專利名稱：鋼-纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料組合橋面板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種具有較高延性和耐久性能的鋼、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料形成的組合構(gòu)件，屬于新材料新結(jié)構(gòu)和組合結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，可廣泛用于數(shù)量眾多的中小跨徑橋梁中，加快建造和維修替換速度。
背景技術(shù)：
公路橋梁的基礎(chǔ)建設(shè)隨著國(guó)家交通事業(yè)發(fā)展，近年來(lái)得到快速的發(fā)展。經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)營(yíng)，隨之而來(lái)的是橋梁的老化問題，尤其是在惡劣環(huán)境(凍融、酸、堿、鹽、紫外線、潮濕、海水環(huán)境)中的橋梁顯得尤為突出。在眾多的中小跨徑橋梁中，混凝土橋面板承受車輛荷載的往復(fù)作用，加之環(huán)境因素的影響，是易損傷破壞的構(gòu)件之一。開裂的面層混凝土具有傳輸特性，氯化物或其他侵蝕性介質(zhì)易于從面層滲透至鋼筋表面，繼而鋼筋銹蝕產(chǎn)生膨脹應(yīng)力， 最終導(dǎo)致脆性的混凝土保護(hù)層剝落。橋面板的疲勞損傷破壞不僅影響車輛的正常通行，而且影響下部結(jié)構(gòu)的安全和耐久性。如何利用科學(xué)手段，延長(zhǎng)新建和已建橋梁的服役壽命，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)合理的維修加固已成為刻不容緩的課題。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Fiber Reinforced Polymer, FRP)由于其具有高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐久性好、便于施工、后期維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，在土木工程中得到廣泛的應(yīng)用。FRP除了用于混凝土構(gòu)件加固外，也可將其制成FRP筋替代鋼筋形成FRP筋(預(yù)應(yīng)力筋)-混凝土構(gòu)件，或與混凝土、木材、鋼材通過(guò)一定的連接方式相互組合，形成組合構(gòu)件。將這些組合構(gòu)件通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)后，運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝，可以滿足橋梁快速建造的要求。同吋，F(xiàn)RP的高耐久性能也可解決橋梁的耐久性問題。ECC (Engineered cementitous composite)是一種高延性高耐久性的纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料。它是基于微觀斷裂力學(xué)的材料設(shè)計(jì)方法，經(jīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在拉伸和剪切荷載下表現(xiàn)出高延展性的一種纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料。ECC中纖維體積摻量?jī)H為2%，但其拉伸應(yīng)變卻大于3%，遠(yuǎn)高于普通混凝土和鋼纖維混凝土。ECC在荷載作用下開裂后，表現(xiàn)出類似鋼筋在單軸荷載作用下的應(yīng)カ-應(yīng)變關(guān)系，即所謂的應(yīng)變強(qiáng)化(Strain-Harding)效應(yīng)。這種優(yōu)良的力學(xué)性能，克服了混凝土開裂后，應(yīng)カ迅速降低，裂縫急速開展的缺點(diǎn)。ECC的抗壓強(qiáng)度與普通混凝土相似。此外，ECC具有優(yōu)良的抗疲勞性能和耐久性能。因此，對(duì)于承受車輛疲勞荷載和環(huán)境作用的橋面板而言，ECC無(wú)疑是一種很好的材料。FRP與混凝土之間的界面問題是組合構(gòu)件的能夠共同工作的基礎(chǔ)，也是工程建設(shè)和使用期間的關(guān)鍵問題。目前，F(xiàn)RP與混凝土粘結(jié)技術(shù)，通常采用環(huán)氧樹脂粘結(jié)層、FRP表面涂砂等方法。已有的研究結(jié)果表明，在目前的粘結(jié)技術(shù)下，F(xiàn)RP與混凝土界面間粘結(jié)破壞是一種常見的破壞形式，通常表現(xiàn)為彎、剪裂縫處FRP剝離、混凝土保護(hù)層剝離和FRP端部剝離?？蓪摬摹RP、ECC等力學(xué)性能優(yōu)良的材料結(jié)合在一起，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)材料性能互補(bǔ)。有鑒于此，本實(shí)用新型提出ー種鋼-FRP-ECC組合橋面板。
實(shí)用新型內(nèi)容為滿足橋梁快速建造和維修加固，本實(shí)用新型提出了一種能夠使?jié)M足橋面板高延性高耐久且自重輕的鋼-纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料組合橋面板。本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案包括纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板，內(nèi)設(shè)鋼筋網(wǎng)片的纖維水泥基增強(qiáng)復(fù)合面層和豎向拉結(jié)鋼筋，所述的增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板具有增加復(fù)合材料拉擠板剛度的“U”型凸肋和“U”型凹肋，在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板和纖維水泥基增強(qiáng)復(fù)合面層之間設(shè)有輕質(zhì)混凝土層，在輕質(zhì)混凝土層內(nèi)設(shè)有鋼筋且鋼筋位于“U”型凸肋內(nèi)，所述豎向拉結(jié)鋼筋的一端與鋼筋連接，豎向拉結(jié)鋼筋的另一端與纖維水泥基增強(qiáng)復(fù)合面層內(nèi)的鋼筋網(wǎng)片連接。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是(I)本實(shí)用新型提出的帶有“ U”型凸肋和“ U”型凹肋的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板， 其中的“U”型凸肋和“U”型凹肋可以增加纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板的剛度，避免澆筑上部輕質(zhì)混凝土層和纖維水泥基增強(qiáng)復(fù)合面層(ECC)吋，輕質(zhì)混凝土的自重、纖維水泥基增強(qiáng)復(fù)合面層的自重及施工人員、施工機(jī)械等荷載的作用下造成纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板的變形過(guò)大，影響正常使用。(2)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板之間的橫向連接可靠、簡(jiǎn)便，即相接部位的“U”型凸肋直接相互嵌入后使用環(huán)氧樹脂等膠體粘接。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板之間常用的連接方法有螺栓連接和膠結(jié)連接。螺栓連接需要在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板上鉆孔，穿過(guò)螺栓并擰緊。膠結(jié)連接主要針對(duì)具有凹槽和凸肋的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板，而且要保證連接的可靠，還需在連接處設(shè)置銷栓。無(wú)論是螺栓連接還是膠結(jié)連接，均需要在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板上開孔，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板的整體性受到損傷。此外，為了增加粘結(jié)面積，還預(yù)先要在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板連接處設(shè)置凹槽和凸肋。本實(shí)用新型提出的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板之間的橫向連接方法克服了以往的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板之間的連接方法不利之處，而且施工簡(jiǎn)便、快速。(3)鋼筋復(fù)合剪カ鍵。本實(shí)用新型在橋面板內(nèi)設(shè)置的豎向拉結(jié)鋼筋和纖維水泥基增強(qiáng)復(fù)合面層內(nèi)的縱向鋼筋及纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板內(nèi)“ U”型凸肋中的縱向鋼筋形成鋼筋復(fù)合剪カ鍵。鋼筋復(fù)合剪カ鍵的作用是使纖維水泥基增強(qiáng)復(fù)合面層、輕質(zhì)混凝土層和纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板能夠共同工作。(4)受カ明確合理。本實(shí)用新型提出的鋼-纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料組合橋面板，可以充分發(fā)揮不同材料力學(xué)性能，如鋼筋和FRP板等受拉性能較好的材料配置在受拉區(qū)，主要承受拉カ。兩者相結(jié)合不僅可以發(fā)揮FRP輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn)，而且可以通過(guò)鋼筋改善FRP脆性性能，增強(qiáng)組合構(gòu)件的延性。纖維水泥基增強(qiáng)復(fù)合面層(ECC)作為ー種高耐久性、具有自修復(fù)功能的材料配置在受壓區(qū)，可提高橋面的抗裂性，增強(qiáng)組合板的抗疲勞性能和耐久性能。配置在下部的鋼梁與上部組合板通過(guò)栓釘形成組合梁共同承受彎矩，鋼梁的腹板可承受豎向剪力。(5)組合橋面板的剛度得到較大提高。本實(shí)用新型提出的鋼-纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料組合橋面板的上層為纖維水泥基增強(qiáng)復(fù)合面層(ECC)和輕質(zhì)混凝土，増大了鋼-纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料組合橋面板的剛度，避免受壓區(qū)翼緣板和腹板發(fā)生局部屈曲，克服了全FRP橋面板的缺點(diǎn)。[0016](6)便于加工，提高施工效率。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板可以根據(jù)建設(shè)單位的需要，加工成不同尺寸的底板運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，并可在施工現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)需要進(jìn)行二次加工。(7)耐久性和抗疲勞性能優(yōu)異，后期維護(hù)費(fèi)用少。配置在上部的纖維水泥基增強(qiáng)復(fù)合面層(ECC)具有優(yōu)良的耐久性和抗疲勞性能。(8)栓釘直接配置在混凝土中，而不像其他類型的組合梁，栓釘需要穿過(guò)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板，破壞纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板的整體性。(9)應(yīng)用范圍廣。組合橋面板可作為板式梁直接用于中小跨徑橋梁，也可與鋼梁或預(yù)制混凝土梁使用剪力鍵或其他的連接方式形成組合橋梁。

圖I為鋼-纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料組合橋面板示意圖。圖2為鋼梁與鋼-纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料組合橋面板連接方式示意圖。圖中I.帶“U”型凸肋和凹肋的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板，2. “U”型凸肋，3. “U”型凹肋，4.纖維水泥基增強(qiáng)復(fù)合面層，5.輕質(zhì)混凝土層，6. “U”型凸肋中填充的鋼筋，7.鋼筋網(wǎng)片，8.豎向拉結(jié)鋼筋，9.鋼梁，10.栓釘，11.墊板。
具體實(shí)施方式
鋼-纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料組合橋面板，包括纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板1，內(nèi)設(shè)鋼筋網(wǎng)片7的纖維水泥基增強(qiáng)復(fù)合面層4和豎向拉結(jié)鋼筋8，所述的增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板I具有增加復(fù)合材料拉擠板剛度的“U”型凸肋2和“U”型凹肋3，在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板I和纖維水泥基增強(qiáng)復(fù)合面層4之間設(shè)有輕質(zhì)混凝土層5，在輕質(zhì)混凝土層5內(nèi)設(shè)有鋼筋6且鋼筋6位于“U”型凸肋2內(nèi)，所述豎向拉結(jié)鋼筋8的一端與鋼筋6連接，豎向拉結(jié)鋼筋8的另一端與纖維水泥基增強(qiáng)復(fù)合面層4內(nèi)的鋼筋網(wǎng)片7連接，形成復(fù)合剪カ鍵，使鋼-纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料組合橋面板中的纖維水泥基增強(qiáng)復(fù)合面層4與輕質(zhì)混凝土層5和纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板I能夠共同工作。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板I中需要橫向拼接的兩塊拉擠板中的“U”型凸肋2通過(guò)相互嵌固作用可以使纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板I橫向拼接，形成整體鋼-纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料組合橋面板。
以下結(jié)合附圖說(shuō)明具體實(shí)施方式
a.鋼梁9上設(shè)置墊板11，b.在墊板11上，根據(jù)需要鋪上帶“U”型凸肋2和凹肋3的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板1，c.在鋼梁9上預(yù)先設(shè)置栓釘10，e.將鋼筋6鋪設(shè)在凸肋2內(nèi)，與鋼筋7，豎向拉結(jié)鋼筋8形成鋼筋骨架和復(fù)合剪力鍵，f.在帶“U”型凸肋2和凹肋3的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板I和鋼梁9上澆注輕質(zhì)混凝土 5，g.在輕質(zhì)混凝土 5上澆筑纖維水泥基增強(qiáng)復(fù)合面層4，待新澆筑的混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，即形成鋼-纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料組合橋面板。
權(quán)利要求1.一種鋼-纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料組合橋面板，其特征在于，包括纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板(1)，內(nèi)設(shè)鋼筋網(wǎng)片(7)的纖維水泥基增強(qiáng)復(fù)合面層(4)和豎向拉結(jié)鋼筋(8)，所述的增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板(I)具有增加復(fù)合材料拉擠板剛度的“U”型凸肋(2)和“U”型凹肋(3)，在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板(I)和纖維水泥基增強(qiáng)復(fù)合面層(4)之間設(shè)有輕質(zhì)混凝土層(5)，在輕質(zhì)混凝土層(5)內(nèi)設(shè)有鋼筋(6)且鋼筋(6)位于“U”型凸肋(2)內(nèi)，所述豎向拉結(jié)鋼筋(8)的一端與鋼筋(6)連接，豎向拉結(jié)鋼筋(8)的另一端與纖維水泥基增強(qiáng)復(fù)合面層(4)內(nèi)的鋼筋網(wǎng)片(7)連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種鋼-纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料組合橋面板，包括纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板，內(nèi)設(shè)鋼筋網(wǎng)片的纖維水泥基增強(qiáng)復(fù)合面層和豎向拉結(jié)鋼筋，所述的增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板具有增加復(fù)合材料拉擠板剛度的“U”型凸肋和“U”型凹肋，在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板和纖維水泥基增強(qiáng)復(fù)合面層之間設(shè)有輕質(zhì)混凝土層，在輕質(zhì)混凝土層內(nèi)設(shè)有鋼筋且鋼筋位于“U”型凸肋內(nèi)，所述豎向拉結(jié)鋼筋的一端與鋼筋連接，豎向拉結(jié)鋼筋的另一端與纖維水泥基增強(qiáng)復(fù)合面層內(nèi)的鋼筋網(wǎng)片連接，形成復(fù)合剪力鍵，使鋼-纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料組合橋面板中的纖維水泥基增強(qiáng)復(fù)合面層與輕質(zhì)混凝土層和纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠板能夠共同工作。
文檔編號(hào)E01D19/12GK202610711SQ20122000821
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者王文煒, 戴建國(guó), 張磊, 吳佳 申請(qǐng)人:東南大學(xué)