CN114197287A - 一种uhpc-nc的组合结构以及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于结构工程领域,具体涉及一种UHPC‑NC的组合结构以及制作方法。本发明通过利用UHPC‑NC组合,充分发挥UHPC(1)高强度、高耐久性、高韧性、高密实度的特点以及NC(2)抗压强度高、价格低的优点,在制作时,首先浇筑双室空腔UHPC(1)外包层,同时放入连接钢筋(3),再在双室空腔中浇筑NC(2),该结构构造简单,制作方法简便。采用连接钢筋(3)连接UHPC(1)与双室NC(2),加强了UHPC(1)与双室NC(2)之间的连接,有利于两种材料协同工作,改善结构的受力性能,保证UHPC‑NC组合结构的优良特性。
Description
技术领域
本发明属于结构工程领域,具体涉及一种UHPC-NC(Ultra-High PerformanceConcrete与Normal Concrete,Ultra-High Performance Concrete,即超高性能混凝土,简称:UHPC,Normal Concrete,即普通混凝土,简称:NC)的组合结构以及制作方法。
背景技术
超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,简称UHPC),是一种具有明确性能指标的水泥基结构工程材料,具有高强度、高耐久性、高韧性、高密实度的特点。加入了钢纤维(2%左右)的UHPC还具有了更好的变形性能,其在收缩徐变发展速率方面也远快于普通混凝土。
在桥梁结构中,UHPC已经被广泛应用于主梁结构、桥面结构以及旧桥加固等诸多方面。从目前的使用情况来看,制约UHPC桥梁结构发展的主要因素之一是其高昂的造价。在结构工程技术领域全部使用UHPC会很不经济,而且其超高的力学性能无法全部利用,使得UHPC的部分功能性浪费。因此,许多研究者将普通混凝土,简称NC(Normal Concrete)结构中的抗拉构件、抗剪构件和连接构件等替换为UHPC材料,形成UHPC-NC的组合结构,既改善桥梁结构受力性能又降低桥梁造价,达到经济可观、适用、耐久的效果。但是,一般的组合结构往往直接将UHPC与NC进行叠加浇筑,或者是在两种材料之间加入工字型钢、剪力钉等进行连接,UHPC与NC两种材料的组合效果并不明显。还有一些组合结构则需要通过分层浇筑实现,浇筑步骤繁琐,浇筑周期较长,存在施工不方便的情况。因此,UHPC高强度、高耐久性以及高密实度的特点还是没有得到充分发挥。先浇筑外包的UHPC可以使得结构成型加快,同时也可以利用UHPC形成的空腔,作为NC浇筑的模板,简化浇筑步骤,缩短浇筑周期。
发明内容
本发明涉及一种UHPC-NC的组合结构,由外包UHPC、双室NC以及连接钢筋组成。双室NC与外包UHPC通过一排连接钢筋连接。本发明通过利用UHPC-NC组合,充分发挥UHPC高强度、高耐久性、高韧性、高密实度的特点以及NC抗压强度高、价格低的优点,在浇筑时,首先浇筑双室空腔UHPC外包层,同时放入连接钢筋,再在双室空腔中浇筑NC,该结构构造简单,施工方便。采用连接钢筋连接UHPC与双室NC,加强了UHPC与双室NC之间的连接,有利于两种材料协同工作,充分发挥UHPC-NC组合结构的优良特性,节约成本,改善了结构的受力特点,提高了结构的跨越性能。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:一种UHPC-NC的组合结构,由UHPC、双室NC以及连接钢筋组成。双室NC与UHPC通过一排连接钢筋连接。钢筋横向插入双室NC的长度不应小于钢筋直径的1/4,纵向间距不大于钢筋直径的10倍,且不应大于100mm,梁横截面的边缘与NC的混凝土保护层厚度不小于5cm。连接钢筋在浇筑前固定于组合结构中,外围的UHPC均一次性浇筑完成,最后利用成型的UHPC作为模板浇筑双室NC,解决了长期以来UHPC与NC之间粘接效果不佳、组合结构浇筑步骤繁琐的问题,同时也能更好地研究UHPC-NC组合结构的力学性能。
所述的一种UHPC-NC的组合结构,UHPC中是否掺入钢纤维根据工程实际情况选择。有实验结果表明,在UHPC中掺入一定比例的钢纤维可以提高材料的力学特性,达到更高的强度要求。
所述的一种UHPC-NC的组合结构,根据一般垂直加载受弯构件上压下拉的受力特点,为了充分发挥材料特性,合理地分配材料厚度,双室NC的下部UHPC厚度要大于或等于上部UHPC的厚度,下部UHPC的厚度为20~30cm,上部UHPC的厚度为10~20cm。
所述的一种UHPC-NC的组合结构,为了加强UHPC与NC之间的连接,双室NC之间通过一排钢筋连接,钢筋的长度为组合结构宽度的1/5~1/4,位于双室NC界面的中部。
所述的一种UHPC-NC的组合结构,为了受力均匀并且根据受弯构件中性轴附近应力特点,双室NC对称布置于结构中轴线两侧,单个宽度为结构宽度的1/4~1/3,高度为结构高度的1/2。
所述的一种UHPC-NC的组合结构,为了控制成本,达到较好的连接效果,钢筋直径为8~20mm,种类为光圆钢筋、带肋钢筋之中的一种。
一种UHPC-NC的组合结构以及制作方法,包括以下步骤:
A.根据待制作的UHPC-NC的组合结构尺寸,确定外包UHPC、双室NC和连接钢筋的具体尺寸;
B.选择合适的模板材料,可以是木模或钢模,制作双室空腔外包UHPC的模板;
C.为了放置双室空腔模板,需要在外包UHPC模板上设置垫块并固定;
D.在垫块上方放置双室空腔模板,在双室空腔模板中部插入连接钢筋并固定,完成后开始浇筑外包UHPC;
E.待外包UHPC凝结硬化后,拆除外包HUPC以及双室空腔模板,浇筑NC。
本发明具有以下有益效果:
本发明涉及一种UHPC-NC的组合结构以及制作方法,为了降低造价,将UHPC与NC的用量进行了合理的分配布置,减轻了结构的自重;为了保证UHPC与双室NC界面有更好的粘结作用,在双室NC之间布置了一排钢筋;布置下部UHPC层,充分发挥了材料抗拉性能较好的特性,减少了布筋,协助结构达到更好的受拉效果;中部UHPC-NC的组合结构,则充分利用了结构在中性轴附近的受力特点,避免了全部使用UHPC造价高昂的缺点,也充分发挥了NC抗压性能较好、价格较低的优点,使UHPC与NC两种材料协同作用,更好地发挥了受力性能,节约了成本;上部的UHPC层能充分发挥抗压性能,提高材料的利用率。先浇筑外包的UHPC可以使得结构成型加快,同时也可以利用UHPC形成的空腔,作为NC浇筑的模板,简化浇筑步骤,缩短浇筑周期。总体而言,达到了经济可观、适用、耐久的效果。
附图说明
图1是UHPC-NC的组合结构横截面剖面示意图;
图2是UHPC-NC的组合结构纵断面剖面示意图;
在附图中,1为UHPC;2为NC;3为钢筋。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更深刻的理解,现对照附图说明本发明的具体实施方式。
参阅附图,在本发明实例中,一种UHPC-NC的组合结构,由UHPC、双室NC以及连接钢筋组成。双室NC与UHPC通过一排连接钢筋连接。钢筋横向插入双室NC的长度不应小于钢筋直径的1/4,纵向间距不大于钢筋直径的10倍,且不应大于100mm,梁横截面的边缘与NC的混凝土保护层厚度不小于5cm。连接钢筋在浇筑前固定于组合结构中,外围的UHPC均一次性浇筑完成,最后利用成型的UHPC作为模板浇筑双室NC。
所述的一种UHPC-NC的组合结构,UHPC中是否掺入钢纤维根据工程实际情况选择。有实验结果表明,在UHPC中掺入一定比例的钢纤维可以提高材料的力学特性,达到更高的强度要求。本实例中掺入了2%的钢纤维,来加强UHPC的强度。
所述的一种UHPC-NC的组合结构,根据一般垂直加载受弯构件上压下拉的受力特点,为了充分发挥材料特性,合理地分配材料厚度,双室NC的下部UHPC厚度要大于或等于上部UHPC的厚度,下部UHPC的厚度为20~30cm,上部UHPC的厚度为10~20cm。
所述的一种UHPC-NC的组合结构,双室NC之间通过一排钢筋连接,钢筋的长度为组合结构宽度的1/5~1/4,位于双室NC界面的中部。
所述的一种UHPC-NC的组合结构,为了受力均匀并且根据受弯构件中性轴附近应力特点,双室NC对称布置于结构中轴线两侧,单个宽度为结构宽度的1/4~1/3,高度为结构高度的1/2。
所述的一种UHPC-NC的组合结构,为了控制成本,达到较好的连接效果,钢筋直径为8~20mm,种类为光圆钢筋、带肋钢筋之中的一种。
一种UHPC-NC的组合结构以及制作方法,包括以下步骤:
A.根据待制作的UHPC-NC的组合结构尺寸,确定外包UHPC、双室NC和连接钢筋的具体尺寸;
B.选择合适的模板材料,可以是木模或钢模,制作双室空腔外包UHPC的模板;
C.在外包UHPC模板上设置垫块并固定;
D.在垫块上方放置双室空腔模板,在双室空腔模板中部插入连接钢筋并固定,完成后开始浇筑外包UHPC;
E.待外包UHPC凝结硬化后,拆除外包HUPC以及双室空腔模板,浇筑NC。
凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种UHPC-NC的组合结构,其特征在于,由外包UHPC(1)、双室NC(2)以及连接钢筋(3)组成。双室NC(2)与外包UHPC(1)之间通过一排连接钢筋(3)连接。连接钢筋(3)横向插入双室NC(2)的长度不应小于钢筋(3)直径的1/4,纵向间距不大于连接钢筋(3)直径的10倍,且不应大于100mm,梁横截面的边缘与NC(2)的混凝土保护层厚度不小于5cm。
2.根据权利要求1所述的一种UHPC-NC的组合结构,其特征在于,所述双室NC(2)的下部UHPC(1)的厚度要大于或等于上部UHPC(1)的厚度,下部UHPC(1)的厚度为20~30cm,上部UHPC(1)的厚度为10~20cm。
3.根据权利要求1所述的一种UHPC-NC的组合结构,其特征在于,所述双室NC(2)之间通过一排连接钢筋(3)连接,连接钢筋(3)的长度为组合结构宽度的1/5~1/4,位于双室NC(2)界面的中部。
4.根据权利要求1所述的一种UHPC-NC的组合结构,其特征在于,所述双室NC(2)对称布置于结构中轴线两侧,单个宽度为结构总宽度的1/4~1/3,高度为结构高度的1/2。
5.根据权利要求1所述的一种UHPC-NC的组合结构,其特征在于,所述连接钢筋(3)直径为8~20mm,为光圆钢筋或带肋钢筋中的一种。
6.一种UHPC-NC的组合结构以及制作方法,其特征在于,包括以下步骤:
A.确定外包UHPC(1)、双室NC(2)和连接钢筋(3)的具体尺寸;
B.制作双室空腔外包UHPC(1)的模板;
C.在外层模板上设置垫块;
D.在垫块上方放置双室空腔模板,在双室空腔模板中部插入连接钢筋(3)并固定,完成后开始浇筑外包UHPC(1);
E.待外包UHPC(1)凝结硬化后,拆除外包HUPC(1)以及双室空腔模板,浇筑NC。
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