一种预应力FRP‑混凝土箱型梁的制作方法

本实用新型涉及桥梁等结构领域，特别涉及一种预应力FRP-混凝土箱型梁。

背景技术：

混凝土箱型梁因为性能优异，形式优美而广泛应用于公路、铁路等基础设施中。传统的混凝土箱型梁采用钢绞线或钢筋作为受拉部件，其结构性能在很大程度依赖于钢绞线或钢筋。但是在高腐蚀的环境中使用时，易腐蚀性的钢绞线或钢筋容易因腐蚀而致其性能明显弱化，因此需对其进行复杂的防腐处理。如果钢绞线或钢筋因腐蚀不能满足性能要求后，还需对其进行更换或对箱型梁进行加固处理，这些维护措施大大增加工程设施的管养成本。

纤维增强复合材料(FRP)是具有轻质、高强、耐腐蚀等优越性能的新型材料，已广泛应用结构加固领域，也逐步应用于新型结构的建造中。将FRP材料应用于混凝土箱型梁的建造，能够明显提升工程设施的使用寿命和降低管养成本。然而，FRP材料为弹脆性材料，其拉应力或拉应变达到其极限抗拉强度或应变时会发生突然断裂，破坏过程表现为明显的脆性，从而使得普通的FRP-混凝土箱型梁的破坏呈明显的脆性。除此之外，普通的FRP-混凝土梁刚度较小，跨越能力不强，难以应用于大跨度结构体系。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的是提出一种预应力FRP-混凝土箱型梁，旨在解决传统钢筋混凝土结构中钢筋耐久性不足、跨越能力不足、普通FRP筋材延性较差的问题，以促进FRP材料在土木工程中的应用范围。

为实现上述目的，本实用新型提出一种预应力FRP-混凝土箱型梁，所述预应力FRP-混凝土箱型梁外侧面配置有FRP外管，所述预应力FRP-混凝土箱型梁内部受压区配置若干的FRP内管，所述预应力FRP-混凝土箱型梁内部受拉区设有若干的预应力装置，所述FRP内管填充核心混凝土，所述FRP外管内浇筑主体混凝土。

优选地，所述预应力装置包括FRP管、FRP索以及锚具，所述FRP索贯穿于所述FRP管内，所述锚具张拉所述FRP索以对所述预应力FRP-混凝土箱型梁施加向内的压力。

优选地，所述预应力装置包括波纹管、FRP索以及锚具，所述FRP索贯穿于所述波纹管内，所述锚具张拉所述FRP索以对所述预应力FRP-混凝土箱型梁施加向内的压力。

优选地，所述预应力装置内灌注有特种水泥浆体。

优选地，所述FRP外管可为FRP材质预制外管或布状FRP材质缠绕于所述混凝土箱型梁侧壁表面形成的外管。

优选地，所述核心混凝土为自密实混凝土，所述主体混凝土可为普通混凝土、高强混凝土、膨胀混凝土、自密实混凝土、回收骨料混凝土、粉煤灰混凝土、纤维混凝土之一。

本实用新型的技术方案通过在混凝箱型梁的外侧设置有FRP外管，保证箱型梁的整体性并承担部分剪力，FRP内管内部的核心混凝土承受压力并控制梁的破坏，受拉区的预应力装置承受拉力，各部分协同合作，保证梁具有很好的极限承载能力。除此之外，由于预应力装置及FRP的使用，本实用新型具备正常使用性能好、跨越能力强、耐久性能优越以及良好的延性，从而能促进FRP材料在土木工程中的应用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例的轴视图；

图2为本实用新型一实施例的横截面视图；

图3为本实用新型另一实施例的轴视图；

图4为本实用新型另一实施例的横截面视图；

图5为本实用新型的预应力装置的内部结构示意图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种混凝土箱型梁。

参见图1至图5，本实用新型的预应力FRP-混凝土箱型梁外侧壁面设有FRP外管1，预应力FRP-混凝土箱型梁内部受压一侧设有若干FRP内管2，其中FRP内管2内部填充有核心混凝土5；预应力FRP-混凝土箱型梁内部受拉一侧设有若干预应力装置6，另外预应力FRP-混凝土箱型梁内部灌注有主体混凝土3作为主体结构填充物。

在本实用新型的上述实施例中，预应力装置6包括锚具61、FRP管62以及FRP索64，其中FRP索64可为多条FRP条进行缠绕组成，FRP索64在实际安装中贯穿于FRP管62内，锚具61则紧固于FRP索64的两端。锚具61锚固于FRP索64后，对预应力FRP-混凝土箱型梁施以向内的压力，锚固后的预应力装置6内部灌注有特种水泥浆体63，该特种水泥浆体63含有水泥、超塑剂和阻滞剂，其中超塑剂和阻滞剂各为水泥成份重量的3％。本实施例中，填充于FRP内管2内的核心混凝土5为自密实混凝土，而填充于FRP外管1的主体混凝土3可为普通混凝土、高强混凝土、膨胀混凝土、自密实混凝土、回收骨料混凝土、粉煤灰混凝土、纤维混凝土之一。

本实用新型的上述实施例中，通过在混凝箱型梁的外侧设置有FRP外管1，保证预应力FRP-混凝土箱型梁的整体性并承担部分剪力，FRP内管2内部的核心混凝土5承受压力并控制梁的破坏，受拉区的预应力装置6承受拉力，各部分协同合作，保证梁具有很好的极限承载能力。通过使用缠绕而形成的FRP索64以取代钢绞线或钢筋，在达到同样的荷载作用下，避免因钢绞线或钢筋易腐蚀而造成的混凝土箱型梁的结构性能降低，从而促进FRP材料在土木工程中的应用。

在本实用新型的另一实施例中，预应力装置6包括波纹管、FRP索64以及锚具61，FRP索64贯穿于波纹管内，锚具61紧固于FRP索64的两端并对预应力FRP-混凝土箱型梁施以向内的压力。本实施例中，使用波纹管预先固定于预应力FRP-混凝土箱型梁的内部，可防止预应力装置6在实际锚固过程中防止FRP索64滑动，从而提高锚固的可靠性。

在本实用新型的再一实施例中，设置于混凝土箱型梁外部的FRP外管1为布状FRP材质缠绕于混凝土箱型梁侧壁表面形成的外管。当混凝土箱型梁在浇筑完毕后，可直接使用湿贴法，将FRP布进行缠绕并粘贴于混凝土箱型梁的外侧壁，从而在实际生产中，进一步简化工艺流程。

在生产混凝土箱型梁之前，将核心混凝土5浇筑于FRP内管2内，其中浇筑于FRP内管2中的骨料的粒径应当小于FRP内管2的内径四分之一，并且浇筑于FRP内管2中的混凝土应当为自密实的混凝土，浇筑完毕后必须进行最少7天养护，在确保FRP内管2混凝土具备一定强度后方可进行后续的生产。

FRP内管2中的核心混凝土5具备一定强度后，将FRP外管1进行提前固定，并将预制的空心箱室模板、内填有核心混凝土5的FRP内管2以及波纹管或FRP管62提前固定于FRP外管1内的对应位置，在提前固定的过程中，可采用混凝土垫块或使用少量的架立钢筋进行位置确定，其中将空心箱室模板放置于混凝土箱型梁内，以便在混凝土箱型梁内形成空心箱室4，从而减轻混凝土箱型梁的整体重量。

设置于FRP外管1内的部件确定好相应位置后，将FRP外管1的一端封固，并从未封固的一端向FRP外管1内浇筑主体混凝土，其中主体混凝土3可选用普通混凝土、高强混凝土、膨胀混凝土、自密实混凝土、回收骨料混凝土、粉煤灰混凝土、纤维混凝土之一进行浇筑，然后开始一定时间内养护。

待主体混凝土3达到预定的强度后，将FRP索64贯穿穿入FRP管62或波纹管内，在锚固前，在FRP管62或波纹管连接专用的连接头，以确保管道的密闭性。锚固时采用P型挤压锚具61，在FRP索64端部安装异型钢丝衬圈和挤压套，利用专用挤压机将挤压套挤过模孔后，使其产生塑性变形而握紧FRP索64，挤压套与FRP索64之间没有任何空隙，形成可靠的锚固。当一条FRP索64的索股数量较多，设置整块钢垫板有困难时，可将钢垫板分为若干块。在张拉预应力FRP索64前，检查预应力梁混凝土试块的强度资料，以确保弹性模量达到设计要求，锚固前必须确认混凝土强度是否达到张拉强度要求，并检查模板有无下沉现象，最后使用千斤顶进行张拉。

张拉完毕后，切除FRP索64外露的部分，使用无收缩的水泥砂浆封锚，将锚具61和FRP索64全面包裹后，对封锚后的预应力装置6灌注特种水泥浆体63。在压浆前，孔道和两端必须采用气密锚帽密封，且孔道内无石、砂及其他杂物，确保孔道畅通、清洁、干爽，同时清理锚垫板上的灌浆孔，保证灌浆孔与孔道畅通连接，确定抽出真空端与灌浆端，安装引出管、球阀和接头，并检查其功能，确保施工安全、顺利。其中特种水泥浆体63含有水泥、超塑剂和阻滞剂，超塑剂和阻滞剂各占特种水泥浆体63的水泥成份重量的3％，最后进行一定时间内的养护。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。