一种设置双向剪力键FRP箱形截面‑混凝土组合梁的制作方法

本发明涉及建筑、桥梁结构技术领域，尤其涉及一种设置双向剪力键的FRP夹芯腹板箱形截面混凝土组合梁。

背景技术：

钢筋混凝土梁目前在土木工程邻域有着广泛的应用，但混凝土材料抗拉性能较低，抗裂性能差，尤其在海洋、化工厂等恶劣环境下，混凝土开裂后，钢筋易锈蚀，导致结构承载力降低，从而影响整体结构的安全。而纤维增强复合材料(FRP)具有比强度高、比模量大、抗腐蚀和抗疲劳等优点。混凝土与FRP箱形截面梁组合，能充分发挥材料各自的优点，不仅具有较高的承载力，而且自重轻，抗腐蚀性和耐久性提高，受到工程界的广泛关注。

目前，现有的FRP-混凝土组合梁均采用单向剪力键，且只有一面连接面，很容易出现界面破坏，从而降低了组合梁整体工作性能；而箱形截面FRP-混凝土组合梁，由于FRP箱形截面壁较薄，从而导致组合梁的抗剪和抗扭性能差，影响了FRP箱形截面与混凝土组合梁在土木工程邻域推广和应用，因此，目前急需一种抗扭、抗剪性能好、整体工作效能好、承载力高、防腐蚀、耐久性能好的组合梁。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种抗扭、抗剪性能好、提高整体工作性能且耐腐蚀的FRP夹芯腹板箱形截面混凝土组合梁。本发明中的组合梁采用U形连接界面，一方面提高了界面连接强度，增强了组合梁的整体受力性能；另一方面FRP箱形截面上面的U形连接可兼做混凝土浇筑时的模板，与结硬后的混凝土组成一体，简化了混凝土施工工艺，FRP箱形截面的腹板采用夹层结构，从而提高组合梁的抗剪、抗扭性能。

为了解决上述技术问题,本发明提供了一种设置双向剪力键的FRP夹芯腹板箱形截面混凝土组合梁，所述组合梁包括一对平行竖直设置的箱形梁外面板、固定连接于两平行设置箱形梁外面板底部的箱形梁下翼缘及水平设于两箱形梁外面板中部之间的箱形梁上翼缘，所述箱形梁外面板、箱形梁下翼缘以及箱形梁上翼缘组成一密闭空腔，所述空腔内设有一对与所述箱形梁外面板平行的内面板，所述内面板的顶端与所述箱形梁上翼缘固定连接，且内面板的底端与所述箱形梁下翼缘固定连接，所述两内面板与其上的箱形梁上翼缘、其下的箱形梁下翼缘以及其两侧的箱形梁外面板组成一对对称的夹芯腹板腔，且夹芯腹板腔内设有夹芯层，所述夹芯层的顶端与所述箱形梁上翼缘固定连接，且夹芯层的底端与所述箱形梁下翼缘固定连接，所述箱形梁上翼缘和一对平行竖直设置的箱形梁外面板在组合梁的上部组成一U形槽，所述U形槽中设置有双向剪力键，且双向剪力键的底部和两侧对应紧贴U形槽的底部和两侧，所述U形槽中浇筑有混凝土。

进一步地，所述夹芯腹板腔内还设有加强筋，且加强筋与所述箱形梁下翼缘成20～45°角，所述加强筋的一端与所述箱形梁下翼缘固定连接，加强筋的另一端与所述箱形梁外面板固定连接。

进一步地，所述混凝土为普通混凝土或钢纤维混凝土或环氧树脂混凝土。

进一步地，所述夹芯层的材质为硬质聚氨酯泡沫塑料或轻木。

进一步地，所述轻木为巴尔沙木或泡桐木。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

(1)本发明中的U形槽内设置有双向剪力键，且双向剪力键的底部和两侧对应紧贴U形槽的底部和两侧，U型槽的三面均与双向剪力键连接，增强了混凝土与FRP箱形梁界面的连接强度，有效提高了组合梁的整体性，同时U形连接可兼做混凝土浇筑时的模板，与结硬后的混凝土组成一体，不仅节约模板，也简化了混凝土施工工艺。

(2)本发明中两内面板与其上的箱形梁上翼缘、其下的箱形梁下翼缘以及其两侧的箱形梁外面板组成一对对称的夹芯腹板腔，且夹芯腹板腔内设有夹芯层，该结构能够有效地控制FRP箱形梁在受压时发生局部失稳，并能提高组合梁抗剪、抗扭性能；同时箱形梁上翼缘、箱形梁下翼缘以及箱形梁外面板组成的夹芯腹板腔，在不改变组合梁抗剪、抗扭性能的前提下，一方面节省了原材料，降低了成本；另一方面减轻了组合梁自身的重量，从而便于搬运和运输。

(3)本发明中夹芯腹板腔内还设有加强筋，且加强筋与所述箱形梁下翼缘成20～45°角，该结构在组合梁发生局部受压时，能够起到支撑的作用，从而提高了组合梁的整体抗压性能；当该组合梁应用于建筑行业时，箱形梁外面板、箱形梁下翼缘以及箱形梁上翼缘组成一密闭空腔，可以起到隔音的作用，非常适合在建筑行业推广和应用。

(4)本发明中的夹芯层采用硬质聚氨酯泡沫芯材或轻木芯材，减小了夹芯层的高宽比，同时硬质聚氨酯泡沫芯材和轻木芯材具有质量轻和耐腐蚀性，因此，该组合梁可应用于海洋，港口工程及盐渍地区的工程建设，具有广泛的应用前景。

综上所述，本发明中的组合梁能够有效地提高组合梁的整体工作性能、增加腹板抗剪、抗扭性能，因此，该组合梁具有广阔的应用前景，在土木工程领域可带来可观的综合效益。

附图说明

以下结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明中一种设置双向剪力键的FRP夹芯腹板箱形截面混凝土组合梁的结构示意图；

图2是本发明中一种设置双向剪力键的FRP夹芯腹板箱形截面混凝土组合梁的截面结构示意图；

图3是夹芯层为硬质聚氨酯泡沫塑料的FRP箱形截面结构示意图；

图4是夹芯层为轻木的FRP箱形截面结构示意图；

图5是夹芯层为硬质聚氨酯泡沫塑料且U型槽内配置剪力键的FRP箱形截面结构示意图；

图6是夹芯层为轻木且U型槽内配置剪力键的FRP箱形截面结构示意图；

图7是夹芯层为硬质聚氨酯泡沫塑料且U型槽内配置剪力键的FRP箱形截面梁结构示意图；

图8是夹芯层为轻木且U型槽内配置剪力键的FRP箱形截面梁结构示意图；

图9是本发明中双向剪力键的结构示意图；

图10是图9中水平剪力键的结构示意图；

图11是图9中竖向剪力键的结构示意图。

附图标记说明：1、箱形梁外面板，2、箱形梁下翼缘，3、箱形梁上翼缘，4、空腔，5、内面板，6、夹芯腹板腔，7、夹芯层，8、U形槽，9、双向剪力键，10、混凝土，11、加强筋，12、水平剪力键，13、竖向剪力键。

具体实施方式

以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

如图1、图2、图3、图9、图10及图11所示，一种设置双向剪力键的FRP夹芯腹板箱形截面混凝土组合梁，所述组合梁包括一对平行竖直设置的箱形梁外面板1、固定连接于两平行设置箱形梁外面板1底部的箱形梁下翼缘2及水平设于两箱形梁外面板1中部之间的箱形梁上翼缘3，所述箱形梁外面板1、箱形梁下翼缘2以及箱形梁上翼缘3组成一密闭空腔4，所述空腔4内设有一对与所述箱形梁外面板1平行的内面板5，所述内面板5的顶端与所述箱形梁上翼缘3固定连接，且内面板5的底端与所述箱形梁下翼缘2固定连接，所述两内面板5与其上的箱形梁上翼缘3、其下的箱形梁下翼缘2以及其两侧的箱形梁外面板1组成一对对称的夹芯腹板腔6，且夹芯腹板腔6内设有夹芯层7，所述夹芯层7的顶端与所述箱形梁上翼缘3固定连接，且夹芯层7的底端与所述箱形梁下翼缘2固定连接，所述箱形梁上翼缘3和一对平行竖直设置的箱形梁外面板1在组合梁的上部组成一U形槽8，所述U形槽8中设置有双向剪力键9，且双向剪力键9的底部和两侧对应紧贴U形槽8的底部和两侧，所述U形槽8中浇筑有混凝土10。

在本实施例中，所述夹芯腹板腔6内还设有加强筋11，且加强筋11与所述箱形梁下翼缘2成30°角，所述加强筋11的一端与所述箱形梁下翼缘2固定连接，加强筋11的另一端与所述箱形梁外面板1固定连接。

在本实施例中，所述混凝土10为普通混凝土。

在本实施例中，所述夹芯层7的材质为硬质聚氨酯泡沫塑料。

实施例2

如图3、图5及图7所示，本实施例与实施例1的不同之处在于所述混凝土10为钢纤维混凝土；所述夹芯层7的材质为硬质聚氨酯泡沫塑料。

实施例3

如图4、图6及图8所示，本实施例与实施例1的不同之处在于所述混凝土10为环氧树脂混凝土；所述夹芯层7的材质轻木。

本发明中的FRP夹芯层箱形截面混凝土组合梁的生产制作过程：

(1)按照结构设计确定截面尺寸、夹芯层7的厚度、纤维布的层数及混凝土强度等级；根据尺寸定制模具，在模具中铺设四轴向准正交玻璃纤维布，采用真空导入成型工艺，制作FRP箱形截面，其中，夹芯层芯材与面板的界面构造可采用齿槽式增强技术；

(2)在箱形截面上部的U型槽8内用结构胶粘贴双向剪力键9；所述双向剪力键9由水平剪力键12和竖向剪力键13组成。

(3)在U型槽8内浇筑混凝土10，即得组合梁。

本发明中的U型槽8可作为混凝土10浇筑时的模板，同时又是成型后组合梁的一部分，不仅节约模板，也简化了施工工艺；同时U型槽8的三面均设有双向剪力键9，增强了混凝土10与FRP箱形梁界面的连接强度，有效提高了组合梁的整体性。因此，该组合梁适合在桥梁技术领域推广和应用。

综上所述，上述实施方式并非是本发明的限制性实施方式，凡本领域的技术人员在本发明的实质内容的基础上所进行的修饰或者等效变形，均在本发明的技术范畴。