全FRP筋增强ECC‑混凝土组合梁构件及其制备方法与流程

文档序号:11194460
全FRP筋增强ECC‑混凝土组合梁构件及其制备方法与流程

本发明属于建筑、桥梁、港口工程领域,具体涉及一种全FRP筋增强ECC-混凝土组合梁构件。



背景技术:

目前,钢筋混凝土结构构件的耐久性问题是土木工程领域备受关注的世界性问题。其中,钢筋锈蚀是影响结构构件耐久性问题的最重要因素之一。钢筋锈蚀容易引起结构构件过早出现损伤和性能劣化,降低结构构件的承载能力,严重时会影响结构构件的安全性和使用寿命,给人民的生命财产安全带来巨大的损失。

FRP筋是以纤维或者纤维织物为增强体,以树脂为基体形成的复合筋材。与钢筋相比,FRP筋具有抗拉强度高、耐久性能好、质量轻、抗疲劳性能好、电磁绝缘性能好等优点。已有研究和工程应用表明,采用FRP筋取代钢筋或预应力钢筋用于恶劣环境中的混凝土结构,可从根本上解决钢筋的锈蚀问题,提高结构耐久性能和使用寿命,减少维护费用。然而,FRP筋增强混凝土结构仍有一些不足之处,主要表现在:(1)弹脆性的FRP筋与脆性的混凝土材料复合使用时,表现出较差的延性性能。(2)FRP筋的弹性模量较低,配置FRP筋的混凝土构件易出现过大的变形和过大裂纹宽度,严重影响其正常使用性能。过大的开裂裂缝又使FRP筋暴露于恶劣的环境中,引发新的耐久性问题。(3)FRP筋与混凝土间的变形协调能力差,在混凝土开裂后易造成界面粘结失效,引起顺筋裂缝的产生,进一步加剧表层混凝土剥落,甚至造成FRP筋的断裂。

ECC材料是一种纤维体积掺量仅为2%左右的新型超高延性纤维增强水泥基复合材料。ECC材料在拉伸荷载作用时,呈现出多裂纹开裂及应变硬化特性,例如它的极限拉应变可达到0.02-0.06,是混凝土的300-500倍;裂纹宽度在60μm左右,裂纹间隙为3-6mm。ECC材料具有优越的延展性和微裂纹控制能力,与FRP筋复合使用时,不仅可以与FRP筋协调变形,充分利用FRP筋的高强度特性,而且还可以控制裂纹宽度,提高结构的承载能力、延性性能和耐久性。



技术实现要素:

本发明的目的在于针对上述现有技术中普通钢筋混凝土梁及FRP筋增强混凝土梁的不足,提供一种全FRP筋增强ECC-混凝土组合梁构件及其制备方法,将性能优越的FRP筋与高延性水泥基复合材料ECC和混凝土结合。

本发明的技术方案是这样实现的:一种全FRP筋增强ECC-混凝土组合梁构件,包括下部的ECC层和上部的混凝土层,还包括FRP筋骨架,FRP筋骨架由纵向受拉FRP筋、FRP筋箍筋、FRP筋腹筋及纵向架立FRP筋组成,纵向受拉FRP筋放置于梁构件底部且位于FRP筋箍筋内侧,FRP筋架立筋放置于梁构件顶部且位于FRP筋箍筋内侧,FRP筋腹筋放置在梁构件中部且依附于FRP筋箍筋的内侧;纵向受拉FRP筋、FRP筋架立筋、FRP筋腹筋分别与FRP筋箍筋绑扎在一起。

所述混凝土层为强度等级为C30以上的混凝土,ECC层是强度等级为C30以上的ECC。

ECC层和混凝土层结合后为矩形或者T形。

所述ECC层是一种纤维体积掺量在2%的纤维增强水泥基复合材料。

所述纤维是PVA纤维、PP纤维、PE纤维中的至少一种。

所述FRP筋是BFRP筋、CFRP筋、AFRP筋或GFRP筋中的至少一种。

一种全FRP筋增强ECC-混凝土组合梁构件的制作方法,是按照下述方式进行的:(1)根据截面尺寸要求制作模板;

(2)绑扎FRP筋骨架;

(3)根据尺寸要求浇筑ECC材料;

(4)待ECC材料初凝后,浇筑混凝土,并进行养护。

本发明的全FRP筋增强ECC-混凝土组合梁构件,具有延性好、耗能能力强、耐久性能好、自重轻等优点,可应用于建筑、桥梁、港口结构中的梁构件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,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,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为矩形截面组合梁构件横截面示意图。

图2为T形截面组合梁构件横截面示意图。

图中:1、ECC层;2、混凝土层;3、FRP筋箍筋;4、纵向受拉FRP筋;5、纵向架立FRP筋;6、FRP筋腹筋。

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付出创造性劳动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。

如图1和2所示,一种全FRP筋增强ECC-混凝土组合梁构件,包括下部的ECC层1和上部的混凝土层2,还包括FRP筋骨架,FRP筋骨架由纵向受拉FRP筋4、FRP筋箍筋3、FRP筋腹筋6及纵向架立FRP筋5组成,纵向受拉FRP筋4放置于梁构件底部且位于FRP筋箍筋3内侧并与之绑扎在一起,FRP筋架立筋5放置于梁构件顶部且位于FRP筋箍筋3内侧并与之绑扎在一起,FRP筋腹筋6放置在梁构件中部且依附于FRP筋箍筋3的内侧并与之绑扎在一起。

所述混凝土层2为强度等级为C30以上的混凝土,ECC层1是强度等级为C30以上的ECC。

ECC层1和混凝土层2结合后形成的梁构件为矩形或者T形。

所述的ECC层1是一种以水泥、砂、矿物掺合料等材料为基体,以乱向分布短纤维为增韧材料的超高延性纤维增强水泥基复合材料,纤维体积掺量为2%左右,具有应变硬化特性和微裂纹控制功能。所述纤维包括PVA纤维、PP纤维、PE纤维中的一种或者几种。所述的FRP筋包括BFRP筋、CFRP筋、AFRP筋或GFRP筋。

与现有技术相比,本发明具有以下优点:(1)FRP筋骨架和ECC材料重量轻,用于组合构件时可以有效减轻组合构件的自重,有利于结构构件向大跨度方向发展。(2)ECC材料具有优越的延展性,当其用于组合构件的底部受拉区,并与FRP筋骨架复合使用时,可以充分发挥FRP筋骨架的高强度特性,有效节约材料。而且ECC材料的纤维桥联作用及微裂缝开裂的机制,可以避免ECC材料与纵向受拉FRP筋之间发生剪滞效应,防止界面发生粘结破坏甚至FRP筋的断裂,提高结构构件的整体性能。(3)ECC材料具有优越的抗裂性能和微裂纹控制能力,当其用于组合构件的底部受拉区,不仅可以提高结构构件的抗弯刚度、抗弯承载力、抗剪承载力和抗震性能,甚至改变结构构件的破坏模式,使其由脆性破坏转变为延性破坏;而且还能有效控制组合构件裂纹的开裂高度和开裂宽度,提高结构构件的耐久性能,降低劣化速率。(4)FRP筋耐腐蚀性能优越,可显著提高恶劣环境中结构构件的耐久性和使用寿命,减少维护费用。(5)FRP筋电磁绝缘性好,可用于一些特种结构中。

本发明所述的全FRP筋增强ECC-混凝土组合梁构件的制作方法,是按照下述方式进行的:

(1)根据截面尺寸要求制作模板;

(2)绑扎FRP筋骨架;

(3)根据尺寸要求浇筑一定高度的ECC材料;

(4)待ECC材料初凝后,浇筑混凝土,并进行养护。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,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。

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