專利名稱：復(fù)合組合材料混凝土結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種建筑用“復(fù)合組合材料混凝土結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法”，特別涉及于可用于工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)、鐵路與公路橋梁、地下鐵道工程、碼頭設(shè)施構(gòu)筑物、水庫(kù)大壩以及水利水電和電力工程中。
近百年來，在上述各種工程結(jié)構(gòu)中都是采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在人類的生產(chǎn)實(shí)踐中、發(fā)揮了較好的作用，但也存在著五方面的實(shí)際問題，至今沒有解決。
第一鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋雖有極高的強(qiáng)度，但耐腐蝕性能特別差，特別是沿海大江河流的地區(qū)和城市，以及重工業(yè)和化工工業(yè)的建筑物受到海水、蒸汽、水中的酸堿分子的腐蝕，使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的壽命和可靠性受到嚴(yán)重威脅。實(shí)際上已經(jīng)有不少建筑結(jié)構(gòu)因此造成破壞，而不能使用，被迫拆除重建、造成了很大的損失。
第二鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的重量、占一般建筑物總重量的1/3左右，占高層建筑和特殊使用的重型建筑物總重量的1/2左右。這樣不但大大增加建筑物自重使許多工程設(shè)計(jì)和施工十分困難，同時(shí)鋼筋的價(jià)格越來越高，因而使建筑投資不斷增高。許多企業(yè)事業(yè)單位難以承受。特別是近年來房地產(chǎn)價(jià)格猛漲，而使建筑業(yè)的發(fā)展受到了很大的沖擊。國(guó)家制訂的為解決住房困難的安居工程難得以實(shí)現(xiàn)。
第三鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋的絕緣性能很差，對(duì)應(yīng)用于飛機(jī)場(chǎng)跑道和電訊指揮中心、醫(yī)院和實(shí)驗(yàn)室、變電所以及現(xiàn)代辦公設(shè)備計(jì)算機(jī)等建筑物中，都會(huì)產(chǎn)生很大的電磁場(chǎng)的干擾。
第四鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的混凝土，在結(jié)構(gòu)使用受力中，只能承受壓力。而結(jié)構(gòu)中的大梁和樓板，以及高層建筑中和需要抵抗地震災(zāi)害破壞的設(shè)防區(qū)和城市的建筑物，結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的受彎和受拉等復(fù)雜應(yīng)力主要依靠鋼筋來承受，而鋼筋又存在上述三個(gè)大問題，因而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋要加大保守設(shè)計(jì)，混凝土結(jié)構(gòu)截面積也隨之增大許多。這樣一來結(jié)構(gòu)的自重大大增加，投資也大為增大。
第五、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在北方寒冷地區(qū)，還存在著凍應(yīng)力的破壞問題，長(zhǎng)期以來解決的方法是加厚結(jié)構(gòu)混凝土的保護(hù)層，或在混凝土結(jié)構(gòu)外側(cè)增加幾十公分厚的磚墻保溫層。這種方法，雖然起到了防范凍應(yīng)力破壞作用，但投資造價(jià)大大增高，由于建筑重量大大增加，也給設(shè)計(jì)和施工造成較大的困難。
本發(fā)明提出的“復(fù)合組合材料混凝土結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法”，是針對(duì)常規(guī)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)存在的上述急待解決的問題，而提出的打破常規(guī)的一種新結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法。并從根本上解決了鋼筋混凝結(jié)構(gòu)存在的上述方面的大問題。因而在今后的建筑結(jié)構(gòu)中采用本發(fā)明技術(shù)必將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
本發(fā)明提出的“復(fù)合組合材料混凝土結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法”中的復(fù)合組合材料是用來取代鋼筋混凝土中的鋼筋，并與混凝土緊密結(jié)合成“復(fù)合組合材料混凝土結(jié)構(gòu)”，其力學(xué)使用性能高于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，防腐蝕耐各種化學(xué)原料的腐蝕性能比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)大大增加。由此抵抗地震災(zāi)害破壞的能力也大大提高。又由于本發(fā)明提出的復(fù)合組合材料有很好的絕緣性能。因此，解除了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，對(duì)飛機(jī)場(chǎng)跑道，實(shí)驗(yàn)室以及現(xiàn)代化辦公設(shè)備計(jì)算機(jī)的電磁場(chǎng)的干撓，由此產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益是無法估計(jì)的。大大提高了飛機(jī)起飛和降落的安全率。
本發(fā)明提出的復(fù)合組合材料是由如下材料構(gòu)成1、65～80%的聚氟氯乙烯、乙烯-氯氟乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、全氟烷氧基、氟化乙烯-丙烯共聚物、聚四氟乙烯，5～10%的陶瓷，15～25%的玻璃纖維或碳纖維復(fù)合而成；2、35～55%碳纖維，45～65%的陶瓷復(fù)合而成；3、40～70%聚氯乙烯，4～10%石墨，10～25%玻璃纖維或碳纖維復(fù)合而成；4、45～75%聚丙烯、5～15%紅泥(或工業(yè)殘?jiān)?，25～35%碳纖維或玻璃纖維復(fù)合而成；5、60～80%聚苯乙烯、3～10%白炭黑或滑石粉、20～30%玻璃纖維或碳纖維復(fù)合而成；6、用熱塑性塑料和熱固性塑料、各種無機(jī)填料和有機(jī)填料，與纖維物質(zhì)增強(qiáng)材料，按設(shè)計(jì)要求復(fù)合而成；7、由1～6所述的復(fù)合而成的材料，在用于建筑結(jié)構(gòu)中取代鋼筋，雖然各種物理性能指標(biāo)達(dá)到或超過了鋼筋，但拉伸強(qiáng)度滿足不了結(jié)構(gòu)使用要求。因此，還需用石棉纖維、維尼龍纖維制成的繩索或園形線材，以及其他受拉強(qiáng)度高的材料制成的線材與上述復(fù)合材料組合成整體使用的“復(fù)合組合材料”。其材料截面形狀是周圍凹凸形并沿縱向全長(zhǎng)延長(zhǎng)，有規(guī)律的扭曲成螺旋形或人字形。截面中間是園孔或呈凹凸槽口的孔洞?？锥粗泄┚S尼龍繩等受拉強(qiáng)度高的線材穿過，兩頭熱焊牢固成整體受力材料。以受壓強(qiáng)度為主的構(gòu)件中的復(fù)合組合材料的截面形成的周圍是凹凸槽口，截面中心是實(shí)心的無需成孔；8、與混凝土攪拌勻均并提高混凝土受拉應(yīng)力強(qiáng)度，并共同工作的材料有石棉長(zhǎng)纖維、玻璃長(zhǎng)纖維、合成纖維等拉應(yīng)力強(qiáng)度高的纖維材料。
本發(fā)明提出的“復(fù)合組合材料混凝土結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法”的設(shè)計(jì)方法是一、按不同使用要求設(shè)計(jì)的建筑物的各部具體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力要求設(shè)計(jì)出來，如基礎(chǔ)(包括各類樁基礎(chǔ))、立柱、大梁、樓板、樓梯和剪力墻等，首先確定各部構(gòu)件的截面尺寸；二、按結(jié)構(gòu)各部構(gòu)件的各截面的受力應(yīng)力大小，設(shè)計(jì)所需強(qiáng)度和復(fù)合組合材料受力筋的用量以及箍筋的用量。
三、混凝土的強(qiáng)度設(shè)計(jì)1、以受壓為主的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)；2、以受彎結(jié)構(gòu)為主的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)，在受彎區(qū)域的混凝土配制中，可根據(jù)具體受彎構(gòu)件的要求，選用長(zhǎng)度在1CM以上的石棉纖維、玻璃纖維、合成纖維、碳纖維、陶瓷纖維、氧化鋁纖維、碳化硅纖維、硼纖維和晶順；3、結(jié)構(gòu)構(gòu)件中在受扭曲的區(qū)域中、仍按上述2中所提出各纖維增強(qiáng)材料選用；4、按1～3所述設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，首先設(shè)計(jì)試驗(yàn)構(gòu)件，并作強(qiáng)度試驗(yàn)，待試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)得出合格后，完成建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)；5、設(shè)計(jì)中可根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，各構(gòu)件的受力應(yīng)力狀度選擇使用復(fù)合組合材料。如①、結(jié)構(gòu)中以受壓為主的構(gòu)件，可設(shè)計(jì)選用截面形狀為周圍是凹凸形，中心是實(shí)心無孔的復(fù)合組合材料；②、結(jié)構(gòu)中以受彎(扭)為主的構(gòu)件(大梁樓板等)，可設(shè)計(jì)選用截面形狀為周圍是凹凸形，中間是園孔或凹凸槽口孔洞的復(fù)合組合材料；③、結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的受力狀態(tài)是需要考慮即受壓又受彎(扭)時(shí)，按使用安全要求，可以交叉選用，即結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面中受彎(扭)區(qū)域，選用有孔洞的增強(qiáng)復(fù)合組合材料，受壓區(qū)域選用無孔實(shí)心的復(fù)合組合材料。
本發(fā)明提出的“復(fù)合組合混凝土結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法”的具體結(jié)構(gòu)和形狀，參照附圖具體描述，附圖有

圖1為本發(fā)明的“復(fù)合組合材料混凝土結(jié)構(gòu)”構(gòu)件的側(cè)視圖a；圖2為本發(fā)明的“復(fù)合組合材料混凝土結(jié)構(gòu)”構(gòu)件的側(cè)視圖b；圖3為本發(fā)明的“復(fù)合組合材料混凝土結(jié)構(gòu)”構(gòu)件縱截面圖；圖4為本發(fā)明的“復(fù)合組合材料混凝土結(jié)構(gòu)”構(gòu)件中復(fù)合組合材料受力筋的橫截面圖a、圖b、圖c；圖5為本發(fā)明的“復(fù)合組合材料混凝土結(jié)構(gòu)”構(gòu)件中復(fù)合組合材料受力筋的側(cè)視圖。
在圖1～3中1為混凝土，2為復(fù)合組合材料受力筋。在圖3中3為與混凝土攪拌勻均混合的石棉纖維、玻璃纖維、合成纖維等拉應(yīng)力強(qiáng)度高的纖維材料。
在圖4～5中4為復(fù)合組合材料受力筋周圍的凸肋，5為復(fù)合組合材料受力筋周圍的凹槽口，6為復(fù)合組合材料受力筋中間園孔，7為復(fù)合組合材料受力筋中間凹凸形螺旋形或人字形槽口孔洞，8為復(fù)合組合材料受力筋中間凸肋，9為復(fù)合組合材料受力筋凹槽口，10為石棉纖維、維尼龍纖維制成的繩索或園形線材或其他受拉應(yīng)力強(qiáng)度高的線材。
權(quán)利要求
1.一種建筑用“復(fù)合組合材料混凝土結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法”的實(shí)施方式是a、根據(jù)具體建筑的建筑物各部結(jié)構(gòu)構(gòu)件的使用要求，完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；b、根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，施工制做復(fù)合組合材料混凝土結(jié)構(gòu)。
2.一種建筑用“復(fù)合組合材料混凝土結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法”中“復(fù)合組合材料混凝土結(jié)構(gòu)”的制做由如下材料構(gòu)成a、65～80%的聚氟氯乙烯、乙烯-氯氟乙烯共聚物、乙烯－四氟乙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、全氟烷氧基、氟化乙烯-丙烯共聚物、聚四氟乙烯，5～10%的陶瓷，15～25%的玻璃纖維或碳纖維復(fù)合而成b、35～55%碳纖維，45～65%的陶瓷復(fù)合而成c、40～70%聚氯乙烯，4～10%石墨，10～25%玻璃纖維或碳纖維復(fù)合而成d、45～75%聚丙烯、5～15%紅泥(或工業(yè)殘?jiān)?，20～35%碳纖維或玻璃纖維復(fù)合而成；e、60～80％聚苯乙烯，3～10％白炭黑或滑石粉、20～30％玻璃纖維或碳纖維復(fù)合而成。f、用熱塑性塑料和熱固性塑料、各種無機(jī)填料和有機(jī)填料，與纖維物質(zhì)增強(qiáng)材料，按設(shè)計(jì)要求復(fù)合而成。g、由1～6所述的復(fù)合而成的材料，在用于建筑結(jié)構(gòu)中取代鋼筋，雖然各種物理性能指標(biāo)達(dá)到或超過了鋼筋，但拉伸強(qiáng)度滿足不了結(jié)構(gòu)使用要求。因此，還需用石棉纖維、維尼龍纖維制成的繩索或園形線材，以及其地受拉強(qiáng)度高的材料制成的線材與上述復(fù)合材料組合成整體使用的“復(fù)合組合材料”。其材料截面形狀是周圍凹凸形并沿縱向全長(zhǎng)延長(zhǎng)，有規(guī)律的扭曲成螺旋形或人字形。截面中間是園孔或呈凹凸槽口的孔洞。孔洞中供維尼龍繩等受拉強(qiáng)度高的線材穿過，兩頭熱焊牢固成整體受力材料。以受壓強(qiáng)度為主的構(gòu)件中的復(fù)合組合材料的截面形成的周圍是凹凸槽口，截面中心是實(shí)心的無需成孔。h、與混凝土攪拌勻均并提高混凝土受拉應(yīng)力強(qiáng)度，并共同工作的材料有石棉長(zhǎng)纖維、玻璃長(zhǎng)纖維、合成纖維等拉應(yīng)力強(qiáng)度高的纖維材料。
3.一種建筑用“復(fù)合組合材料混凝土結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法”中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法是a、按不同使用要求設(shè)計(jì)的建筑物的各部具體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力要求設(shè)計(jì)出來，如基礎(chǔ)(包括各類樁基礎(chǔ))、立柱、大梁、樓板、樓梯和剪力墻等，首先確定各部構(gòu)件的截面尺寸；b、按結(jié)構(gòu)各部構(gòu)件的各截面的受力應(yīng)力大小，設(shè)計(jì)所需強(qiáng)度和復(fù)合組合材料受力筋的用量以及箍筋的用量；c、混凝土的強(qiáng)度設(shè)計(jì)①、以受壓為主的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)；②、以受彎結(jié)構(gòu)為主的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)，在受彎區(qū)域的混凝土配制中，可根據(jù)具體受彎構(gòu)件的要求，選用長(zhǎng)度在1CM以上的石棉纖維、玻璃纖維、合成纖維、碳纖維、陶瓷纖維、氧化鋁纖維、碳化硅纖維、硼纖維和晶順；③、結(jié)構(gòu)構(gòu)件中在受扭曲的區(qū)域中，仍按上述2中所提出各纖維增強(qiáng)材料選用；④、按1～3所述設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，首先設(shè)計(jì)試驗(yàn)構(gòu)件，并作強(qiáng)度試驗(yàn)，待試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)得出合格后，完成建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)；⑤、設(shè)計(jì)中可根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，各構(gòu)件的受力應(yīng)力狀度選擇使用復(fù)合組合材料。如 結(jié)構(gòu)中以受壓為主的構(gòu)件，可設(shè)計(jì)選用截面形狀為周圍是凹凸形，中心是實(shí)心無孔的復(fù)合組合材料； 、結(jié)構(gòu)中以受彎(扭)為主的構(gòu)件(大梁樓板等)，可設(shè)計(jì)選用截面形狀為周圍是凹凸形，中間是園孔或凹凸槽口孔洞的復(fù)合組合材料； 結(jié)構(gòu)中構(gòu)件的受力狀態(tài)是需要考慮即受壓又受彎(扭)時(shí)，按使用安全要求，可以交叉選用，即結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面中受彎(扭)區(qū)域，選用有孔洞的增強(qiáng)復(fù)合組合材料，受壓區(qū)域選用無孔實(shí)心的復(fù)合組合材料。
4.如權(quán)利要求1、2、3所述的“復(fù)合組合混凝土結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法”，可應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)、鐵路和公路橋梁、地下鐵道工程、碼頭設(shè)施構(gòu)筑物、水庫(kù)大壩、水利水電、電力工程、飛機(jī)場(chǎng)跑道和電訊指揮中心等建筑物。
全文摘要
本發(fā)明屬于一種建筑用“復(fù)合組合材料混凝土結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法”，特別涉及可用于工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)、鐵路與公路橋梁、地下鐵道工程、碼頭設(shè)施構(gòu)筑物、水庫(kù)大壩、水利水電工程、電力工程、飛機(jī)場(chǎng)跑道和電訊指揮中心等建筑物。本發(fā)明從根本上解除了鋼筋混凝結(jié)構(gòu)存在的結(jié)構(gòu)自重大，海水、蒸汽、水、酸、堿分子等化學(xué)原料對(duì)結(jié)構(gòu)的腐蝕破壞，以及投資高等大問題，從而不但降低了建筑投資，而且大大提高了建筑結(jié)構(gòu)安全使用和抗地震破壞的能力。
文檔編號(hào)E04C5/07GK1113534SQ9510105
公開日1995年12月20日 申請(qǐng)日期1995年1月11日 優(yōu)先權(quán)日1995年1月11日
發(fā)明者陸建衡 申請(qǐng)人:陸建衡