[發明專利]一種內嵌型鋼的FRP型材拱架支護結構

在審

• 申請號: 201710054059.2
• 申請日: 2017-01-22
• 公開（公告）號: CN106640150A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 馬國偉;李之建;李鵬飛
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: E21D11/20
• 分類號: E21D11/20;B29C70/52
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 沈波

技術領域

本發明屬土木、交通、水利等領域的復合材料、新結構研發，具體涉及到一種用于隧洞工程的內嵌型鋼的FRP型材拱架支護結構。其特點在于輕質、高強度、高延性、高彈性模量、高性價比、優異的耐腐蝕性能。

背景技術

鋼拱架是隧洞工程中最常用的初期支護形式之一，其具有彈性模量大、延性高等優點。大部分鋼拱架可以作為隧道永久支護的一部分,故要求其具有良好的耐久性。因隧洞工程中地下水富集、環境惡劣，鋼材存在容易銹蝕、耐久性差的問題。FRP具有輕質、耐腐蝕性強、強度高等優點，但FRP仍存在彈性模量低、變形大、價格高并呈脆性破壞的問題。

在FRP型材內嵌入傳統型鋼，可綜合利用FRP和鋼各自的優點，從根本上解決鋼材銹蝕的問題，并改善FRP的力學性能。制備出兼顧輕質、高強度、高彈性模量、高延性、高性價比、優異耐腐蝕性能等優點的FRP型材結構，為此本發明提出一種內嵌型鋼的FRP型材拱架支護結構。實際中型材拱架支護結構的內層和外層都會噴射混凝土。將FRP型材拱架的外層粘一層砂，可保證其與混凝土的有效粘結。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種質量輕、耐腐蝕性能好、性價比高、彈性模量和強度高的內嵌型鋼的FRP型材拱架支護結構。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種內嵌型鋼的FRP型材拱架支護結構，該支護結構由內嵌型鋼的FRP型材拱和縱向鋼筋組成，縱向鋼筋焊接在內嵌型鋼的FRP型材拱的外表面。

內嵌型鋼的FRP型材拱為支護結構的骨架，內嵌型鋼的FRP型材拱由型鋼和FRP層通過拉擠成型工藝復合，經彎曲成型工藝彎曲并通過連接板連接而成。由于型材拱架的內層和外層都會噴射混凝土，作為隧道永久支護的一部分。故所述FRP型材拱的表面粘砂，保證其與混凝土的有效粘結。

所述FRP層由連續纖維和熱固性樹脂復合而成，纖維選用玄武巖纖維、玻璃纖維、碳纖維或芳綸纖維。

型鋼為工字形鋼、箱形鋼、H形鋼、槽形鋼、方管形鋼或T形鋼

根據所需力學性能指標，按照復合材料理論計算FRP材料與型鋼的體積比。

所述型鋼表面先通過浸膠，再通過拉擠成型工藝與FRP復合。

所述的拉擠成型工藝采用與型鋼形狀相對應的成型模具。

一種內嵌型鋼的FRP型材拱的制備工序為：型鋼切割→送紗→纖維浸膠→型鋼浸膠→纖維集束→型鋼置入→通過模具拉擠成型→彎曲成弧形構件→熱固化成型→利用連接板將上述弧形構件連接組成型材拱→表面粘砂。

將上述制備的內嵌型鋼的FRP型材拱就位，縱向鋼筋與型材拱通過焊接組成內嵌型鋼FRP型材拱架支護結構。

本發明的內嵌型鋼的FRP型材拱架支護結構，通過拉擠熱固化成型工藝將型鋼和FRP層固化在一起，使型鋼與FRP能夠共同受力。可保證該支護結構具有良好的延性。FRP層保護內部型鋼免受環境腐蝕。該FRP型材拱架表面粘有砂，可保證其與混凝土的有效粘結。所述支護結構更適用于對力學性能和耐腐蝕性能要求高的隧洞工程中。

附圖說明

圖1是本發明一種內嵌工字形鋼的FRP型材拱架支護結構的示意圖；

圖2是圖1中A-A剖面圖。

具體實施方式

工字形鋼屬于型鋼中的一種，下面結合附圖及實施例對本發明的技術方案進行詳細的闡述。

如圖1和圖2所示，本發明提供一種內嵌工字形鋼的FRP型材拱架支護結構，內嵌工字形鋼的FRP型材拱架支護結構由內嵌工字形鋼的FRP型材拱和縱向鋼筋3焊接而成。所述FRP型材拱由若干FRP弧形構件1通過連接板2連接而成，所述的FRP弧形構件1包括工字形鋼6、緊固在工字形鋼6外表面的FRP層7及FRP層上的砂粒4。

將浸潤環氧樹脂的工字形鋼6和浸潤環氧樹脂的纖維束一起送入拉擠模具，所述纖維束與加熱固化后的環氧樹脂基體的體積比為2-3。然后采用熱固化工藝進行固化成型。所述的FRP層7的截面積占內嵌工字形鋼FRP型材拱的總截面積的35-40％。

通過拉擠成型工藝將FRP固化在工字形鋼表面，采用與工字形相對應的成型模具。

一種內嵌型鋼的FRP型材拱的制備工序為：工字形鋼切割→送紗→纖維浸膠→工字形鋼6浸膠→纖維集束→工字形鋼6置入→通過模具拉擠成型→彎曲成弧形構件1→熱固化成型→利用連接板2將上述弧形構件1連接組成型材拱→表面粘砂粒4。

將上述制備的FRP型材拱就位，FRP型材拱固定在基礎5上，利用焊接將縱向鋼筋3與型材拱連接成內嵌工字形鋼的FRP型材拱架支護結構。

本發明一種內嵌型鋼的FRP型材拱架支護結構中的組件是采用傳統拉擠熱固化成型工藝制備而成，設備改造要求不大，可在現行的拉擠設備上進行生產，應用前景廣泛。