一种FRP波纹管-钢筋复合筋的制作方法

文档序号:17817259发布日期:2019-06-05 21:53
一种FRP波纹管-钢筋复合筋的制作方法

本发明属于土木工程结构领域,尤其是指一种FRP波纹管-钢筋复合筋。



背景技术:

我国正在开展大规模基础设施建设,并且中东部地区基础设施建设相对完善,基础设施建设中心正逐渐向西部、南部以及近海地区转移,近年来已经相继建设了东海大桥、杭州湾跨海大桥以及港珠澳大桥等跨海工程,近海甚至深海工程建设是未来的重要建设任务。海洋及其他腐蚀环境中土木工程建设遇到的最大难题就是腐蚀问题,钢筋混凝土构件的腐蚀问题不容忽视,同时又是难以解决的关键问题。如何保障近海甚至深海土木工程结构的防腐蚀及耐久性问题,是难以解决又不得不解决的重大问题。近海及腐蚀环境中钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀不仅造成钢筋自身性能的降低,同时会造成混凝土开裂、箍筋对核心混凝土的约束作用降低等多种不利因素,最终造成钢筋混凝土构件和结构的耐久性降低,影响结构的使用寿命以及结构安全。因此,在腐蚀环境中钢筋混凝土结构建造中需要额外投入大量资金采取措施避免钢筋腐蚀或降低钢筋腐蚀的速率。

FRP(Fiber Reinforced Plastics)材料具有耐腐蚀、抗拉强度高、质量轻、电磁绝缘性能好、强度质量比大等诸多优势,同时该材料属于脆性材料、抗剪强度低、抗压强度低、价格略高等缺点。近年来,在土木工程领域得到了越来越多的研究和应用。FRP材料在土木工程中的应用形式主要包括FRP筋、FRP布、FRP索或绞线、FRP型材等。如果将FRP筋单独用于混凝土构件和结构,已有FRP筋除CFRP筋外其他FRP筋弹性模量比钢筋弹性模量低,并且所有FRP筋拉伸应力-应变关系为直线,拉伸为脆性断裂。FRP筋抗压和抗剪性能更差。FRP筋单独用于混凝土结构中时,FRP筋混凝土构件裂缝和挠度过大、极端情况下脆性破坏,强震区耗能能力较低,这些不利因素极大阻碍了FRP筋单独用于混凝土构件和结构。

如图4所示为普通带肋钢筋、FRP筋、已有技术提出的FRP包裹带肋钢筋的复合筋拉伸力-伸长量(F-l)曲线,其中,a为带肋钢筋屈服时伸长量,b为FRP筋拉断伸长量,c为带肋钢筋拉断伸长量。根据图中曲线,OAFB为普通带肋钢筋的F-l曲线,OC为FRP筋F-l曲线,ODECH为已有技术提出的FRP包裹带肋钢筋的F-l曲线,从图中可以看出,已有技术提出的FRP包裹带肋钢筋构成复合筋从初始阶段开始与钢筋一起拉伸变形,但是FRP材料在较小拉伸应变时即发生断裂,FRP断裂后对钢筋的保护作用消失,复合筋承载力突然降低,对复合筋结构的受力不利。同时,由于FRP筋拉断应变较小,已有技术提出的复合筋在弯折时,受拉侧纤维提前断裂,弯折处对钢筋的保护失效。



技术实现要素:

本发明的目的在于针对上述问题,发明一种可以适应较大拉伸变形并且可以弯折的FRP波纹管-钢筋复合筋。

本发明的目的可以采用以下技术方案:

一种FRP波纹管-钢筋复合筋,包括FRP波纹管1、带肋钢筋3和FRP波纹管和带肋钢筋之间间隙的粘结材料2。FRP波纹管1与带肋钢筋3之间通过粘结材料2进行粘结。所述的FRP波纹管采用CFRP、GFRP、BFRP、AFRP等不同材质的纤维增强塑料制备而成,波纹形状可采用三角形、弧形、梯形、锯齿形等形状。所述的钢筋为带肋钢筋。所述的粘结材料可采用环氧树脂胶、聚酯树脂、高强砂浆灌浆料或UHPC混凝土。

所述的FRP波纹管-钢筋复合筋可采用两种方式制备,一是直接在带肋钢筋外表面将粘结材料和FRP波纹管拉挤一次成型;二是先将FRP波纹管拉挤成型,然后穿入带肋钢筋并临时固定,在所述FRP波纹管和带肋钢筋之间的间隙内灌注或压注粘结材料。所述的带肋钢筋的肋形式可以是月牙肋、人字形肋、螺旋形肋或圆周平行肋形式。

实施本发明,具有如下有益效果:

1.本发明将常用的碳钢带肋钢筋穿入FRP波纹管,带肋钢筋和FRP波纹管之间的间隙为粘结材料。FRP波纹管和粘结材料可将碳钢带肋钢筋与腐蚀环境隔离,从而避免带肋钢筋的腐蚀,对钢筋起到良好的保护作用。复合筋具有良好的抗腐蚀性能。

2.本发明所述的复合筋受拉时,FRP波纹管和带肋钢筋一起承受轴向拉力,可以共同产生较大拉伸变形。FRP材料本身的拉断应变较小,FRP波纹形状可以避免复合筋拉伸时FRP材料过早产生断裂,提高复合筋的抗拉变形能力,如图5所示。与图4相比,本发明所述的复合筋的拉力-伸长量曲线如图中OLG或OKHMJ曲线,由此可见,其拉伸变形能力大大提高。

3.本发明解决了单纯FRP筋抗剪强度低的问题,复合筋内部为带肋钢筋,与外部的FRP波纹管可以共同工作,具有较高的抗剪强度。

4.本发明的FRP波纹构造有助于增强FRP管与内部带肋钢筋以及和外部的混凝土的粘结强度,可更好的用于混凝土结构。

5.本发明所述的FRP波纹管-钢筋复合筋具有良好的弯折性能,复合筋弯折时FRP波纹构造可以避免弯折角度外则FRP纤维被过早拉断。

附图说明

为更清楚地说明本发明实施的技术方案,下面将本发明的实施方案和现有技术所需要使用的附图进行简单介绍。显而易见,下面描述中的附图仅仅是本发明和现有技术的一些实施案例,对本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他类似实施案例,都属于本发明保护的范围。

图1是本发明FRP波纹管-钢筋复合筋的构造示意图;

图2是FRP波纹管波纹形状示意图

图3是FRP波纹管-钢筋复合筋弯曲状态示意图;

图4是普通钢筋、FRP筋、现有FRP缠绕带肋钢筋的拉伸力-伸长量关系示意图。

图5是本发明所述的FRP波纹管-钢筋复合筋的拉伸力-伸长量关系示意图。

图中,1-FRP波纹管;2-粘结材料;3-带肋钢筋。

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除、完整地说明,显然,本发明所述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护范围。

实施例1

一种FRP波纹管-钢筋复合筋的制备方法,首先根据FRP波纹设计并加工制作波纹内膜和外模,将碳纤维束通过牵拉装置以一定拉挤速率牵引作用下,碳纤维束从拉挤机纱架上褪下,进入装有环氧树脂的浸胶槽,纤维束被树脂基体充分浸渍均匀,然后环形穿过波纹内膜,在波纹内膜和碳纤维束外侧压上波纹外模,然后通过圆形高温口模,整体固化成型。撤去波纹内膜和波纹外模,将初步固化成型的FRP波纹管进一步通过后固化炉高温固化,形成连续纤维增强树脂复合材料的圆形波纹管。将带肋钢筋穿入高温固化成型后的FRP波纹管,并将带肋钢筋临时固定于FRP波纹管的中心位置,然后从带肋钢筋和FRP波纹管的间隙的一端压入或灌入高强砂浆灌浆料、环氧树脂或者UHPC混凝土等粘结材料,待粘结材料达到强度后即完成复合筋的制作。

实施例2

一种FRP波纹管-钢筋复合筋的制备方法,将带肋钢筋穿过装有环氧树脂的浸胶槽,使带肋钢筋表面均匀涂上一定厚度的环氧树脂胶,将碳纤维束通过牵拉装置以一定拉挤速率牵引作用下,碳纤维束从拉挤机纱架上褪下,进入装有环氧树脂的浸胶槽,纤维束被树脂基体充分浸渍,然后环形穿过粘有一定厚度环氧树脂胶的带肋钢筋,并与带肋钢筋周围的环氧树脂胶粘结,然后通过圆形高温口模,整体固化成型。将固化成型后的复合筋放入后固化设备进行后固化,得到本发明所述的FRP波纹管-钢筋复合筋。

所述复合筋的外部FRP波纹管采用碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维和芳纶纤维中的一种纤维或多种纤维的组合形式。

所述FRP波纹管的波纹形状可以是正弦波、矩形波、三角形波的形式。

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