一种高性能人防工程挡窗板及其设计方法技术

一种高性能人防工程挡窗板及其设计方法，属于建筑结构技术领域。包括由上层架立筋、下层SFCB、矩形箍筋绑扎成的钢筋网，以及与钢筋网浇筑成一体的RPC。本发明专利技术通过将活性粉末混凝土（RPC）、钢

【技术实现步骤摘要】
一种高性能人防工程挡窗板及其设计方法


[0001]本专利技术涉及一种建筑结构的构件，尤其涉及一种新型钢
‑
连续纤维复合筋活性粉末混凝土挡窗板，属于建筑结构


技术介绍

[0002]现代人防工程既考虑到战时防空的需要，又考虑到平时经济建设、城市建设和人民生活的需要，具有平战双重功能。建造程序严格有序，成功投入使用后，可取得显著的战备效益、社会效益和经济效益。
[0003]现有的挡窗板主要是由普通混凝土中配置普通钢筋制成，存在强度差、承载力差、韧性低、配重大、延性和稳定性差等缺陷，而挡窗板作为人防工程建筑的一部分，其质量的把控非常重要。因此，亟需一种高性能人防工程挡窗板及其设计方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对上述现有技术的不足提供一种SFCB、活性粉末混凝土结合的人防工程挡窗板及其设计方法，保证截面尺寸和配筋率不变的情况下，大幅提高人防工程挡窗板的承载能力，提高结构安全性。
[0005]本专利技术的第一个目的是提供：
[0006]一种高性能人防工程挡窗板，其特征是，包括由上层架立筋、下层SFCB、矩形箍筋绑扎成的钢筋网，以及与钢筋网浇筑成一体的RPC。
[0007]所述RPC的组分包括水泥、矿粉、硅灰、粉煤灰、钢纤维、砂、水和减水剂。矿粉的最大粒径不超过0.2mm，钢纤维为圆直形，直径在0.2～0.4mm间，长度范围在12～15mm间，抗拉强度2800MPa，减水剂为聚羧酸系高性能减水剂。
[0008]上述RPC各组分的重量比为：水泥10％～50％、矿粉10％～25％、硅灰10％～35％、粉煤灰0％～25％、砂8.8％～44％、钢纤维1.5％～2.5％、水15％～20％、减水剂0.2％～2.5％。在RPC层中掺入钢纤维，提高了其抗压、抗拉强度、韧性和延性。
[0009]上述方案在普通钢筋混凝土结构挡窗板的基础上，引入钢
‑
连续纤维复合筋(SFCB)与活性粉末混凝土(RPC)，RPC有更高的强度、韧性以及优良的耐久性能等，契合人防工程的高承载力、高韧性要求，SFCB具有较高的强度、良好的延性、稳定的二次刚度和良好的耐久性能。当SFCB与RPC结合用于人防工程挡窗板，可以有效提高截面的抗弯承载力、抗冲击性能，减少裂缝的产生与变形。
[0010]本专利技术的第二个目的是提供：
[0011]一种高性能人防工程挡窗板的设计方法，其特征是，包括以下步骤：
[0012]1)根据挡窗板的实际受力情况配置绑扎板的钢筋网，钢筋网包括：SFCB、矩形箍筋、架立筋；
[0013]2)根据图纸上预留洞位置，在锚板上放置套管，并用螺栓螺母固定，做好套管临时封堵防止在混凝土浇筑过程中，混凝土流入套管，同时固定套管，防止套管偏位；
[0014]3)制作模板，最外层钢筋的外表面到截面边缘(底部模板)的垂直距离为保护层厚度，顶部、底部的保护层厚度一致；顶部、底部的保护层厚度为15mm；一次性浇筑RPC；
[0015]4)养护达到强度要求后，拆掉模板，RPC与SFCB、架立筋、矩形箍筋连为一体，得到人防工程挡窗板。
[0016]所述RPC的制作步骤如下：将按比例称量好的水泥、矿粉、硅灰、粉煤灰依次倒入搅拌机，干拌3min使得各材料充分混合；然后将称好的水与高效减水剂混合均匀后倒入搅拌机，先慢转3min，再快转2min；待流动性良好后，慢慢加入钢纤维，搅拌5min使纤钢维分散均匀，出料；此外，需要在20℃左右的环境中进行搅拌，有利于提高活性粉末混凝土的成型率。
[0017]本专利技术在普通钢筋混凝土结构的基础上，引入SFCB与活性粉末混凝土人防工程挡窗板，根据图集号为07FG05的《钢筋混凝土通风采光窗井》中6级防空地下室挡窗板选型表进行结构设计，箍筋布置为以C35级混凝土和B10钢筋作为对照组，立方体抗压强度为100MPa，150MPa的活性粉末混凝土与内芯钢筋面积与全截面面积比值r
a
为0.25的SFCB两种不同的组合。
[0018]本专利技术通过将活性粉末混凝土(RPC)、钢
‑
连续纤维复合筋(SFCB)结合用于人防工程挡窗板，通过恰当的组合方式，它可以充分发挥活性粉末混凝土和SFCB超高的力学性能，韧性，耐久性能等优点，保持原结构构造情况下，提高人防工程挡窗板的抗弯承载力，保障人防工程构件的安全性与稳定性。
附图说明
[0019]下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0020]图1是实施例1中的人防工程挡窗板示意图；
[0021]图2是图1的A—A截面的示意图；
[0022]图3为实施例3中1)单筋矩形截面受弯构件正截面受弯承载力计算简图；
[0023]图4为实施例3中2)单筋活性粉末混凝土板正截面受弯承载力计算简图；
[0024]图5为实施例3中3)SFCB混凝土适筋板极限承载力计算简图；
[0025]图6为实施例2中挡窗板的安装示意图；
[0026]图中：1.钢
‑
连续纤维复合筋SFCB，2.箍筋，3.活性粉末混凝土RPC，4架立筋，5锚板，6套管，7螺栓螺母。
具体实施方式
[0027]实施例1
[0028]请参见图1～图2，请参见图1～图2，本专利技术的一优选实施列的新型现浇挡窗板，该现浇板由钢筋网、活性粉末混凝土叠加而成。其中，钢筋网包括SFCB1、箍筋2、架立筋4通过常规的实施方法组合而成。板顶部和底部钢筋混凝土保护层的厚度都等于15mm。工程完工后即组合为一整体的SFCB与RPC现浇板即本专利技术的新型人防工程挡窗板。
[0029]实施例2
[0030]实施例1中挡窗板的制作方法，其顺序如下：
[0031]1.根据板的实际受力情况配置绑扎板的钢筋网，钢筋网包括：SFCB1、箍筋2、架立筋4；箍筋2为矩形，以起到约束作用，箍筋配置根据计算确定，绑扎方式为常规绑扎；
[0032]2.根据图纸上预留洞位置，如图6所示，在锚板5(10mm厚)上放置套管6，并用螺栓螺母7(普通C级六角头螺栓M16)固定，做好套管临时封堵防止在混凝土浇筑过程中，混凝土流入套管，同时固定套管，防止套管偏位；
[0033]3.制作模板，最外层钢筋的外表面到截面边缘(底部模板)的垂直距离为保护层厚度，优选的底部和顶部的RPC3的厚度为15mm；一次性浇筑RPC 3；
[0034]4.养护达到强度要求后，拆掉模板，RPC3与SFCB1和箍筋2连为一体，即为SFCB1与RPC3现浇板，即为本专利技术的新型人防工程挡窗板。
[0035]上述的RPC3，其成分包括水泥、矿粉、硅灰、粉煤灰、砂、钢纤维、水和减水剂。各组成成分的重量比为：水泥10％～50％、矿粉10％～25％、硅灰10％～35％、粉煤灰0％～25％、砂8.8％～44％、钢纤维(体积掺量)1.5％～2.5％、水15％～20％、减水剂0.2％～2.5％。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能人防工程挡窗板，其特征是，包括由上层架立筋、下层SFCB、矩形箍筋绑扎成的钢筋网，以及与钢筋网浇筑成一体的RPC。2.根据权利要求1所述的一种高性能人防工程挡窗板，其特征是，所述RPC的组分包括水泥、矿粉、硅灰、粉煤灰、钢纤维、砂、水和减水剂。3.根据权利要求2所述的一种高性能人防工程挡窗板，其特征是，所述钢纤维为圆直形，直径在0.2～0.4mm间，长度范围在12～15mm间，抗拉强度2800MPa。4.根据权利要求2所述的一种高性能人防工程挡窗板，其特征是，所述RPC各组分的重量比为：水泥10％～50％、矿粉10％～25％、硅灰10％～35％、粉煤灰0％～25％、砂8.8％～44％、钢纤维1.5％～2.5％、水15％～20％、减水剂0.2％～2.5％。5.根据权利要求4所述的一种高性能人防工程挡窗板的设计方法，其特征是，包括以下步骤：1)根据挡窗板的实际受力情况配置绑扎板的钢筋网，钢筋网包括：SFCB、矩形箍筋、架立筋；2)根据图纸上预留洞位置，在锚板上放置套管，并用螺栓螺母固定，做好套管临时封堵防止在混凝土浇筑过程中，混凝土流入套管，同时固定套管，防止套管偏位；3)制作模板，最外层钢筋的外表面到截面边缘的垂直距离为保护层厚度，顶部、底部的保护层厚度一致；4)养护达到强度要求后，拆掉模板，RPC与SFCB、架立筋、矩形箍筋连为一体，得到人防工程挡窗板。6.根据权利要求5所述的一种高性能人防工程挡窗板的设计方法，其特征是，步骤3)中，顶部、底部的保护层厚度为15mm；一次性浇筑RPC。7.根据权利要求5所述的一种高性能人防工程挡窗板的设计方法，其特征是，所述RPC的制作步骤如下：将按比例称量好的水泥、矿粉、硅灰、粉煤灰依次倒入搅拌机，干拌3min使得各材料充分混合；然后将称好的水与高效减水剂混合均匀后倒入搅拌机，先慢转3min，再快转2min；待流动性良好后，慢慢加入钢纤维，搅拌5min使纤钢维分散均匀，出料；此外，需要在20℃左右的环境中进行搅拌，有利于提高活性粉末混凝土的成型率。8.根据权利要求7所述一种高性能人防工程挡窗板的设计方法，其特征是，所述人防工程挡窗板的承载力测试方法如下：1)SFCB采用简化的双折线模型，表达式如下其中，ε
sfy
和f
sfy
分别为SFCB的屈服应变和屈服强度，ε
sfu
和f
sfu
分别为SFCB的极限应变和极限强度，EⅠ和EⅡ分别为SFCB的弹性模量和屈服后的刚度；2)SFCB的抗拉强度远大于下半截面RPC的实际抗拉强度，为简化计算，不考虑RPC受拉，且该情况是偏安全的；根据板截面的力的平衡可得知以下公式：α
c
f
c
bx＝σ
sf
A
sf
，
ꢀꢀꢀ
(16)
ε
sf
＝ε
cu
(β
c
/ξ
‑
1)，
ꢀꢀꢀ
(17)其中，x
c
和x分别是混凝土实际受压区高度和计算区高度，且x＝β
c
x
c
；σ
sf
和A
sf
分别为SFCB的拉应力和面积；3)根据简化后的应力分布图的合力、合力矩应与实际状态的合力、合力矩相等的原则，可得如下公式：其中σ
c
(x)是距离中和轴高度为x处的混凝土压应力；4)将试验测得的混凝土材料的力学性能参数带入公式(18)，可得a
c
和β
c
对公式(2)联立方程组，得到如下关于ε
sf
的一元二次方程：舍去不合理负号的解答，保留合理解；其中A＝EⅡ，B＝f
sfy
+EⅡε
cu
‑
EⅡε
sfy
，C＝ε
cu
f
sfy
‑
E
II
ε
cu
ε
sfy
‑
α
c
β
c
ε
cu
f
c
/ρ
ꢀꢀꢀ
(20)。9.根据权利要求8所述一种高性能人防工程挡窗板的设计方法，其特征是，若RPC100与r
a
＝0.25的SFCB组合：α
c
＝0.885，β
c
＝0.750，E
I
＝75GPa，E
II
＝25GPaf
sfy
＝150MPa，f
ru
＝800MPa，f
c
＝77.11N/mm2ρ＝1.32％，ε
sfy
＝0.002，ε
cu
＝0.0042
‑
0.3
×
(f
cu,k
‑
100)
×
10
‑5＝0.0042
ꢀꢀꢀ
(21)A＝25GPa，B＝205MPa，C＝
‑
15.87MPaξ＝β
c
ε
cu
/(ε
cu...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨忠平，葛文杰，姚山，朱嘉炜，杨杰，李炜，郭士刚，蒋洪波，张志文，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：