CN117166516A - 一种配置空间缠绕式frp螺旋箍筋的固定式光伏桩基 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种配置空间缠绕式FRP螺旋箍筋的固定式光伏桩基，其特征在于：包括复合材料缠绕丝；所述缠绕丝为树脂预浸渍纤维增强复合材料；所述树脂预浸渍纤维增强复合材料缠绕丝可变角度多次缠绕成型；包括机械化缠绕成型方法；所述成型方法可制备双向螺旋及单向螺旋箍筋。本发明具有较好的环向抗拉强度，界面粘结能力，抗腐蚀能力，耐久性可替代传统混凝土管桩更加适用于湖泊、海洋等腐蚀环境。该新型箍筋可有效增加约束核心混凝土体积，改善混凝土结构抗弯、抗剪、抗压性能并实现批量机械化生产；对比传统钢螺旋箍筋，有效提升混凝土结构延性与耐腐蚀性，拓宽混凝土结构的适用范围。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料结构领域，具体地说是一种轻质高强、加工方便和耐腐蚀性能好的纤维缠绕成型箍筋混凝土桩基，适用于海洋环境中光伏桩基及其他复杂承载条件下混凝土结构柱、梁构件
背景技术
纤维增强复合材料缠绕螺旋箍筋由于其特有的成型工艺及明显的各项异性特点，相比传统钢筋大幅减少重量，提升混凝土结构延性。拉挤型材由于其特有的成型工艺及明显的各项异性特点，使得其横向受力性能较弱，在外荷载作用下，容易沿拉挤方向发生局部屈曲或劈裂破坏，从而不能充分发挥复合材料的强度。传统拉挤型材FRP螺旋箍筋则是在树脂固化之前，将拉挤成型的圆形截面FRP筋，弯折成有箍肢搭接的箍圈。拉挤成型箍筋依靠搭接区域的箍肢与混凝土的粘结来传递拉应力。有研究表明，混凝土构件破坏时，传统拉挤成型FRP箍筋虽未断裂，但其搭接段发生了粘结滑移破坏。传统拉挤成型FRP螺旋箍筋在结构在达到承载力极限状态时应力水平较低，材料的抗拉强度高的性能未得到充分利用。纤维缠绕成型工艺制备螺旋箍筋，可实现变角度缠绕可设计，同时提升混凝土约束率；比强度高；可靠性高；生产效率高。此外，在沿海地区所应用的混凝土结构承受荷载复杂(包括风、浪等荷载)并容易发生腐蚀问题，FRP缠绕成型箍筋可通过变角度缠绕承受复杂荷载，其本身拥有优异的耐腐蚀性及耐久性适用于强腐蚀性环境
发明内容
本发明的目的是针对现有技术问题，提供一种环向抗拉强度高，界面粘结能力高，抗腐蚀能力强，混凝土约束率高的FRP螺旋箍筋用于海洋光伏桩基，同时适用于混凝土柱、梁结构以提升其承载力及延性。
一种配置空间缠绕式FRP螺旋箍筋的固定式光伏桩基，其特征在于：包括复合材料缠绕丝；所述缠绕丝为树脂预浸渍纤维增强复合材料；所述树脂预浸渍纤维增强复合材料缠绕丝可变角度多次缠绕成型。
作为优选，所述树脂预浸渍纤维增强复合材料缠绕丝为树脂预浸渍拉挤片材或树脂预浸渍纤维纱，纤维采用单轴向、双轴向或多轴向的碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维或者杂交纤维，最好为玻璃纤维，高性价比
作为优选，所述树脂预浸渍纤维增强复合材料缠绕丝采用不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂或酚醛树脂，最好为不饱和树脂
作为优选，所述FRP螺旋箍筋分为单向螺旋箍筋和双向螺旋箍筋，最好为双向螺旋箍筋
作为优选，所述FRP螺旋箍筋混凝土结构可采用普通混凝土、海水海砂混凝土、珊瑚骨料混凝土和超高性能混凝土，最好为超高性能混凝土
作为优选，所述FRP螺旋箍筋混凝土结构可采用混凝土离心成型或浇筑成型，最好为离心成型
作为优选，所述FRP螺旋箍筋用于混凝土结构中须与纵筋搭配使用，纵筋可采用预应力钢筋和拉挤成型FRP筋，最好为预应力钢筋
有益效果：本发明以树脂预浸渍纤维增强复合材料缠绕丝多次整体成型，极大提高各不同角度缠绕层之间的界面性能并提升FRP螺旋箍筋的环向抗拉强度，显著增强混凝土结构的抗压、抗弯、抗剪性能及延性；此外，FRP箍筋解决了传统钢筋重量大与易锈蚀难题。
附图说明
图1为本发明箍筋缠绕制备流程示意图；
图2为本发明实例1纤维缠绕单向箍筋示意图；
图3为本发明实例2纤维缠绕双向箍筋示意图；
图4为本发明实例3配置方形新型FRP单向箍筋混凝土方柱示意图；
图5为本发明实例4配置圆形新型FRP单向箍筋混凝土圆柱示意图；
图6为本发明实例5配置方形新型FRP双向箍筋混凝土方柱示意图；
图7为本发明实例6配置圆形新型FRP双向箍筋混凝土圆柱示意图；
图8为本发明实例7配置方形新型FRP双向箍筋混凝土空心方桩示意图；
图9为本发明实例8配置圆形新型FRP双向箍筋混凝土管桩示意图；
图10为本发明实例9配置圆形新型FRP单向箍筋混凝土管桩示意图；
图11为本发明实例10配置方形新型FRP单向箍筋混凝土空心方桩示意图；
图12为本发明实例11配置方形新型FRP双向箍筋混凝土矩形梁示意图；
图13为本发明实例12配置方形新型FRP单向箍筋混凝土矩形梁示意图；
图14为本发明实例13配置空间缠绕式FRP螺旋箍筋的固定式光伏示意图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
实例1
如图2所示，本发明为一种新型FRP单向螺旋箍筋，该构件由缠绕面层1组成。箍筋间距80mm，箍筋截面厚度8mm，箍筋截面宽度16mm；箍筋的缠绕面层1为16mm宽、2mm厚不饱和树脂预浸渍纤维增强复合材料双轴向缠绕丝，沿长度方向环向整体缠绕4层，角度为85度的缠绕面层1。
实例2
如图3所示，本发明为一种新型FRP双向螺旋箍筋，该构件由缠绕面层1组成。箍筋间距80mm，箍筋截面厚度8mm，箍筋截面宽度16mm；箍筋的缠绕面层1为16mm宽、2mm厚不饱和树脂预浸渍纤维增强复合材料双轴向缠绕丝，沿长度方向环向整体缠绕4层后沿反方向环向整体缠绕4层，角度为85度的缠绕面层1。
实例3
如图4所示，本发明为一种配置方形新型FRP单向箍筋混凝土方柱，该构件由缠绕面层1组成。方形箍筋8间距80mm，方形箍筋2截面厚度8mm，方形箍筋2截面宽度16mm；方形箍筋2的缠绕面层1为16mm宽、2mm厚不饱和树脂预浸渍纤维增强复合材料双轴向缠绕丝，沿长度方向环向整体缠绕4层。然后将方形箍筋与纵筋3绑扎后放入到方柱模具中浇筑混凝土4养护。
实例4
如图5所示，本发明为一种配置圆形新型FRP单向箍筋混凝土圆柱，该构件由缠绕面层1组成。圆形箍筋5间距80mm，圆形箍筋5截面厚度8mm，圆形箍筋5截面宽度16mm；圆形箍筋的缠绕面层1为16mm宽、2mm厚不饱和树脂预浸渍纤维增强复合材料双轴向缠绕丝，沿长度方向环向整体缠绕4层。然后将圆形箍筋5与纵筋3绑扎后放入到圆柱模具中浇筑混凝土4养护。
实例5
如图6所示，本发明为一种方形新型FRP双向箍筋混凝土方柱，该构件由缠绕面层2组成。双向方形箍筋6间距80mm，双向方形箍筋6截面厚度8mm，双向方形箍筋6截面宽度16mm；双向方形箍筋6的缠绕面层1为16mm宽、2mm厚不饱和树脂预浸渍纤维增强复合材料双轴向缠绕丝，沿长度方向环向整体缠绕4层后沿反方向环向整体缠绕4层。然后将双向方形箍筋6与纵筋3绑扎后放入到方柱模具中浇筑混凝土4养护。
实例6
如图7所示，本发明为一种配置圆形新型FRP双向箍筋混凝土圆柱，该构件由缠绕面层1组成。双向圆形箍筋7间距80mm，双向圆形箍筋7截面厚度8mm，双向圆形箍筋7截面宽度16mm；双向圆形箍筋7的缠绕面层1为16mm宽、2mm厚不饱和树脂预浸渍纤维增强复合材料双轴向缠绕丝，沿长度方向环向整体缠绕4层后沿反方向环向整体缠绕4层。然后将双向圆形箍筋7与纵筋3绑扎后放入到圆柱模具中浇筑混凝土4养护。
实例7
如图8所示，本发明为一种方形新型FRP双向箍筋混凝土空心方桩，该构件由缠绕面层1组成。双向方形箍筋6间距80mm，双向方形箍筋6截面厚度8mm，双向方形箍筋6截面宽度16mm；双向方形箍筋6的缠绕面层1为16mm宽、2mm厚不饱和树脂预浸渍纤维增强复合材料双轴向缠绕丝，沿长度方向环向整体缠绕4层后沿反方向环向整体缠绕4层。然后将双向方形箍筋6与纵筋3绑扎后放入到方桩模具中离心成型。
实例8
如图9所示，本发明为一种圆形新型FRP双向箍筋混凝土管桩，该构件由缠绕面层1组成。双向圆形箍筋6间距80mm，双向圆形箍筋6截面厚度8mm，双向圆形箍筋6截面宽度16mm；双向圆形箍筋6的缠绕面层1为16mm宽、2mm厚不饱和树脂预浸渍纤维增强复合材料双轴向缠绕丝，沿长度方向环向整体缠绕4层后沿反方向环向整体缠绕4层。然后将双向圆形箍筋6与纵筋3绑扎后放入到管桩模具离心成型。
实例9
如图10所示，本发明为一种圆形新型FRP单向箍筋混凝土管桩，该构件由缠绕面层1组成。圆形箍筋5间距80mm，圆形箍筋5截面厚度8mm，圆形箍筋5截面宽度16mm；圆形箍筋的缠绕面层1为16mm宽、2mm厚不饱和树脂预浸渍纤维增强复合材料双轴向缠绕丝，沿长度方向环向整体缠绕4层。然后将圆形箍筋5与纵筋3绑扎后放入到管桩模具离心成型。
实例10
如图11所示，本发明为一种配置方形新型FRP单向箍筋混凝土空心方桩，该构件由缠绕面层1组成。方形箍筋2间距80mm，方形箍筋2截面厚度8mm，方形箍筋6截面宽度16mm；方形箍筋2的缠绕面层1为16mm宽、2mm厚不饱和树脂预浸渍纤维增强复合材料双轴向缠绕丝，沿长度方向环向整体缠绕4层后沿反方向环向整体缠绕4层。然后将方形箍筋2与纵筋3绑扎后放入到方柱模具中浇筑混凝土4养护。
实例11
如图12所示，本发明为一种配置方形新型FRP双向箍筋混凝土矩形梁，该构件由缠绕面层1组成。双向方形箍筋6间距80mm，双向方形箍筋6截面厚度8mm，双向方形箍筋6截面宽度16mm；双向方形箍筋6的缠绕面层1为16mm宽、2mm厚不饱和树脂预浸渍纤维增强复合材料双轴向缠绕丝，沿长度方向环向整体缠绕4层后沿反方向环向整体缠绕4层。然后将双向方形箍筋6与纵筋3绑扎后放入到矩形梁模具中浇筑混凝土4养护。
实例12
如图13所示，本发明为一种配置方形新型FRP单向箍筋混凝土矩形梁，该构件由缠绕面层1组成。方形箍筋2间距80mm，方形箍筋2截面厚度8mm，方形箍筋2截面宽度16mm；方形箍筋2的缠绕面层1为16mm宽、2mm厚不饱和树脂预浸渍纤维增强复合材料双轴向缠绕丝，沿长度方向环向整体缠绕4层后沿反方向环向整体缠绕4层。然后将方形箍筋2与纵筋3绑扎后放入到矩形梁模具中浇筑混凝土4养护。
实例13
如图14所示，本发明为一种配置空间缠绕式FRP螺旋箍筋的固定式光伏，该光伏系统桩基下部位于土体8中，上部处在海洋9中。新型光伏桩基10与光伏支架11采用连接件12连接，该新型桩基在工厂离心成型后现场打桩后与上部光伏结构连接，最后安装太阳能光伏板13。
上述实例中FRP缠绕成型螺旋箍筋及混凝土结构的制备流程如下：
a、以钢材为芯模进行缠绕。FRP螺旋箍筋采用-45°/+45°玻璃纤维纱,宽16mm，厚2mm，预浸渍树脂为不饱和树脂，复合而成纤维增强复合材料缠绕丝1，单向螺旋箍筋沿钢模具长度方向螺旋式缠绕，双向螺旋箍筋沿钢模具长度方向螺旋式缠绕后沿反方向螺旋式缠绕，缠绕角度为85度，整体缠绕层数为4层。
b、其中步骤a也可以由本步骤代替。采用-45°/+45°玻璃纤维，环氧树脂酯拉挤片材为纤维增强复合材料缠绕丝1，在树脂未完全凝固时沿长度方向螺旋式缠绕，缠绕角度为85度，整体缠绕层数为4层。
c、待树脂固化成型后，取下箍筋。
d、将预制好的纵筋与箍筋进行绑扎。
e、浇筑混凝土并养护后脱模或离心成型。
在上述制作安装流程中：复合材料纤维缠绕面层1结构形式与尺寸、纤维种类、树脂种类、含量、铺设形式、混凝土种类、纵向钢筋种类均可根据需要灵活调整。
以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种配置空间缠绕式FRP螺旋箍筋的固定式光伏桩基，其特征在于：包括复合材料缠绕丝；所述缠绕丝为树脂预浸渍纤维增强复合材料；所述树脂预浸渍纤维增强复合材料缠绕丝可变角度缠绕成型。
2.根据权利要求1所述的一种配置空间缠绕式FRP螺旋箍筋的固定式光伏桩基，其特征在于：基体材料(乙烯基树脂、聚氨酯树脂、不饱和聚酯、环氧树脂或酚醛树脂)、增强材料(连续玻璃纤维、缝编毡、复合毡、连续毡、尼克毡、聚酯表面毡、复合表面毡)和辅助材料(脱模剂、固化剂、低收缩添加剂以及填料)组成。
3.根据权利要求1所述的一种配置空间缠绕式FRP螺旋箍筋的固定式光伏桩基，其特征在于：所述树脂预浸渍纤维增强复合材料缠绕丝为树脂预浸渍拉挤片材或树脂预浸渍纤维纱，纤维采用单轴向、双轴向或多轴向的碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维或者杂交纤维。
4.根据权利要求1所述的一种配置空间缠绕式FRP螺旋箍筋的固定式光伏桩基，其特征在于：所述箍筋包括双向缠绕箍筋和单向缠绕箍筋。
5.根据权利要求3所述的一种配置空间缠绕式FRP螺旋箍筋的固定式光伏桩基，其特征在于：所述树脂预浸渍纤维增强复合材料缠绕丝采用不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂或酚醛树脂。
6.根据权利要求1所述的一种配置空间缠绕式FRP螺旋箍筋的固定式光伏桩基，其特征在于：所述各层纤维缠绕角度相同，或者缠绕角度由内向外逐渐变化。
7.根据权利要求6所述的一种配置空间缠绕式FRP螺旋箍筋的固定式光伏桩基，其特征在于：所述变角度缠绕面层可一次性缠绕成型，或者在上一层缠绕面层完成后再次缠绕，分次成型。
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