骨架能够根据建筑承重需要被构造为具有稳定结构和力学性能的框架，其包括若干个主体筋以及若干个连接于主体筋的斜形筋，斜形筋能够按照将至少部分施加在主体筋径向上的剪切力分散并转化为施加在主体筋和斜形筋轴向上的拉伸力和/或压力的方式与主体筋形成具有预设结构和形状的FRP筋骨架。

根据一种优选的实施方式，FRP筋骨架包括第一主体筋以及与第一主体筋并行设置的第二主体筋、第三主体筋和第四主体筋，其中，任意主体筋与相邻的至少一个主体筋能够被若干个斜形筋以可拆卸的方式连接以使得相邻的两个主体筋能够以相对位置固定的状态处于二者共同构成的表面内。

根据一种优选的实施方式，位于同一表面内的若干个斜形筋包括按照预设角度连接于主体筋的若干个正向筋和与正向筋呈预定夹角设置的若干个反向筋，正向筋以及反向筋之间能够按照彼此交错的方式首尾相连并在第一方向上延伸至主体筋的两端以使得若干个正向筋和若干个反向筋之间能够形成一个折线形结构。

根据一种优选的实施方式，位于同一表面内的斜形筋的两端能够通过连接头以可拆卸的方式连接于该表面内的两个主体筋，以使得若干个斜形筋能够和两个主体筋之间形成若干个能够对两个主体筋之间的受力进行分散和传递的小三角结构，进一步地将来自于主体筋径向上的剪切力的至少部分转化为斜形筋以及另一主体筋轴向上的拉伸力和/或压力。

根据一种优选的实施方式，任意的表面内的斜形筋都能够通过连接头与相邻的表面内的斜形筋通过设置在主体筋上的连接头以可拆卸的方式连接，以使得斜形筋和主体筋之间能够以相对固定的方式形成具有稳定结构的FRP筋骨架。

根据一种优选的实施方式，连接头至少包括用于连接主体筋的主套筒，主套筒包括第一半圆管以及通过铰链与第一半圆管活动连接的第二半圆管，第一半圆管能够基于铰链以旋转的方式远离或靠近第二半圆管以使得主套筒能够呈现打开或闭合的状态以便于套设在主体筋的周侧；

根据一种优选的实施方式，第一半圆管和第二半圆管之间在主套筒闭合时能够具有一个间隙，间隙的宽度至少大于在安装主体筋时对第一半圆管施力以使得两个半圆管能够被卡扣和卡块卡合所需要的位移量。

根据一种优选的实施方式，主套筒内侧设置有与主体筋表面相契合的凸起的第一纹路以及非凸起的第二纹路，第一纹路能够在主套筒闭合时嵌合于主体筋表面的凹陷部分，第二纹路能够在主套筒闭合时嵌合于主体筋表面的非凹陷部分，以使得主套筒能够与主体筋紧密贴合。

根据一种优选的实施方式，主套筒上还设置有若干个副套筒，若干个副套筒按照至少能够连接两个相邻表面内的斜形筋的方式以预设的角度固定设置在主套筒中的第二半圆管上。

根据一种优选的实施方式，方法基于前述任意一项权利要求的建筑承重装置，包括：基于建筑承重需要将FRP筋骨架构造为具有稳定结构和力学性能的框架；采用将至少部分施加在主体筋径向上的剪切力分散并转化为施加在主体筋轴向上的拉伸力和/或压力的方式设置斜形筋以及主体筋；以至少能够连接两个相邻表面内的斜形筋的方式设定副套筒与主套筒之间的角度。

根据一种优选的实施方式，方法还包括：按照能够减小斜形筋与副套筒连接处的压强和减小主体筋与主套筒连接处的压强的方式构造连接头的结构。

本发明所提供的FRP筋增强GRC的建筑承重装置及方法具有以下有益技术效果：

FRP筋骨架能够根据建筑承重需要被构造为具有稳定结构和力学性能的框架，其中的斜形筋能够按照将至少部分施加在主体筋径向上的剪切力分散并转化为施加在主体筋和斜形筋轴向上的拉伸力和/或压力的方式与主体筋形成具有预设结构和形状的FRP筋骨架，该方法是从结构层面出发，将FRP筋所受到的剪切力转化以及传递成为FRP筋轴向上的应力，充分避免了FRP筋低抗剪特性并充分发挥了其高强度的特性。

此外，采用特制的连接头作为连接FRP筋的高效工具，连接头中的主套筒能够打开和闭合，便于套设在主体筋上，且由于卡扣的存在，连接头能够在闭合时向主体筋施加压力，增加了连接的紧密程度，主套筒内侧还设置有和主体筋表面纹路相匹配的纹路，使得二者之间的接触能够更加紧密，既保证了连接头和主体筋之间不会发生相对位移，又保证了连接头与主体筋之间的接触面积被放大使得接触压强减小；连接头中的副套筒内设置有与斜形筋两端相匹配的螺纹，使得安装方式不同于传统的捆扎方式，而是以旋入旋出的方式安装，减少了安装过程中的操作步骤，缩短了安装时间。连接头的引入使FRP筋骨架连接处的强度得到大幅提升，从而增强了整个装置的结构稳定性和提高了承重极限。

附图说明

图1是本发明提供的一种优选实施方式的FRP筋骨架的结构示意图；

图2是本发明提供的一种优选实施方式的FRP筋骨架在另一视角的结构示意图；

图3是本发明提供的一种优选实施方式的连接头在多个视角下的结构示意图以及卡扣和卡块的简化结构示意图；

图4是本发明提供的一种优选实施方式的FRP筋骨架和FRP织网相互连接后的简化结构示意图；

图5是本发明提供的一种优选实施方式的FRP筋骨架中的部分位置的受力分析简要示意图。

附图标记列表

0：筋骨架；1：主体筋；2：斜形筋；3：连接头；4：织网；11：第一主体筋；12：第二主体筋；13：第三主体筋；14：第四主体筋；21：正向筋；22：反向筋；31：主套筒；32：副套筒；33：第二半圆管；34：第一半圆管；35：卡扣；36：卡块；41：栅格单元；341：第一纹路；342：第二纹路。

具体实施方式

本文中规定主体筋1的轴向为第一方向，垂直于第一表面的方向为第二方向。

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。

图1所示为一种FRP筋增强GRC的建筑承重装置及方法，其包括用于浇筑以形成具体的外形结构的GRC基材，用于形成受力框架并在整个承重装置中充当承重结构的筋骨架0，以及连接于筋骨架0，用于增大自身与基材的接触面积并将基材的受力均匀分散并传递至筋骨架0上织网4，优选地，筋骨架0和织网4的材质可以是FRP材料，基材的材质可以是GRC，即采用FPR筋骨架0、GRC基材以及FRP织网4构成本实施例中的FRP筋增强GRC的建筑承重装置及方法。

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。通过设置FRP筋骨架0和FRP织网4，即采用FRP筋骨架0和FRP织网4的组合加固方式，可显著提升结构强度，可显著提高本装置的承重能力性能，还具有减少裂纹、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。

根据一种优选的实施方式，FRP筋的材质为FRP(纤维增强复合材料，FiberReinforced Polymer)，FRP织网4的材质为FRP。优选地，FRP筋骨架0是采用直径较大的FRP筋相互连接构成的一个具有预设的体积大小的承重骨架，其能够围成一个具有一定内部空间的包围型结构。例如，FRP筋骨架0可以根据建筑使用需要围成三棱柱、圆柱、方柱等柱状结构；也可以根据建筑需要围成三角锥，圆锥等结构；也可以围成其他的形状不规则的结构。优选的，在本实施例中，采用结构简单、非标准组件少、力学性能较好的方柱型FRP筋骨架0。在FRP筋骨架0内设置有致密排布的FRP织网4，以使得GRC基材与FRP材料之间具有足够大的接触面积以保证二者之间的结合能够形成稳固的结构，避免由于FRP材料与GRC基材之间的粘合性过小导致GRC基材脱落。优选地，FRP织网4至少包括由若干个FRP细筋交织形成的平面栅格单元41，该栅格单元41按照并行于FRP筋骨架0底部平面的方式设置在FRP筋骨架0所围成的内部空间之中，其中，靠近FRP筋骨架0顶部的栅格单元41与FRP筋骨架0的顶部相连，靠近FRP筋骨架0底部的栅格单元41与FRP筋骨架0的底部相连，位于FRP筋骨架0中间的栅格单元41与FRP筋骨架0的周侧相连。

根据一种优选的实施方式，FRP筋骨架0中至少包括沿第一方向延伸的若干个主体筋1，主体筋1之间通过斜形筋2间接连接以构成整体，其中，第一主体筋11和第二主体筋12相对于彼此并行设置在FRP筋骨架0底部的第一表面内，第二主体筋11和第三主体筋13相对于彼此并行设置在FRP筋骨架0前部的第二表面内，第三主体筋13和第四主体筋14相对于彼此并行设置在FRP筋骨架0顶部的第三表面内，第四主体筋14和第一主体筋11相对于彼此并行设置在FRP筋骨架0后部的第四表面内，优选地，相邻两个主体筋1的距离与任意的其他相邻两个主体筋1的距离保持一致，并使得第一主体筋11与第三主体筋13之间的垂线段正交于第二主体筋12和第四主体筋14之间的垂线段，从而以第一主体筋11、第二主体筋12、第三主体筋13、第四主体筋14为边界构成一个方柱状FRP筋骨架0。

根据一种优选的实施方式，于第一表面内设置有若干个连接第一主体筋11和第二主体筋12的第一斜形筋，于第二表面内设置有若干个连接第二主体筋12和第三主体筋13的第二斜形筋，于第三表面内设置有若干个连接第三主体筋13和第四主体筋14的第三斜形筋，于第四表面内设置有若干个连接第四主体筋14和第一主体筋11的第四斜形筋。优选地，若干个第一斜形筋中包括正向筋21和与正向筋21呈正交设置的反向筋22，其中，正向筋21的一端通过第一接头可拆卸地连接于第一主体筋11，另一端通过第二接头可拆卸地连接于第二主体筋12，同时，反向筋22的一端可拆卸地连接于第二接头，通过将正向筋21与反向筋22依次首尾相连形成一个位于第一表面内的折线形结构，并使得该折线形结构的每一个折返点都连接至两侧的主体筋1，从而与两侧的主体筋1形成若干个小三角的结构，由于三角形具有稳定性，因此保证了主体筋1和斜形筋2连接的稳定性。优选地，如图1所示，分别在第二表面、第三表面、第四表面内都构造出与第一表面内的第一斜形筋所形成的折线形结构相一致的结构，并使得位于第二主体筋12上的折返点能够同时作为第一表面和第二表面内折线形结构的折返点，位于第三主体筋13上的折返点能够同时作为第二表面和第三表面内折线形结构的折返点，位于第四主体筋14上的折返点能够同时作为第三表面和第四表面内折线形结构的折返点，位于第一主体筋11上的折返点能够同时作为第四表面和第一表面内折线形结构的折返点。优选地，每一个折返点都能够连接四个斜形筋2，因此，在折返点处设置有能够连接四个不同朝向的斜形筋2的连接头3。

根据一种优选的实施方式，如图3所示，连接头3包括能够开闭的主套筒31，优选地，该主套筒31被配置为具有一定厚度以保证自身结构强度的空心圆管状，其被一平面沿自身轴向剖开形成互为镜像的第一半圆管34和第二半圆管33，其内部管壁设置有和主体筋1表面的纹路相匹配的纹路以使得主套筒31能够在套设于主体筋1表面的时候与主体筋1的表面贴合更紧密，可以防止主套筒31在主体筋1的轴向上滑动，确保FRP筋骨架0结构的稳定性。其中，第一半圆管34以可自由转动的方式连接于设置有副套筒32的第二半圆管33，优选地，第一半圆管34和第二半圆管33之间是通过铰链铰接在一起的，铰链被设置为具有与主套筒31的长度相一致的长度，沿主套筒31的轴向设置在主套筒31中第一半圆管34和第二半圆管33互相接触的面的边缘以使得连接于铰链的第一半圆管34和第二半圆管33能够按照以该铰链的轴线为转轴的方式做相对于彼此的旋转运动，铰链的两端分别抵触至主套筒31的两端表面以使得主套筒31闭合时，由于压迫主体筋1而受到的来自于主体筋1表面的反作用力会通过第一半圆管34和第二半圆管33传递至铰链，使得铰链会受到两个相反方向的拉力，为了保持铰链各部分受到的拉力平衡，并尽可能地减小铰链单位长度的力负荷，将铰链的长度设置为与主套筒31的长度相一致的长度。

根据一种优选的实施方式，第一半圆管34的两端分别设置有一个卡块36，两个卡块36分别固定连接于第一半圆管34的两端表面边缘并沿第一半圆管34的轴向向相反的方向延伸以使得卡块36能够至少部分凸出第一半圆管34的两端表面，优选地，两个卡块36中相距最远的两个表面向相反的方向倾斜一个相同的角度，从而各自成为截面是直角梯形的梯形柱且使得远离第二半圆管33的一侧高于靠近第二半圆管33的一侧。在主套筒31由开启变为闭合状态的时候，第一半圆筒连接于铰链的一侧保持相对静止，远离铰链的一侧运动并带动位于此侧的两个卡块36向设置在第二半圆管33上的卡扣35移动，当卡块36在接触到卡扣35的时候，由于其倾斜的接触表面会使得与卡扣35接触时产生的压力的至少部分被分到两个卡块36连线的方向上，使得卡块36受到该压力的分力的挤压而发生朝向两个卡块36连线的中央位置的形变，卡块36基于自身的材料特性和结构特性而发生一定程度的弹性形变，使得卡块36在主套筒31轴向上的最大厚度能够由于自身的压缩而缩减，进一步地，卡块36能够顺利地进入卡扣35的卡槽之中。

根据一种优选的实施方式，第二半圆管33的两端分别设置有两个与卡块36一一对应的卡扣35，卡扣35是由一矩形板以垂直于第二半圆管33两端表面的方式设置的，其能够向远离第二半圆管33表面的方向延伸并向朝向第一半圆管34的方向弯折90⁰，其继续延伸并在完全覆盖卡块36的位置朝向靠近第一半圆管34的方向继续弯折90⁰以形成一个能够部分容纳卡块36的卡槽，优选地，卡扣35中非连接于第二半圆管33的一端和第一半圆管34之间存在一定的距离，该距离至少能够小于卡块36在主套筒31轴向上的最大厚度以使得卡块36能够在主套筒31闭合时被卡在卡扣35之中。

根据一种优选的实施方式，在使用主套筒31时，先使得主套筒31呈打开状态，使得主体筋1能够通过主套筒31打开的开口置入主套筒31的第二半圆管33的内侧，主体筋1表面的纹路能够以互相契合的方式与第二半圆管33内侧的纹路紧密接触，优选地，主体筋1表面的纹路被构造至少具有凹陷部分以及非凹陷部分且以相互并行的方式沿主体筋1的轴向排布在主体筋1的表面。因此，第二半圆管33内侧的纹路亦以此方式设置并使得其凸起的第一纹路341恰好契合于主体筋1的凹陷部分，而非凸起的第二纹路342恰好契合于主体筋1的非凹陷处，从而在主体筋1与第二半圆管33之间因为外力的作用而具有发生位移的趋势的时候，第二半圆管33凸起的第一纹路341能够与主体筋1的凹陷部分发生作用而在相互接触的表面产生一个相反于运动趋势方向的作用力，同理，主体筋1的非凹陷部分能够与第二半圆管33非凸起的第二纹路342发生作用而在相互接触的表面产生一个相反于运动趋势方向的作用力，因此只要在主体筋1表面纹路和第二半圆管33表面纹路的结构强度允许的范围之内即能够防止主体筋1与主套筒31之间发生相对位移。优选地，主套筒31的内径被设置为略小于主体筋1直径的形式，以使得主套筒31在闭合时，其中的第一半圆管34和第二半圆管33两个相对的表面不能完全闭合而留有一定空隙，在通过主套筒31中的第一半圆管34和第二半圆管33向主体筋1施加压力的时候，该空隙能够提供施加压力过程中的位移所需要的空间。优选地，在向主体筋1施加压力的过程中，卡块36会随着第一半圆管34的位移而发生同步位移，使得卡块36能够以靠近卡扣35的方式移动并最终卡入卡扣35的卡槽之中，此时由于施加压力会引起主体筋1以及主套筒31发生弹性形变而产生一个相反于压力施加方向的弹性应力，该弹性应力最终传导至卡块36与卡扣35所接触的表面上，使得卡扣35能够受到一个作用于该接触表面的拉伸力。

根据一种优选的实施方式，主套筒31中的第二半圆管33上设置有若干个用于连接斜形筋2的副套筒32，优选地，根据斜形筋2的配置方式将每一个主套筒31上所连接的副套筒32数量设置为四个以连接四个斜形筋2，优选地，四个副套筒32以对称的方式设置在第二半圆管33的表面，以使得形成的最终连接头3的结构能够成为一个以第二半圆管33的对称轴为对称轴的轴对称形状，其中，每一个副套筒32至少能够与第二半圆管33的两个面相连，每两个相邻的副套筒32之间能够呈现一个根据FRP筋骨架0中的斜形筋2的排布方式而确定的夹角，优选地，位于第二半圆管33一端的两个副套筒32之间的夹角为60⁰，位于第二半圆管33一侧的两个副套筒32之间的夹角为90⁰，从而使得位于第二半圆管33一侧的两个副套筒32的轴线所唯一确定的平面能够与位于第二半圆管33另一侧的两个副套筒32的轴线所唯一确定的平面相互垂直，以便于通过副套筒32连接在第二半圆管33侧面的四个斜形筋2中的每两个与另外两个能够处于FRP筋骨架0中的相邻两个表面。由于FRP筋的高强度和低抗剪特性，其用于建筑中的横梁承重时，会受到来自于自身径向上的剪切力，有可能会导致自身的结构被破坏，基于上述缺陷，本发明中增添了斜形筋2以分担第二方向上的剪切力。以第二表面上斜形筋2和主体筋1的受力情况为例，如图5所示的简单受力示意图，竖直向下的剪切力F作用于O点，经过设置在第二主体筋12以及第三主体筋13之间的斜形筋2的分担，该剪切力F被分为两个沿斜形筋2传导的力f1和f2，并分别传递至第二主体筋12中的A点和B点，最终将剪切力F的至少一部分转化为沿第二主体筋12的轴向传递的张力，使得本该由第三主体筋13承担的径向剪切力转化为第二主体筋12承担的轴向拉力，使得主体筋1的高强度特性能够被充分地利用。

根据一种优选的实施方式，副套筒32内设置有与斜形筋2两端纹路相匹配的螺纹，此设置方式能够以直接旋入或旋出的方式连接斜形筋2与主体筋1，并且在使用过程中能够使斜形筋2与副套筒32之间的力的传递能够被分散到连接处互相接触的每一圈螺纹上，极大地增加了连接处的受力面积，减小了连接处的单位面积负荷，相比于传统的捆扎方式具有速度快、受力面积大、强度高等优点。

其次，连接头3中的主套筒31具有一定的长度，使得传递至主套筒31上的力能够被分散到主套筒31内侧的各个点上，从而减小了施加在主体筋1表面各个点上的平均压力即减小了主体筋1所受到的剪切力。

再者，由于连接头3的对称特性，在FRP筋骨架0中传导的应力的一部分能够在连接头3处被抵消，以间接的方式减轻了FRP筋骨架0的力负荷，增强FRP筋骨架0的承载能力。

根据一种优选的实施方式，设置在FRP筋骨架0内的FRP织网4包括大小与FRP筋骨架0的第一表面相通的栅格单元41，优选地，采用直径小于主体筋1的分布筋以横纵交错的方式间隔设置以形成包含若干个方形孔隙的栅格单元41，栅格单元41中两个分布筋以捆扎的方式连接以形成一个具有稳固结构的平面。优选的，采用若干个相互并行的栅格单元41在第二方向上以间隔方式排布且并行于第一表面设置在FRP筋骨架0的内部，其中，最靠近第一表面的栅格单元41的两侧分别连接于第一主体筋11和第二主体筋12，最靠近第三表面的栅格单元41的两侧分别连接于第三主体筋13和第四主体筋14，其余的栅格单元41的两侧各自连接于位于第二表面和第四表面内的斜形筋2，以使得栅格单元41能够与FRP筋骨架0连接为一个整体，能够保证在浇筑完成的GRC基材与栅格单元41之间存在足够大的接触面积，便于将GRC基材上的应力分散并通过栅格单元41传递至FRP筋骨架0。

根据一种优选的实施方式，GRC(Glass fiber Reinforced Concrete)即玻璃纤维增强混凝土，实验表明，GRC产品断裂荷载大于1200N，超过国标JC/T799-1988(1996)装饰石膏板断裂荷载118N的10倍。GRG产品的均可稳定的承受抗压、抗冲击、巴氏硬度等几种强度测试，产品不变形、不下陷、不弯曲，不受热膨胀，由此可见，GRC材料的性能是相当出色的，在本实施例中，采用GRC基材浇筑至由FRP筋骨架0以及FRP织网4所组成的框架结构之中并使得GRC基材能够完全覆盖所有由FRP材料构造的组件。优选的，在浇筑前先使用模具将FRP筋骨架0以及固定在FRP筋骨架0上的FRP织网4至少部分包覆，以形成一个容器以容纳未固化的GRC基材并为GRC基材塑形以达到所需要的外形结构。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。

Claims (5)

1.一种FRP筋增强GRC的建筑承重装置，其包括：

基材，用于浇筑以形成具体的外形结构，

筋骨架（0），用于形成受力框架并在整个承重装置中充当承重结构，

织网（4），其连接于所述筋骨架（0），用于增大自身与所述基材的接触面积并将所述基材的受力均匀分散并传递至筋骨架（0）上，

其特征在于，所述筋骨架（0）能够根据建筑承重需要被构造为具有稳定结构和力学性能的框架，其包括若干个主体筋（1）以及若干个连接于所述主体筋（1）的斜形筋（2），所述斜形筋（2）能够按照将至少部分施加在所述主体筋（1）径向上的剪切力分散并转化为施加在所述主体筋（1）和所述斜形筋（2）轴向上的拉伸力和/或压力的方式与所述主体筋（1）形成具有预设结构和形状的筋骨架（0），

其中，若干个所述斜形筋（2）在所述筋骨架（0）的各个表面基于所述主体筋（1）形成若干个能够提高所述筋骨架（0）的稳定性的三角形结构，

所述斜形筋（2）与所述筋骨架（0）之间采用能够将剪切力均分至所述斜形筋（2）上从而提升所述筋骨架（2）承载能力的连接头（3）进行连接；

所述筋骨架（0）包括第一主体筋（11）以及与第一主体筋（11）并行设置的第二主体筋（12）、第三主体筋（13）和第四主体筋（14），其中，任意主体筋（1）与相邻的至少一个主体筋（1）能够被若干个斜形筋（2）以可拆卸的方式连接以使得相邻的两个主体筋（1）能够以相对位置固定的状态处于二者共同构成的表面内；

位于同一表面内的所述若干个斜形筋（2）包括按照预设角度连接于所述主体筋（1）的若干个正向筋（21）和与所述正向筋（21）呈预定夹角设置的若干个反向筋（22），所述正向筋（21）以及所述反向筋（22）之间能够按照彼此交错的方式首尾相连并在第一方向上延伸至主体筋（1）的两端以使得所述若干个正向筋（21）和若干个反向筋（22）之间能够形成一个折线形结构；

所述连接头（3）至少包括用于连接所述主体筋（1）的主套筒（31），所述主套筒（31）包括第一半圆管（34）以及通过铰链与所述第一半圆管（34）活动连接的第二半圆管（33），所述第一半圆管（34）能够基于所述铰链以旋转的方式远离或靠近第二半圆管（33）以使得所述主套筒（31）能够呈现打开或闭合的状态以便于套设在所述主体筋（1）的周侧；

所述第一半圆管（34）和第二半圆管（33）之间在主套筒（31）闭合时能够具有一个间隙，所述间隙的宽度至少大于在安装所述主体筋（1）时对所述第一半圆管（34）施力以使得两个半圆管能够被卡扣（35）和卡块（36）卡合所需要的位移量；

所述主套筒（31）内侧设置有与所述主体筋（1）表面相契合的凸起的第一纹路（341）以及非凸起的第二纹路（342），所述第一纹路（341）能够在所述主套筒（31）闭合时嵌合于所述主体筋（1）表面的凹陷部分，所述第二纹路（342）能够在所述主套筒（31）闭合时嵌合于所述主体筋（1）表面的非凹陷部分，以使得所述主套筒（31）能够与所述主体筋（1）紧密贴合；

所述主套筒（31）上还设置有若干个副套筒（32），所述若干个副套筒（32）按照至少能够连接两个相邻表面内的斜形筋（2）的方式以预设的角度固定设置在所述主套筒（31）中的第二半圆管（33）上。

2.根据权利要求1所述的建筑承重装置及方法，其特征在于，所述位于同一表面内的斜形筋（2）的两端能够通过连接头（3）以可拆卸的方式连接于该表面内的两个主体筋（1），以使得所述若干个斜形筋（2）能够和两个主体筋（1）之间形成若干个能够对两个主体筋（1）之间的受力进行分散和传递的小三角结构，进一步地将来自于所述主体筋（1）径向上的剪切力的至少部分转化为所述斜形筋（2）以及另一主体筋（1）轴向上的拉伸力和/或压力。

3.根据权利要求2所述的建筑承重装置及方法，其特征在于，任意的所述表面内的所述斜形筋（2）都能够通过连接头（3）与相邻的表面内的所述斜形筋（2）通过设置在所述主体筋（1）上的连接头（3）以可拆卸的方式连接，以使得所述斜形筋（2）和所述主体筋（1）之间能够以相对固定的方式形成具有稳定结构的筋骨架（0）。

4.一种FRP筋增强GRC的建筑承重方法，其特征在于，所述方法基于前述任意一项权利要求所述的建筑承重装置，包括：

基于建筑承重需要将筋骨架（0）构造为具有稳定结构和力学性能的框架；

采用将至少部分施加在主体筋（1）径向上的剪切力分散并转化为施加在所述主体筋（1）轴向上的拉伸力和/或压力的方式设置斜形筋（2）以及所述主体筋（1）；

以至少能够连接两个相邻表面内的斜形筋（2）的方式设定副套筒（32）与主套筒（31）之间的角度，

其中，若干个所述斜形筋（2）在所述筋骨架（0）的各个表面基于所述主体筋（1）形成若干个能够提高所述筋骨架（0）的稳定性的三角形结构，

所述斜形筋（2）与所述筋骨架（0）之间采用能够将剪切力均分至所述斜形筋（2）上从而提升所述筋骨架（2）承载能力的连接头（3）进行连接。

5.根据权利要求4所述的建筑承重方法，其特征在于，所述方法还包括：

按照能够减小所述斜形筋（2）与副套筒（32）连接处的压强和减小所述主体筋（1）与主套筒（31）连接处的压强的方式构造连接头（3）的结构。

Images