一种结构用组合式frp箱形型材的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种结构用组合式FRP箱形型材，所述组合式FRP箱形型材包括由至少两个标准型材和两块板材组成的重复单元，所述标准型材的形状为槽形、工字形或箱形；两个标准型材并排间隔设置，两个标准型材的顶板、底板与两块板材固定连接以使重复单元的截面呈箱形。本发明所述的组合式FRP箱形型材组合方式灵活、能够实现较大的截面尺寸，结构耐久性高，制作过程简便，易操作，同时具有较强的可设计性，技术效果突出，巧妙地实现了建筑工业化对结构构件标准化和模数化的要求，节约了拉挤模具的种类，可以较为有效的克服目前大尺寸FRP型材拉挤成型难度大的问题，从而降低了大尺寸FRP型材的生产成本。
【专利说明】一种结构用组合式FRP箱形型材
【技术领域】
[0001]本发明属于工程结构【技术领域】，具体涉及一种结构用组合式FRP箱形型材。
【背景技术】
[0002]由于钢筋锈蚀所导致的基础设施耐久性严重下降，造成了巨大的经济损失。提高基础设施耐久性是世界各国经济和社会发展面临的重要问题。纤维增强复合材料(FiberReinforced Polymer,简称FRP)的出现,为提升基础设施耐久性带来了希望。与传统的钢材、钢筋和混凝土等结构材料相比，FRP材料具有优异的耐腐蚀性能、较高的比强度、比模量和较好的抗疲劳性能等显著优点。
[0003]在FRP型材-混凝土组合结构中，FRP型材不仅可以作为混凝土结构的模板，还能作为组合梁的抗弯增强材料，在提高混凝土结构耐久性的同时也可提升结构的安全性能，因而在恶劣环境中使用时FRP型材-混凝土组合结构的性能优势更为明显。已有研究表明，FRP型材-混凝土组合结构能够较为充分的发挥FRP材料的轻质高强、耐腐蚀的优点以及混凝土高抗压强度的优势，具有高耐久、重量轻、施工快速和耐疲劳等优点，是一种极具应用潜力的结构形式。
[0004]在一些大型的采用复合材料型材的建筑和桥梁结构中，经常需要一些截面尺寸较大的FRP型材。然而，现有的拉挤成型技术在成型大尺寸(截面高度大于Im)的FRP型材时仍具有一定的技术难度。另一方面，大尺寸FRP型材的拉挤成型模具也十分昂贵。这在一定程度上限制了 FRP型材-混凝土组合材料的推广应用，因而亟待研究大截面尺寸FRP型材及其制造方法。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供了一种结构用组合式FRP箱形型材，该型材制作简便，易操作，同时具有较强的可设计性，技术效果突出。
[0006]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种结构用组合式FRP箱形型材，所述组合式FRP箱形型材包括由至少两个标准型材和两块板材组成的重复单元，所述标准型材的形状为槽形、工字形或箱形；两个标准型材并排间隔设置，两个标准型材的顶板、底板与两块板材固定连接以使重复单元的截面呈箱形。
[0007]具体的，所述标准型材的顶板和底板通过螺栓和/或环氧胶粘结的界面方式与两块板材固定连接。
[0008]所述组合式FRP箱形型材层数为两层以上时，上下层标准型材宜上下对齐放置。即腹板上下对齐放置，同时应对悬空的翼缘板作局部下挠验算，以保证同一层左、右两个标准型材之间的净距不宜过大。
[0009]所述标准型材与板材的接触面应设计为粗糙毛面，施工时在接触面的法线方向施加0.1 — 0.5MPa的均布压力，以增加各部件之间的粘结力。
[0010]所述标准型材和板材由纤维材料制成，所述纤维材料为玻璃纤维(GFRP)、芳纶纤维(AFRP)、碳纤维(CFRP)和玄武岩纤维(BFRP)中的一种或两种以上。标准型材和板材在制作过程中，所采用的成型树脂可以是不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂或环氧树脂坐寸ο
[0011]本发明基于叠加原理和组合界面的无滑移理论，考虑建筑工业化对结构构件的标准化模数化要求，将截面尺寸和惯性矩相对较小的FRP拉挤标准型材(型材尺寸符合一定的模数要求)和FRP拉挤板材通过螺栓和/或环氧胶粘结的方式拼接形成截面尺寸和惯性矩更大的组合式FRP箱形型材，组合式FRP箱形型材的截面可以为箱形、多箱形以及多层多箱形等截面形式。所述截面尺寸和惯性矩相对较小的FRP拉挤标准型材和FRP拉挤板材需要预先经过合理的设计，使得组合式FRP箱形型材能够满足受弯构件强剪弱弯的要求。组合后所得的组合式FRP箱形型材各部件之间应能够协同工作，共同受力。本发明组合式FRP箱形型材组合方式灵活、能够实现较大的截面尺寸，结构耐久性高，制作过程简便，易操作，同时具有较强的可设计性，技术效果突出，可以较为有效的克服目前大尺寸FRP型材拉挤成型难度大的问题，有利于大截面尺寸的FRP型材结构及其与混凝土组合结构在公路桥梁结构中的推广应用。此外，建筑工业化的需求要求构件尽可能的标准化、模数化，本发明提出的组合式FRP箱形型材的思路符合了建筑工业化的上述要求，减少了拉挤产品的种类，从而可以减少拉挤型材模具的数量和种类，降低成本，提高生产效率。
[0012]与现有技术相比，本发明的有益效果:
I)采用预先设计的截面尺寸和惯性矩相对较小FRP拉挤标准型材和FRP拉挤板材通过通过螺栓和/或环氧胶粘结的方式拼接形成截面尺寸和惯性矩更大的组合式FRP箱形型材。
[0013]2)可以灵活的组合形成箱形和工字形等受力更加合理的截面形式，节省拉挤成型的模具成本。
[0014]3)制作过程简便，易操作，同时具有较强的可设计性，克服目前大尺寸FRP型材拉挤成型难度大的问题。
[0015]4)大量采用符合一定模数的标准化FRP拉挤型材制造大截面的组合式FRP箱形型材，减小了拉挤模具的种类和制作难度，有利于实现工业化生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为实施例1所述组合式FRP箱形型材的结构示意图；
图2为实施例2所述组合式FRP箱形型材的结构示意图；
图3为实施例3所述组合式FRP箱形型材的结构示意图；
图4为实施例4所述组合式FRP箱形型材的结构示意图；
图5为实施例5所述组合式FRP箱形型材的结构示意图；
图6为实施例6所述组合式FRP箱形型材的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]以下通过实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围不限于此。
[0018]实施例1
如图1所示，一种粘结式单层单箱组合式FRP箱形型材，包括由两个标准型材I和两块板材2组成的重复单元。所述标准型材I的形状为工字形。两个标准型材I并排间隔设置，两个标准型材I的顶板21、底板22通过环氧胶3粘结的方式与两块板材2固定连接以使重复单元的截面呈箱形。
[0019]两个标准型材I和两块板材2的接触面为预先设计好的粗糙表面，以增加环氧胶的粘结强度。施工时在接触面的法线方向施加0.2MPa的均布压力，以增加各部件之间的粘结力。两个标准型材I和两块板材2需要预先经过合理的设计，使得组合式FRP箱形型材能够满足强剪弱弯的要求。
[0020]实施例2
如图2所示，一种混合连接式单层单箱组合式FRP箱形型材，包括由两个标准型材I和两块板材2组成的重复单元。所述标准型材I的形状为工字形。两个标准型材I并排间隔设置，两个标准型材I的顶板21、底板22通过不锈钢螺栓4和环氧胶3粘结相结合的界面方式与两块板材2固定连接以使重复单元的截面呈箱形。
[0021]两个标准型材I和两块板材2的接触面为预先设计好的粗糙表面，以增加环氧胶的粘结强度。施工时在接触面的法线方向施加0.2MPa的均布压力，以增加各部件之间的粘结力。两个标准型材I和两块板材2需要预先经过合理的设计，使得组合式FRP箱形型材能够满足强剪弱弯的要求。
[0022]实施例3
如图3所示，一种粘结式双层单箱组合式FRP箱形型材，包括由四个标准型材I和三块板材2组成的两个垂直排列的重复单元。所述标准型材I的形状为工字形。所述标准型材I的顶板21、底板22通过环氧胶3粘结的方式与板材2固定连接形成截面呈箱形的重复单元。组合式FRP箱形型材层数为两层，每层的两个标准型材I并排间隔设置，上下层的标准型材I上下对齐放置(即腹板上下对齐放置，同时应对悬空的翼缘板作局部下挠验算，以保证同一层左、右两个标准型材之间的净距不宜过大)，上层标准型材I的顶板21连接上层板材2，上层标准型材I的底板22与中间层板材2的上表面相连，下层标准型材I的顶板21与中间层板材2的下表面相连，下层标准型材I的底板22连接下层板材2。
[0023]标准型材I和板材2的接触面为预先设计好的粗糙表面，以增加环氧胶的粘结强度。施工时在接触面的法线方向施加0.4MPa的均布压力，以增加各部件之间的粘结力。标准型材I和板材2需要预先经过合理的设计，使得组合式FRP箱形型材能够满足强剪弱弯的要求。
[0024]实施例4
如图4所示，一种粘结式双层双箱组合式FRP箱形型材，包括由六个标准型材I和三块板材2组成的四个重复单元(重复单元分为两层，每层各两个重复单元，其中，上层中间的标准型材1、上层左侧的标准型材I及上层、中间层板材2构成上层的一个重复单元；上层中间的标准型材1、上层右侧的标准型材I及上层和中间层板材2构成上层的另一个重复单元；下层的重复单元构成情况与上层类似，故此不再赘述)。所述标准型材I的形状为工字形。所述标准型材I的顶板21、底板22通过环氧胶3粘结的方式与板材2固定连接形成截面呈箱形的重复单元。组合式FRP箱形型材层数为两层，每层的两个标准型材I之间并排间隔设置，上下层标准型材I上下对齐放置(即腹板上下对齐放置，同时应对悬空的翼缘板作局部下挠验算，以保证同一层左、右两个标准型材之间的净距不宜过大)，上层标准型材I的顶板21连接上层板材2，上层标准型材I的底板22与中间层板材2的上表面相连，下层标准型材I的顶板21与中间层板材2的下表面相连，下层标准型材I的底板22连接下层板材2。
[0025]标准型材I和板材2的接触面为预先设计好的粗糙表面，以增加环氧胶的粘结强度。施工时在接触面的法线方向施加0.5MPa的均布压力，以增加各部件之间的粘结力。标准型材I和板材2需要预先经过合理的设计，使得组合式FRP箱形型材能够满足强剪弱弯的要求。
[0026]实施例5
如图5所示，一种粘结式单层单箱组合式FRP箱形型材，包括由两个标准型材I和两块板材2组成的重复单元。所述标准型材I的形状为槽形；两个标准型材I并排间隔设置，两个标准型材I的顶板21、底板22通过环氧胶3粘结的方式与两块板材2固定连接以使重复单元的截面呈箱形。
[0027]两个标准型材I和两块板材2的接触面为预先设计好的粗糙表面，以增加环氧胶的粘结强度。施工时在接触面的法线方向施加0.3MPa的均布压力，以增加各部件之间的粘结力。两个标准型材I和两块板材2需要预先经过合理的设计，使得组合式FRP箱形型材能够满足强剪弱弯的要求。
[0028]实施例6
如图6所示，一种粘结式单层单箱组合式FRP箱形型材，包括由两个标准型材I和两块板材2组成的重复单元。所述标准型材I的形状为箱形；两个标准型材I并排间隔设置，两个标准型材I的顶板21、底板22通过环氧胶3粘结的方式与两块板材2固定连接以使重复单元的截面呈箱形。
[0029]两个标准型材I和两块板材2的接触面为预先设计好的粗糙表面，以增加环氧胶的粘结强度。施工时在接触面的法线方向施加0.3MPa的均布压力，以增加各部件之间的粘结力。两个标准型材I和两块板材2需要预先经过合理的设计，使得组合式FRP箱形型材能够满足强剪弱弯的要求。
[0030]显然，上述实施例是仅仅为清楚的说明所作的举例，而非对组合方式的限定。这里无需也无法对所有的组合形式予以穷举。而由此引申出的显而易见的变化或者变动仍处于本发明的保护范围之中。
【权利要求】
1.一种结构用组合式FRP箱形型材，其特征在于，所述组合式FRP箱形型材包括由至少两个标准型材和两块板材组成的重复单元，所述标准型材的形状为槽形、工字形或箱形；两个标准型材并排间隔设置，两个型材的顶板、底板与两块板材固定连接以使重复单元的截面呈箱形。
2.如权利要求1所述结构用组合式FRP箱形型材，其特征在于，所述标准型材的顶板和底板通过螺栓和/或环氧胶粘结的界面方式与两块板材固定连接。
3.如权利要求1所述结构用组合式FRP箱形型材，其特征在于，所述组合式FRP箱形型材层数为两层以上时，上下层标准型材上下对齐放置。
4.如权利要求1所述结构用组合式FRP箱形型材，其特征在于，所述标准型材与板材的接触面为粗糙毛面，施工时在接触面的法线方向施加0.1 — 0.5MPa的均布压力。
5.如权利要求1所述结构用组合式FRP箱形型材，其特征在于，所述标准型材和板材由纤维材料制成，所述纤维材料为玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维和玄武岩纤维中的一种或两种以上。
【文档编号】E01D101/40GK104452570SQ201410730482
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月5日 优先权日:2014年12月5日
【发明者】张普, 高丹盈, 赵航, 刘华娜, 唐国斌, 李昕, 郑立弟, 王一鑫, 徐芳洁, 钱文文 申请人:郑州大学