一种大型双层UHPC-铁基SMA薄壁箱型浮体结构及工艺

本发明涉及海洋薄壁浮体结构设计，具体涉及一种大型双层uhpc-铁基sma薄壁箱型浮体结构。

背景技术：

1、全球工业化持续推进带来的陆地资源紧缺甚至枯竭使人们将发展的目光聚焦到约占全球总面积的71％的海洋上。而随着时代发展，环保理念逐渐得到了世界各国人民的重视，这导致传统通过填海造陆开发海洋的进程趋于平缓，个别国家甚至施行退滩还水政策修复生态环境。在海洋开发与环境保护的矛盾下，大型/超大型浮体结构(large/verylarge floating structures,lfs/vlfs)逐渐得到工程师们的重视。相比于传统填海造陆，lfs/vlfs具有形式简单、便于拆离、对环境影响小及可充分利用内部空间等优点。

2、但作为水上承力结构，其对抗裂、承载及耐腐蚀能力的要求均远高于陆地结构，传统的钢筋混凝土结构无法满足箱式lfs/vlfs大尺寸、高性能的需求。而采用钢材的浮体结构虽然轻质高强，但其耐腐蚀性较差且维护成本较高。

3、作为近几十年来在土木工程领域得到高速发展的一种材料，超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,uhpc)具有远优于传统混凝土的抗压抗拉性能及耐腐蚀性，常用于大跨公路铁路桥、薄壁筒仓及核废料罐等结构中。uhpc较高的性能与lfs/vlfs对结构薄壁、高抗渗抗裂及高承载力的要求不谋而合，而通过在结构内部张拉可进一步提高其抗裂抗渗性能。但传统的预应力张拉技术在薄壁结构中应用时较大的锚具和张拉机械使施工极为不便，同时在常为多边形的浮体结构中应用会产生较大的摩擦损失。

技术实现思路

1、本发明提供一种大型双层uhpc-铁基sma薄壁箱型浮体结构。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大型双层uhpc-铁基sma薄壁箱型浮体结构，包括底板和侧板，所述侧板围绕底板一圈设置；

3、所述底板和侧板均包括外层薄壳、铁基sma网格、轻质块和内层薄壳，所述外层薄壳和所述内层薄壳均为uhpc浇筑而成，所述铁基sma网格铺设在所述外层薄壳内，所述外层薄壳与所述内层薄壳之间间隔形成有连接区域，所述轻质块设有若干个并分布在连接区域内；

4、所述底板的连接区域内通过uhpc浇筑有底面肋梁，所述侧板的连接区域内通过uhpc浇筑有层间肋梁。

5、所述轻质块将连接区域分隔成若干相互连通的通道，所述底面肋梁和所述层间肋梁均沿各自对应的通道延伸分布。

6、所述底面肋梁和所述层间肋梁均呈网格状。

7、所述内层薄壳厚度大于外层薄壳。

8、所述轻质块材料为泡沫铝、石膏或泡沫。

9、所述外层薄壳内壁安装有湿度传感器和裂缝检测传感器。

10、所述湿度传感器和裂缝检测传感器均位于轻质块内。

11、一种大型双层uhpc-铁基sma薄壁箱型浮体结构的工艺，包括如下步骤：

12、s1、将铁基sma筋进行预拉伸处理并编织为铁基sma网格；

13、s2、将铁基sma网格放置于浇筑模板中并固定在预定位置，随后采用uhpc浆液浇筑外层薄壳，待外层薄壳初凝后在其表面粘贴若干湿度传感器及裂缝检测传感器，放置并通过胶体初步固定轻质块；

14、s3、在轻质块围成通道内采用uhpc浆液浇筑底面肋梁，同时采用uhpc浆液浇筑内层底板，完成箱型浮体结构底板的浇筑工作；

15、s4、待底板初凝后支模浇筑侧板，在模板中放置经过预拉伸处理的铁基sma网格并固定，在模板中放置轻质块来定位层间肋梁以及外层薄壳和内层薄壳的尺寸，同时在模板空间中放置若干湿度传感器及裂缝检测传感器，向模板内注入uhpc浆液；

16、s5、待侧板浇筑完成后使用可移动式烘干固化房罩住整个箱型浮体结构，并进行为期2-3天200-250℃下的干热养护，干热养护结束后进行常温养护。

17、步骤s4中侧板采用滑膜法分层浇筑。

18、侧板分层浇筑过程中，待一层浇筑完成后，需在该层上表面进行凿毛处理。

19、通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

20、1、采用uhpc-铁基sma网格组合结构形式，内部铁基sma网格在干热养护过程中得到升温激励，在冷却后可对uhpc基体施加永久预应力，无需张拉、锚固；

21、2、铁基sma网格的预应力为铁基sma金相转变产生，预应力沿铁基sma长度方向均匀，解决了传统预应力筋在大角度弯折后会对结构产生径向挤压力，导致预应力摩擦损失的问题；

22、3、采用外层薄壳和内层薄壳组合的结构形式，当受到外部水压时最先受力的外层薄壳通过肋梁将荷载传递给内部壳，内部受力明确且内外层协同受力增加结构整体承受荷载能力；

23、4、内壁空腔内的轻质浮体可进一步增加结构浮力，减小吃水深度，同时多层结构更利于结构防渗。内部布设的传感器可随时监测结构健康状态。

技术特征：

1.一种大型双层uhpc-铁基sma薄壁箱型浮体结构，其特征在于，包括底板(101)和侧板(102)，所述侧板(102)围绕底板(101)一圈设置；

2.根据权利要求1所述的一种大型双层uhpc-铁基sma薄壁箱型浮体结构，其特征在于，所述轻质块(6)将连接区域分隔成若干相互连通的通道，所述底面肋梁(5)和所述层间肋梁(4)均沿各自对应的通道延伸分布。

3.根据权利要求1所述的一种大型双层uhpc-铁基sma薄壁箱型浮体结构，其特征在于，所述底面肋梁(5)和所述层间肋梁(4)均呈网格状。

4.根据权利要求1所述的一种大型双层uhpc-铁基sma薄壁箱型浮体结构，其特征在于，所述内层薄壳(3)厚度大于外层薄壳(1)。

5.根据权利要求1所述的一种大型双层uhpc-铁基sma薄壁箱型浮体结构，其特征在于，所述轻质块(6)材料为泡沫铝、石膏或泡沫。

6.根据权利要求1所述的一种大型双层uhpc-铁基sma薄壁箱型浮体结构，其特征在于，所述外层薄壳(1)内壁安装有湿度传感器(7)和裂缝检测传感器(8)。

7.根据权利要求6所述的一种大型双层uhpc-铁基sma薄壁箱型浮体结构，其特征在于，所述湿度传感器(7)和裂缝检测传感器(8)均位于轻质块(6)内。

8.一种大型双层uhpc-铁基sma薄壁箱型浮体结构的工艺，其特征在于包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种大型双层uhpc-铁基sma薄壁箱型浮体结构的工艺，其特征在于，步骤s4中侧板采用滑膜法分层浇筑。

10.根据权利要求9所述的一种大型双层uhpc-铁基sma薄壁箱型浮体结构的工艺，其特征在于，侧板分层浇筑过程中，待一层浇筑完成后，需在该层上表面进行凿毛处理。

技术总结
本申请涉及一种大型双层UHPC‑铁基SMA薄壁箱型浮体结构及工艺，属于海洋薄壁浮体结构设计技术领域，包括底板和侧板，侧板围绕底板一圈设置；底板和侧板均包括外层薄壳、铁基SMA网格、轻质块和内层薄壳，外层薄壳和内层薄壳均为UHPC浇筑而成，铁基SMA网格铺设在外层薄壳内，外层薄壳与内层薄壳之间间隔形成有连接区域，轻质块设有若干个并分布在连接区域内；底板的连接区域内通过UHPC浇筑有底面肋梁，侧板的连接区域内通过UHPC浇筑有层间肋梁；该浮体结构具有工艺简单、预应力产生便捷、无摩擦损失等优点，在提升浮体结构抗压抗拉抗渗性能的同时亦可支撑复杂曲面型薄壁浮体结构的设计。

技术研发人员：董志强,闫孟,姬江豪,赵志安,朱虹,吴刚,赵晓林
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16