[發明專利]復合筋增強ECC和混凝土組合梁及其施工方法

在審

• 申請號: 201610031621.5
• 申請日: 2016-01-18
• 公開（公告）號: CN105464288A
• 公開（公告）日: 2016-04-06
• 發明（設計）人: 潘金龍;董冰清
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: E04C3/20
• 分類號: E04C3/20
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

技術領域

本發明屬于土木工程中組合結構領域，適用于建筑、橋梁結構中的梁構件，是一種 新型復合筋增強ECC和混凝土組合梁構件及其施工方法。

背景技術

目前，建筑結構中被廣泛使用的鋼筋混凝土梁由于混凝土的抗拉強度較低，在正常 使用時混凝土結構往往帶裂縫工作，裂縫存在會使內部鋼筋銹蝕，構件的剛度降低、撓 度增大，大大影響結構物的正常使用性和耐久性。同時，由于鋼筋與混凝土之間的變形 行為存在很大差異，在彎曲荷載作用下，受拉區混凝土在應力水平很低的情況下便發生 開裂，裂縫處的應力由縱向受拉鋼筋單獨承擔，部分拉力需要通過界面粘結力傳遞給混 凝土，界面粘結應力的非均勻分布容易引起鋼筋與混凝土的相對滑移、縱向劈裂裂縫的 出現和混凝土剝落現象的發生，進而影響構件的整體性和塑性能量耗散力。

FRP(FiberReinforcedPolymer)是一種新型的復合材料。它是以連續纖維(玻 璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、混雜纖維等)為增強材料，以合成樹脂為基體材料，并摻 入適量輔助劑，經擠拉成型技術和必要的表面處理而形成的復合材料。與傳統的鋼筋相 比，它具有強度高、重量輕、抗腐蝕、抗疲勞、非電磁性等優點，用它來代替混凝土梁 中的鋼筋，可減小構件的截面尺寸，減輕結構重量，并且將會很大程度上解決鋼筋混凝 土結構中鋼筋銹蝕的問題，延長混凝土結構的使用壽命。但FRP筋增強混凝土梁也存在 一些不足：由于混凝土抗拉強度低、抗裂性差，而FRP為線彈性材料，最終構件會發生 脆性破壞；且FRP筋較低的彈性模量，會使FRP筋增強混凝土梁的裂縫過寬、撓度過大， 影響構件的正常使用功能；FRP筋受濕度的影響較大，在潮濕的環境中，FRP筋的樹脂 基體通過毛細作用吸收空氣中的水分，導致由樹脂的性能決定的FRP筋的抗拉強度、抗 剪強度以及與基體材料的粘結性能都會顯著下降。

纖維增強水泥基復合材料(ECC)是一種具有假應變硬化特性和優越裂縫控制能力 的高性能纖維增強水泥基復合材料，在纖維體積摻量為2％左右的情況下，其極限拉應變 能達到3％以上，在拉伸和剪切荷載作用下呈現高延性，并表現出明顯的應變硬化及多縫 開裂的特性，且飽和狀態下的裂縫寬度小于100μm。ECC優越的拉伸延性、多裂縫開展 特征和微小裂縫寬度可以更好的與筋材協同工作，并提高對內部筋材的保護作用，將其 運用于結構構件中能有效提高結構的抗彎、抗剪承載力，抗震性能及耐久性。

發明內容

本發明的目的在于克服現有普通鋼筋混凝土梁及FRP增強混凝土梁的上述缺陷，將 FRP筋、鋼筋與高性能水泥基復合材料ECC結合，提出了一種復合筋增強ECC和混凝土 組合梁及其施工方法。

本發明采用的技術方案為：一種復合筋增強ECC和混凝土組合梁，該組合梁的橫截 面形狀為矩形，包括水泥基材料和FRP筋-鋼筋骨架，所述FRP筋-鋼筋骨架澆筑在水泥 基材料內；

所述水泥基材料由兩層組成，上部為混凝土，下部為纖維增強水泥基復合材料 (ECC)，纖維增強水泥基復合材料(ECC)的上表面沿組合梁的縱向每間隔100mm設置 有多個凹槽；

所述FRP筋-鋼筋骨架包括縱向受拉FRP筋、縱向受拉鋼筋、鋼筋箍筋和鋼筋架立 筋，所述縱向受拉FRP筋放置于組合梁底部且位于鋼筋箍筋內側并與之綁扎在一起，所 述縱向受拉鋼筋放置于縱向受拉FRP筋上側，鋼筋架立筋放置于組合梁頂部且位于鋼筋 箍筋內側并與之綁扎在一起。

作為優選，所述的纖維增強水泥基復合材料(ECC)是一種以水泥、砂、礦物摻合 料等材料構成基體，以亂向分布短纖維為增韌材料的高延性纖維增強水泥基復合材料， 在2％的纖維體積摻量下其極限拉應變可以達到3％以上(約為混凝土的300倍)，達到極 限拉應變前裂縫寬度能夠有效控制在100μm以下。

作為優選，所述的縱向受拉FRP筋為BFRP筋、CFRP筋或GFRP筋。

作為優選，所述的縱向受拉鋼筋、鋼筋箍筋和鋼筋架立筋為HRB300、HRB335、HRB400 或HRB500。

作為優選，所述凹槽為長方體，沿組合梁的縱向為100mm，沿組合梁的橫向為50mm。

一種上述復合筋增強ECC和混凝土組合梁增強ECC和混凝土組合梁的施工方法，包 括以下步驟：

1)、根據截面尺寸要求制作模板；

2)、綁扎FRP筋-鋼筋骨架；