CN217630090U - 一种高承载力和耐高温的钢壳-ecc-混凝土组合结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种高承载力和耐高温的钢壳‑ECC‑混凝土组合结构，包括混凝土层、结合层、ECC层和ALC板；ALC板上表面固定底板，底板中心轴线上固定纵隔板，纵隔板上固定与底板位置相对的顶板，纵隔板的宽度方向设有若干个横隔板，底板上表面沿轴向设有若干个纵肋，每个纵肋宽度方向的一侧均固定有剪力键，若干个纵肋的宽度方向固定T型肋，顶板的下表面固定T型肋，顶板、底板、纵隔板、横隔板、T型肋、纵肋和剪力键形成钢壳结构；底板的翼缘上浇筑有ECC层，ECC层包裹纵肋、T型肋和剪力键，ECC层上浇筑结合层，结合层包括胶粘剂和位于胶粘剂上的若干摩擦力增加块，结合层和顶板之间浇筑有混凝土层。

Description

一种高承载力和耐高温的钢壳-ECC-混凝土组合结构

技术领域

本实用新型涉及隧道抗火及耐火领域，特别涉及一种高承载力和耐高温的钢壳-ECC-混凝土组合结构。

背景技术

钢壳混-凝土组合结构多用于隧道结构，特别在深海沉管隧道中有诸多应用。隧道作为交通的关键线路和控制节点，其发生火灾将会造成较大的经济损失。隧道内失火原因多为卡车相撞、卡车发动机自燃、卡车燃油泄漏起火。由于隧道主体结构空间封闭且狭长，通风效果差，导致火灾后温度升高速度快，在几分钟内便可升温至1000℃左右。由于隧道内发生火灾时温度一般都高于 1000℃，远超钢材与混凝土材料的极限温度，钢壳内的混凝土在高温作用下易产生爆裂。这不仅会导致隧道衬砌结构的损坏，降低其承载力和安全性能，还会影响灾后抢险保通与长期安全运营。

除此之外，钢壳-混凝土组合梁承受荷载后，混凝土容易产生裂缝，为腐蚀物质的侵入创造了条件。腐蚀介质的侵入将使得T型肋及剪力键锈蚀从而造成结构刚度减小、承载力降低，影响结构的耐久性。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种高承载力和耐高温的钢壳-ECC-混凝土组合结构，可用于沉管隧道管节顶板中，可有效降低隧道内火灾的蔓延。

为达到上述目的，所采用的技术方案为：

一种高承载力和耐高温的钢壳-ECC-混凝土组合结构，包括混凝土层、结合层、ECC层和ALC板；

所述ALC板的上表面固定有底板，底板的中心轴线上固定有纵隔板，纵隔板上固定有与底板位置相对的顶板，纵隔板的宽度方向设置有若干个横隔板，底板的上表面沿轴向设置有若干个纵肋，每个纵肋宽度方向的一侧均固定有剪力键，若干个纵肋的宽度方向固定有T型肋，顶板的下表面固定有T型肋，顶板、底板、纵隔板、横隔板、T型肋、纵肋和剪力键形成钢壳结构；

所述底板的翼缘上浇筑有ECC层，ECC层包裹有纵肋、T型肋和剪力键， ECC层上浇筑有结合层，结合层包括胶粘剂和位于胶粘剂上的若干摩擦力增加块，结合层和顶板之间浇筑有混凝土层。

优选的，所述的横隔板均匀分布在纵隔板的宽度方向，形成若干个舱室，每个舱室中纵隔板的中心开设有用于混凝土浇筑的预留孔。

优选的，所述的剪力键均匀固定在每个纵肋的一侧，所有的剪力键在底板上呈阵列式分布。

进一步，所述的剪力键为栓钉。

优选的，所述结合层的厚度为5～6mm。

进一步，所述胶粘剂的厚度为2～3mm，摩擦力增加块为碎石子，碎石子的粒径为5～10mm。

优选的，所述的底板通过螺栓固定在ALC板上。

优选的，所述ECC层的厚度小于或等于10cm，混凝土层的厚度大于或等于30cm。

优选的，所述的T型肋为若干个，每个T型肋沿纵肋的宽度方向插接在所有的纵肋中，T型肋沿纵肋的长度方向均匀分布。

进一步，所述T型肋在顶板的下表面均匀排布，顶板上的T型肋与底板上的T型肋交错设置。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型一种高承载力和耐高温的钢壳-ECC-混凝土组合结构，在ALC 板的上表面设计了包含底板、纵隔板和顶板的工字型钢壳结构，之后进一步在纵隔板宽度方向设置横隔板，在底板上固定纵肋、剪力键和T型肋，以及在顶板下表面固定T型肋，这样的钢壳结构可以保证很高的稳定性，便于之后依次在其中自下而上浇筑有ECC层、结合层和混凝土层，结合层中由于有胶粘剂和摩擦力增加块，使得两者的结合更加紧密，避免了ECC层与混凝土层之间产生滑移，进而增强了组合结构的刚度、稳定性和承载力，从而避免组合梁提前失效。普通混凝土在高温作用下容易产生爆裂剥落，降低结构的承载力，而ECC 材料的抗爆裂剥落能力优于普通混凝土，低导热性将显著改善组合结构的耐高温性能，而且ECC具有良好的耐久性能，不含粗骨料，其细骨料的密实型好。受力破坏时，细而密的微裂缝能够有效阻止腐蚀性介质的渗入，从而极大延长结构构件的寿命。ECC中掺入了乱向分布的纤维，其桥接作用有效提高了结构的开裂强度。本实用新型的组合结构兼具两者优点，可以有效的解决传统钢壳混凝土结构的耐火性差、耐久性差、易开裂等问题。组合结构在承受荷载后，ECC层产生的裂缝为多个细小裂缝而不是宽大的单个裂缝，从而有效阻止了腐蚀物质的入侵，很好地保护了其内部的剪力键、T型肋及纵肋，使得剪力键更好的传递剪力。并且ECC层具有优越的抗疲劳性能，不易发生疲劳破坏，对提高组合结构的疲劳寿命产生了有益影响，从而避免组合梁提前失效。在组合结构受高温传热过程中，由于钢材的导热系数约为普通混凝土的20～30倍，热量传递速率明显高于普通混凝土，其对温度十分敏感。随着温度的升高，钢材的力学性能发生明显的退化。作为一种不燃的无机材料，ALC板材具有很好的耐火性能，在钢壳底板上安装ALC板可显著降低温度对钢材力学性能的影响。

附图说明

图1为本实用新型所述钢壳-ECC-混凝土组合结构的整体示意图；

图2为图1的剖视图；

图3为图1中钢壳的结构示意图。

图中：1-混凝土层；2-结合层；3-ECC层；4-ALC板；5-顶板；6-T型肋； 7-纵肋；8-预留孔；9-剪力键；10-横隔板；11-底板；12-纵隔板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型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。

本实用新型一种高承载力和耐高温的钢壳-ECC-混凝土组合结构，该结构可用于组合梁，参见图1和图2，包括混凝土层1、结合层2、ECC层3、ALC 板4，以及图3中的顶板5、T型肋6、纵肋7、剪力键9、横隔板10、底板11 和纵隔板12，其中ECC即工程水泥基复合材料，其作为一种高性能混凝土， ECC导热系数远低于混凝土，其导热系数约为0.5W/m·K，约为普通混凝土的 1/4～1/3。

图3的钢壳结构中，ALC板4的上表面通过螺栓固定有底板11，底板11 的中心轴线上固定有纵隔板12，纵隔板12上固定有与底板11位置相对的顶板 5，纵隔板12的宽度方向设置有若干个横隔板10，底板11翼缘上沿轴向焊接有若干个纵肋7，每个纵肋7宽度方向的一侧均固定有剪力键9，若干个纵肋7 的宽度方向固定有若干个T型肋6，每个T型肋6沿纵肋7的宽度方向插接在所有的纵肋7中，T型肋6沿纵肋7的长度方向均匀分布，而顶板5的下表面均匀焊接有T型肋6，保证顶板5上的T型肋6与底板11上的T型肋6交错排布，以便增加该复合结构的稳定性。

具体地，将顶板5、底板11、一个纵隔板12和二个横隔板10焊接为一纵二横的交错隔板，二个横隔板10均匀分布在纵隔板12的宽度方向，形成三个舱室，在每个舱室的正中开设有用于混凝土浇筑的预留孔8。剪力键9均匀固定在每个纵肋7的一侧，所有的剪力键9沿底板11轴线方向按矩形阵列分布。

如图1所示，底板11的翼缘上浇筑有ECC层3，ECC层3包裹所有的纵肋7、T型肋6和剪力键9，当ECC层3达到设计强度，在ECC层3的顶面浇筑有厚度为5～6mm的结合层2，结合层2包括胶粘剂和位于胶粘剂上的若干摩擦力增加块，当结合层2达到设计强度，在结合层2和顶板5翼缘下面之间浇筑有混凝土层1。

在具体实施时，顶板5、底板11及纵隔板12、横隔板10也可以进一步选择经防腐处理后的相应板材。ECC层3的厚度不小于10cm，可保证ECC层3 将剪力键9、T型肋6及纵肋7完全包裹，为整个结构提供良好的耐火性能，同时可以延长腐蚀物质渗透ECC层3到达剪力键9表面的时间，从而增强组合结构的抗腐蚀性。

其中，剪力键9为栓钉。具体地，混凝土层1的厚度大于等于30cm,且大于等于ECC层2厚度的1.5倍，以进一步提高组合结构的耐久性和承载能力，

另外，结合层2由胶粘剂和位于胶粘剂上的若干摩擦力增加块构成。具体地，胶粘剂为环氧树脂胶，其厚度为2～3mm，摩擦力增加块为碎石子，其粒径为5～10mm。

以一个具体的组合结构为例，本实用新型一种高承载力和耐高温的钢壳- ECC-混凝土组合结构在具体浇筑时，包括如下过程：

S1、将均50cm宽和180cm长的顶板5、底板11以及一个180cm长、 45cm高的纵隔板12，二个45cm高、50cm长的横隔板10焊接为一纵二横交错隔板，交错隔板将整个钢壳结构为三个舱室；

S2、分别在三个舱室的正中各打一个直径为20cm的混凝土浇筑预留孔；

S3、在底板11翼缘上均匀焊接9个T型肋6和4个纵肋7，在底板11翼缘上均匀固定间隔为10cm的栓钉9，栓钉9在纵肋7的一侧，与纵肋7等高；

S4、在顶板5翼缘下表面也均匀焊接9个T型肋6，此处的T型肋6与底板11上的T型肋6交错设置，之后用螺栓在ALC板4上安装底板11；

S5、在底板11翼缘上浇筑10cm高的ECC层3，将栓钉9、T型肋6及纵肋7完全包裹；

S6、当ECC层3达到设计强度时，在ECC层3的顶面上浇筑6mm高的结合层2；具体是先在ECC层3的顶面涂抹环氧树脂胶后均匀撒上粒径为5～ 10mm的碎石子，采用环氧树脂胶作为胶粘剂将ECC层与混凝土层有效粘结起来。

S7、当结合层2达到设计强度，在结合层2上浇筑35cm高的混凝土层1，完成高承载力和耐高温的钢壳-ECC-混凝土组合结构的浇筑。

Claims (10)

1.一种高承载力和耐高温的钢壳-ECC-混凝土组合结构，其特征在于，包括混凝土层(1)、结合层(2)、ECC层(3)和ALC板(4)；

所述ALC板(4)的上表面固定有底板(11)，底板(11)的中心轴线上固定有纵隔板(12)，纵隔板(12)上固定有与底板(11)位置相对的顶板(5)，纵隔板(12)的宽度方向设置有若干个横隔板(10)，底板(11)的上表面沿轴向设置有若干个纵肋(7)，每个纵肋(7)宽度方向的一侧均固定有剪力键(9)，若干个纵肋(7)的宽度方向固定有T型肋(6)，顶板(5)的下表面固定有T型肋(6)，顶板(5)、底板(11)、纵隔板(12)、横隔板(10)、T型肋(6)、纵肋(7)和剪力键(9)形成钢壳结构；

所述底板(11)的翼缘上浇筑有ECC层(3)，ECC层(3)包裹有纵肋(7)、T型肋(6)和剪力键(9)，ECC层(3)上浇筑有结合层(2)，结合层(2)包括胶粘剂和位于胶粘剂上的若干摩擦力增加块，结合层(2)和顶板(5)之间浇筑有混凝土层(1)。

2.根据权利要求1所述的高承载力和耐高温的钢壳-ECC-混凝土组合结构，其特征在于，所述的横隔板(10)均匀分布在纵隔板(12)的宽度方向，形成若干个舱室，每个舱室中纵隔板(12)的中心开设有用于混凝土浇筑的预留孔(8)。

3.根据权利要求1所述的高承载力和耐高温的钢壳-ECC-混凝土组合结构，其特征在于，所述的剪力键(9)均匀固定在每个纵肋(7)的一侧，所有的剪力键(9)在底板(11)上呈阵列式分布。

4.根据权利要求3所述的高承载力和耐高温的钢壳-ECC-混凝土组合结构，其特征在于，所述的剪力键(9)为栓钉。

5.根据权利要求1所述的高承载力和耐高温的钢壳-ECC-混凝土组合结构，其特征在于，所述结合层(2)的厚度为5～6mm。

6.根据权利要求5所述的高承载力和耐高温的钢壳-ECC-混凝土组合结构，其特征在于，所述胶粘剂的厚度为2～3mm，摩擦力增加块为碎石子，碎石子的粒径为5～10mm。

7.根据权利要求1所述的高承载力和耐高温的钢壳-ECC-混凝土组合结构，其特征在于，所述的底板(11)通过螺栓固定在ALC板(4)上。

8.根据权利要求1所述的高承载力和耐高温的钢壳-ECC-混凝土组合结构，其特征在于，所述ECC层(3)的厚度小于或等于10cm，混凝土层(1)的厚度大于或等于30cm。

9.根据权利要求1所述的高承载力和耐高温的钢壳-ECC-混凝土组合结构，其特征在于，所述的T型肋(6)为若干个，每个T型肋(6)沿纵肋(7)的宽度方向插接在所有的纵肋(7)中，T型肋(6)沿纵肋(7)的长度方向均匀分布。

10.根据权利要求9所述的高承载力和耐高温的钢壳-ECC-混凝土组合结构，其特征在于，所述T型肋(6)在顶板(5)的下表面均匀排布，顶板(5)上的T型肋(6)与底板(11)上的T型肋(6)交错设置。

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