一种基于frp材料的桥梁结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供的一种基于FRP材料的桥梁结构，一方面将桥面板板底起拱，充分的利用桥面板内的压缩薄膜效应来提高桥面板在多种荷载工况下的承载性能，避免应力集中，改变应力对桥面板的作用方向，另一方面在桥面板的下方设置约束杆件，充分发挥筋材的抗拉伸性能，从而大幅减少（甚至取消）桥面板内置的筋材（可视为将传统的内置筋材移出桥面板外，作为约束锚杆使用），两方面结合，有效的解决了现有技术中筋材使用量大的问题。另外本实用新型采用FRP材料制成的筋材作为约束杆件，FRP材料的抗拉伸性能更佳，同时还具有防腐蚀作用，更加适合外置使用。
【专利说明】 一种基于FRP材料的桥梁结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及桥梁【技术领域】，特别涉及一种基于FRP材料的桥梁结构。
【背景技术】
[0002]在桥梁工程建设中，无论是混凝土结构、钢结构还是钢一混凝土组合结构，桥面板通常为钢筋混凝土板。在过去20年中，这种钢筋混凝土板结构暴露出一系列问题，其中最为严重的就是由于钢筋或钢材的腐蚀而导致的结构性能劣化问题。桥梁面板由于保护层厚度较小、除冰盐直接作用于其表面和因长期承受交通荷载容易造成开裂等原因，钢筋锈蚀问题尤为严重。这些问题不仅导致了高昂的维护费用，而且频繁维修造成的交通堵塞等问题也对当地人们的生活和经济发展产生不良影响。
[0003]为了解决混凝土桥面板中钢筋锈蚀的问题，近些年来，在桥梁中采用纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer Composite，简称FRP)成为一种比较可靠途径。目前一种方式是在桥梁面板中增加FRP筋，但是在研宄工作中发现，现行各国的桥面板的设计方法中都普遍忽略了板结构中压缩薄膜效应(拱效应)。由于横向约束的存在，当荷载施加到一定程度时，随着加载区的底部和边界处的顶部裂缝的产生，混凝土板内的中和轴向着受压区移动。由于对混凝土板末端受压区横向约束的存在，板内产生了压缩薄膜压力(拱推力)。这一薄膜效应增加了混凝土板内的受压区高度和提高了结构的承载能力。然而目前的混凝土桥面板的设计方法中并没有侧向约束构件，导致了桥面板需要内置较多的筋材，配筋率高。
[0004]此外，FRP材料还广泛的使用于梁构件中，现有的各种基于FRP材料的梁构件包括:(a)全FRP梁，该类型梁通常具有与钢梁类似的外形(例如工字型或箱型);(b)FRP与混凝土的组合梁，包括FRP筋混凝土梁、由受拉FRP型材和浇筑于其上的受压混凝层组合而成的组合梁、以及FRP管混凝土梁。以上梁构件中FRP作为主要的纵向受力材料，用量通常较大，从而导致梁构件成本较高，同时还常因构件刚度不够导致在设计时的主要限制因素是构件变形而非承载力；另外，这些梁构件还因FRP材料的脆性而导致构件延性较差。而且在前期的研宄中发现如果对支撑梁构件中采用FRP筋混凝土结构，结构往往因为支撑构件抗弯刚度过低而破坏。
[0005]因此如何更为合理有效地将FRP材料应用于新建的桥梁体系中，提高桥面体系结构的耐久性能与工作能力，具有重要的意义。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种能够匹配桥梁双向受弯或者受剪的特点，从而改善加固效果的桥梁加固结构。
[0007]本实用新型的目的通过以下技术方案实现:
[0008]提供了一种基于FRP材料的桥梁结构，包括两个支撑梁和跨设于两个支撑梁之间的桥面板，所述桥面板的下表面呈拱形，所述桥面板的下方设置有位于两个支撑梁之间的约束杆件，所述约束杆件端部与支撑梁固定连接。
[0009]其中，所述约束杆件由FRP材料制成。
[0010]其中，所述两个支撑梁相向地设置有一一对应的锚固插孔，所述约束杆件的端部插入所述锚固插孔中并被螺紧。
[0011]其中，任一锚固插孔的两侧均设置有备用锚固孔。
[0012]其中，所述支撑梁中设置有传力钢板，至少两个约束杆件的端部与所述传力钢板连接。
[0013]其中，所述支撑梁包括FRP管、分布于FRP管的管腔内的钢筋和填充于FRP管的管腔内的混凝土方。
[0014]其中，所述桥面板包括跨设于支撑梁之间的模板和填充于模板上的混凝土层。
[0015]其中，所述桥面板与支撑梁的连接面倾斜于水平面设置。
[0016]其中，所述桥面板与支撑梁的连接处设置有剪力键，所述剪力键一部分嵌入于桥面板中，另一部分嵌入支撑梁中。
[0017]本实用新型的有益效果:本实用新型一方面将桥面板板底起拱，充分的利用桥面板内的压缩薄膜效应来提高桥面板在多种荷载工况下的承载性能，避免应力集中，改变应力对桥面板的作用方向，另一方面在桥面板的下方设置约束杆件，充分发挥筋材的抗拉伸性能，从而大幅减少(甚至取消)桥面板内置的筋材(可视为将传统的内置筋材移出桥面板夕卜，作为约束锚杆使用)，两方面结合，有效的解决了现有技术中筋材使用量大的问题。另外本实用新型采用FRP材料制成的筋材作为约束杆件，FRP材料的抗拉伸性能更佳，同时还具有防腐蚀作用，更加适合外置使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]利用附图对本实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
[0019]图1为本实用新型一种基于FRP材料的桥梁结构的结构示意图。
[0020]图2为本实用新型的支撑梁的另一结构示意图。
[0021]图3为本实用新型的支撑梁的侧面结构示意图。
[0022]在图1至图3中包括有:
[0023]I——支撑梁、11——FRP管、12——钢筋、13——混凝土方、14——锚固插孔、15——传力钢板、16——钢管、17——备用锚固孔、2——桥面板、21——模板、22——混凝土层、3——剪力键、4——约束杆件。
【具体实施方式】
[0024]结合以下实施例对本实用新型作进一步描述。
[0025]本实用新型一种基于FRP材料的桥梁结构的【具体实施方式】，如图1所示，包括两个支撑梁I和跨设于两个支撑梁I之间的桥面板2。
[0026]其中，支撑梁I的外层是FRP管11，该FRP管11的管腔中分布有钢筋12并填充有混凝土方13，这种支撑梁I的结构使支撑梁I具有较好的抗弯抗剪能力和足够的延性，施工时可以将钢筋12编织成钢筋笼后放置入FRP管11中后再浇筑混凝土方13。支撑梁I开设有成排的锚固插孔14，锚固插孔14是由贯穿于FRP管11的钢管16形成的。在支撑梁I上端部的外侧，设置有贴合于成排的锚固插孔14处的传力钢板15，传力钢板15上开设有与所述锚固插孔14对应的孔位。两个相向设置的支撑梁I之间设置有多条约束杆件4，约束杆件4的两个端部分别与两个支撑梁I相固定，约束杆件4的端部与支撑梁I的固定方式是:约束杆件4端部穿过支撑梁I的锚固插孔14以及传力钢板15的孔位后被螺栓拴紧，从而与支撑梁I和传力钢板15相固定。传力钢板15的作用是同时连接约束杆件4以在各个约束杆件4之间传递应力，避免应力过于集中。当然的，传力钢板15还可以设置在支撑梁I的内部，如图2所示，只要其能够与多个约束杆件4连接以实现应力传递即可。需要说明的是，在本实施例中，每一个锚固插孔14的两侧均设置有备用锚固孔17，如图3所示备用锚固孔17的结构与锚固插孔14是一致的，其作用是在要更换某一约束杆件4时，可以利用该约束杆件4对应的锚固插孔14两侧的备用锚固孔17来设置两条临时约束杆件4，保证在更换约束杆件4的过程中桥梁结构的稳定。
[0027]桥面板2跨设于两个支撑梁I之间，桥面板2与支撑梁I的连接面是一个与水平面倾斜的弧面，该连接面上嵌设有多个剪力键3，所述剪力键3部分嵌入支撑梁I中，另外部分嵌入与桥面板2中。桥面板2是由模板21和填充与模板21上的混凝土层22构成，模板21呈拱形结构，施工中采用在支撑梁I上固定模板21，然后浇筑混凝土层22的方式来实现。具体的，本实施例中的模板21也是有FRP材料制成，这样既可减少后期的拆模工序，另外FRP材料的模板21也能够提高桥面板2的承载力。
[0028]本实用新型一方面将桥面板板底起拱，充分的利用桥面板内的压缩薄膜效应来提高桥面板在多种荷载工况下的承载性能，避免应力集中，改变应力对桥面板的作用方向，另一方面在桥面板的下方设置约束杆件，充分发挥筋材的抗拉伸性能，从而大幅减少(甚至取消)桥面板内置的筋材(可视为将传统的内置筋材移出桥面板外，作为约束锚杆使用)，两方面结合，有效的解决了现有技术中筋材使用量大的问题。另外本实用新型采用FRP材料制成的筋材作为约束杆件，FRP材料的抗拉伸性能更佳，同时还具有防腐蚀作用，更加适合外置使用。
[0029]最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。
【权利要求】
1.一种基于FRP材料的桥梁结构，包括两个支撑梁和跨设于两个支撑梁之间的桥面板，其特征在于:所述桥面板的下表面呈拱形，所述桥面板的下方设置有位于两个支撑梁之间的约束杆件，所述约束杆件端部与支撑梁固定连接。
2.如权利要求1所述的一种基于FRP材料的桥梁结构，其特征在于:所述约束杆件由FRP材料制成。
3.如权利要求1所述的一种基于FRP材料的桥梁结构，其特征在于:所述两个支撑梁相向地设置有一一对应的锚固插孔，所述约束杆件的端部插入所述锚固插孔中并被螺紧。
4.如权利要求3所述的一种基于FRP材料的桥梁结构，其特征在于:任一锚固插孔的两侧均设置有备用锚固孔。
5.如权利要求1所述的一种基于FRP材料的桥梁结构，其特征在于:所述支撑梁中设置有传力钢板，至少两个约束杆件的端部与所述传力钢板连接。
6.如权利要求1所述的一种基于FRP材料的桥梁结构，其特征在于:所述支撑梁包括FRP管、分布于FRP管的管腔内的钢筋和填充于FRP管的管腔内的混凝土方。
7.如权利要求1所述的一种基于FRP材料的桥梁结构，其特征在于:所述桥面板包括跨设于支撑梁之间的模板和填充于模板上的混凝土层。
8.如权利要求1所述的一种基于FRP材料的桥梁结构，其特征在于:所述桥面板与支撑梁的连接面倾斜于水平面设置。
9.如权利要求1所述的一种基于FRP材料的桥梁结构，其特征在于:所述桥面板与支撑梁的连接处设置有剪力键，所述剪力键一部分嵌入于桥面板中，另一部分嵌入支撑梁中。
【文档编号】E01D19/12GK204174533SQ201420637548
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】杨健彬, 郑愚 申请人:东莞理工学院