FRP管海水珊瑚骨料混凝土拱桥结构及其建造方法与流程

本发明涉及海洋工程结构技术领域，具体是一种FRP管海水珊瑚骨料混凝土拱桥结构及其建造方法。

背景技术：

海洋环境是一种典型的腐蚀性环境，在这种环境中，海水是一种强的腐蚀介质，同时波、浪、潮、流又对金属构件产生低频往复应力和冲击，加上海洋微生物、附着生物及它们的代谢产物等都对腐蚀过程产生直接或间接的加速作用。由于远离大陆，大部分岛礁缺少混凝土生产需要的淡水和砂、石骨料，而由内陆向岛礁运输的成本过高且效率低下。普通的钢筋混凝土结构施工，需要绑扎钢筋、支模、浇筑、拆模等繁琐的步骤，而钢管混凝土拱桥则需要把钢材大面积暴露在海洋的强腐蚀环境下，所以，现有的钢管混凝土桥梁和钢筋混凝土桥梁不能很好满足岛礁建设对经济、耐久和高效的需求。纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer，简称FRP)可为上述问题的解决提供一条理想的途径。

因此，对于本领域技术人员来说，研发一种可以利用FRP约束海水珊瑚礁混凝土，满足桥梁快速装配施工的需求，同时具有高承载力和高耐久性能的新型结构，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种FRP管海水珊瑚骨料混凝土拱桥结构及建造方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种FRP管海水珊瑚骨料混凝土拱桥结构，包括采用FRP管的拱体模壳和立柱模壳，各个拱体模壳上设置多个立柱模壳，组成管壳；在拱体模壳和立柱模壳内浇筑有海水珊瑚骨料混凝土，分别形成拱体和立柱；多个并排设置的管壳的拱体模壳的拱脚分别固定在混凝土基础中，在立柱顶部铺设有路面。

其中，所述立柱模壳均垂直于水平面，且在拱体模壳上均匀对称分布，在立柱模壳和拱体模壳的连接处设置加固件。

其中，所述加固件为缠绕在立柱模壳和拱体模壳连接处的FRP条带。

其中，所述拱体模壳为预制FRP弧形弯管，所述立柱模壳为预制的FRP直管。

其中，所述混凝土基础为海水珊瑚骨料混凝土预制而成。

本发明还提供一种FRP管海水珊瑚骨料混凝土拱桥结构的建造方法，包括以下步骤：

S1：根据拱桥的拱体和立柱的设计尺寸准备橡胶气囊，将气囊充气后，按照拱体设计形状将拱体对应的橡胶气囊固定在钢架上；

S2：将纤维纱束螺旋缠绕在步骤S1准备的各橡胶气囊的表面，纤维纱束和橡胶气囊之间用特氟龙薄膜隔开，用环氧树脂使纤维纱束浸胶并用真空膜在浸胶纤维纱束外部包裹，用真空机将浸胶纤维纱束与真空膜之间抽真空使其表面平整，待浸胶纤维纱束充分黏结硬化后，释放橡胶气囊中的气体，抽出橡胶气囊并揭掉特氟龙隔膜和真空膜，制成拱体模壳和立柱模壳；

S3：使用打孔器在立柱模壳的设计位置处打孔，使得立柱模壳与拱体模壳连接以后在内部连通，用强力树脂胶将拱体模壳和立柱模壳粘合，在拱体模壳和立柱模壳的连接处，采用FRP条带十字交叉缠绕的方式进行加固处理，组成管壳；

S4：采用并排设置的方式，架设拱体模壳和立柱模壳连接组成的管壳。将管壳两端的拱脚埋设在海水珊瑚骨料混凝土基础之中；

S5：浇筑海水珊瑚骨料混凝土，首先在步骤S4架设好的管壳下布置双向支撑，接着从每一个立柱管壳上端浇筑海水珊瑚骨料混凝土直至注满全部管壳，养护好后，拆除双向支撑，海水珊瑚骨料混凝土在拱体模壳内形成拱体，在立柱模壳内形成立柱；

S6：在所有立柱上方铺设桥面。

有益效果：本发明具有以下有益效果：

1、本发明的拱桥结构，在海洋工程建设时，可以就地取材使用海水、珊瑚礁骨料制备混凝土，大大降低了材料运输成本，具有良好的经济效益；

2、本发明利用了新型预制FRP管拥有轻质、高强的特性，既作为混凝土浇筑时的模具，又作为成桥的主要受力构件，大大提高了建设效率；

3、本发明的拱桥结构在FRP管耐腐蚀特性下，有效避免了因钢材锈蚀造成的经济损失，可实现结构的超耐久；

4、本发明利用了拱结构天然以受压为主的优良特性，既能充分利用材料的力学性质，又有利于该结构的长期使用。

附图说明

图1为海水珊瑚骨料混凝土拱桥示意图；

图2为拱体的截面图；

图3为立柱的截面图；

图4为立柱模壳与拱体模壳连接处加固示意图；

图5为FRP管壳制备方法示意图；

图6为多管并排俯视图；

图7为海水珊瑚骨料混凝土浇筑示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1至图7所示，本发明的一种FRP管海水珊瑚骨料混凝土拱桥结构，包括采用FRP圆管拱体模壳1和立柱模壳2，各个拱体模壳1上设置多个立柱模壳2，组成管壳；拱体模壳1和立柱模壳2内浇筑海水珊瑚骨料混凝土5，分别形成拱体和立柱；多个并排设置的管壳的拱体模壳1的拱脚分别固定在混凝土基础3中，混凝土基础由海水珊瑚骨料混凝土浇筑而成；在拱体模壳1与立柱模壳2的连接处做加固处理，具体为在连接处缠绕多层FRP条带。如图5；多个并排设置的管壳达到足够宽度后在拱上铺设路面4。

本发明还公开了一种FRP管海水珊瑚骨料混凝土拱桥结构的建造方法，包括以下步骤：

S1：根据拱桥的拱体和立柱的设计尺寸分别准备橡胶气囊，将橡胶气囊充气后，按照拱体设计形状将橡胶气囊固定在钢架9上；

S2：将纤维纱束螺旋缠绕在步骤S1准备的各橡胶气囊的表面，纤维纱束和橡胶气囊之间用特氟龙薄膜隔开，用环氧树脂使纤维纱束浸胶并用真空膜在浸胶纤维纱束外部包裹，用真空机将该浸胶纤维纱束与真空膜之间抽真空使其表面平整，待浸胶纤维纱束充分黏结硬化后，释放橡胶气囊中的气体，抽出橡胶气囊并揭掉特氟龙隔膜和真空膜，制成拱体模壳和立柱模壳；

S3：使用打孔器在立柱模壳的设计位置处打孔，使得立柱模壳与拱体模壳连接以后在内部连通，用强力树脂胶将拱体模壳和立柱模壳粘合，在拱体模壳和立柱模壳的连接处，采用FRP条带十字交叉缠绕的方式进行加固处理，组成管壳；

S4：架设拱体模壳1和立柱模壳2连接组成的管壳，采用并排设置的方式，将各个管壳两端的拱脚埋设在海水珊瑚骨料混凝土基础3之中；

S5：浇筑海水珊瑚骨料混凝土，首先在步骤S4架设好的管壳下布置双向支撑10，接着从每一个立柱管壳2上端浇筑海水珊瑚骨料混凝土5直至注满全部管壳，养护好后，拆除双向支撑，海水珊瑚骨料混凝土在拱体模壳1内形成拱体，在立柱模壳2内形成立柱；

S6：在所有立柱上方铺设桥面4。

步骤S2中，因为机械或者手工的缠绕，会使缠好的纤维纱束之间难免有气泡和空隙，所以，在缠好以后，在纤维纱束外面包裹真空膜，通过抽真空的方式将纤维纱束缠成的FRP管压密实，使其表面平整。

步骤S3中，在立柱模壳的设计位置处打孔是为了让立柱模壳和拱体模壳连通，这样浇筑混凝土的时候只需从立柱模壳上端浇入，混凝土最终会充满所有拱体模壳和立柱模壳，而不需要分开浇筑，拱桥的整体性也会更好。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。