一种提高装配式组合结构延性的构造及施工方法

1.本发明属于结构工程技术领域，特别涉及一种提高装配式组合结构延性的构造及施工方法。


背景技术：

2.(1)现有组合结构破坏模式为脆性破坏
3.目前传统建筑结构已基本定型，结构性能的突破将依赖于新材料的应用。纤维增强聚合物复合材料(fiber reinforced polymer，简称frp)具有高比强度、高比模量和高耐久性等优点，在加固混凝土结构中应用广泛，并在frp型材-混凝土组合结构中发展迅速。frp型材-混凝土组合梁/板是一种合理的frp与混凝土组合的结构形式，其充分发挥了混凝土高抗压强度以及frp材料良好的抗拉能力，实现了“1+1＞2”的效果。但是frp-混凝土组合梁/板结构在荷载作用下破坏形式均为起始于界面处的剥离脆性破坏，在frp-混凝土组合梁/板在发生破坏时并不会像传统的钢-混凝土组合结构的破坏那样，产生延性预警。
4.(2)剪力连接件易腐蚀
5.组合结构之间的连接方式是充分发挥frp-混凝土组合结构的性能的关键。在frp-混凝土组合结构的抗剪连接件中，常用的金属栓钉虽然具有一定的延性、承载力高、施工方便等优点，但是金属螺栓容易在长期使用过程中发生锈蚀，尤其是在疲劳荷载作用和恶劣环境下腐蚀更为严重。当螺栓产生锈蚀后不仅会影响frp和混凝土的连接性能，从而使frp-混凝土组合梁/板结构的受力性能大幅度降低，而且产生金属螺栓产生锈蚀后还会破坏混凝土，使混凝土性能发生改变。
6.(3)现浇普通混凝土施工周期长、耐久性差
7.近十年来，装配式结构因其施工周期短、产品品质高、建筑成本低、施工季节不受限制以及安全环保等优点，在我国建筑行业的关注度越来越高。但是目前，我国多数建筑结构均采用现浇普通混凝土的方式，普通混凝土具有价格低廉、生产工艺简单等优点。但是，现浇普通混凝土也有着自身难以克服的缺点如自重大、耐久性差施工工序繁多，现浇混凝土需要养护、施工工期长，还要大量使用模板等。对于以上的缺点，超高性能混凝土，(ultra-high performance concrete，简称uhpc)以强度高、耐久性好、自重小、具有较好的经济性等有带你被越来越多的应用到工程中。


技术实现要素：

8.针对以上问题，本发明涉及一种提高装配式组合结构延性的构造。由预制缺陷块、局部掏空的钢筋混凝土板、剪力连接件、frp型材、后浇uhpc和化学胶粘剂组成。预制缺陷块置于局部掏空的钢筋混凝土板内并与frp型材通过剪力连接件和化学胶粘剂连接。利用预制缺陷块和uhpc组合显著提高了结构的承载能力和结构整体刚度，具备超高的延性储备，在受压区有很优良的表现。
9.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种提高装配式组合结构延性的构
造，由预制缺陷块、局部掏空的钢筋混凝土板、剪力连接件、frp型材、后浇uhpc和化学胶粘剂组成。
10.所述的一种提高装配式组合结构延性的构造，预制缺陷块材料为聚苯乙烯等憎水性材料的一种，本身具有一定的延性，截面形状可以为拱形、方形、三角形、椭圆形、马鞍形的一种，起到应力缓冲的作用。
11.所述的一种提高装配式组合结构延性的构造，局部掏空的钢筋混凝土板，掏空形状为矩形，掏空位置为受压区一侧，内部布设构造钢筋，结构本身可以在工厂预制，添加构造筋使得混凝土板本身有一定的承载能力。
12.所述的一种提高装配式组合结构延性的构造，剪力连接件采用集簇式剪力钉，布置在局部掏空的钢筋混凝土板内，避免了群钉布置数量繁多，施工定位困难。
13.所述的一种提高装配式组合结构延性的构造，frp型材在局部掏空的钢筋混凝土板掏空位置预留剪力连接件连接孔洞，方便剪力钉的布置定位，截面形状为工字形、矩形、箱形中的一种。
14.所述的一种提高装配式组合结构延性的构造，后浇uhpc采用2％的钢纤维掺量，强度提升效果较好，能够增加钢纤维之间的桥接作用，并将局部掏空的钢筋混凝土板的孔洞填满。
15.所述的一种提高装配式组合结构延性的构造，预制缺陷块置于局部掏空的钢筋混凝土板内并与frp型材通过剪力连接件和化学胶粘剂连接，使得组合结构形成整体，受力性能完善。
16.本发明还提供一种提高预制装配式组合结构延性的构造的施工方法，包括以下步骤：
17.步骤a、根据设计要求将frp型材放置在结构的相应位置并固定；
18.步骤b、根据设计要求将frp型材的表面打磨粗糙，划线定位后进行打孔、清孔并清理frp型材表面；
19.步骤c、根据设计要求在frp型材的表面刷一层化学胶粘剂，在frp型材上安装局部掏空的钢筋混凝土板；
20.步骤d、根据设计要求将剪力连接件穿入frp型材预留的孔洞中，在frp剪力连接件与frp型材预留孔洞之间的间隙中涂抹一层环氧树脂；
21.步骤e、根据设计要求将预制缺陷块置于局部掏空的钢筋混凝土板内，最后在掏空的孔洞中，后浇uhpc并在标准条件下养护。
22.本发明提供的一种提高装配式组合结构延性的构造，充分利用了各种材料的特点，充分发挥了组合结构的受力性能，在继承组合结构优异受力性能的同时又克服了组合结构脆性破坏的特点；本发明提供的一种提高装配式组合结构延性的构造的施工方法方便快捷，省时省力，可有效提高材料的利用率，节约成本，使得组合结构的施工流程更加简便，增加组合结构的使用寿命，具体表现在：
23.(1)采用部分装配式混凝土板，不仅可以缩短施工工期，提高施工效率而且安全环保，符合国家绿色、快捷建筑施工的要求；
24.(2)采用局部后浇uhpc，在提高frp和混凝土连接整体性的同时又可以极大增加组合结构界面的耐久性，减少钢筋的腐蚀速率。另外，局部后浇uhpc和采用全uhpc相比又有良
好的经济性；
25.(3)设计带有预制初始缺陷的uhpc，从而使构件产生延性，防止frp-混凝土组合梁/板结构发生脆性破坏，提高抗震性能，实现安全预警。
26.本发明的其他优点和特征将在随后的说明书中进行阐述，并且部分的从说明书中显而易见，或在通过实施本发明中完全了解；本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明：
27.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，下面描述中的附图是本发明的一些实例，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。
28.图1是发明所提出的一种提高装配式组合结构延性的构造示意图；
29.图2是本根据发明图2中的a-a剖面图；
30.图3是发明所提出的一种提高装配式组合结构延性的构造分解示意图
31.图4是本发明组合结构与现有结构应力-应变对比图
32.图5是本发明组合结构和现有结构荷载-挠度对比图
33.在附图1至附图3中：1为预制缺陷块；2为局部掏空的钢筋混凝土板；3为剪力连接件；4为frp型材；5为后浇uhpc；6为化学胶粘剂。
具体实施方式：
34.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例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。
35.本发明所提出的一种提高装配式组合结构延性的构造，充分利用了各种材料的受力特点，充分发挥了组合结构的受力性能，在继承组合结构优异受力性能的同时又克服了组合结构脆性破坏的特点实现了组合结构的延性预警。
36.图1示出了本发明所提出的一种提高装配式组合结构延性的构造的示意图，图1中，使用剪力连接件3将局部掏空的钢筋混凝土板2固定在frp型材4上从而组合成为一个完整的组合结构。
37.示例性的，本发明所提出的在局部掏空的钢筋混凝土板2和frp型材4组合前，应对frp型材4的上表面进行打磨粗糙、定位打孔并清理表面，进一步在frp型材4的表面涂抹一层化学胶粘剂6，值得注意的是在本实施例frp型材4的材料为纤维增强复合材料，截面形状为工字形、矩形、箱形中的一种，在实际应用中受拉构件的截面形式并不局限于这一形式，受拉构件不同的截面形式均在本发明的保护范围之内。
38.本发明所提出的构造系统采用对受拉构件表面打磨并涂抹化学胶粘剂的方式，这种组合方式增加了预制混凝土板与受拉构件之间的摩擦力，提高了组合结构的抗剪能力。
39.示例性的，本发明所提出的剪力连接件3采用集簇式剪力钉，布置在局部掏空的钢
筋混凝土板2内，并在所述剪力连接件3与所述frp型材4预留孔洞之间的间隙中涂抹一层化学胶粘剂。
40.本发明所提出的构造系统采用这种frp剪力键连接方式在提高剪力连接件抗剪能力的同时又可以显著增加结构的耐久性，增加组合结构的使用寿命。
41.图3示出了发明所提出的一种提高装配式组合结构延性的构造分解示意图，从上至下表示施工顺序。
42.示例性的，本实施例中所提到的预制缺陷块1应放钢筋混凝土板2中，随后进行局部后浇uhpc 5，值得注意的是在实际应用中预制缺陷块1的材料不仅限于聚苯乙烯这一种，预制缺陷块1的截面形状也不仅限于拱形这一种，也可能为方形、三角形、椭圆形、马鞍形的一种，不同的材料和截面形状均在本发明的保护范围之内。
43.本发明所提出的构造系统采用预制初始缺陷的组合方式，在保证组合结构受力性能的情况下可显著提高组合结构的延性变形，使组合结构出现延性预警实现图4所示的应力-应变曲线。图4可明显看出，本发明出现多个台阶，这就意味着本发明出现了延性预警，大大提高了组合结构的安全性。
44.本发明所提出的组合结构，可实现图5所示的荷载-挠度曲线，由图易知，对于frp-uhpc组合梁结构来说，在荷载作用下由于uhpc强度过高导致在荷载作用下不会被压碎，结构的破坏形式为frp被剪坏；对于frp-普通混凝土组合梁来说，混凝土强度过低而被压碎，整个结构并无延性；对于本发明来说，由于预置缺陷的存在使得在梁跨中产生了较大的挠度，保证了结构的安全性。
45.为了保证本发明实施例中的构造系统的稳定性和牢固性，增加组合结构的使用寿命和施工便利性，节约施工成本；本发明提供一种用于提高装配式组合结构延性的构造的施工方法，该方法包括以下步骤：
46.步骤a、根据设计要求将frp型材4放置在结构的相应位置并固定；
47.步骤b、根据设计要求将frp型材4的表面打磨粗糙，划线定位后进行打孔、清孔并清理frp型材4表面；
48.步骤c、根据设计要求在frp型材4的表面刷一层化学胶粘剂9，在frp型材4上安装局部掏空的钢筋混凝土板2；
49.步骤d、根据设计要求将剪力连接件3穿入frp型材4预留的孔洞中，在frp剪力连接件与frp型材3预留孔洞之间的间隙中涂抹一层环氧树脂；
50.步骤e、根据设计要求将预制缺陷块1置于局部掏空的钢筋混凝土板6内，最后在掏空的孔洞中后浇uhpc 5并在标准条件下养护。
51.尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。