[發明專利]一種纖維塑料－鋼組合梁

無效

• 申請號: 200710044921.8
• 申請日: 2007-08-16
• 公開（公告）號: CN101139814A
• 公開（公告）日: 2008-03-12
• 發明（設計）人: 薛偉辰;葛暢
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: E01D19/00
• 分類號: E01D19/00;E01D101/30
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 張磊

技術領域

本發明屬于橋梁工程技術領域，具體涉及一種纖維塑料-鋼組合梁。

背景技術

在橋梁工程中，傳統的型鋼主梁長期處于暴露性環境中，鋼材容易銹蝕，尤其當橋梁處于海港、碼頭等侵蝕性環境中，常常會因為鋼材銹蝕而影響結構的使用性能、耐久性和安全性，從而造成重大的安全隱患。為了解決這一問題，可以采用纖維增強塑料(以下簡稱FRP)型材取代傳統的鋼梁。

FRP型材是由纖維和基體材料按一定比例混合并經過一定工藝(如拉擠、模壓、手糊等)復合制成的工形、槽型或箱形型材。其單向受力性能好、質量輕、抗腐蝕且抗疲勞性能好，常作為強腐蝕環境下建筑或橋梁的結構用料。但FRP材料剛度較低，碳纖維增強材料(CFRP)彈性模量約為鋼材的70％，玻璃纖維增強材料(GFRP)的彈性模量僅為鋼材的1/10～1/4。另外，與傳統結構材料不同，FRP材料通常表現為各向異性，纖維方向的抗拉強度比抗壓強度高30％，剪切強度、層間拉伸強度僅為其抗拉強度的5～20％。因此，全FRP構件的破壞常始于受壓區FRP材料的壓壞，其延性較差，破壞帶有突然性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種抗腐蝕性能好、承載能力高、剛度大、自重輕及延性好的纖維塑料-鋼組合梁。

本發明提出的纖維塑料-鋼組合梁，由壓型鋼板1、纖維增強塑料箱梁2組成，壓型鋼板1為由頂板和頂板端部的加強肋相連組成的槽形結構，箱梁2為由上翼緣3、下翼緣4和兩側腹板5兩兩相連組成的箱形結構，其結構如圖1所示，其中，壓型鋼板1的頂板位于上翼緣3頂部，兩加強肋分別連接兩腹板5。下翼緣4采用玻璃纖維預浸料和碳纖維預浸料交替疊合而成，上翼緣3采用玻璃纖維預浸料疊合而成，腹板5采用玻璃纖維預浸料疊合而成。其中，上翼緣3、下翼緣4處的預浸料纖維方向為0°和90°，90°向纖維含量約為0°向纖維含量的1/3～1/6，90°向纖維過少有可能導致箱梁表面出現縱向裂紋。腹板5處預浸料纖維方向為±45°，以提高腹板的抗剪能力。模壓工藝中注入模具的樹脂可選用不飽和聚酯。此外，為保證壓型鋼板與FRP材料的協同受力，還可結合壓痕、開洞等措施對壓型鋼板進行表面處理，以提高鋼板和FRP材料的組合作用。

本發明使用時將槽形壓型鋼板置于構件的受壓區，并采用由纖維增強塑料組成的箱梁包覆壓型鋼板，通過模壓工藝制作，整體一次成型。

本發明根據鋼材和FRP材料的性能特點，將鋼材和FRP材料結合在一起并協同受力，鋼材能提高組合構件的模量和強度。在較小的彎矩作用下，組合梁處于彈性階段，鋼材與FRP材料的應變相同，壓型鋼板與FRP材料共同承擔構件荷載。隨著應變繼續增大，壓型鋼板進入塑性變形階段(應變大于0.0015)，截面應力重新分布，外荷載轉而主要由FRP材料承擔，構件產生較大的變形。最后，箱梁上翼緣處FRP材料達到其極限應變值，構件破壞。綜上所述，纖維塑料-鋼組合梁具有較高的強度和彈性模量，并具有優良的塑性變形能力。

本發明的優點在于：抗腐蝕性能好，構件自重輕，剛度高，延性好。并且本發明結構簡單，梁自重與鋼型材相比大大降低。適用于強腐蝕性環境地區的結構物及簡支梁橋的建造。

附圖說明

圖1為本發明橫截面示意圖。

圖2為本發明三維示意圖。

圖中標號：1為壓型鋼板，2為箱梁，3為上翼緣，4為下翼緣，5為腹板。

具體實施方式

下面通過實施例結合附圖進一步說明本發明。

實施例1，壓型鋼板1為由頂板和兩加強肋相連組成的槽形結構，槽形壓型鋼板1可在工廠預先制作，可根據實際需要確定其橫截面尺寸并選擇是否進行壓痕處理。箱梁2為由上翼緣3、下翼緣4和兩側腹板5兩兩相連組成的箱形結構，壓型鋼板的頂板位于上翼緣3頂部，兩加強肋分別連接兩腹板5。下翼緣4由玻璃纖維預浸料和碳纖維預浸料交替疊合而成，上翼緣3由玻璃纖維預浸料疊合而成，腹板5由玻璃纖維預浸料疊合而成。將玻璃纖維預浸料、碳纖維預浸料按照設計纖維鋪層順序放入模具，在槽形壓型鋼板1表面涂布環氧樹脂后將其埋入上翼緣內玻璃纖維預浸料中。作為腹板5處的玻璃纖維預浸料纖維方向為+45°，而上、下翼緣處的玻璃纖維預浸料纖維方向為0°和90°，90°向纖維含量約為0°向纖維含量的1/3～1/6。注入樹脂，閉合模具，模具間的空隙就是制品所規定的厚度，然后邊加壓、邊固化，使材料恰好填充間隙。加壓方式可采用空氣袋等簡易裝置(壓力約1.4～2.5個大氣壓)加壓，或者僅把模具夾緊。待樹脂熟化完全后拆模即得本發明。