專(zhuān)利名稱(chēng)：纖維增強(qiáng)塑料與混凝土復(fù)合的拱結(jié)構(gòu)的制作方法
專(zhuān)利說(shuō)明
一、技術(shù)領(lǐng)域本實(shí)用新型涉及建筑構(gòu)件，尤其是一種纖維增強(qiáng)塑料與混凝土復(fù)合的拱結(jié)構(gòu)。
二背景技術(shù)：
1、纖維增強(qiáng)塑料材料及其成型方法纖維增強(qiáng)塑料的英文名稱(chēng)為“Fiber Reinforced Plastics”，由于其英文縮寫(xiě)為FRP，因此也常被稱(chēng)為FRP材料，它本身是一種新型復(fù)合材料，由高性能的纖維和基材組成。
纖維一般是直徑為5～20μm的連續(xù)纖維，通過(guò)特殊的拉絲工藝制成。運(yùn)用纖維材料是由于把大尺度的材料制成纖維后，其物理力學(xué)性能會(huì)顯著提高，譬如普通玻璃的拉伸強(qiáng)度只有40~100Mpa，而拉成纖維后強(qiáng)度可以達(dá)到2000Mpa，這樣不僅能夠提高材料的利用效率，而且能夠創(chuàng)造出性能更加優(yōu)越的新材料。
基材由樹(shù)脂和固化劑組成。用樹(shù)脂(內(nèi)加固化劑)浸潤(rùn)纖維，待樹(shù)脂固化后便形成了纖維增強(qiáng)塑料(Fiber Reinforced Plastics)，簡(jiǎn)稱(chēng)FRP。
FRP材料具有以下主要的優(yōu)良特性密度小，為普通鋼材的1/6~1/3；強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度約為普通鋼筋的1.5~6倍；抗腐蝕性能好，強(qiáng)度不受酸堿腐蝕介質(zhì)的影響；低松弛；非磁性，不影響電磁信號(hào)的傳播；抗疲勞性能優(yōu)良，疲勞壽命普遍高于鋼材；溫變系數(shù)和混凝土相當(dāng)；彈性模量介于混凝土和鋼材之間；極限延伸率為1％~3％。
根據(jù)FRP中纖維的成分不同，F(xiàn)RP材料可以分為CFRP(Carbon FiberReinforced Plastics)——碳纖維增強(qiáng)塑料、GFRP(Glass FiberReinforced Plastics)——玻璃纖維增強(qiáng)塑料和芳綸纖維增強(qiáng)塑料等。
FRP材料具有優(yōu)良的性能，常用在一些特殊的結(jié)構(gòu)中。目前在土木工程中，運(yùn)用碳纖維材料(CFRP)對(duì)舊混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)、加固，是一種十分普遍的做法。
2、混凝土拱結(jié)構(gòu)及其施工方法拱形結(jié)構(gòu)是土木工程中常用的一種結(jié)構(gòu)形式。
從美學(xué)角度看，拱結(jié)構(gòu)線性圓潤(rùn)流暢，容易與環(huán)境協(xié)調(diào)，富有美感。
從力學(xué)角度看，當(dāng)拱結(jié)構(gòu)承受荷載時(shí)，拱結(jié)構(gòu)在拱腳處除承受豎向反力外，還要承受水平推力。和跨徑相等的梁式結(jié)構(gòu)相比，正是由于拱腳處的水平推力，使得拱結(jié)構(gòu)中對(duì)應(yīng)截面的彎矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于梁式結(jié)構(gòu)中的彎矩，因此，拱結(jié)構(gòu)截面的拉應(yīng)力一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于梁式結(jié)構(gòu)截面的拉應(yīng)力。特殊荷載(如靜水壓力)作用下，拱結(jié)構(gòu)通過(guò)拱軸線形的調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)全拱截面均處于壓應(yīng)力狀態(tài)。然而，在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，由于荷載因素和構(gòu)造的要求，雖然拱軸線的調(diào)整一般能夠使拱結(jié)構(gòu)中大部分區(qū)段的截面應(yīng)力為壓應(yīng)力狀態(tài)，但是不可避免地會(huì)使拱結(jié)構(gòu)中的部分區(qū)段的截面出現(xiàn)拉應(yīng)力。
由于石料的抗壓性能好，而抗拉性能差，因此石料常常被用來(lái)修建以承壓為主的拱形結(jié)構(gòu)?；炷敛牧铣霈F(xiàn)后，由于其良好的抗壓性能和施工性能，因此逐漸成為拱結(jié)構(gòu)的主要材料，近、現(xiàn)代的拱橋中絕大部分為混凝土拱橋。隨著材料學(xué)科的發(fā)展，目前利用鋼管混凝土和鋼材修建了許多拱橋，然而中小跨徑拱形結(jié)構(gòu)的首選材料依然是混凝土。
對(duì)于混凝土拱結(jié)構(gòu)，雖然只有少部分區(qū)段的截面中有拉應(yīng)力，但由于混凝土材料的抗拉性能差，僅有其抗壓強(qiáng)度的1/8~1/12，因此這些具有拉應(yīng)力的截面常常是拱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)中的控制截面。一旦這些截面的拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度，混凝土拱就會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂，裂紋在薄弱截面處往往發(fā)展迅速。
開(kāi)裂和裂紋的發(fā)展會(huì)削弱結(jié)構(gòu)的整體剛度，使結(jié)構(gòu)變形增大、動(dòng)力性能劣化，結(jié)構(gòu)的安全度下降。有時(shí)甚至?xí)?dǎo)致結(jié)構(gòu)斷裂，發(fā)生整體垮塌。
為了使這種情況得到改善，現(xiàn)在通常的做法是采用鋼筋混凝土修筑拱結(jié)構(gòu)，在鋼筋混凝土拱結(jié)構(gòu)中，由于鋼筋的作用，開(kāi)裂后裂紋的發(fā)展會(huì)得到一定程度的遏制，結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能會(huì)得到較大的提高。由于鋼筋在整個(gè)截面中所占的面積很小，因此鋼筋混凝土的采用往往對(duì)薄弱截面的開(kāi)裂幾乎不起效果，也即鋼筋混凝土拱結(jié)構(gòu)7的開(kāi)裂荷載不會(huì)明顯提高，也就是說(shuō)，鋼筋混凝土拱結(jié)構(gòu)提高的是結(jié)構(gòu)開(kāi)裂后的結(jié)構(gòu)性能。
這樣，荷載增加時(shí)，鋼筋混凝土拱結(jié)構(gòu)依然開(kāi)裂，開(kāi)裂和裂紋的發(fā)展依然會(huì)削弱結(jié)構(gòu)的整體剛度，使結(jié)構(gòu)變形增大、動(dòng)力性能劣化，結(jié)構(gòu)的安全度下降，只不過(guò)這時(shí)程度有所減弱。另一方面，鋼筋的運(yùn)用必然存在銹蝕問(wèn)題，裂紋的存在又會(huì)加劇鋼筋的銹蝕，使結(jié)構(gòu)的耐久性下降。因此有必要采用其他的措施更好地改進(jìn)混凝土拱結(jié)構(gòu)的性能。
三
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種構(gòu)造簡(jiǎn)單、用層狀纖維增強(qiáng)塑料材料粘貼混凝土表面復(fù)合的拱結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型的目的所采用的技術(shù)方案是，包括有呈弧狀的混凝土拱，其混凝土拱外壁粘貼有纖維增強(qiáng)塑料層。
本實(shí)用新型，由于混凝土拱外壁緊密粘貼有纖維增強(qiáng)塑料層，形成復(fù)合拱共同受力，當(dāng)纖維增強(qiáng)塑料與混凝土復(fù)合的拱結(jié)構(gòu)受力時(shí)，在彎矩作用段的斷面上，由于FRP的卓越抗拉作用，使得截面混凝土開(kāi)裂荷載大幅提高，開(kāi)裂后裂紋發(fā)展緩慢，因此使結(jié)構(gòu)的承載能力也隨之大幅提高。
實(shí)驗(yàn)室中的普通混凝土拱和纖維增強(qiáng)塑料—混凝土復(fù)合拱(其中的FRP厚度為0.5毫米)加載試驗(yàn)表明同等跨徑、同等截面尺寸的纖維增強(qiáng)塑料與混凝土復(fù)合的拱結(jié)構(gòu)和普通混凝土拱結(jié)構(gòu)相比，開(kāi)裂荷載提高了120％，極限荷載提高了212％。
這說(shuō)明采用纖維增強(qiáng)塑料與混凝土復(fù)合的拱結(jié)構(gòu)，同樣的截面尺寸情況下，可以增加結(jié)構(gòu)的跨徑；在同樣的跨徑情況下，可以減小截面的尺寸。同樣的截面尺寸、同樣的跨徑情況下，可以使結(jié)構(gòu)具有更高的安全儲(chǔ)備。
另外，由于外部的FRP材料具有優(yōu)良的耐腐蝕性和密閉型，能夠有效阻止水分進(jìn)入混凝土內(nèi)部，能夠阻止混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋的銹蝕，顯著提高結(jié)構(gòu)的耐久性。
四以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型。


圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是
圖1A-A向視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1-纖維增強(qiáng)塑料層 2-混凝土拱五、
具體實(shí)施方式
如
圖1、圖2所示，混凝土2拱外壁粘貼有纖維增強(qiáng)塑料層1。
纖維增強(qiáng)塑料層1是由樹(shù)脂材料浸潤(rùn)層狀纖維固化后形成，纖維增強(qiáng)塑料可用碳纖維增強(qiáng)塑料，或玻璃纖維增強(qiáng)塑料，或芳綸纖維增強(qiáng)塑料；樹(shù)脂材料由樹(shù)脂和固化劑組成，可采用環(huán)氧樹(shù)脂，或聚酯樹(shù)脂。
權(quán)利要求1.一種纖維增強(qiáng)塑料與混凝土復(fù)合的拱結(jié)構(gòu)，包括有呈弧狀的混凝土拱(2)，其特征是混凝土拱(2)外壁粘貼有纖維增強(qiáng)塑料層(1)。
專(zhuān)利摘要纖維增強(qiáng)塑料與混凝土復(fù)合的拱結(jié)構(gòu)涉及建筑構(gòu)件。針對(duì)現(xiàn)有混凝土拱的混凝土開(kāi)裂較早，開(kāi)裂后裂紋的發(fā)展會(huì)削弱構(gòu)件的整體剛度，使構(gòu)件變形增大、動(dòng)力性能劣化，構(gòu)件的安全度下降，有時(shí)甚至?xí)?dǎo)致構(gòu)件斷裂，發(fā)生整體垮塌，而提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用層狀纖維增強(qiáng)塑料材料粘貼混凝土表面復(fù)合的拱結(jié)構(gòu)。所采用技術(shù)方案是，混凝土拱2外壁粘貼有纖維增強(qiáng)塑料層1。
文檔編號(hào)E04B1/32GK2742060SQ20042010511
公開(kāi)日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2004年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月12日
發(fā)明者楊慶國(guó), 易志堅(jiān), 馬銀華, 何小兵 申請(qǐng)人:楊慶國(guó), 易志堅(jiān), 馬銀華, 何小兵