CN118223634A - 一种frp拉挤型材-海水海砂ecc组合梁及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种FRP拉挤型材‑海水海砂ECC组合梁及其制作方法。本发明中采用在FRP型材腔体内填充海水海砂ECC、且让FRP型材与FRP型材间的海水海砂ECC相互沟通连接,再用螺栓、螺钉等作为抗剪连接件,并将FRP型材与FRP型材连接起来,则可以实现刚性与柔性连接双重连接,且由于向FRP型材腔体内填充了海水海砂ECC,而海水海砂ECC具有的良好的控裂性能和延性,则让构件的刚度和延性得到充分保障。

Description

一种FRP拉挤型材-海水海砂ECC组合梁及其制作方法
技术领域
本发明涉及海工结构、港口和水工结构等工程技术领域,尤其涉及一种FRP拉挤型材-海水海砂ECC组合梁及其制作方法。
背景技术
河砂和淡水资源在基础设施建造中是不可或缺的资源,这导致河砂和淡水资源面临短缺。此外,随着社会的快速发展,为支撑其发展,向海洋要资源、向远海谋发展的号召,也对相应的工程技术能够跟上现实需求提出了严苛的要求。然而,由于海上环境恶劣常遭受风暴、大浪等袭扰,致使建造资源运输困难、成本高,且按照传统方法设计生产制作的钢筋混凝土建筑构件存在制作周期长,构件耐久遭受严重挑战的问题。
同时,现有的制作FRP拉挤型材混凝土构件技术,是直接将工字型FRP型材或者箱型FRP型材设置于构件受拉区承受拉应力、将混凝土置于FRP型材顶部承受压应力。这些技术均期望FRP型材和混凝土分别抗拉和抗压的材料特性得到充分发挥。但这些技术忽略了FRP型材具有弹性模量小、硬度低、易变形的缺点,致使生产制作出的构件投入使用时存在延性差、挠度大、易发生局部屈曲的问题,而为克服FRP型材因弹性模量小、硬度低、易变形的缺点,只能通过增加FRP型材的厚度,这样必然会导致建造成本增加。
此外,现有的技术大多直接将螺栓、栓钉以及其他型材布置于FRP型材上以充当剪力键后浇筑混凝土形成构件,或者直接采用螺栓、螺钉让FRP型材与FRP型材相连接后再浇筑混凝土形成构件,以期望FRP型材能够与混凝协同工作,但由于这种连接是柔性连接,导致FRP型材与混凝土难以很好地协同工作、共同受力,容易发生FRP型材与混凝土界面滑移。
发明内容
针对上述问题,现提供一种FRP拉挤型材-海水海砂ECC组合梁,该方法可就地取材,且具有低成本、快速、便捷的优点,同时制作获得的组合梁具备就地使用、可现场快速拼装的优点。
具体技术方案如下:
本发明的第一个方面是提供一种FRP拉挤型材-海水海砂ECC组合梁的制作方法,包括如下步骤:
1)依据需求设计确定组合梁的几何尺寸,依据组合梁的几何尺寸确定所需第一复合拉挤型材和第二复合拉挤型材的厚度和强度,以及第二复合拉挤型材上灌注孔尺寸、FRP筋材的直径和强度、海水海砂ECC强度、全螺纹螺栓和螺母的直径和长度;
其中,第一复合拉挤型材包括槽状成型板及翼缘,翼缘分别一一对应安装于拉挤部中的两侧侧腹板上;第二复合拉挤型材包括槽型底板及多个沿槽型底板的长度方向间隔设置的肋板,肋板沿槽型底板的宽度方向延伸至槽型底板的两端,槽型底板的底板上开设有灌注孔;
2)依据设计确定参数,定制构成第一复合拉挤型材、第二复合拉挤型材、全螺纹螺栓和螺母;
3)对第一复合拉挤型材、第二复合拉挤型材与海水海砂ECC接触的内表面进行喷砂、抛毛、粘砂处理;对第一复合拉挤型材的翼缘表面进行喷砂、抛毛处理;
4)在翼缘和第二复合拉挤型材相互接触连接的部位涂刷结构胶,然后利用全螺纹螺栓和螺母将第一复合拉挤型材的翼缘固定于第二复合拉挤型材的底板上;
5)利用FRP筋在横、纵方向分别等距布置横向FRP分布筋以及纵向FRP构造筋,再绑扎形成FRP筋网,将FRP筋网安装于第二复合拉挤型材顶部;
6)将海水海砂ECC从第二复合拉挤型材上的灌注孔灌入第一复合拉挤型材的槽状成型板内,并在槽状成型板灌满后,继续在第二复合拉挤型材上继续浇筑直至梁设计高度;
7)浇筑完毕后对组合梁进行养护处理。
进一步的,步骤1)中第一复合拉挤型材及第二复合拉挤型材的厚度tc和tf不小于3mm、抗拉强度不低于800MPa、弹性模量不低于40GPa、极限拉应变不低于2.0%。
进一步的,步骤1)第二复合拉挤型材中肋板为T型肋板,该肋板的肋肩间距Wl不小于10mm,肋高Hl不小于翼板厚度Hb的1/3;灌注孔宽Wk以槽状成型板的宽度为最大宽度,长Lk以小于第二复合拉挤型材中肋板间距Ll 20-40mm为开孔长度。
进一步的,步骤1)中FRP筋材为螺纹FRP筋材,抗拉强度不低于500MPa,弹性模量不低40GPa,极限拉应变不低于1.3%,纵向FRP构造筋直径不低于10mm,横向FRP分布筋直径不低于8mm。
进一步的,步骤1)中海水海砂ECC的强度不低于混凝土C30标准的相当强度。
进一步的,步骤1)中全螺纹螺栓的直径不低于10mm、长度为翼板厚度Hb的1/3~2/3。
进一步的,步骤1)中翼缘的翼缘宽度Wf为35mm~50mm,翼缘上螺栓孔的孔间距Lb不大于300mm。
进一步的,步骤5)中结构胶的厚度不小于2mm。
本发明的第二个方面是提供保护上述制作方法制作获得的FRP拉挤型材-海水海砂ECC组合梁。
上述方案的有益效果是:
1)本发明与传统钢筋混凝土结构、钢-混凝土组合结构比较,能够在海上岛礁及沿海周边区域,实现对海水海砂最大限度的就地取材、就地使用,且能够很好的应对海上各种恶劣环境;
2)本发明与传统钢筋混凝土结构、钢-混凝土组合结构比较,具有强度高、延性和耐久性好等优点;
3)本发明与传统的传统钢筋混凝土结构、钢-混凝土组合结构比较,具有免支模、工序少、施工简单、成本低,且能够现场快速浇筑和具备快速拼装的能力;
4)本发明能够在一定程度上对缓解我国和全球河砂和淡水资源在土木建筑工程领域应用上的短缺起一定的促进作用;
5)本发明中采用在FRP型材腔体内填充ECC、且让FRP型材与FRP型材间的ECC相互沟通连接,再用螺栓、螺钉等作为抗剪连接件,并将FRP型材与FRP型材连接起来,则可以实现刚性与柔性连接双重连接,且由于向FRP型材腔体内填充了ECC,而ECC具有的良好的控裂性能和延性,则让构件的刚度和延性得到充分保障。
附图说明
图1为本发明的实施例中提供的组合梁的整体结构示意图;
图2为图1中的A-A剖面图;
图3为图1中的B-B剖面图;
图4为本发明的实施例中提供的第二复合拉挤型材与筋网的组装示意图;
图5为本发明的实施例中提供的第二复合拉挤型材的主视结构示意图;
图6为本发明的实施例中提供的第一复合拉挤型材的的斜俯视图
附图中:1、螺栓孔;2、侧腹板;3、底腹板;4、腔体;5、翼缘;6、灌注孔;7、肋板;8、海水海砂ECC;9、第一拉挤型材;10、第二拉挤型材;11、横向分布筋;12、纵向构造筋;13、全螺纹螺栓;14、螺母;15、扎带。
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作出创造性劳动的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。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,但不作为本发明的限定。
如图1至图6所示,本发明的实施例中提供的FRP拉挤型材-海水海砂ECC组合梁,其制作方法为:
1)依据需求设计确定组合梁的几何尺寸,依据组合梁的几何尺寸确定所需第一复合拉挤型材和第二复合拉挤型材的厚度和强度,以及第二复合拉挤型材上灌注孔尺寸、FRP筋材的直径和强度、海水海砂ECC强度、全螺纹螺栓和螺母的直径和长度;
2)依据设计确定参数,定制构成第一复合拉挤型材、第二复合拉挤型材、全螺纹螺栓和螺母;
3)对第一复合拉挤型材、第二复合拉挤型材与海水海砂ECC接触的内表面进行喷砂、抛毛、粘砂处理;对第一复合拉挤型材的翼缘表面进行喷砂、抛毛处理;
5)在翼缘和第二复合拉挤型材相互接触连接的部位涂刷结构胶,然后利用全螺纹螺栓和螺母将第一复合拉挤型材的翼缘固定于第二复合拉挤型材的底板上;
6)利用FRP筋在横、纵方向分别等距布置横向FRP分布筋以及纵向FRP构造筋,再绑扎形成FRP筋网,将FRP筋网安装于第二复合拉挤型材顶部;
7)将海水海砂ECC从第二复合拉挤型材上的灌注孔灌入第一复合拉挤型材的槽状成型板内,并在槽状成型板灌满后,继续在第二复合拉挤型材上继续浇筑直至梁设计高度;
8)浇筑完毕后对组合梁进行养护处理。
本发明中第一复合拉挤型材包括底腹板3、位于底腹板3两端的侧腹板2和对应安装于侧腹板2上的翼缘5,底腹板3及侧腹板2连接形成槽状成型板,翼缘宽度Wf范围为35mm~50mm,翼缘5上开的螺栓孔1孔间距Lb不大于300mm,优选的,翼缘宽度Wf为45mm,翼缘5上开的螺栓孔1孔间距Lb为150mm;第二复合拉挤型材10包括槽型底板及及多个沿底板的长度方向间隔设置的肋板,该底板上开设有灌注孔。
具体的,上述第一复合拉挤型材及第二复合拉挤型材的厚度tc、tf均不小于3mm,第一复合拉挤型材及第二复合拉挤型材的抗拉强度不低于800MPa、弹性模量不低于40GPa、极限拉应变不低于2.0%;优选的,第一复合拉挤型材及第二复合拉挤型材厚度tf和tc均为5mm、抗拉强度为800MPa、弹性模量为120GPa,极限拉应变为2%。
具体的,第二复合拉挤型材中肋板为T型肋板,该肋板的肋肩间距Wl不小于10mm,肋高Hl不小于翼板厚度Hb的1/3;灌注孔截面成长方体状,其宽Wk以槽状成型板的宽度为最大宽度,长Lk以小于第二复合拉挤型材中肋板间距Ll 20-40mm为开孔长度;优选的,T型肋7肋肩间距Wl为12mm,肋高Hl为翼板厚度Hb的2/3,板面内开的矩形孔6孔尺寸Lk×Wk为100mm×100mm。
具体的,FRP筋为螺纹FRP筋材,其抗拉强度不低于500MPa,弹性模量不低40GPa,极限拉应变不低于1.3%,纵向FRP构造筋12直径不低于10mm,横向FRP分布筋11直径不低于8mm,优选的,FRP筋材强度为500MPa,弹性模量为120GPa,纵向FRP构造筋12直径为10mm,横向FRP分布筋11直径为10mm。
具体的,海水海砂ECC8是一种不需要河砂,仅需要硅酸盐水泥、粒化高炉矿渣、增强纤维、减水剂、粉煤灰、海水和海砂即可生产制作的高延性纤维增强水泥基复合材料,同时其强度不低于混凝土C30标准的相当强度,优选的,海水海砂ECC 8强度具有混凝土C40标准的相当强度。
具体的,全螺纹螺栓13和螺母14的直径不低于10mm、长度为翼板厚度Hb的1/3~2/3,优选的,全螺纹高强不锈钢螺栓13和螺母14的直径为12mm,螺栓长度为翼板厚度Hb的1/3。
以上所述仅为本发明较佳的实施例,并非因此限制本发明的实施方式及保护范围,对于本领域技术人员而言,应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案,均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种FRP拉挤型材-海水海砂ECC组合梁的制作方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)依据需求设计确定组合梁的几何尺寸,依据组合梁的几何尺寸确定所需第一复合拉挤型材和第二复合拉挤型材的厚度和强度,以及第二复合拉挤型材上灌注孔尺寸、FRP筋材的直径和强度、海水海砂ECC强度、全螺纹螺栓和螺母的直径和长度;
其中,第一复合拉挤型材包括槽状成型板及翼缘;第二复合拉挤型材包括槽型底板及多个沿槽型底板的长度方向间隔设置的肋板,肋板沿槽型底板的宽度方向延伸至槽型底板的两端;
2)依据设计确定参数,定制第一复合拉挤型材、第二复合拉挤型材、全螺纹螺栓和螺母;
3)对第一复合拉挤型材、第二复合拉挤型材与海水海砂ECC接触的内表面进行喷砂、抛毛、粘砂处理;对第一复合拉挤型材的翼缘表面进行喷砂、抛毛处理;
4)在翼缘和第二复合拉挤型材相互接触连接的部位涂刷结构胶,然后利用全螺纹螺栓和螺母将第一复合拉挤型材的翼缘固定于第二复合拉挤型材的底板上;
5)利用FRP筋在横、纵方向分别等距布置横向FRP分布筋以及纵向FRP构造筋,再绑扎形成FRP筋网,将FRP筋网安装于第二复合拉挤型材顶部;
6)将海水海砂ECC从第二复合拉挤型材上的灌注孔灌入第一复合拉挤型材的槽状成型板内,并在槽状成型板灌满后,继续在第二复合拉挤型材上继续浇筑直至梁设计高度;
7)浇筑完毕后对组合梁进行养护处理。
2.根据权利要求1所述的制作方法,其特征在于,步骤1)中第一复合拉挤型材及第二复合拉挤型材的厚度tc和tf不小于3mm、抗拉强度不低于800MPa、弹性模量不低于40GPa、极限拉应变不低于2.0%。
3.根据权利要求1所述的制作方法,其特征在于,步骤1)第二复合拉挤型材中肋板为T型肋板,该肋板的肋肩间距Wl不小于10mm,肋高Hl不小于翼板厚度Hb的1/3;灌注孔宽Wk以槽状成型板的宽度为最大宽度,长Lk以小于第二复合拉挤型材中肋板间距Ll 20-40mm为开孔长度。
4.根据权利要求1所述的制作方法,其特征在于,步骤1)中FRP筋材为螺纹FRP筋材,抗拉强度不低于500MPa,弹性模量不低40GPa,极限拉应变不低于1.3%,纵向FRP构造筋直径不低于10mm,横向FRP分布筋直径不低于8mm。
5.根据权利要求1所述的制作方法,其特征在于,步骤1)中使用的海水海砂ECC强度不得低于混凝土C30标准的相当强度。
6.根据权利要求1所述的制作方法,其特征在于,步骤1)中全螺纹螺栓的直径不小于10mm、长度为翼板厚度Hb的1/3~2/3。
7.根据权利要求1所述的制作方法,其特征在于,步骤1)中翼缘的翼缘宽度Wf为35mm~50mm,翼缘上螺栓孔的孔间距Lb不大于300mm。
8.根据权利要求1所述的制作方法,其特征在于,步骤5)中结构胶的厚度不小于2mm。
9.一种FRP拉挤型材-海水海砂ECC组合梁,其特征在于,根据权利要求1-8任一项所述制作方法制作获得。
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