专利名称：高耐久性纤维增强复合材料钢筋混凝土组合构件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用新材料和新型构造形式的高耐久性构件，属于新材料结构领域，可 用于沿海和海岛的桥梁、建筑等结构物中的受力构件。
背景技术：
混凝土耐久性问题一直是困扰工程界的一个难题，尤其是钢筋锈蚀导致的混凝土耐久性 问题，每年会造成大量的经济损失，严重的还会引发事故，造成人员、财产伤亡，这一问题 在沿海及海岛建筑中尤为突出。而现有的增强钢筋混凝土耐久性的措施，容易造成混凝土构 件截面增大、造价提高，而且很多情况下，依然不能满足使用要求。采用耐腐蚀的新型材料 ——FRP (即纤维增强复合材料)作为钢筋混凝土构件的外隔离层，形成FRP-钢筋混凝土高 耐久性组合构件是一个经济、有效的解决途径。
FRP是近年来在各种工程中广泛应用的一种新型材料，是由碳纤维、玻璃纤维等高性能 纤维与树脂基体混合，经过一定的加工工艺复合而成的非金属材料。它具有很强的耐腐蚀能 力，同时还有轻质、高强、成型方便等优点，现在已经逐渐应用于结构工程当中，显示了良 好的力学和耐久性性能。但是全部采用FRP的结构形式仍存在一些问题，如连接构造复杂、 成本高昂、防火性能差以及工程人员对于FRP了解不足，造成设计上的困难等等。
本发明利用FRP制成永久模板，主要依靠钢筋混凝土构件承受荷载，FRP模板作为钢筋 混凝土构件的隔离保护层，并与钢筋混凝土组合受力，充分发挥了两种材料的优点，取得了 良好的效果，具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提出一种既可节约钢筋且又可提高耐久性的纤维增强复合材料钢筋混 凝土组合构件。
本发明的特征之一在于，是一种纤维增强复合材料钢筋混凝土组合梁，含有钢筋混凝土梁和密闭的FRP外壳组成，其中钢筋混凝土梁，内部设有钢筋笼，密闭的FRP外壳，封闭在
所述钢筋混凝土梁外，所述密封的FRP外壳由底板、侧板以及用于连接所述底板和侧板的封
角组成，所述底板和侧板的内侧经过粘砂处理，以便使所述侧板和底板与内部的混凝土紧密 妙a
5口 口 o
本发明的特征之二在于，所述FRP底板和侧板设有内肋条。 本发明的特征之三在于，所述底板和侧板是FRP夹心板。
本发明的特征之四在于，所述组合梁，包括上表面在内的无法封密的区域，混凝土保护 层的厚度是增大的。
本发明的特征之五在于，所述组合梁，包括上表面在内的无法封密的区域，用FRP筋材 替换分布钢筋。
本发明的特征之六在于，是一种纤维增强复合材料钢筋混凝土组合柱，含有钢筋混凝 土柱和密封的肋条的FRP管，其中钢筋混凝土柱，内部设有钢筋笼；密封的FRP管为封闭 的，内部为所述的钢筋混凝土柱。
本发明的特征之七在于，所述FRP管内侧有环向肋条。
本发明所述的FRP-钢筋混凝土组合构件设计巧妙，构造合理，便于使用，其优点是
(1) 耐久性好，免维护；
(2) 受力性能较好，长期的承载力安全储备高。
(3) FRP的用量少，价格便宜，经济性好；
(4) 与传统的钢筋混凝土构件非常类似，相关经验成熟，施工方便；
(5) 适用性广，可以广泛应用于沿海及海岛的各种建筑中。
图h FRP-钢筋混凝土高耐久性梁的构造示意图
l.FRP底板；2. FRP封角；3.FRP侧板；4.混凝土； 5.钢筋笼；6.分布钢筋；7. FRP筋。 图2: FRP-钢筋混凝土高耐久性组合柱构造示意图 1. FRP管；2.肋；4.混凝土 5.钢筋笼。
具体实施方式
FRP-钢筋混凝土高耐久性组合构件仅使用少量的FRP材料作为构件的密闭外壳，发挥其 耐久性好的优点，用来隔绝外部有害介质对内部钢筋混凝土构件的侵蚀；构件的承载力主要 由钢筋混凝土提供，并通过合理设计FRP板材的形式使其与混凝土组合受力，提高构件的承 载力，以保证其具有长期的承载力储备；同时在施工阶段减少了模板工程，减少了资源消耗 和人工。
本发明针对工作环境较为恶劣的桥梁、栈桥等室外结构设计了 FRP-钢筋混凝土组合梁和 柱。FRP-钢筋混凝土高耐久性梁由钢筋混凝土梁和密闭的FRP外壳组成。其中钢筋混凝土梁 部分与传统的梁相同，表面增加的密封FRP板壳由底板、侧板以及封角构成，内侧有肋条， 都FRP板还可增加夹心减轻自重。FRP带肋板在施工阶段作为模板内衬，通过肋条以及内表 面的粘砂处理使FRP板与混凝土紧密结合；使用阶段与钢筋混凝土梁共同工作。梁上表面等 无法封盖的区域通过增大混凝土保护层厚度或用FRP筋材替换上部钢筋(如负弯矩区)保 证高耐久性。
FRP-钢筋混凝土高耐久性柱，采用带横肋的FRP薄壁管，内部为普通钢筋混凝土柱，FRP 带肋薄壁管采用纤维缠绕成型技术生产。这样的构件中，FRP形成了封闭隔离层模壳，从而 能够有效的抵抗外部环境的侵蚀作用，同时FRP壳体通过约束作用可提高构件的受力性能。
FRP-钢筋混凝土高耐久性构件具有以下特征具有良好耐久性的FRP带肋型材形成密封 的永久性模板；组合梁构件FRP模板内侧底面和侧面上带有T型或L型的肋，保证钢筋混凝 土与FRP型材的共同工作；组合柱构件FRP模板内侧面带有横肋，保证界面结合紧密。
FRP-钢筋混凝土高耐久性构件的设计基于结构全生命周期，普通钢筋混凝土构件的性能 会因钢筋锈蚀等耐久性问题而衰减较快，需要通过多次维修来"跳跃式"地提高其性能，来 保证在整个使用年限内满足使用要求；而FRP-钢筋混凝土构件中的钢筋混凝土部分的承载能 力因FRP的保护而缓慢衰减，FRP部分提供的承载力基本不变，从而保证构件在设计使用年 限内不需要维修也能满足使用要求，实现了高耐久性、免维护的结构构件。承载力主要通过 钢筋混凝土部分提供，FRP失效不能受力时，构件仍保证不坍塌。此外，在施工中轻质高强 的FRP作为永久模板也减少了资源消耗和人力成本。从长期来看，FRP-钢筋混凝土高耐久性 构件在高腐蚀环境中是一种低成本、高效率的结构形式。
梁构件表面密封FRP带肋板壳采用拉挤工艺连续成型生产，柱构件FRP带肋薄壁管采用 纤维缠绕成型技术生产。纤维主要采用玻璃纤维，如果条件允许，也可采用其他种类的纤维，
5如碳纤维等。梁、柱模板的内侧带肋，增强FRP模板与混凝土之间的粘结力。模板制作安装 好之后进行内表面的粘砂处理，增加FRP板与混凝土之间的粘结力，然后安放钢筋，进行混
凝土浇筑。
权利要求
1.提高耐久性用的纤维增强复合材料钢筋混凝土组合构件，其特征在于，是一种纤维增强复合材料-钢筋混凝土组合梁，含有钢筋混凝土梁和密闭的FRP外壳组成，其中钢筋混凝土梁，内部设有钢筋笼，密闭的FRP外壳，封闭在所述钢筋混凝土梁外，所述密封的FRP外壳由底板、侧板以及用于连接所述底板和侧板的封角组成，所述底板和侧板的内侧经过粘砂处理，以便使所述侧板和底板与内部的混凝土紧密结合。
2. 根据权利1要求所述的提高耐久性用的FRP-钢筋混凝土组合构件，其特征在于，所 述底板和侧板设有内肋条。
3. 根据权利l要求所述的提高耐久性用的FRP-钢筋混凝土组合构件，其特征在于，所 述底板和侧板是FRP夹心板。
4. 根据权利1要求所述的提高耐久性用的FRP-钢筋混凝土组合构件，其特征在于，所 述的组合梁，包括上表面在内的无法封密的区域，混凝土保护层的厚度是增大的。
5. 根据权利1要求所述的提高耐久性用的FRP-钢筋混凝土组合构件，其特征在于所述 的组合梁，包括上表面在内的无法封密的区域，用FRP筋材替换分布钢筋。
6. 提高耐久性用的FRP-钢筋混凝土组合构件，其特征在于，是一种FRP-钢筋混凝土组 合柱，含有钢筋混凝土柱和密封的肋条的FRP管，其中钢筋混凝土柱，内部设有钢筋笼； 密封的FRP薄壁管采用纤维缠绕成型式的，内部为所述的钢筋混凝土柱。
7. 根据权利6要求所述的提高耐久性用的FRP-钢筋混凝土组合构件，其特征在于所述 的组合柱，FRP管内侧有环向肋条。
全文摘要
提高耐久性用的纤维增强复合材料钢筋混凝土组合构件属于钢筋混凝土构件技术领域，其特征在于，对于FRP梁而言，由于钢筋混凝土梁和密封在该钢筋混凝土外的密封的FRP外壳构成，所述外壳由底板、侧板以及用于连接侧板和底板的FRP封角构成，对于FRP柱而言，由于钢筋混凝土柱和密封在该钢筋混凝土外的FRP管构成，所述的底板、侧板和FRP管，统称FRP模板，设有内肋、且内侧都经过粘砂处理，增加与钢筋混凝土的紧密度。本发明具有耐久性好、免维护，受力性能好，施工方便、适用性广的优点。
文档编号E04C3/29GK101575895SQ20091008591
公开日2009年11月11日 申请日期2009年5月27日 优先权日2009年5月27日
发明者鹏 冯, 叶列平 申请人:清华大学