混杂式FRP‑钢复合筋海砂混凝土梁的制作方法

本发明属于建筑工程结构领域，尤其是指一种混杂式frp-钢复合筋海砂混凝土梁。

背景技术：

随着我国经济的快速发展，混凝土的用量多年以来一直保持在高位，据统计，我国混凝土年产量已经连续多年超过世界混凝土年产量的50％，砂作为混凝土的细骨料，其主要来源为河砂，但由于河砂的供应量受到资源、环境等的限制，现已无法完全满足工程建设的需求。长期以来，在陆地的河床和山体中大量开采河砂已造成严重的生态环境问题。借鉴日本等发达国家的经验，将与河砂性能相当的海砂应用到土木工程中能极大地缓解建筑用砂的紧张。

据统计，国外如英国，美国，日本等发达国家所有建筑物中有超过50％的建筑物需要维修加固，我国作为发展中的大国，工程上需维修加固的旧建筑数量也浩如烟海，其维修费用之高，不容忽视，而在这些需加固维修的建筑中许多是因为钢筋腐蚀受破坏而导致房梁承载力下降，使得房屋具有倒塌的危险。

frp筋(fiberreinforcedplasticsbars纤维复合材料)具有耐腐蚀、抗拉强度高、密度小、质量轻、电磁绝缘性好、减振性能好等优点，但也存在材料脆性及价格高等缺点。现已有的frp筋(除高强cfrp)弹性模量与钢筋相比较低，其应力应变关系呈直线段，当其单独被用于混凝土梁结构中时，frp筋混凝土构件容易产生脆性破坏以及在使用状态下产生过大的裂缝宽度和挠度的问题，极大地影响了frp筋混凝土构件的承载和使用性能，极大地限制了frp筋混凝土构件在土木工程领域中的推广和应用。

如图5所示，采用单一frp-钢复合筋的海砂混凝土梁在受拉力作用时，其应力-应变曲线在纤维断裂前呈现出明显的双折线，钢筋屈服后单一frp-钢复合筋具有稳定的二次刚度，其载荷-应变曲线可分为三段。第一段oa为frp与钢筋的共同工作变形阶段；第二段ab为钢筋屈服后，frp提供应力增量的阶段，此区段刚度较第一区段变小；第三段bc为frp布破坏后，钢筋独自承受荷载的阶段。当把单一frp-钢复合筋的设计强度定义在第二区间以内(不临近极限抗拉强度点b)，梁承载力超过设计强度之后，其表观特征变化不显著，缺乏明显的示警现象，如果把单一frp-钢复合筋的设计强度定义到临近其极限抗拉强度点b，则结构安全储备少，且在外荷载超过其抗拉极限强度之后，frp直接断裂，梁的承载力大幅骤降，梁体破坏形式近乎于脆性破坏。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种无需对海砂进行淡化处理，强度和承载性能好的混杂式frp-钢复合筋海砂混凝土梁。

本发明的目的可采用以下技术方案来达到：

一种混杂式frp-钢复合筋海砂混凝土梁，包括海砂混凝土和固设于海砂混凝土内的上复合筋、下复合筋和箍筋，所述箍筋设为多个，且沿上复合筋和下复合筋的长度方向均匀固定绑接于所述上复合筋和下复合筋的外表面上；上复合筋与下复合筋均设为多个，且分别设于所述海砂混凝土的上端和下端；所述上复合筋和下复合筋包括钢筋和包覆于钢筋的外表面上的frp纤维布，每个上复合筋的frp纤维布为相同材料或不同材料，多个下复合筋的frp纤维布采用至少两种材料，所述frp纤维布与海砂混凝土粘结；所述下复合筋的frp纤维布为碳纤维布、玻璃纤维布、玄武岩纤维布和芳纶纤维布中的至少两种。

作为一种优选的方案，所述上复合筋的frp纤维布为碳纤维布、玻璃纤维布、玄武岩纤维布和芳纶纤维布中的一种。

作为一种优选的方案，所述上复合筋的frp纤维布为碳纤维布、玻璃纤维布、玄武岩纤维布和芳纶纤维布中的至少两种。

作为一种优选的方案，所述钢筋的外表面上包覆有多层所述的frp纤维布，多层所述的frp纤维布可以采用相同材料或不同材料。

进一步地，多层所述的frp纤维布采用不同材料，按材料的断裂延伸率进行比较，断裂延伸率高的frp纤维布从内到外依次进行分布设置。

作为一种优选的方案，所述frp纤维布通过胶黏剂包覆于钢筋外表面上而粘贴固定在一起。

作为一种优选的方案，所述frp纤维布外表面通过塑胶带形成肋。

作为一种优选的方案，相邻两层所述frp纤维布之间通过胶黏剂粘贴在一起。

作为一种优选的方案，所述胶黏剂为环氧树脂或聚酯树脂。

作为一种优选的方案，所述海砂混凝土由海水或淡水、水泥、粗骨料和未经淡水处理的海砂组成，所述海水或淡水、水泥、粗骨料和未经淡水处理的海砂混合并均匀搅拌形成海砂混凝土。

实施本发明，具有如下有益效果：

1、本发明的上复合筋和下复合筋采用不同材料包覆钢筋，形成混杂式的frp-钢复合筋分布结构而代替普通钢筋作为梁内纵向受力筋应用到海砂混凝土中。通过不同材料的frp纤维布的包覆形成的frp-钢复合筋具有不同的frp延性、弹性模量和抗拉强度，使得浇筑后完成的混凝土梁具有更好的延性、弹性模量和抗拉强度，大大提高了混凝土梁的综合力学性能。

2、本发明采用混杂frp-钢复合筋，首先利用frp材料抗拉强度高、耐腐蚀的特点，在显著提高梁承载力的同时也能达到保护钢筋免受氯离子等腐蚀的目的；另外钢筋的弹性模量高，延性好等优点又弥补了frp脆性材料的不足。比纯frp筋刚度好，当其被用于混凝土梁结构中时，相比纯frp筋混凝土梁构件，其使用状态下裂缝宽度和挠度得到较大的减缓。

3、本发明由于frp纤维布具有耐酸碱盐腐蚀的特点，在海砂混凝土开裂而使得上复合筋和下复合筋暴露在空气中时，上复合筋和下复合筋内的钢筋也不会被外界环境所腐蚀。相比钢筋混凝土梁，本结构具有更好的使用安全性和更长的使用寿命。

4、本发明可直接使用原始海砂，无需对原始海砂进行淡化处理，可直接被用于制成海砂混凝土而进行梁构件浇筑，节约了淡水资源，省略和淡化海砂的处理工序，极大地提高了海砂的利用率，可以有效解决沿海地区或周围岛礁地区河砂建筑材料缺乏的问题，也避免了过度开采河砂带来的生态环境问题，具有一定的经济效益和环保功能。

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，显而易见地，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是本发明混杂式frp-钢复合筋海砂混凝土梁的实施例1结构示意图；

图2是本发明混杂式frp-钢复合筋海砂混凝土梁的实施例2的结构示意图；

图3是本发明混杂式frp-钢复合筋海砂混凝土梁的上复合筋和下复合筋的结构示意图；

图4是本发明混杂式frp-钢复合筋海砂混凝土梁的实施例3的结构示意图；

图5是现有采用单一frp-钢复合筋的海砂混凝土梁的荷载-应变曲线图；

图6是本发明混杂式frp-钢复合筋海砂混凝土梁的荷载-应变曲线图。

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，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参照图1和图3，本实施例涉及海砂混凝土梁，该混凝土梁的截面可以为矩形，或t形或箱形，其包括海砂混凝土1和固设于海砂混凝土1内的上复合筋2、下复合筋3和箍筋4，所述箍筋4设为多个，且沿上复合筋2和下复合筋3的长度方向均匀固定绑接于所述上复合筋2和下复合筋3的外表面上；上复合筋2与下复合筋3均设为多个，且分别设于所述海砂混凝土1的上端和下端；所述上复合筋2和下复合筋3包括钢筋24和包覆于钢筋24的外表面上的frp纤维布23，每个上复合筋2的frp纤维布23为相同材料或不同材料，多个下复合筋3的frp纤维布23采用至少两种材料，所述frp纤维布23与海砂混凝土1粘结；所述下复合筋3的frp纤维布23为碳纤维布、玻璃纤维布、玄武岩纤维布和芳纶纤维布中的至少两种。所述箍筋4可以包括所述钢筋24和包覆于钢筋24的外表面上的所述frp纤维布23，在frp纤维布的防腐作用下，可防止钢筋24被海砂混凝土1中的氯离子腐蚀。

本结构的上复合筋2和下复合筋3采用不同材料包覆钢筋24，形成混杂式的frp-钢复合筋分布结构而代替普通钢筋24作为梁内纵向受力筋应用到海砂混凝土1中。通过不同材料的frp纤维布23的包覆形成的frp-钢复合筋具有不同的frp延性、弹性模量和抗拉强度，与纯钢筋相比，浇筑后完成的混凝土梁具有更好的延性、弹性模量和抗拉强度，大大提高了混凝土梁的综合力学性能，减少钢筋的使用量，减轻梁的自重。本发明的图6所示相比于现有技术的图5，由图6的混杂式frp-钢复合筋的荷载-应变图可知，当其第一个极限抗拉强度(b点)被超越时，混杂式frp-钢复合筋中断裂延伸率低的frp纤维布先断裂，而此时断裂延伸率高的frp纤维布继续和钢筋同时起到承载的作用，使得梁的承载力不会出现大幅骤降的情况，会出现明显的三次刚度，直到达到断裂延伸率高的frp纤维布断裂时(c点)，此时由钢筋单一接替继续起承载作用，直至钢筋断裂，在此过程中混凝土梁出现了两次承载力的突变，提高了梁整体的塑性变形能力，使得混凝土梁有更长的支撑和崩坏时间，防止房屋出现直接崩塌的致命性问题。并且人可以通过肉眼直观地看到混凝土梁的裂缝，而起到示警的作用，为逃生和抢救争取更多的时间。

由于frp纤维布23具有耐酸碱盐腐蚀的特点，在海砂混凝土1开裂而使得上复合筋2和下复合筋3暴露在空气中时，上复合筋2和下复合筋3内的钢筋24也不会被外界环境所腐蚀。相比钢筋24混凝土梁，本结构具有更好的使用安全性和更长的使用寿命。

该结构可直接使用原始海砂，无需对原始海砂进行淡化处理，可直接被用于制成海砂混凝土1而进行梁构件浇筑，节约了淡水资源，省略和淡化海砂的处理工序，极大地提高了海砂的利用率，可以有效解决沿海地区或周围岛礁地区河砂建筑材料缺乏的问题，也避免了过度开采河砂带来的生态环境问题。

所述上复合筋2的frp纤维布23为碳纤维布、玻璃纤维布、玄武岩纤维布和芳纶纤维布中的一种。当然，其它具有耐腐蚀性的frp纤维材料也适用于制造frp纤维布23。更佳的，上复合筋2的frp纤维布23为碳纤维布、玻璃纤维布、玄武岩纤维布和芳纶纤维布中的至少两种；该结构的上复合筋2形成混杂式的分布结构，使得上复合筋2在浇筑后完成的混凝土梁中具有更好的延性、弹性模量和抗压强度，提高了混凝土梁的综合力学性能。

所述钢筋24的外表面上包覆有多层所述的frp纤维布23，多层所述的frp纤维布23可以采用相同材料或不同材料。相邻两层所述frp纤维布23之间通过胶黏剂粘贴在一起。多层所述的frp纤维布23包括碳纤维布、玻璃纤维布、玄武岩纤维布和芳纶纤维布中的至少两种。具体的，对于多层所述的frp纤维布采用不同材料时，按材料的断裂延伸率进行比较，断裂延伸率高的frp纤维布从内到外依次进行分布设置。例如，当钢筋包覆有玻璃纤维增强材料(gfrp)，和碳纤维增强复合材料(cfrp)，由于gfrp的断裂延伸率高于cfrp，所以gfrp与钢筋接触而直接包覆于钢筋的外表面上，而cfrp包覆于gfrp外表面上。如图6，当其第一个极限抗拉强度(b点)被超越时，混杂式frp-钢复合筋中断裂延伸率低的cfrp纤维布先断裂，而此时断裂延伸率高的gfrp纤维布继续和钢筋同时起到承载的作用，使得梁的承载力不会出现大幅骤降的情况，使得混凝土梁有更长的支撑和崩坏时间，防止房屋出现直接崩塌的致命性问题。

所述frp纤维布23通过胶黏剂包覆于钢筋24外表面上而粘贴固定在一起。该结构的钢筋24通过胶黏剂与frp纤维布23紧密连接，钢筋24被frp纤维布23彻底隔绝，使得海砂混凝土1中的氯离子无法对钢筋24进行腐蚀，极大地提高了梁的安全性和使用寿命。

所述frp纤维布23外表面通过塑胶带形成肋。通过肋可增大frp纤维布23与海砂混凝土1之间的粘结性能，提高梁受弯承载力，防止钢筋24被锈蚀。

所述胶黏剂为环氧树脂或聚酯树脂。当然，其它具有耐腐蚀性树脂的胶黏剂也适用于本发明。采用具有耐腐蚀性的胶黏剂可进一步保护钢筋24不被海砂混凝土1中的氯离子所腐蚀。

所述海砂混凝土1由海水或淡水、水泥、粗骨料和未经淡水处理的海砂组成，所述海水或淡水、水泥、粗骨料和未经淡水处理的海砂混合并均匀搅拌形成海砂混凝土1。所述海砂混凝土1配制过程中可以完全使用海砂，可完全使用海水，极大地节约了河砂的使用和淡水的用量，特别是可用于缺少河砂建筑材料和淡水资源的沿海地区或周围岛礁地区，具有使用范围广和适用性高的特点。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上，作为对上复合筋2的设置结构的改进，如图2所示，该海砂混凝土1的截面为t型结构，所述上复合筋2设为多个，且均匀设于海砂混凝土1的上部；上复合筋2通过箍筋4固定绑接在一起，且上复合筋2与下复合筋3之间也通过箍筋4固定连接在一起。该结构的上复合筋2单独通过箍筋4绑接形成整体的筋结构，极大地提高了上复合筋2承受压力的能力。

实施例3

本实施例是在实施例1的基础上，作为对下复合筋3的设置结构的改进，如图4所示，所述下复合筋3设为两行，且所述下复合筋3固定连接于箍筋4的内圈上。该结构采用多排下复合筋3作为支撑作用，极大地提高了混凝土梁的承受拉力的能力。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。