混雜式FRP?鋼復合筋海砂混凝土梁的制作方法

本發明屬于建筑工程結構領域，尤其是指一種混雜式frp-鋼復合筋海砂混凝土梁。

背景技術：

隨著我國經濟的快速發展，混凝土的用量多年以來一直保持在高位，據統計，我國混凝土年產量已經連續多年超過世界混凝土年產量的50％，砂作為混凝土的細骨料，其主要來源為河砂，但由于河砂的供應量受到資源、環境等的限制，現已無法完全滿足工程建設的需求。長期以來，在陸地的河床和山體中大量開采河砂已造成嚴重的生態環境問題。借鑒日本等發達國家的經驗，將與河砂性能相當的海砂應用到土木工程中能極大地緩解建筑用砂的緊張。

據統計，國外如英國，美國，日本等發達國家所有建筑物中有超過50％的建筑物需要維修加固，我國作為發展中的大國，工程上需維修加固的舊建筑數量也浩如煙海，其維修費用之高，不容忽視，而在這些需加固維修的建筑中許多是因為鋼筋腐蝕受破壞而導致房梁承載力下降，使得房屋具有倒塌的危險。

frp筋(fiberreinforcedplasticsbars纖維復合材料)具有耐腐蝕、抗拉強度高、密度小、質量輕、電磁絕緣性好、減振性能好等優點，但也存在材料脆性及價格高等缺點。現已有的frp筋(除高強cfrp)彈性模量與鋼筋相比較低，其應力應變關系呈直線段，當其單獨被用于混凝土梁結構中時，frp筋混凝土構件容易產生脆性破壞以及在使用狀態下產生過大的裂縫寬度和撓度的問題，極大地影響了frp筋混凝土構件的承載和使用性能，極大地限制了frp筋混凝土構件在土木工程領域中的推廣和應用。

如圖5所示，采用單一frp-鋼復合筋的海砂混凝土梁在受拉力作用時，其應力-應變曲線在纖維斷裂前呈現出明顯的雙折線，鋼筋屈服后單一frp-鋼復合筋具有穩定的二次剛度，其載荷-應變曲線可分為三段。第一段oa為frp與鋼筋的共同工作變形階段；第二段ab為鋼筋屈服后，frp提供應力增量的階段，此區段剛度較第一區段變小；第三段bc為frp布破壞后，鋼筋獨自承受荷載的階段。當把單一frp-鋼復合筋的設計強度定義在第二區間以內(不臨近極限抗拉強度點b)，梁承載力超過設計強度之后，其表觀特征變化不顯著，缺乏明顯的示警現象，如果把單一frp-鋼復合筋的設計強度定義到臨近其極限抗拉強度點b，則結構安全儲備少，且在外荷載超過其抗拉極限強度之后，frp直接斷裂，梁的承載力大幅驟降，梁體破壞形式近乎于脆性破壞。

技術實現要素：

本發明的目的在于針對上述問題，提供一種無需對海砂進行淡化處理，強度和承載性能好的混雜式frp-鋼復合筋海砂混凝土梁。

本發明的目的可采用以下技術方案來達到：

一種混雜式frp-鋼復合筋海砂混凝土梁，包括海砂混凝土和固設于海砂混凝土內的上復合筋、下復合筋和箍筋，所述箍筋設為多個，且沿上復合筋和下復合筋的長度方向均勻固定綁接于所述上復合筋和下復合筋的外表面上；上復合筋與下復合筋均設為多個，且分別設于所述海砂混凝土的上端和下端；所述上復合筋和下復合筋包括鋼筋和包覆于鋼筋的外表面上的frp纖維布，每個上復合筋的frp纖維布為相同材料或不同材料，多個下復合筋的frp纖維布采用至少兩種材料，所述frp纖維布與海砂混凝土粘結；所述下復合筋的frp纖維布為碳纖維布、玻璃纖維布、玄武巖纖維布和芳綸纖維布中的至少兩種。

作為一種優選的方案，所述上復合筋的frp纖維布為碳纖維布、玻璃纖維布、玄武巖纖維布和芳綸纖維布中的一種。

作為一種優選的方案，所述上復合筋的frp纖維布為碳纖維布、玻璃纖維布、玄武巖纖維布和芳綸纖維布中的至少兩種。

作為一種優選的方案，所述鋼筋的外表面上包覆有多層所述的frp纖維布，多層所述的frp纖維布可以采用相同材料或不同材料。

進一步地，多層所述的frp纖維布采用不同材料，按材料的斷裂延伸率進行比較，斷裂延伸率高的frp纖維布從內到外依次進行分布設置。

作為一種優選的方案，所述frp纖維布通過膠黏劑包覆于鋼筋外表面上而粘貼固定在一起。

作為一種優選的方案，所述frp纖維布外表面通過塑膠帶形成肋。

作為一種優選的方案，相鄰兩層所述frp纖維布之間通過膠黏劑粘貼在一起。

作為一種優選的方案，所述膠黏劑為環氧樹脂或聚酯樹脂。

作為一種優選的方案，所述海砂混凝土由海水或淡水、水泥、粗骨料和未經淡水處理的海砂組成，所述海水或淡水、水泥、粗骨料和未經淡水處理的海砂混合并均勻攪拌形成海砂混凝土。

實施本發明，具有如下有益效果：

1、本發明的上復合筋和下復合筋采用不同材料包覆鋼筋，形成混雜式的frp-鋼復合筋分布結構而代替普通鋼筋作為梁內縱向受力筋應用到海砂混凝土中。通過不同材料的frp纖維布的包覆形成的frp-鋼復合筋具有不同的frp延性、彈性模量和抗拉強度，使得澆筑后完成的混凝土梁具有更好的延性、彈性模量和抗拉強度，大大提高了混凝土梁的綜合力學性能。

2、本發明采用混雜frp-鋼復合筋，首先利用frp材料抗拉強度高、耐腐蝕的特點，在顯著提高梁承載力的同時也能達到保護鋼筋免受氯離子等腐蝕的目的；另外鋼筋的彈性模量高，延性好等優點又彌補了frp脆性材料的不足。比純frp筋剛度好，當其被用于混凝土梁結構中時，相比純frp筋混凝土梁構件，其使用狀態下裂縫寬度和撓度得到較大的減緩。

3、本發明由于frp纖維布具有耐酸堿鹽腐蝕的特點，在海砂混凝土開裂而使得上復合筋和下復合筋暴露在空氣中時，上復合筋和下復合筋內的鋼筋也不會被外界環境所腐蝕。相比鋼筋混凝土梁，本結構具有更好的使用安全性和更長的使用壽命。

4、本發明可直接使用原始海砂，無需對原始海砂進行淡化處理，可直接被用于制成海砂混凝土而進行梁構件澆筑，節約了淡水資源，省略和淡化海砂的處理工序，極大地提高了海砂的利用率，可以有效解決沿海地區或周圍島礁地區河砂建筑材料缺乏的問題，也避免了過度開采河砂帶來的生態環境問題，具有一定的經濟效益和環保功能。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明混雜式frp-鋼復合筋海砂混凝土梁的實施例1結構示意圖；

圖2是本發明混雜式frp-鋼復合筋海砂混凝土梁的實施例2的結構示意圖；

圖3是本發明混雜式frp-鋼復合筋海砂混凝土梁的上復合筋和下復合筋的結構示意圖；

圖4是本發明混雜式frp-鋼復合筋海砂混凝土梁的實施例3的結構示意圖；

圖5是現有采用單一frp-鋼復合筋的海砂混凝土梁的荷載-應變曲線圖；

圖6是本發明混雜式frp-鋼復合筋海砂混凝土梁的荷載-應變曲線圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

實施例1

參照圖1和圖3，本實施例涉及海砂混凝土梁，該混凝土梁的截面可以為矩形，或t形或箱形，其包括海砂混凝土1和固設于海砂混凝土1內的上復合筋2、下復合筋3和箍筋4，所述箍筋4設為多個，且沿上復合筋2和下復合筋3的長度方向均勻固定綁接于所述上復合筋2和下復合筋3的外表面上；上復合筋2與下復合筋3均設為多個，且分別設于所述海砂混凝土1的上端和下端；所述上復合筋2和下復合筋3包括鋼筋24和包覆于鋼筋24的外表面上的frp纖維布23，每個上復合筋2的frp纖維布23為相同材料或不同材料，多個下復合筋3的frp纖維布23采用至少兩種材料，所述frp纖維布23與海砂混凝土1粘結；所述下復合筋3的frp纖維布23為碳纖維布、玻璃纖維布、玄武巖纖維布和芳綸纖維布中的至少兩種。所述箍筋4可以包括所述鋼筋24和包覆于鋼筋24的外表面上的所述frp纖維布23，在frp纖維布的防腐作用下，可防止鋼筋24被海砂混凝土1中的氯離子腐蝕。

本結構的上復合筋2和下復合筋3采用不同材料包覆鋼筋24，形成混雜式的frp-鋼復合筋分布結構而代替普通鋼筋24作為梁內縱向受力筋應用到海砂混凝土1中。通過不同材料的frp纖維布23的包覆形成的frp-鋼復合筋具有不同的frp延性、彈性模量和抗拉強度，與純鋼筋相比，澆筑后完成的混凝土梁具有更好的延性、彈性模量和抗拉強度，大大提高了混凝土梁的綜合力學性能，減少鋼筋的使用量，減輕梁的自重。本發明的圖6所示相比于現有技術的圖5，由圖6的混雜式frp-鋼復合筋的荷載-應變圖可知，當其第一個極限抗拉強度(b點)被超越時，混雜式frp-鋼復合筋中斷裂延伸率低的frp纖維布先斷裂，而此時斷裂延伸率高的frp纖維布繼續和鋼筋同時起到承載的作用，使得梁的承載力不會出現大幅驟降的情況，會出現明顯的三次剛度，直到達到斷裂延伸率高的frp纖維布斷裂時(c點)，此時由鋼筋單一接替繼續起承載作用，直至鋼筋斷裂，在此過程中混凝土梁出現了兩次承載力的突變，提高了梁整體的塑性變形能力，使得混凝土梁有更長的支撐和崩壞時間，防止房屋出現直接崩塌的致命性問題。并且人可以通過肉眼直觀地看到混凝土梁的裂縫，而起到示警的作用，為逃生和搶救爭取更多的時間。

由于frp纖維布23具有耐酸堿鹽腐蝕的特點，在海砂混凝土1開裂而使得上復合筋2和下復合筋3暴露在空氣中時，上復合筋2和下復合筋3內的鋼筋24也不會被外界環境所腐蝕。相比鋼筋24混凝土梁，本結構具有更好的使用安全性和更長的使用壽命。

該結構可直接使用原始海砂，無需對原始海砂進行淡化處理，可直接被用于制成海砂混凝土1而進行梁構件澆筑，節約了淡水資源，省略和淡化海砂的處理工序，極大地提高了海砂的利用率，可以有效解決沿海地區或周圍島礁地區河砂建筑材料缺乏的問題，也避免了過度開采河砂帶來的生態環境問題。

所述上復合筋2的frp纖維布23為碳纖維布、玻璃纖維布、玄武巖纖維布和芳綸纖維布中的一種。當然，其它具有耐腐蝕性的frp纖維材料也適用于制造frp纖維布23。更佳的，上復合筋2的frp纖維布23為碳纖維布、玻璃纖維布、玄武巖纖維布和芳綸纖維布中的至少兩種；該結構的上復合筋2形成混雜式的分布結構，使得上復合筋2在澆筑后完成的混凝土梁中具有更好的延性、彈性模量和抗壓強度，提高了混凝土梁的綜合力學性能。

所述鋼筋24的外表面上包覆有多層所述的frp纖維布23，多層所述的frp纖維布23可以采用相同材料或不同材料。相鄰兩層所述frp纖維布23之間通過膠黏劑粘貼在一起。多層所述的frp纖維布23包括碳纖維布、玻璃纖維布、玄武巖纖維布和芳綸纖維布中的至少兩種。具體的，對于多層所述的frp纖維布采用不同材料時，按材料的斷裂延伸率進行比較，斷裂延伸率高的frp纖維布從內到外依次進行分布設置。例如，當鋼筋包覆有玻璃纖維增強材料(gfrp)，和碳纖維增強復合材料(cfrp)，由于gfrp的斷裂延伸率高于cfrp，所以gfrp與鋼筋接觸而直接包覆于鋼筋的外表面上，而cfrp包覆于gfrp外表面上。如圖6，當其第一個極限抗拉強度(b點)被超越時，混雜式frp-鋼復合筋中斷裂延伸率低的cfrp纖維布先斷裂，而此時斷裂延伸率高的gfrp纖維布繼續和鋼筋同時起到承載的作用，使得梁的承載力不會出現大幅驟降的情況，使得混凝土梁有更長的支撐和崩壞時間，防止房屋出現直接崩塌的致命性問題。

所述frp纖維布23通過膠黏劑包覆于鋼筋24外表面上而粘貼固定在一起。該結構的鋼筋24通過膠黏劑與frp纖維布23緊密連接，鋼筋24被frp纖維布23徹底隔絕，使得海砂混凝土1中的氯離子無法對鋼筋24進行腐蝕，極大地提高了梁的安全性和使用壽命。

所述frp纖維布23外表面通過塑膠帶形成肋。通過肋可增大frp纖維布23與海砂混凝土1之間的粘結性能，提高梁受彎承載力，防止鋼筋24被銹蝕。

所述膠黏劑為環氧樹脂或聚酯樹脂。當然，其它具有耐腐蝕性樹脂的膠黏劑也適用于本發明。采用具有耐腐蝕性的膠黏劑可進一步保護鋼筋24不被海砂混凝土1中的氯離子所腐蝕。

所述海砂混凝土1由海水或淡水、水泥、粗骨料和未經淡水處理的海砂組成，所述海水或淡水、水泥、粗骨料和未經淡水處理的海砂混合并均勻攪拌形成海砂混凝土1。所述海砂混凝土1配制過程中可以完全使用海砂，可完全使用海水，極大地節約了河砂的使用和淡水的用量，特別是可用于缺少河砂建筑材料和淡水資源的沿海地區或周圍島礁地區，具有使用范圍廣和適用性高的特點。

實施例2

本實施例是在實施例1的基礎上，作為對上復合筋2的設置結構的改進，如圖2所示，該海砂混凝土1的截面為t型結構，所述上復合筋2設為多個，且均勻設于海砂混凝土1的上部；上復合筋2通過箍筋4固定綁接在一起，且上復合筋2與下復合筋3之間也通過箍筋4固定連接在一起。該結構的上復合筋2單獨通過箍筋4綁接形成整體的筋結構，極大地提高了上復合筋2承受壓力的能力。

實施例3

本實施例是在實施例1的基礎上，作為對下復合筋3的設置結構的改進，如圖4所示，所述下復合筋3設為兩行，且所述下復合筋3固定連接于箍筋4的內圈上。該結構采用多排下復合筋3作為支撐作用，極大地提高了混凝土梁的承受拉力的能力。

以上所揭露的僅為本發明一種較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發明之權利范圍，因此依本發明權利要求所作的等同變化，仍屬本發明所涵蓋的范圍。