海砂混凝土受弯构件的制作方法
【专利摘要】本实用新型是一种海砂混凝土受弯构件。包括有海砂混凝土（1）、FRP筋（4），海砂混凝土（1）内设置有沿受弯构件的长度方向设置的FRP纵筋（4）及设置有沿受弯构件的宽度方向设置的FRP横筋，FRP纵筋（4）与FRP横筋通过连接件绑扎成构件筋材骨架，其中海砂混凝土（1）内还偏心设置有FRP管。本实用新型能改善海砂混凝土构件的延性，提高抗剪性能,降低筋材脆性影响,且防腐蚀性能优越,施工简便,受力性能良好。本实用新型是一种不但轻质高强，还可以显著提高混凝土结构的使用寿命，大幅度地节约维修成本的海砂混凝土受弯构件。
【专利说明】海砂混凝土受弯构件
【技术领域】
[0001]本实用新型是一种海砂混凝土受弯构件，特别是一种FRP筋海砂混凝土受弯构件，属于海砂混凝土受弯构件的改造技术。
【背景技术】
[0002]近年来，国外对FRP筋(FRP:Fiber Reinforced Plastics Bar纤维复合增强材料)在土木工程中应用技术的研究工作日趋系统化，并在工程中得到成功应用，而且基于FRP筋在氯离子环境中的耐久性，采用海砂替代河砂、FRP筋替代钢筋的高性能FRP筋海砂混凝土材料及结构体系具有广泛的应用前景，符合国家产业政策，符合国家大力推进节能减排的战略方向，对建筑材料、建筑技术、相关上下游产业都会又明显的带动作用，决定了其产业可持续发展，并能推动相关产业联动发展。FRP筋在具有较强腐蚀性的海砂混凝土中替代钢筋的应用研究受到广泛关注。
[0003]另外，随着城市化的发展，全国各地大兴土木，作为混凝土骨料的砂石用量剧增，对河砂过度的开采已对河流、土壤、地下水等生态环境造成了巨大破坏。因此，人们考虑利用海砂代替河砂作为建筑用砂生产混凝土，以缓解河砂短缺问题，同时避免过度开采而带来的生态环境问题。海砂混凝土的发展可以高效利用海洋资源，其应用可推动沿海地区经济的发展。由于海砂中所含的氯离子会严重腐蚀钢筋，使得结构整体承载力下降并导致房屋坍塌等严重工程事故，长期以来国内外的专家学者一直致力于探索消除海砂中氯离子影响的各种方法和途径的研究，但都未达到理想的效果，因此海砂也由于技术原因一直不能得到有效资源化利用。
[0004]海砂的利用研究在沿海地区比较活跃，广东省对海砂的研究主要是去除氯离子的方法研究，包括碱性溶液洗涤和自来水冲洗，但存在很多问题，一是不能根除氯离子的存在，二是清除成本也比较高，工业化生产的前景不明显。通过对海砂混凝土材料力学性能、物理性能研究以及FRP筋混凝土构件的力学性能研究发现，通过FRP筋替代钢筋开发FRP筋海砂混凝土材料，可以提高混凝土材料的耐腐蚀性能，特别适用于沿海地区湿热环境下对混凝土材料性能的需求。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于考虑上述问题而提供一种提高抗剪性能，降低筋材脆性影响，且防腐蚀性能优越，施工简便，受力性能良好的海砂混凝土受弯构件。本实用新型不但轻质高强，还可以显著提高混凝土结构的使用寿命，大幅度地节约维修成本。
[0006]本实用新型的技术方案是:本实用新型的海砂混凝土受弯构件，包括有海砂混凝土、FRP纵筋，海砂混凝土内设置有沿受弯构件的长度方向设置的FRP纵筋及设置有沿受弯构件的宽度方向设置的FRP横筋，FRP纵筋与FRP横筋通过连接件绑扎成构件筋材骨架，其中海砂混凝土内还偏心设置有FRP管。
[0007]本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果:
[0008]I)本实用新型受剪性能有效提高。本实用新型的参考混凝土受弯构件主应力迹线的发展趋势，布置垂直于主拉应力迹线FRP之字形筋，以限制斜裂缝的发展，使受弯构件获得更好的受剪承载力。据现有受剪性能理论和梁受剪试验结果预测受剪承载力约提高30%左右。
[0009]2)本实用新型的延性得以改善。本实用新型在接近受拉的区域设置FRP管，使得构件截面刚度有所加强，有利于改善FRP筋海砂混凝土受弯构件的延性。据现有延性分析理论和试验结果预测构件破坏时将减缓突然性，构件受力变形均匀且充分。
[0010]3)本实用新型的受弯性能优良。本实用新型的FRP筋和FRP管具有明显优于钢筋的抗拉强度，能够使构件获得更高受弯承载力。据现有受弯性能理论和梁受弯试验结果预测受弯承载力约提高30?40%。
[0011]4)本实用新型耐腐蚀性能好。本实用新型的FRP材料对于腐蚀环境并不敏感，适合作为受力材料用于桥梁等室外结构或海洋工程。
[0012]5)本实用新型的经济效益能够充分发挥。充分利用高性能材料解决海砂资源难以利用的难题，缓解过度开采河砂带来的生态问题，带来积极的经济效应。
[0013]本实用新型是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的新型FRP筋海砂混凝土受弯构件。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型设有FRP之字形筋、沿受弯构件的宽度方向的截面为矩形截面且内置圆形FRP管的海砂混凝土受弯构件的示意图；
[0015]图2是本实用新型设有FRP之字形筋、沿受弯构件的宽度方向的截面为矩形截面且内置矩形FRP管的海砂混凝土受弯构件的示意图。
[0016]图3是本实用新型设有FRP之字形筋的海砂混凝土受弯构件的沿长度方向的截面示意图。
[0017]图4是本实用新型设有FRP箍筋、沿受弯构件的宽度方向的截面为矩形截面且内置圆形FRP管的海砂混凝土受弯构件的示意图；
[0018]图5是本实用新型设有FRP箍筋筋、沿受弯构件的宽度方向的截面为矩形截面且内置方形FRP管的海砂混凝土受弯构件的示意图；
[0019]图6是本实用新型设有FRP箍筋、沿受弯构件的宽度方向的截面为圆形截面且内置圆形FRP管的海砂混凝土受弯构件的示意图；
[0020]图7是本实用新型设有FRP箍筋的海砂混凝土受弯构件的沿长度方向的截面示意图。
[0021]图中标号说明:1 —海砂混凝土 ；2 - FRP圆管；3 — FRP方管；4 — FRP纵筋；5 —FRP之字形筋；6 — FRP箍筋。
【具体实施方式】
[0022]实施例1:
[0023]本实用新型的结构示意图如图1、2、3所示，本实用新型的海砂混凝土受弯构件，包括有海砂混凝土 1、FRP纵筋4，海砂混凝土 I内设置有沿受弯构件的长度方向设置的FRP纵筋4及设置有沿受弯构件的宽度方向设置的FRP横筋，FRP纵筋4与FRP横筋通过连接件绑扎成构件筋材骨架，其中海砂混凝土 I内还偏心设置有FRP管，本实施例中，FRP管设置在接近受拉区域的位置，可以改善海砂混凝土构件的延性。
[0024]本实施例中，上述FRP管为FRP圆管2或FRP方管3。上述海砂混凝土受弯构件沿宽度方向的截面形状是矩形，如图1及图2所示都是矩形截面，且图1所示海砂混凝土I内偏心设置的FRP管为FRP圆管2，图2所示海砂混凝土 I内偏心设置的FRP管为FRP方管3。
[0025]本实施例中，上述FRP横筋为FRP之字形筋5)，FRP纵筋4通过连接件与FRP之字形筋5绑扎成构件筋材骨架。上述连接件为铁丝或纤维绳索。沿宽度方向的截面形状是矩形截面的受弯构件的海砂混凝土 I内FRP之字形筋5与FRP纵筋4绑扎成构件筋材骨架的结构如图3所示，上述FRP之字形筋5是弯折为之字形或S形的FRP筋材。这类筋材可根据受弯构件的剪跨比选择合适弯起角度进行配置。本实施例使用特殊类型的FRP之字形筋作为主要承受剪力作用的筋材。
[0026]本实施例中，上述海砂混凝土 I是使用在海洋直接开采且没有经过淡化处理的砂作为制备混凝土的细骨料。
[0027]另外，上述FRP圆管2或FRP方管3的管内填充有海砂混凝土。FRP圆管2或FRP方管3置于海砂混凝土内部，即FRP圆管2或FRP方管3的管外被海砂混凝土包围，且FRP圆管2或FRP方管3的管内又填充有海砂混凝土。
[0028]上述FRP纵筋4、FRP之字形筋5是玄武岩纤维或碳纤维或玻璃纤维或芳纶纤维的纤维复合增强材料筋，具体选用那种纤维根据实际工程所在环境、承载力以及成本要求等条件选取。
[0029]由于FRP筋材和管材的优良耐腐蚀性能，所以海砂混凝土保护层厚度的设置无须考虑构件耐久性设计，而主要考虑保证FRP筋和海砂混凝土的有效粘结握裹。
[0030]试验研究和工程实践表明，FRP筋海砂混凝土的研究及应用不仅有利于消除河砂的过度开采问题，保证防洪和城市的用水安全，而且有利于平息河砂价格的过分增长，降低建筑工程造价，再者高强FRP筋材和丰富的海砂资源可以得到有序的开发利用，是解决资源枯乏与经济建设需求之间矛盾的良方。本实用新型不但轻质高强，还具有极强的耐腐蚀性能，可以显著提高混凝土结构的使用寿命，大幅度地节约维修成本，应用于结构工程中的长期综合效益优于钢筋。本发明的开发将为新型高性能桥梁结构材料起到重要推动作用。本发明具有节能、环保等特性，具有明显的经济效益及长远的社会效益。
[0031]本实用新型的海砂混凝土受弯构件的制作步骤如下:
[0032]I)根据工程实际需要，FRP之字形筋5选择合适的弯曲角度，FRP管选择合理的的壁厚及其截面尺寸；
[0033]2)选择合适的纤维材料制作FRP管，FRP管预制为圆形或矩形；
[0034]3)对FRP纵筋4进行带肋和粘砂表面处理，增强FRP纵筋和海砂混凝土之间的粘结强度；
[0035]4)对FRP之字形筋5的弯折处适当做加固处理，防止构件受力时成为薄弱部位。
[0036]5)海砂混凝土强度等级宜选为C30?C60，建议选择合适的水泥等级及级配良好的海砂和闻效减水剂制作海砂混凝土；
[0037]6)将FRP纵筋4与FRP之字形筋5绑扎成构件筋材骨架，待海砂混凝土制作完成后，将上述绑扎好的构件筋材骨架及上述预制为圆形或矩形的FRP管放入海砂混凝土内，最终完成新型FRP筋海砂混凝土受弯构件的制作。
[0038]实施例2:
[0039]本实施例与实施例1的区别是:上述FRP横筋为FRP箍筋6，FRP纵筋4通过连接件与FRP箍筋6绑扎成构件筋材骨架。上述FRP箍筋6是弯折为方形或圆形的FRP筋材。上述海砂混凝土受弯构件沿宽度方向的截面形状是矩形或圆形，图4、图5所示是矩形截面，图6所示为圆形截面。且图4所示为海砂混凝土 I内偏心设置的FRP管为FRP圆管2，图5所示为海砂混凝土 I内偏心设置的FRP管为FRP方管3。如图6所示为海砂混凝土 I内偏心设置的FRP管为FRP圆管2。图7所示是沿宽度方向的截面形状是矩形截面的受弯构件的海砂混凝土 I内FRP箍筋6与FRP纵筋4绑扎成构件筋材骨架的示意图。
[0040]另外，上述FRP箍筋6是玄武岩纤维或碳纤维或玻璃纤维或芳纶纤维的纤维复合增强材料筋，具体选用那种纤维根据实际工程所在环境、承载力以及成本要求等条件选取。
[0041]本实用新型的海砂混凝土受弯构件的制作步骤如下:
[0042]I)根据工程实际需要，FRP管选择合理的的壁厚及其截面尺寸；
[0043]2)选择合适的纤维材料制作FRP管，FRP管预制为圆形或矩形；
[0044]3)对FRP纵筋4进行带肋和粘砂表面处理，增强FRP纵筋和海砂混凝土之间的粘结强度；
[0045]4)对FRP箍筋6的弯折处适当做加固处理，防止构件受力时成为薄弱部位。
[0046]5)海砂混凝土强度等级宜选为C30?C60，建议选择合适的水泥等级及级配良好的海砂和闻效减水剂制作海砂混凝土；
[0047]6 )将FRP纵筋4与FRP箍筋6绑扎成构件筋材骨架，待海砂混凝土制作完成后，将上述绑扎好的构件筋材骨架及上述预制为圆形或矩形的FRP管放入海砂混凝土内，最终完成新型FRP筋海砂混凝土受弯构件的制作。
【权利要求】
1.一种海砂混凝土受弯构件，包括有海砂混凝土(1)、FRP纵筋(4)，海砂混凝土(I)内设置有沿受弯构件的长度方向设置的FRP纵筋(4)及设置有沿受弯构件的宽度方向设置的FRP横筋，FRP纵筋(4)与FRP横筋通过连接件绑扎成构件筋材骨架，其特征在于海砂混凝土(I)内还偏心设置有FRP管。
2.根据权利要求1所述的海砂混凝土受弯构件，其特征在于上述FRP管为FRP圆管(2)或FRP方管(3)。
3.根据权利要求1所述的海砂混凝土受弯构件，其特征在于上述FRP横筋为FRP之字形筋(5)，FRP纵筋(4)通过连接件与FRP之字形筋(5)绑扎成构件筋材骨架。
4.根据权利要求1所述的海砂混凝土受弯构件，其特征在于上述FRP横筋为FRP箍筋(6)，FRP纵筋(4)通过连接件与FRP箍筋(6)绑扎成构件筋材骨架。
5.根据权利要求1所述的海砂混凝土受弯构件，其特征在于上述连接件为铁丝或纤维绳索。
6.根据权利要求4所述的海砂混凝土受弯构件，其特征在于上述FRP箍筋(6)是弯折为方形或圆形的FRP筋材。
7.根据权利要求3所述的海砂混凝土受弯构件，其特征在于上述FRP之字形筋(5)是弯折为之字形或S形的FRP筋材。
8.根据权利要求2所述的海砂混凝土受弯构件，其特征在于上述FRP圆管(2)或FRP方管(3)内填充有海砂混凝土，即FRP圆管(2)或FRP方管(3)的管外被海砂混凝土包围，FRP圆管(2)或FRP方管(3)的管内又填充有海砂混凝土。
9.根据权利要求8所述的海砂混凝土受弯构件，其特征在于上述海砂混凝土受弯构件的横截面形状是矩形或圆形。
10.根据权利要求9所述的海砂混凝土受弯构件，其特征在于上述FRP纵筋(4)、FRP之字形筋(5)及FRP箍筋(6)是玄武岩纤维或碳纤维或玻璃纤维或芳纶纤维的纤维复合增强材料筋。
【文档编号】E04C5/07GK203939180SQ201420222814
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年5月4日 优先权日:2014年5月4日
【发明者】卢俊坤, 李丽娟, 李树旺, 刘锋 申请人:广东工业大学