一种用于组合混凝土梁的水泥基型材及其构造方法技术

本发明专利技术提供一种组合混凝土梁，包括有相接触的第一区段构件和第二区段构件，第一区段构件包括有至少一个型材主体，型材主体内有加劲肋和配筋，型材主体的截面选自工字型截面、槽型截面或L型截面中的一种，第二区段构件为后浇水泥基材料，第一区段构件位于组合混凝土梁下侧及中心部位，第二区段构件位于所述第一区段构件的上部。本发明专利技术进一步提供了一种水泥基型材及组合混凝土梁的构造、施工方法。本发明专利技术提供的一种用于组合混凝土梁的水泥基型材及其构造方法，可进行组合混凝土梁的快速建造，从而加快施工速度，同时，合理的纤维水泥基材料选取与组合，可以做到无筋构造，有利于采用3D打印施工，快捷方便，具有广阔的应用前景。

A Cement-based Profile for Composite Concrete Beams and Its Construction Method

【技术实现步骤摘要】
一种用于组合混凝土梁的水泥基型材及其构造方法
本专利技术属于房屋建筑施工
，涉及一种由水泥基型材构造的组合混凝土梁，还涉及一种水泥基型材用于建造组合混凝土梁的方法。
技术介绍
建筑是建筑物与构筑物的总称，是人们为了满足社会生活需要，利用所掌握的物质技术手段，并运用一定的科学规律、风水理念和美学法则创造的人工环境。混凝土作为建筑中使用量最大的工程结构材料之一，广泛应用于房屋、水利和市政等工程建设中，它是用水泥作胶凝材料，将砂、石作骨料，与水(可含外加剂和掺合料)按一定比例配合，经搅拌和养护而得，属于水泥基材料。混凝土梁是使用混凝土材料制成的梁构件，是房屋、桥梁等工程结构中最基本的承重构件，应用范围极广。然而，目前混凝土梁通常只采用单一的混凝土材料，有时会造成不必要的浪费。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种用于组合混凝土梁的水泥基型材及其构造方法，用于优化混凝土梁构件的性能以及构造与施工方式，在保证安全性的同时，优化混凝土梁构件的力学性能并加快施工速度以建造组合混凝土梁。为实现上述目的及其他相关目标，本专利技术第一方面提供一种组合混凝土梁，包括有相接触的第一区段构件和第二区段构件，所述第一区段构件包括有至少一个型材主体，所述型材主体内有加劲肋和配筋，所述型材主体的截面选自工字型截面、槽型截面或L型截面中的一种，所述第二区段构件为后浇水泥基材料，所述第一区段构件位于组合混凝土梁下侧及中心部位，所述第二区段构件位于所述第一区段构件的上部。上述截面是指与组合混凝土梁延伸方向垂直的截面。上述工字型截面、槽型截面或L型截面为本领域技术人员公知的形状截面。具体来说，所述工字型截面是指截面在水平方向上呈H形。所述槽型截面是指截面在水平方向上呈两侧相对于中间凸起的槽形。所述L型截面是指截面在水平方向上呈L形。优选地，所述型材主体材料为纤维水泥基材料。更优选地，所述纤维选自天然纤维以及化学纤维中的一种。进一步优选地，所述天然纤维选自植物纤维或矿物纤维中的一种。进一步优选地，所述化学纤维选自无机纤维或合成纤维中的一种。优选地，所述加劲肋材料为纤维水泥基材料。更优选地，所述纤维水泥基材料的条件为：抗压强度≥30MPa，抗拉强度≥10MPa，拉伸极限应变≥10％。更优选地，所述纤维水泥基材料为ECC(Engineeredcementitiouscomposite)水泥基纤维增强材料。优选地，所述型材主体根据组合混凝土梁的尺寸要求确定，所述组合混凝土梁尺寸按国家标准GB50010《混凝土结构设计规范》进行选取。更优选地，所述组合混凝土梁截面高度满足上述规范中最小高度的要求。优选地，所述型材主体选取一个或多个组合来构成组合混凝土梁。优选地，所述型材主体的纵向布置应与组合混凝土梁受弯方向一致。所述型材主体的截面，其尺寸与厚度具有一系列的规定尺寸，可同时作为受力混凝土段和施工模板。所述型材主体的截面，可根据型材的尺寸条件，配置水泥基加劲肋加强型材受力行为。优选地，当所述型材主体的尺寸符合公式(1)时，所述型材主体的截面设置加劲肋，公式(1)为：l0/t＞10，其中，l0为型材主体的跨度；t为型材主体的壁厚，mm。优选地，所述具有工字型截面的型材主体尺寸符合公式(2)，公式(2)为：a/20≤t≤a/10，其中，a为截面长度，mm；b为截面宽度，mm；t为型材主体的壁厚，mm。更优选地，所述长度a为一系列规定尺寸，最小尺寸为100mm，并以每20mm的数列幅度增加。更优选地，所述宽度b为一系列规定尺寸，最小尺寸为100mm，并以每20mm的数列幅度增加。更优选地，所述型材主体的壁厚t为一系列规定尺寸，最小尺寸为10mm，并以每5mm的数列幅度增加，最大尺寸为200mm。优选地，所述型材主体的截面为工字型截面时，所述型材主体内的加劲肋尺寸符合公式(3a)、(3b)，公式(3a)为：s0/t≤10，公式(3b)为：4t≤T≤8t，其中，T为肋高，mm；s0为加劲肋的间距，mm；t为型材主体的壁厚，mm。优选地，所述具有槽型截面的型材主体尺寸符合公式(4)，公式(4)为：max{a/20,h/20}≤t≤max{a/10,h/10}，其中，a为截面长度，mm；h为截面高度，mm；t为型材主体的壁厚，mm。更优选地，所述长度a为一系列规定尺寸，最小尺寸为100mm，并以每20mm的数列幅度增加。更优选地，所述高度h为一系列规定尺寸，最小尺寸为100mm，并以每20mm的数列幅度增加。更优选地，所述型材主体的壁厚t为一系列规定尺寸，最小尺寸为10mm，并以每5mm的数列幅度增加，最大尺寸为200mm。优选地，所述具有L型截面的型材主体尺寸符合公式(5)，公式(5)为：max{c/20,h/20}≤t≤max{c/10,h/10}，其中，c为长度，mm；h为高度，mm；t为型材主体的壁厚，mm。更优选地，所述长度c为一系列规定尺寸，最小尺寸为100mm，并以每20mm的数列幅度增加。更优选地，所述高度h为一系列规定尺寸，最小尺寸为100mm，并以每20mm的数列幅度增加。更优选地，所述型材主体的壁厚t为一系列规定尺寸，最小尺寸为10mm，并以每5mm的数列幅度增加，最大尺寸为200mm。优选地，所述型材主体的截面为槽型截面或L型截面时，型材主体内的加劲肋尺寸符合公式(5)、(6)、(7)，公式(5)为：s0/t≤10，公式(6)为：4t≤m≤8t，公式(7)为：4t≤n≤8t，其中，s0为加劲肋的间距，mm；t为型材主体的壁厚，mm；m为肋长，mm；n为肋高，mm。优选地，所述型材主体的截面边缘以及拐角处的外形要进行平滑处理。优选地，所述配筋选自钢筋或FRP(fiberreinforcedpolymer)复合材料筋中的一种。更优选地，所述配筋并排均匀设置，并与型材主体受弯方向平行。更优选地，所述配筋根据型材主体的受力情况设置，可与型材主体共同作用受力。能够提升型材整体的承载力。更优选地，所述配筋的配筋率符合国家标准GB50010《混凝土结构设计规范》中的最小配筋率要求。当型材自身满足受力要求时，其配筋率可为0。优选地，所述型材主体的表面加工形成粗糙表面。所述粗糙表面能够加强与水泥基材料间的界面力学性能。优选地，所述型材主体的表面加工方式采用现有一般新旧混凝土界面处理方式。更优选地，所述型材主体的表面加工方式选自凿毛或拉毛方式中的一种。能够形成均匀的粗糙表面，同时保证无松渣、不漏筋。优选地，所述型材主体的长度根据梁跨度来确定。更优选地，所述梁跨度的取值范围为4000～8000mm。优选地，所述组合混凝土梁中构件的受弯承载力Mcu不小于混凝土梁的受弯承载力M(M≤Mcu)，且所述构件的受弯承载力Mcu符合公式(8)、(9)，公式(8)为：α1fcbx+f′yA′s+f′csA′csf-fyAs-fcsAcsf+Ncsw＝0，公式(9)为：其中，α1为无量纲折减系数；fc为第二区段构件的受压区的抗压强度，MPa；b为组合混凝土梁的截面宽度，mm；x为组合混凝土梁截面的受压区高度，mm；f′y为第一区段构件和第二区段构件中受压区配筋的抗压强度，MPa；A′s为第一区段构件和第二区段构件中受压区配筋的截面积，mm2；f本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种组合混凝土梁，其特征在于，包括有相接触的第一区段构件和第二区段构件，所述第一区段构件包括有至少一个型材主体，所述型材主体内有加劲肋和配筋，所述型材主体的截面选自工字型截面、槽型截面或L型截面中的一种，所述第二区段构件为后浇水泥基材料，所述第一区段构件位于组合混凝土梁下侧及中心部位，所述第二区段构件位于所述第一区段构件的上部。

【技术特征摘要】
1.一种组合混凝土梁，其特征在于，包括有相接触的第一区段构件和第二区段构件，所述第一区段构件包括有至少一个型材主体，所述型材主体内有加劲肋和配筋，所述型材主体的截面选自工字型截面、槽型截面或L型截面中的一种，所述第二区段构件为后浇水泥基材料，所述第一区段构件位于组合混凝土梁下侧及中心部位，所述第二区段构件位于所述第一区段构件的上部。2.根据权利要求1所述的一种组合混凝土梁，其特征在于，所述型材主体的尺寸符合公式(1)时，所述型材主体的截面设置加劲肋，公式(1)为：l0/t＞10，其中，l0为型材主体的跨度；t为型材主体的壁厚，mm。3.根据权利要求1所述的一种组合混凝土梁，其特征在于，所述型材主体的截面尺寸符合以下条件中任一项或多项：A1)所述具有工字型截面的型材主体尺寸符合公式(2)，公式(2)为：a/20≤t≤a/10，其中，a为截面长度，mm；b为截面宽度，mm；t为型材主体的壁厚，mm；A2)所述具有槽型截面的型材主体尺寸符合公式(4)，公式(4)为：max{a/20,_h/20}≤t≤max{a/10,_h/10}，其中，a为截面长度，mm；h为截面高度，mm；t为型材主体的壁厚，mm；A3)所述具有L型截面的型材主体尺寸符合公式(5)，公式(5)为：max{c/20,h/20}≤t≤max{c/10,h/10}，其中，c为长度，mm；h为高度，mm；t为型材主体的壁厚，mm。4.根据权利要求1所述的一种组合混凝土梁，其特征在于，所述型材主体的截面为工字型截面时，所述型材主体内的加劲肋尺寸符合公式(3a)、(3b)，公式(3a)为：s0/t≤10，公式(3b)为：4t≤T≤8t，其中，T为肋高，mm；s0为加劲肋的间距，mm；t为型材主体的壁厚，mm。5.根据权利要求1所述的一种组合混凝土梁，其特征在于，所述型材主体的截面为槽型截面或L型截面时，所述型材主体内的加劲肋尺寸符合公式(5)、(6)、(7)，公式(5)为：s0/t≤10，公式(6)为：4t≤m≤8t，公式(7)为：4t≤n≤8t，其中，s0为加劲肋的间距，mm；t为型材主体的壁厚，mm；m为肋长，mm；n为肋高，mm。6.根据权利要求1所述的一种组合混凝土梁，其特征在于，所述组合混凝土梁中构件的受弯承载力Mcu不小于混凝土梁的受弯承载力M，且所述构件的受弯承载力Mcu符合公式(8)、(9)，公式(8)为：α1fcbx+f′yA′s+f′csA′csf-fyAs-fcsAcsf+Ncsw＝0，公式(9)为：其中，α1为无量纲折减系数；fc为第二区段构件的受压区的抗压强度，MPa；b为组合混凝土梁的截面宽度，mm；x为组合混凝土梁截面的受压区高度，mm；f′y为第一区段构件和...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖建庄，张青天，薛松涛，丁陶，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31