一種基於frp材料的橋梁結構的製作方法
2023-07-18 13:33:41 1
一種基於frp材料的橋梁結構的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供的一種基於FRP材料的橋梁結構，一方面將橋面板板底起拱，充分的利用橋面板內的壓縮薄膜效應來提高橋面板在多種荷載工況下的承載性能，避免應力集中，改變應力對橋面板的作用方向，另一方面在橋面板的下方設置約束杆件，充分發揮筋材的抗拉伸性能，從而大幅減少（甚至取消）橋面板內置的筋材（可視為將傳統的內置筋材移出橋面板外，作為約束錨杆使用），兩方面結合，有效的解決了現有技術中筋材使用量大的問題。另外本實用新型採用FRP材料製成的筋材作為約束杆件，FRP材料的抗拉伸性能更佳，同時還具有防腐蝕作用，更加適合外置使用。
【專利說明】 一種基於FRP材料的橋梁結構
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及橋梁【技術領域】，特別涉及一種基於FRP材料的橋梁結構。
【背景技術】
[0002]在橋梁工程建設中，無論是混凝土結構、鋼結構還是鋼一混凝土組合結構，橋面板通常為鋼筋混凝土板。在過去20年中，這種鋼筋混凝土板結構暴露出一系列問題，其中最為嚴重的就是由於鋼筋或鋼材的腐蝕而導致的結構性能劣化問題。橋梁面板由於保護層厚度較小、除冰鹽直接作用於其表面和因長期承受交通荷載容易造成開裂等原因，鋼筋鏽蝕問題尤為嚴重。這些問題不僅導致了高昂的維護費用，而且頻繁維修造成的交通堵塞等問題也對當地人們的生活和經濟發展產生不良影響。
[0003]為了解決混凝土橋面板中鋼筋鏽蝕的問題，近些年來，在橋梁中採用纖維增強複合材料(Fiber Reinforced Polymer Composite，簡稱FRP)成為一種比較可靠途徑。目前一種方式是在橋梁面板中增加FRP筋，但是在研宄工作中發現，現行各國的橋面板的設計方法中都普遍忽略了板結構中壓縮薄膜效應(拱效應)。由於橫向約束的存在，當荷載施加到一定程度時，隨著加載區的底部和邊界處的頂部裂縫的產生，混凝土板內的中和軸向著受壓區移動。由於對混凝土板末端受壓區橫向約束的存在，板內產生了壓縮薄膜壓力(拱推力)。這一薄膜效應增加了混凝土板內的受壓區高度和提高了結構的承載能力。然而目前的混凝土橋面板的設計方法中並沒有側向約束構件，導致了橋面板需要內置較多的筋材，配筋率高。
[0004]此外，FRP材料還廣泛的使用於梁構件中，現有的各種基於FRP材料的梁構件包括:(a)全FRP梁，該類型梁通常具有與鋼梁類似的外形(例如工字型或箱型);(b)FRP與混凝土的組合梁，包括FRP筋混凝土梁、由受拉FRP型材和澆築於其上的受壓混凝層組合而成的組合梁、以及FRP管混凝土梁。以上梁構件中FRP作為主要的縱向受力材料，用量通常較大，從而導致梁構件成本較高，同時還常因構件剛度不夠導致在設計時的主要限制因素是構件變形而非承載力；另外，這些梁構件還因FRP材料的脆性而導致構件延性較差。而且在前期的研宄中發現如果對支撐梁構件中採用FRP筋混凝土結構，結構往往因為支撐構件抗彎剛度過低而破壞。
[0005]因此如何更為合理有效地將FRP材料應用於新建的橋梁體系中，提高橋面體系結構的耐久性能與工作能力，具有重要的意義。
【發明內容】
[0006]本實用新型的目的在於避免上述現有技術中的不足之處而提供一種能夠匹配橋梁雙向受彎或者受剪的特點，從而改善加固效果的橋梁加固結構。
[0007]本實用新型的目的通過以下技術方案實現:
[0008]提供了一種基於FRP材料的橋梁結構，包括兩個支撐梁和跨設於兩個支撐梁之間的橋面板，所述橋面板的下表面呈拱形，所述橋面板的下方設置有位於兩個支撐梁之間的約束杆件，所述約束杆件端部與支撐梁固定連接。
[0009]其中，所述約束杆件由FRP材料製成。
[0010]其中，所述兩個支撐梁相向地設置有一一對應的錨固插孔，所述約束杆件的端部插入所述錨固插孔中並被螺緊。
[0011]其中，任一錨固插孔的兩側均設置有備用錨固孔。
[0012]其中，所述支撐梁中設置有傳力鋼板，至少兩個約束杆件的端部與所述傳力鋼板連接。
[0013]其中，所述支撐梁包括FRP管、分布於FRP管的管腔內的鋼筋和填充於FRP管的管腔內的混凝土方。
[0014]其中，所述橋面板包括跨設於支撐梁之間的模板和填充於模板上的混凝土層。
[0015]其中，所述橋面板與支撐梁的連接面傾斜於水平面設置。
[0016]其中，所述橋面板與支撐梁的連接處設置有剪力鍵，所述剪力鍵一部分嵌入於橋面板中，另一部分嵌入支撐梁中。
[0017]本實用新型的有益效果:本實用新型一方面將橋面板板底起拱，充分的利用橋面板內的壓縮薄膜效應來提高橋面板在多種荷載工況下的承載性能，避免應力集中，改變應力對橋面板的作用方向，另一方面在橋面板的下方設置約束杆件，充分發揮筋材的抗拉伸性能，從而大幅減少(甚至取消)橋面板內置的筋材(可視為將傳統的內置筋材移出橋面板夕卜，作為約束錨杆使用)，兩方面結合，有效的解決了現有技術中筋材使用量大的問題。另外本實用新型採用FRP材料製成的筋材作為約束杆件，FRP材料的抗拉伸性能更佳，同時還具有防腐蝕作用，更加適合外置使用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]利用附圖對本實用新型作進一步說明，但附圖中的實施例不構成對本實用新型的任何限制，對於本領域的普通技術人員，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據以下附圖獲得其它的附圖。
[0019]圖1為本實用新型一種基於FRP材料的橋梁結構的結構示意圖。
[0020]圖2為本實用新型的支撐梁的另一結構示意圖。
[0021]圖3為本實用新型的支撐梁的側面結構示意圖。
[0022]在圖1至圖3中包括有:
[0023]I——支撐梁、11——FRP管、12——鋼筋、13——混凝土方、14——錨固插孔、15——傳力鋼板、16——鋼管、17——備用錨固孔、2——橋面板、21——模板、22——混凝土層、3——剪力鍵、4——約束杆件。
【具體實施方式】
[0024]結合以下實施例對本實用新型作進一步描述。
[0025]本實用新型一種基於FRP材料的橋梁結構的【具體實施方式】，如圖1所示，包括兩個支撐梁I和跨設於兩個支撐梁I之間的橋面板2。
[0026]其中，支撐梁I的外層是FRP管11，該FRP管11的管腔中分布有鋼筋12並填充有混凝土方13，這種支撐梁I的結構使支撐梁I具有較好的抗彎抗剪能力和足夠的延性，施工時可以將鋼筋12編織成鋼筋籠後放置入FRP管11中後再澆築混凝土方13。支撐梁I開設有成排的錨固插孔14，錨固插孔14是由貫穿於FRP管11的鋼管16形成的。在支撐梁I上端部的外側，設置有貼合於成排的錨固插孔14處的傳力鋼板15，傳力鋼板15上開設有與所述錨固插孔14對應的孔位。兩個相向設置的支撐梁I之間設置有多條約束杆件4，約束杆件4的兩個端部分別與兩個支撐梁I相固定，約束杆件4的端部與支撐梁I的固定方式是:約束杆件4端部穿過支撐梁I的錨固插孔14以及傳力鋼板15的孔位後被螺栓拴緊，從而與支撐梁I和傳力鋼板15相固定。傳力鋼板15的作用是同時連接約束杆件4以在各個約束杆件4之間傳遞應力，避免應力過於集中。當然的，傳力鋼板15還可以設置在支撐梁I的內部，如圖2所示，只要其能夠與多個約束杆件4連接以實現應力傳遞即可。需要說明的是，在本實施例中，每一個錨固插孔14的兩側均設置有備用錨固孔17，如圖3所示備用錨固孔17的結構與錨固插孔14是一致的，其作用是在要更換某一約束杆件4時，可以利用該約束杆件4對應的錨固插孔14兩側的備用錨固孔17來設置兩條臨時約束杆件4，保證在更換約束杆件4的過程中橋梁結構的穩定。
[0027]橋面板2跨設於兩個支撐梁I之間，橋面板2與支撐梁I的連接面是一個與水平面傾斜的弧面，該連接面上嵌設有多個剪力鍵3，所述剪力鍵3部分嵌入支撐梁I中，另外部分嵌入與橋面板2中。橋面板2是由模板21和填充與模板21上的混凝土層22構成，模板21呈拱形結構，施工中採用在支撐梁I上固定模板21，然後澆築混凝土層22的方式來實現。具體的，本實施例中的模板21也是有FRP材料製成，這樣既可減少後期的拆模工序，另外FRP材料的模板21也能夠提高橋面板2的承載力。
[0028]本實用新型一方面將橋面板板底起拱，充分的利用橋面板內的壓縮薄膜效應來提高橋面板在多種荷載工況下的承載性能，避免應力集中，改變應力對橋面板的作用方向，另一方面在橋面板的下方設置約束杆件，充分發揮筋材的抗拉伸性能，從而大幅減少(甚至取消)橋面板內置的筋材(可視為將傳統的內置筋材移出橋面板外，作為約束錨杆使用)，兩方面結合，有效的解決了現有技術中筋材使用量大的問題。另外本實用新型採用FRP材料製成的筋材作為約束杆件，FRP材料的抗拉伸性能更佳，同時還具有防腐蝕作用，更加適合外置使用。
[0029]最後應當說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對本實用新型保護範圍的限制，儘管參照較佳實施例對本實用新型作了詳細地說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的實質和範圍。
【權利要求】
1.一種基於FRP材料的橋梁結構，包括兩個支撐梁和跨設於兩個支撐梁之間的橋面板，其特徵在於:所述橋面板的下表面呈拱形，所述橋面板的下方設置有位於兩個支撐梁之間的約束杆件，所述約束杆件端部與支撐梁固定連接。
2.如權利要求1所述的一種基於FRP材料的橋梁結構，其特徵在於:所述約束杆件由FRP材料製成。
3.如權利要求1所述的一種基於FRP材料的橋梁結構，其特徵在於:所述兩個支撐梁相向地設置有一一對應的錨固插孔，所述約束杆件的端部插入所述錨固插孔中並被螺緊。
4.如權利要求3所述的一種基於FRP材料的橋梁結構，其特徵在於:任一錨固插孔的兩側均設置有備用錨固孔。
5.如權利要求1所述的一種基於FRP材料的橋梁結構，其特徵在於:所述支撐梁中設置有傳力鋼板，至少兩個約束杆件的端部與所述傳力鋼板連接。
6.如權利要求1所述的一種基於FRP材料的橋梁結構，其特徵在於:所述支撐梁包括FRP管、分布於FRP管的管腔內的鋼筋和填充於FRP管的管腔內的混凝土方。
7.如權利要求1所述的一種基於FRP材料的橋梁結構，其特徵在於:所述橋面板包括跨設於支撐梁之間的模板和填充於模板上的混凝土層。
8.如權利要求1所述的一種基於FRP材料的橋梁結構，其特徵在於:所述橋面板與支撐梁的連接面傾斜於水平面設置。
9.如權利要求1所述的一種基於FRP材料的橋梁結構，其特徵在於:所述橋面板與支撐梁的連接處設置有剪力鍵，所述剪力鍵一部分嵌入於橋面板中，另一部分嵌入支撐梁中。
【文檔編號】E01D19/12GK204174533SQ201420637548
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年10月30日 優先權日:2014年10月30日
【發明者】楊健彬, 鄭愚 申請人:東莞理工學院