【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及土木工程地下结构，尤其涉及一种波纹frp筋-钢筋混合配筋隧道衬砌。
技术介绍
1、在地下建筑结构中，二次衬砌是承担围岩压力的主要结构，需要具有足够的刚度以及变形能力以抵抗地震作用下的大变形，保障城市生命线的安全运行。既有衬砌结构在地震动作用下，在发生大变形时极容易发生剪切破坏、坍塌以及混凝土大面积剥落，造成隧道在灾害发生时无法正常使用，城市生命线无法保障。清华大学强翰霖在博士期间曾对起波钢筋进行过深入研究，其论文《含起波钢筋梁与屈服后强化柱的新型rc框架抗震性能研究》中关于波纹筋的拉伸性能研究表明，波纹筋的承载力先弱后强，变形能力大，几何形状影响大，理论模型可简化为4个阶段(弹性段、屈服段、强化段、拉直段)以及4个关键节点(屈服点、强化点、二次屈服点、极限点)。因此，波纹筋可在大变形作用下维持足够的承载力，适宜在隧道衬砌中应用。
2、frp筋是将纤维材料浸渍树脂后经拉挤缠绕工艺制备而成的带肋筋材，具有轻质高强耐腐蚀等优点，常用于部分替代钢筋混凝土中的钢筋。frp筋的材料本构为线弹性，弹性伸长率大，有较强的可恢复性，可减小构件的残余变形，因此，在桥梁和建筑领域的韧性提升中取得了广泛的应用，例如大跨结构屋盖中的frp索网体系、体外预应力frp筋增强梁桥、沿海地区的frp筋混凝土桥墩等。其中，玄武岩纤维是国际公认的环境友好型纤维，生产过程无有毒有害物质的排放，更适于低碳土木的发展。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种波纹frp筋-钢筋混合配筋隧道衬砌，
2、为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
3、一种波纹frp筋-钢筋混合配筋隧道衬砌，包括混凝土衬砌本体及位于混凝土衬砌本体内的钢筋笼，所述钢筋笼包括：
4、波纹状弯曲frp筋，所述波纹状弯曲frp筋的长度方向为衬砌纵向，所述波纹状弯曲frp筋包括至少两层，每层波纹状弯曲frp筋沿衬砌环向间隔布置若干个；
5、环向钢筋，所述环向钢筋的长度方向为衬砌环向，所述环向钢筋具有与所述波纹状弯曲frp筋相同的层数，每层环向钢筋沿衬砌纵向间隔布置若干个；
6、以及若干个拉结筋，所述拉结筋将波纹状弯曲frp筋与环向钢筋连接。
7、作为本专利技术的具体技术方案，所述波纹状弯曲frp筋的材料包括玄武岩纤维复合筋(简称为bfrp)、碳纤维复合筋(简称为cfrp)、玻璃纤维复合筋(简称为gfrp)和芳纶纤维复合筋(简称为afrp)中的任意一种。
8、作为本专利技术的具体技术方案，所述波纹状弯曲frp筋的弯曲波形包括正弦波、样条曲线、等腰三角形和等腰梯形中的任意一种。
9、作为本专利技术的具体技术方案，所述波纹状弯曲frp筋的直径为10～20mm，所述环向钢筋的直径为20～30mm，所述拉结筋的直径为5～10mm。
10、作为本专利技术的具体技术方案，所述波纹状弯曲frp筋的波高(即波峰与波谷之间的垂直距离)不超过衬砌厚度的1/3，波距(即波峰与波峰之间的水平距离)不低于10倍筋材直径。波高和波距的设计参数可以根据隧道衬砌的具体尺寸、地址环境、埋置深度等多个因素综合考虑进行灵活设置。
11、作为本专利技术的具体技术方案，沿衬砌纵向方向，相邻的波纹状弯曲frp筋采取搭接方式拼接连接，且搭接长度为至少一个波距的长度。
12、作为本专利技术的具体技术方案，每层波纹状弯曲frp筋沿衬砌环向间隔布置的间距为200～250mm，每层环向钢筋沿衬砌纵向间隔布置的间距为200～250mm。
13、优选的，每层波纹状弯曲frp筋沿衬砌环向间隔布置的间距与每层环向钢筋沿衬砌纵向间隔布置的间距相同。
14、作为本专利技术的具体技术方案，拉结筋的两端分别采用钢丝与两层环向钢筋绑扎连接，两层波纹状弯曲frp筋分别采用钢丝与拉结筋绑扎连接。
15、作为本专利技术的具体技术方案，所述混凝土衬砌本体的截面形状呈马蹄形；所述混凝土衬砌本体采用的混凝土型号为c35。
16、与现有技术相比，本专利技术提供了一种波纹frp筋-钢筋混合配筋隧道衬砌，具备以下有益效果：
17、本专利技术采用纵向分布的波纹状弯曲frp筋代替传统衬砌中的纵向钢筋，并与环向钢筋组合成混合配筋结构，此种波纹frp筋-钢筋混合配筋隧道衬砌不仅保证了环向刚度无削弱，又提升了纵向剪切、弯曲、拉伸变形的能力，提高了隧道衬砌的耐久性，减轻了钢筋骨架的重量，并且进一步降低了地下建筑工程中的碳排放。本专利技术适用于不同截面形式、不同围岩地质情况的隧道，适用性广泛，隧道耐久性得到提升，具有良好的长期经济效益。
18、具体的，本专利技术在隧道衬砌发生较大变形时，波纹状弯曲frp筋被拉直过程中的“屈服段”提升了隧道衬砌的拉伸变形能力；波纹状弯曲frp筋被拉直过程中的“强化段”提升了隧道衬砌的弯曲和剪切能力，降低了大变形下隧道衬砌坍塌的风险，使得城市生命线运营可靠度得到进一步提升。
19、此外，传统衬砌结构在钢筋屈服后，刚度会急速降低；而本专利技术采用波纹状弯曲frp筋与钢筋形成混合配筋的衬砌结构，在钢筋屈服后仍可维持一定的刚度，具有二次刚度，并在地震震动结束后，frp材料的线弹性特性可提供一定的恢复力，减小了隧道衬砌的形变，降低残余变形，抑制隧道衬砌脆性剪切破坏，提升了隧道衬砌的自复位恢复能力，综合提升极端环境下隧道衬砌的韧性，延长隧道的使用寿命。
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1.一种波纹FRP筋-钢筋混合配筋隧道衬砌，包括混凝土衬砌本体及位于混凝土衬砌本体内的钢筋笼，其特征在于，所述钢筋笼包括：
2.根据权利要求1所述的波纹FRP筋-钢筋混合配筋隧道衬砌，其特征在于，所述波纹状弯曲FRP筋的材料包括玄武岩纤维复合筋、碳纤维复合筋、玻璃纤维复合筋和芳纶纤维复合筋中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的波纹FRP筋-钢筋混合配筋隧道衬砌，其特征在于，所述波纹状弯曲FRP筋的弯曲波形包括正弦波、样条曲线、等腰三角形和等腰梯形中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的波纹FRP筋-钢筋混合配筋隧道衬砌，其特征在于，所述波纹状弯曲FRP筋的直径为10～20mm，所述环向钢筋的直径为20～30mm，所述拉结筋的直径为5～10mm。
5.根据权利要求1所述的波纹FRP筋-钢筋混合配筋隧道衬砌，其特征在于，所述波纹状弯曲FRP筋的波高不超过衬砌厚度的1/3，波距不低于10倍筋材直径。
6.根据权利要求1所述的波纹FRP筋-钢筋混合配筋隧道衬砌，其特征在于，沿衬砌纵向方向，相邻的波纹状弯曲FRP筋采取搭接方式拼
7.根据权利要求1所述的波纹FRP筋-钢筋混合配筋隧道衬砌，其特征在于，每层波纹状弯曲FRP筋沿衬砌环向间隔布置的间距为200～250mm，每层环向钢筋沿衬砌纵向间隔布置的间距为200～250mm。
8.根据权利要求7所述的波纹FRP筋-钢筋混合配筋隧道衬砌，其特征在于，每层波纹状弯曲FRP筋沿衬砌环向间隔布置的间距与每层环向钢筋沿衬砌纵向间隔布置的间距相同。
9.根据权利要求1所述的波纹FRP筋-钢筋混合配筋隧道衬砌，其特征在于，拉结筋的两端分别采用钢丝与两层环向钢筋绑扎连接，两层波纹状弯曲FRP筋分别采用钢丝与拉结筋绑扎连接。
10.根据权利要求1所述的波纹FRP筋-钢筋混合配筋隧道衬砌，其特征在于，所述混凝土衬砌本体的截面形状呈马蹄形；所述混凝土衬砌本体采用的混凝土型号为C35。
...【技术特征摘要】
1.一种波纹frp筋-钢筋混合配筋隧道衬砌，包括混凝土衬砌本体及位于混凝土衬砌本体内的钢筋笼，其特征在于，所述钢筋笼包括：
2.根据权利要求1所述的波纹frp筋-钢筋混合配筋隧道衬砌，其特征在于，所述波纹状弯曲frp筋的材料包括玄武岩纤维复合筋、碳纤维复合筋、玻璃纤维复合筋和芳纶纤维复合筋中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的波纹frp筋-钢筋混合配筋隧道衬砌，其特征在于，所述波纹状弯曲frp筋的弯曲波形包括正弦波、样条曲线、等腰三角形和等腰梯形中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的波纹frp筋-钢筋混合配筋隧道衬砌，其特征在于，所述波纹状弯曲frp筋的直径为10～20mm，所述环向钢筋的直径为20～30mm，所述拉结筋的直径为5～10mm。
5.根据权利要求1所述的波纹frp筋-钢筋混合配筋隧道衬砌，其特征在于，所述波纹状弯曲frp筋的波高不超过衬砌厚度的1/3，波距不低于10倍筋材直径。
6.根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：严宗雪，汪昕，林敬辉，常鑫泉，李达，吴智深，
申请(专利权)人：广州公路工程集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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