CN209670189U - 一种混凝土-frp的组合结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种混凝土‑FRP组合结构，包括：FRP拉挤型材外管、FRP内管、FRP网格、核心混凝土和主体混凝土；其中FRP内管与FRP网格均轴向平行设置于FRP拉挤型材外管内部，分别作为受压力区和受拉力区，核心混凝土浇筑于FRP内管内部，进一步提升受压力区的抗压强度；主体混凝土填充于FRP拉挤型材外管、FRP内管与FRP网格之间的空隙中，在FRP拉挤型材外管的约束下承担部分剪力，同时在三者的共同作用下提高了整体的抗压强度、抗拉强度，抗裂性能以及承载力，且生产方法简便，便于产业化。

Description

一种混凝土-FRP的组合结构

技术领域

本实用新型属于土木工程技术领域，尤其涉及一种混凝土-FRP的组合结构。

背景技术

传统的钢筋混凝土结构中，水泥石、砂浆与混凝土的主要缺点是：抗拉强度低、极限延伸率小、脆性。在混凝土中加入抗拉强度高、极限延伸率大、抗碱性好的纤维，可以克服这些缺点。纤维混凝土以水泥浆、砂浆或混凝土作基材，以纤维作增强材料，使混凝土的抗拉、抗弯、抗冲击强度及延伸率和韧性得以提高。

钢筋混凝土结构的另一个问题是，随着使用时间的增长，尤其是当结构暴露在恶劣环境下(如公路桥梁、水工建筑、沿海建筑等)，处于钢筋骨架最外侧的箍筋最先被锈蚀而体积膨胀，导致混凝土剥落，进而加速内部钢筋的锈蚀，严重影响结构的承载力，造成巨大安全隐患。国内外学者经过几十年的研究，认为采用纤维增强复合材料(FiberReinforcedPolymer，简称FRP，又称复材)代替钢筋是解决上述问题有效的办法。复材是指将碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维等一种或多种高性能连续纤维浸渍在耐腐蚀性能良好的树脂中形成的复合材料，具有轻质、高强、耐久性好、抗腐蚀能力强、可设计性强等优点。高性能复材包括复材筋、复材网格、复材管、复合型材等多种形式的复合材料，通过不同形式的灵活组合，来满足不同结构的使用要求。

FRP拉挤型材是近年来研制出的新型复材产品，是指碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维等高性能纤维粗纱或其织物在外力牵引下，经过浸胶、挤压成型、加热固化、定长切割，连续生产线型制品的一种方法。FRP拉挤型材制品形式多样，有开孔圆管、方管等，将其与混凝土或纤维混凝土复合，既能发挥其抗拉强度高、耐腐蚀等优点，又能充分利用纤维混凝土的抗压强度和抗开裂性能，因而将纤维混凝土与FRP拉挤型材管复合的组合结构样式层出不穷。

但是现有技术中的FRP-混凝土中，因为FRP筋是高强脆性材料，FRP筋材达到其抗拉极限时发生脆性断裂，因此不能像传统钢筋混凝土梁一样，通过梁底受拉钢筋的拉伸屈服而实现延性破坏，从而使FRP筋材在推广应用上受到一定的限制。并且由于其中混凝土抗拉强度低、极限延伸率小、脆性的特点，使得混凝土梁弯曲受拉时，很容易开裂，受拉力区混凝土很早退出工作，因而降低了梁的抗弯承载力。

因此，如何提供一种抗拉强度高、耐腐蚀性好、弹性模量高且刚度大无脆性的FRP-混凝土结构是本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种混凝土与FPR的组合结构，该结构结合了 FRP与混凝土的优点，通过结构上的组合克服了现有技术存在的缺陷，使其具有更高的抗拉强度、弹性模量以及刚度，并且耐腐蚀无脆性，具有优异的整体性能。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种混凝土-FRP组合结构，包括：FRP拉挤型材外管、FRP内管、FRP网格、核心混凝土和主体混凝土；

其中，所述FRP内管与所述FRP网格均轴向平行设置于所述FRP拉挤型材外管内部，所述核心混凝土浇筑于所述FRP内管内部，所述主体混凝土浇筑于所述FRP拉挤型材外管、所述FRP内管与所述FRP网格之间的空隙中。

本实用新型通过在混凝土结构外壁配置FRP拉挤型材外管，内部受力区配置填充核心混凝土的FRP内管和FRP网格，使外管保证了整体性并承担部分抗剪力作用，同时内管约束核心混凝土，使核心混凝土在受力作用下的破坏呈现出明显的延性，从而使得整体呈现良好的延性，FRP网格进一步提升延性。

进一步的，所述FRP拉挤型材外管形状包括但不限于方管、圆管和椭圆管。

优选的，所述FRP拉挤型材外管为方管，所述FRP拉挤型材外管一侧设置有翼缘，另一侧设置有与所述翼缘匹配的台阶槽，翼缘与台阶槽匹配，使相邻两个组合结构整体之间连接便捷且紧密。

优选的，所述FRP拉挤型材外管、所述FRP内管和所述FRP网格的材质均为碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、芳纶纤维中的任意一种。

优选的，所述FRP网格按照超筋标准配置，使受拉力区的FRP网格不会发生拉断破坏，以保证受压力区核心混凝土充分发挥其强度及变形能力，从而提高整体结构的延性。

优选的，所述核心混凝土为自密实混凝土或膨胀混凝土，自密实混凝土能够在重力作用下流动、密实，从而使其可紧密填充于狭小空间的FRP内管内部而无需附加振动；膨胀混凝土具有补偿收缩和产生自应力功能，还具有早期快硬、后期强度高的特点，使混凝土充分填充内管且使内管具有更强的受力性能。

优选的，所述主体混凝土为纤维增强混凝土，其中纤维为聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维中的任意一种，纤维增强混凝土可改善混凝土的抗拉性能差、延性差等缺点，提升组合结构的整体性能。

本实用新型提供的上述一种混凝土-FRP组合结构的生产方法，包括以下步骤：

(1)确定FRP拉挤型材外管和FRP内管截面尺寸及FRP网格尺寸；

(2)将所述步骤(1)的尺寸信息反馈给工厂进行加工制作成型；

(3)配置核心区混凝土并浇筑于所述步骤(2)制作成型的FRP内管中，之后进行FRP内管养护；

(4)预固所述步骤(2)中制作成型的FRP拉挤型材外管，将所述步骤(3) 中养护完成的FRP内管与所述步骤(2)中制作成型的FRP网格固定于FRP拉挤型材外管内部；

(5)将步骤(4)中配置好的FRP拉挤型材外管一端封固作为封闭端，保留另一端作为主体混凝土的浇筑输送端；

(6)配置主体混凝土，从浇筑输送端向FRP拉挤型材外管内浇筑主体混凝土成型，之后封固养护。

优选的，所述步骤(4)在预固FRP拉挤型材外管前对所述FRP拉挤型材外管进行临时封锚，避免施工过程对裸漏的锚端造成损坏。

优选的，所述步骤(3)中的FRP内管养护合格标准是FRP内管中填充的核心混凝土凝结即可。

经由上述技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开的一种混凝土 -FRP的组合结构具有如下技术效果：

1)外管材质为FRP拉挤型材，其具有抗拉强度高、耐腐蚀、抗压强度高级抗开裂性能强的特点，保证结构的整体性并承担部分抗剪力作用；内管约束核心混凝土作为集中受力区，进一步提升了组合结构整体的抗压强度；FRP网格具有FRP优良的抗拉性能，将其置于组合结构中提升整体的抗拉性能，三者协同增效，有效提升组合结构的整体性能，并且制备方法简便快捷，利于产业应用；

2)本实用新型通过FRP拉挤型材外管约束混凝土，其中FRP拉挤型材外管可以作为模板，不用支模，因而施工之前可以做成预制构件，实现装配式的理念，施工更加方便；

3)同时FRP拉挤型材外管约束混凝土，内部填充的混凝土与FRP拉挤型材外管形成整体，相比于空心的FRP拉挤型材管大大提高了截面的刚度，而且内部填充混凝土可以防止FRP拉挤型材管弯曲；

4)本实用新型使用的纤维增强混凝土，可以提高混凝土的抗拉强度，改善混凝土抗裂性能；

5)本实用新型采用FRP网格可以大大提高结构或构件的承载能力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本实用新型的整体结构示意图；

图2附图为本实用新型的截面结构示意图；

图3附图为本实用新型FRP内管结构示意图；

图4附图为本实用新型FRP内管截面图；

图5附图为本实用新型FRP网格示意图；

图6附图为本实用新型工艺流程图；

图中：1、FRP拉挤型材外管，11、翼缘，12、台阶槽，2、FRP内管，3、 FRP网格，4、核心混凝土，5、主体混凝土。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如附图1-6所示，一种混凝土-FRP组合结构，包括：FRP拉挤型材外管1、 FRP内管2、FRP网格3、核心混凝土4和主体混凝土5；

FRP内管2与FRP网格3均轴向平行设置于FRP拉挤型材外管1内部，核心混凝土4浇筑于FRP内管2内部，主体混凝土5浇筑于FRP拉挤型材外管1、 FRP内管2与FRP网格3之间的空隙中。

其中，FRP拉挤型材外管1形状包括但不限于方管、圆管和椭圆管。

如附图1所示，为了进一步优化上述方案，FRP拉挤型材外管1设置为方管， FRP拉挤型材外管1一侧设置有翼缘11，另一侧设置有与翼缘11匹配的台阶槽 12，便于两两之间的连接。

为了进一步优化上述技术方案，FRP拉挤型材外管1、FRP内管2和FRP网格3的材质均为碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、芳纶纤维中的任意一种。

为了进一步优化上述方案，FRP网格3按照超筋标准配置，保证受拉力区的 FRP网格不会发生拉断破坏，进而保证受压力区核心混凝土充分发挥其强度及变形能力，从而提高整体结构的延性。

为了进一步优化上述方案，核心混凝土4为自密实混凝土或膨胀混凝土。

为了进一步优化上述方案，主体混凝土5为纤维增强混凝土，其中纤维为聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维中的任意一种。

如附图1-6所示，本实用新型提供的一种混凝土-FRP组合结构的生产方法，包括以下步骤：

(1)确定FRP拉挤型材外管1和FRP内管2截面尺寸及FRP网格3尺寸；

(2)将步骤(1)的尺寸信息反馈给工厂进行加工制作成型；

(3)配置核心区混凝土4并浇筑于步骤(2)制作成型的FRP内管2中，之后进行FRP内管2养护；

(4)预固步骤(2)中制作成型的FRP拉挤型材外管1，将步骤(3)中养护完成的FRP内管2与步骤(2)中制作成型的FRP网格3固定于FRP拉挤型材外管1内部；

(5)将步骤(4)中配置好的FRP拉挤型材外管1一端封固作为封闭端，保留另一端作为浇筑输送端；

(6)配置主体混凝土5，从浇筑输送端向FRP拉挤型材外管1内浇筑主体混凝土5成型，之后封固养护。

为了进一步优化上述技术方案，步骤(4)在预固FRP拉挤型材外管前对FRP 拉挤型材外管进行临时封锚。

为了进一步优化上述技术方案，步骤(3)中的FRP内管养护合格标准是FRP 内管中填充的核心混凝土凝结即可，缩短制备工期，提升效率同时不影响结构性能。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种混凝土-FRP组合结构，其特征在于，包括：FRP拉挤型材外管(1)、FRP内管(2)、FRP网格(3)、核心混凝土(4)和主体混凝土(5)；

其中，所述FRP内管(2)与所述FRP网格(3)均轴向平行设置于所述FRP拉挤型材外管(1)内部，所述核心混凝土(4)填充于所述FRP内管(2)内部，所述主体混凝土(5)填充于所述FRP拉挤型材外管(1)、所述FRP内管(2)与所述FRP网格(3)之间的空隙中。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土-FRP组合结构，其特征在于，所述FRP拉挤型材外管(1)形状为方管、圆管或椭圆管。

3.根据权利要求2所述的一种混凝土-FRP组合结构，其特征在于，所述FRP拉挤型材外管(1)为方管，所述FRP拉挤型材外管(1)一侧设置有翼缘(11)，另一侧设置有与所述翼缘(11)匹配的台阶槽(12)。

4.根据权利要求1所述的一种混凝土-FRP组合结构，其特征在于，所述FRP拉挤型材外管(1)、所述FRP内管(2)和所述FRP网格(3)的材质均为碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、芳纶纤维中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种混凝土-FRP组合结构，其特征在于，所述FRP网格(3)按照超筋标准配置。

6.根据权利要求1所述的一种混凝土-FRP组合结构，其特征在于，所述核心混凝土(4)为自密实混凝土或膨胀混凝土。

7.根据权利要求1所述的一种混凝土-FRP组合结构，其特征在于，所述主体混凝土(5)为纤维增强混凝土，其中纤维为聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维或聚丙烯腈纤维中的任意一种。