一種採用新型組合界面的frp型材—混凝土組合結構的製作方法

2023-05-08 23:31:16 1

一種採用新型組合界面的frp型材—混凝土組合結構的製作方法
【專利摘要】本發明屬於混凝土結構【技術領域】，具體涉及一種採用新型組合界面的FRP型材—混凝土組合結構。該結構中包括FRP型材模板、FRP剪力鍵、界面樹脂層和混凝土；FRP剪力鍵設置於FRP型材模板表面；混凝土直接澆築於FRP型材模板表面；FRP剪力鍵、FRP型材模板表面與現澆混凝土之間設有界面樹脂層。本發明所提供的新型組合界面的FRP型材—混凝土組合結構，製備過程簡便，易操作，同時具有較強的可設計性、結合了現有的溼粘結和鋼螺栓剪力鍵的技術優點，技術效果突出，可以較為有效的克服FRP型材與混凝土之間易剝離脫落、鋼螺栓剪力鍵易生鏽且易對FRP型材造成打孔損壞的技術缺陷，利於FRP型材-混凝土組合結構的推廣應用。
【專利說明】一種採用新型組合界面的FRP型材一混凝土組合結構

【技術領域】
[0001] 本發明屬於混凝土結構【技術領域】，具體涉及一種採用新型組合界面的FRP型材一 混凝土組合結構。

【背景技術】
[0002] 現有建築施工技術中，由於鋼筋鏽蝕所導致的基礎設施耐久性嚴重下降，造成了 巨大的經濟損失。統計數據表明，鋼筋和鋼材腐蝕所造成的經濟損失一般可達國民經濟總 產值（⑶P)的2?4%，如歐洲約為3%，美國和澳大利亞均為4. 2%，而波蘭則為6?10%，我國約 為6%。因而提高基礎設施耐久性是世界各國經濟和社會發展面臨的重要問題。
[0003] 纖維增強複合材料（FiberReinforcedPolymer,簡稱FRP)的出現，為提升基礎設 施耐久性帶來了希望。與傳統的鋼材、鋼筋和混凝土等結構材料相比，FRP材料具有優異的 耐腐蝕性能、較高的比強度、比模量和較好的抗疲勞性能等顯著優點。
[0004] 在FRP型材一混凝土組合結構中，FRP型材不僅可以作為混凝土結構的模板，還能 作為組合梁的抗彎增強材料，在提高混凝土結構耐久性的同時也可提升結構的安全性能， 因而在惡劣環境中使用時FRP型材一混凝土組合結構的性能優勢更為明顯。已有研究表 明，FRP型材一混凝土組合結構能夠較為充分的發揮FRP材料的輕質高強、耐腐蝕的優點以 及混凝土高抗壓強度的優勢，具有高耐久、重量輕、施工快速和耐疲勞等優點，是一種極具 應用潛力的結構形式。
[0005] FRP型材與混凝土的組合界面連接/粘結性能是FRP型材一混凝土組合結構的關 鍵問題。現有的FRP型材與混凝土之間常見的連接方式有：直接澆築、環氧膠接幹粘結界 面、鋼螺栓剪力鍵連接等方式。直接澆築連接的FRP型材與混凝土的組合界面連接/粘結 能力往往較為有限；而純環氧膠粘結的FRP型材與混凝土的組合界面的承載力較低，容易 產生局部剝離；鋼螺栓剪力鍵連接方式則需要在FRP型材表面打孔，從而對型材造成一定 程度的削弱，同時鋼連接件存在著鏽蝕問題。由於現有的FRP型材與混凝土的組合界面連 接方式的弊端在一定程度上限制了FRP型材一混凝土組合材料的推廣應用，因而有必要繼 續改進提高FRP型材與混凝土之間界面抗剪切承載力的連接方式。


【發明內容】

[0006] 本發明目的在於提供一種採用新型組合界面的FRP型材一混凝土組合結構，所述 新型組合結構中FRP型材與混凝土組合界面之間採用一種新型連接方式，即新型組合結構 的組合界面處依靠剪力鍵提供的機械咬合力和溼粘結樹脂提供的粘結力共同承擔界面剪 力；本發明可以較好地解決FRP型材與混凝土界面之間易發生滑移失效的問題，使FRP型材 與混凝土共同受力和協同工作，同時又使得組合結構具有較好的耐久性能。
[0007] 本發明所採取的技術方案如下： 一種採用新型組合界面的FRP型材一混凝土組合結構，包括FRP型材模板、FRP剪力鍵、 界面樹脂層和混凝土；FRP剪力鍵設置於FRP型材模板表面；混凝土直接澆築於FRP型材模 板表面；FRP剪力鍵、FRP型材模板表面與現澆混凝土之間設有界面樹脂層； 所述界面樹脂層為溼粘結樹脂； 具體施工時，首先須在FRP型材模板表面包括剪力鍵表面布設溼粘結樹脂，在樹脂開 始發粘但尚未固化的時間段內，將混凝土澆築於FRP型材模板表面；待樹脂完成固化反應 且混凝土達到設計強度後方可承重受力；新型組合結構的組合界面處依靠剪力鍵提供的機 械咬合力和溼粘結樹脂提供的粘結力共同承擔界面剪力。
[0008] 所述採用新型組合界面的FRP型材一混凝土組合結構中，所述溼粘結樹脂為環氧 樹脂或乙烯基樹脂，溼粘結樹脂須選用在潮溼環境中仍然能夠固化的樹脂，樹脂固化後的 抗拉強度須達到30MPa以上；界面樹脂層即溼粘結樹脂層厚度宜為廣2mm。
[0009] 所述採用新型組合界面的FRP型材一混凝土組合結構中，FRP剪力鍵的形狀為槽 形、工字形或L形；FRP剪力鍵在FRP型材模板表面宜呈點式均勻間隔分布，單個剪力鍵的 長度方向沿著垂直於剪切力的方向布置。當構件的剪跨區段內有較大的集中荷載時，可將 連接件的個數按剪力圖面積比例分配後再在各個剪跨段內各自均勻布置。
[0010] 所述採用新型組合界面的FRP型材一混凝土組合結構中，FRP剪力鍵可在FRP型 材模板表面布設剪力鍵用纖維增強材料後，採用真空導入工藝浸潤樹脂基體，實現一體化 成型；或採用由拉擠成型的FRP槽形型材、FRP工字鋼型材、FRP角鋼型材切割成段製作成 相應形狀的FRP剪力鍵，然後用環氧樹脂將其粘結於FRP型材模板表面。
[0011] 所述採用新型組合界面的FRP型材一混凝土組合結構，其特徵在於，所述FRP型材 的纖維增強材料為GFRP(玻璃纖維)、BFRP(玄武巖纖維)、CFRP(碳纖維）或者以上纖維材 料的混雜纖維材料。
[0012] 所述採用新型組合界面的FRP型材一混凝土組合結構中；FRP型材模板上所設置 剪力鍵數量和剪力鍵的間距根據界面處所需要達到的抗剪切承載力設計值計算得到，剪力 鍵數量的具體計算方法如下： (1)根據下述公式計算出新型組合界面的FRP型材一混凝土組合結構中FRP型材與混 凝土純溼粘結界面的承載力h;所述純溼粘結界面為FRP型材模板與混凝土之間僅依靠溼 粘結樹脂提供站結力：

【權利要求】
1. 一種採用新型組合界面的FRP型材一混凝土組合結構，其特徵在於，該結構包括FRP 型材模板、FRP剪力鍵、界面樹脂層和混凝土；FRP剪力鍵設置於FRP型材模板表面；混凝土 直接澆築於FRP型材模板表面；FRP剪力鍵、FRP型材模板表面與混凝土之間設有界面樹脂 層；所述界面樹脂層為溼粘結樹脂。
2. 如權利要求1所述採用新型組合界面的FRP型材一混凝土組合結構，其特徵在於，所 述溼粘結樹脂為環氧樹脂或乙烯基樹脂；界面樹脂層厚度為1~2_。
3. 如權利要求1所述採用新型組合界面的FRP型材一混凝土組合結構，其特徵在於，所 述FRP剪力鍵為槽形、工字形或L形；在剪跨區段內，FRP剪力鍵在FRP型材模板表面點式 均勻間隔分布，單個剪力鍵的長度方向沿著垂直於剪切力的方向布置。
4. 如權利要求3所述採用新型組合界面的FRP型材一混凝土組合結構，其特徵在於， FRP剪力鍵在FRP型材模板表面一體化成型；或採用由FRP槽形型材、FRP工字鋼型材、FRP 角鋼型材切割成段製作成相應形狀的FRP剪力鍵，然後用環氧樹脂將其粘結於FRP型材模 板表面。
5. 如權利要求1所述採用新型組合界面的FRP型材一混凝土組合結構，其特徵在於，所 述FRP型材模板、FRP剪力鍵所用材質為GFRP、BFRP或CFRP。
6. 如權利要求1所述採用新型組合界面的FRP型材一混凝土組合結構，其特徵在於，所 述FRP型材一混凝土組合結構中，FRP型材模板上所設置剪力鍵數量和剪力鍵的間距根據 所需要達到的抗剪切承載力設計值計算得到，剪力鍵數量的具體計算方法如下 ： (1) 根據下述公式計算出新型組合界面的FRP型材一混凝土組合結構中FRP型材與混 凝土純溼粘結界面的承載力Λ ;所述純溼粘結界面為FRP型材模板與混凝土間僅依靠溼粘 結樹脂提供粘結力；
式中：0為折減係數，取〇. 6 J為構件的跨度；7。為FRP板-混凝土溼粘結界面計算長 度;&b、Gb分別為FRP型材模板與混凝土純溼粘結界面單面拉伸剪切試件的承載力和界面 斷裂能A f、&分別為FRP型材模板的寬度和混凝土構件的截面寬度；^為FRP型材的橫截 面有效面積;為為FRP型材的彈性模量；々 w是FRP型材模板與混凝土界面粘結強度的相對 寬度影響係數;/t為混凝土抗拉強度；人為溼粘結界面的有效粘結長度； (2) 按照新型組合界面的FRP型材一混凝土組合結構中溼粘結樹脂所能提供的粘結結 合力大於混凝土與FRP型材模板之間總拉力的原則設計剪力鍵數目，具體計算公式如下：
式中：τ skd為剪力鍵強度設計值4為純剪力鍵界面的粘結滑移曲線的斜率，Smax為純 剪力鍵界面的最大滑移量；
式中W為剪力鍵數量;Λ為步驟（1衝溼粘結界面的承載力計算值、人k分別為單 個剪力鍵寬度和長度V fu為混凝土與FRP型材模板組合界面間FRP型材模板縱向受拉縴 維極限應變設計值；其中f fu值由FRP型材模板或剪力鍵材料本身決定，可通過預先檢測獲 得。
7. 如權利要求6所述採用新型組合界面的FRP型材一混凝土組合結構，其特徵在於，所 述FRP型材一混凝土組合結構中，以剪力鍵與FRP型材模板接觸面的中心計算，分布間距為 150?400mm。
8. 如權利要求7所述採用新型組合界面的FRP型材一混凝土組合結構，其特徵在於，剪 力鍵分布間距為50mm的模數。
【文檔編號】E04B1/16GK104234182SQ201410392746
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月11日 優先權日:2014年8月11日
【發明者】張普, 吳剛, 高丹盈, 朱虹, 孟少平 申請人:鄭州大學