钢-纤维增强水泥基复合材料组合桥面板制造技术

本实用新型专利技术涉及一种钢-纤维增强水泥基复合材料组合桥面板，包括：纤维增强复合材料拉挤板，内设钢筋网片的纤维水泥基增强复合面层和竖向拉结钢筋，所述的增强复合材料拉挤板具有增加复合材料拉挤板刚度的“U”型凸肋和“U”型凹肋，在纤维增强复合材料拉挤板和纤维水泥基增强复合面层之间设有轻质混凝土层，在轻质混凝土层内设有钢筋且钢筋位于“U”型凸肋内，所述竖向拉结钢筋的一端与钢筋连接，竖向拉结钢筋的另一端与纤维水泥基增强复合面层内的钢筋网片连接，形成复合剪力键，使钢-纤维增强水泥基复合材料组合桥面板中的纤维水泥基增强复合面层与轻质混凝土层和纤维增强复合材料拉挤板能够共同工作。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及ー种具有较高延性和耐久性能的钢、纤维增强复合材料和纤维增强水泥基复合材料形成的组合构件，属于新材料新结构和组合结构领域，可广泛用于数量众多的中小跨径桥梁中，加快建造和维修替换速度。
技术介绍
公路桥梁的基础建设随着国家交通事业发展，近年来得到快速的发展。经过多年的运营，随之而来的是桥梁的老化问题，尤其是在恶劣环境(冻融、酸、碱、盐、紫外线、潮湿、海水环境)中的桥梁显得尤为突出。在众多的中小跨径桥梁中，混凝土桥面板承受车辆荷载的往复作用，加之环境因素的影响，是易损伤破坏的构件之一。开裂的面层混凝土具有传输特性，氯化物或其他侵蚀性介质易于从面层滲透至钢筋表面，继而钢筋锈蚀产生膨胀应力， 最终导致脆性的混凝土保护层剥落。桥面板的疲劳损伤破坏不仅影响车辆的正常通行，而且影响下部结构的安全和耐久性。如何利用科学手段，延长新建和已建桥梁的服役寿命，进行经济合理的维修加固已成为刻不容缓的课题。纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer, FRP)由于其具有高强、轻质、耐久性好、便于施工、后期维护费用低等优点，在土木工程中得到广泛的应用。FRP除了用于混凝土构件加固外，也可将其制成FRP筋替代钢筋形成FRP筋(预应力筋)-混凝土构件，或与混凝土、木材、钢材通过一定的连接方式相互组合，形成组合构件。将这些组合构件通过标准化生产后，运至施工现场进行组装，可以满足桥梁快速建造的要求。同吋，FRP的高耐久性能也可解决桥梁的耐久性问题。ECC (Engineered cementitous composite)是一种高延性高耐久性的纤维增强水泥基复合材料。它是基于微观断裂力学的材料设计方法，经系统设计，在拉伸和剪切荷载下表现出高延展性的一种纤维增强水泥基复合材料。ECC中纤维体积掺量仅为2%，但其拉伸应变却大于3%，远高于普通混凝土和钢纤维混凝土。ECC在荷载作用下开裂后，表现出类似钢筋在单轴荷载作用下的应カ-应变关系，即所谓的应变强化(Strain-Harding)效应。这种优良的力学性能，克服了混凝土开裂后，应カ迅速降低，裂缝急速开展的缺点。ECC的抗压強度与普通混凝土相似。此外，ECC具有优良的抗疲劳性能和耐久性能。因此，对于承受车辆疲劳荷载和环境作用的桥面板而言，ECC无疑是一种很好的材料。FRP与混凝土之间的界面问题是组合构件的能够共同工作的基础，也是工程建设和使用期间的关键问题。目前，FRP与混凝土粘结技术，通常采用环氧树脂粘结层、FRP表面涂砂等方法。已有的研究结果表明，在目前的粘结技术下，FRP与混凝土界面间粘结破坏是一种常见的破坏形式，通常表现为弯、剪裂缝处FRP剥离、混凝土保护层剥离和FRP端部剥离。可将钢材、FRP、ECC等力学性能优良的材料结合在一起，充分发挥各自的优势，实现材料性能互补。有鉴于此，本技术提出ー种钢-FRP-ECC组合桥面板。
技术实现思路
为满足桥梁快速建造和维修加固，本技术提出了一种能够使满足桥面板高延性高耐久且自重轻的钢-纤维增强水泥基复合材料组合桥面板。本技术采用如下技术方案包括纤维增强复合材料拉挤板，内设钢筋网片的纤维水泥基增强复合面层和竖向拉结钢筋，所述的增强复合材料拉挤板具有增加复合材料拉挤板刚度的“U”型凸肋和“U”型凹肋，在纤维增强复合材料拉挤板和纤维水泥基增强复合面层之间设有轻质混凝土层，在轻质混凝土层内设有钢筋且钢筋位于“U”型凸肋内，所述竖向拉结钢筋的一端与钢筋连接，竖向拉结钢筋的另一端与纤维水泥基增强复合面层内的钢筋网片连接。本技术的优点是(I)本技术提出的带有“ U”型凸肋和“ U”型凹肋的纤维增强复合材料拉挤板， 其中的“U”型凸肋和“U”型凹肋可以增加纤维增强复合材料拉挤板的刚度，避免浇筑上部轻质混凝土层和纤维水泥基增强复合面层(ECC)吋，轻质混凝土的自重、纤维水泥基增强复合面层的自重及施工人员、施工机械等荷载的作用下造成纤维增强复合材料拉挤板的变形过大，影响正常使用。(2)纤维增强复合材料拉挤板之间的横向连接可靠、简便，即相接部位的“U”型凸肋直接相互嵌入后使用环氧树脂等胶体粘接。纤维增强复合材料拉挤板之间常用的连接方法有螺栓连接和胶结连接。螺栓连接需要在纤维增强复合材料拉挤板上钻孔，穿过螺栓并拧紧。胶结连接主要针对具有凹槽和凸肋的纤维增强复合材料拉挤板，而且要保证连接的可靠，还需在连接处设置销栓。无论是螺栓连接还是胶结连接，均需要在纤维增强复合材料拉挤板上开孔，纤维增强复合材料拉挤板的整体性受到损伤。此外，为了增加粘结面积，还预先要在纤维增强复合材料拉挤板连接处设置凹槽和凸肋。本技术提出的纤维增强复合材料拉挤板之间的横向连接方法克服了以往的纤维增强复合材料拉挤板之间的连接方法不利之处，而且施工简便、快速。(3)钢筋复合剪カ键。本技术在桥面板内设置的竖向拉结钢筋和纤维水泥基增强复合面层内的纵向钢筋及纤维增强复合材料拉挤板内“ U”型凸肋中的纵向钢筋形成钢筋复合剪カ键。钢筋复合剪カ键的作用是使纤维水泥基增强复合面层、轻质混凝土层和纤维增强复合材料拉挤板能够共同工作。(4)受カ明确合理。本技术提出的钢-纤维增强水泥基复合材料组合桥面板，可以充分发挥不同材料力学性能，如钢筋和FRP板等受拉性能较好的材料配置在受拉区，主要承受拉カ。两者相结合不仅可以发挥FRP轻质高强的特点，而且可以通过钢筋改善FRP脆性性能，增强组合构件的延性。纤维水泥基增强复合面层(ECC)作为ー种高耐久性、具有自修复功能的材料配置在受压区，可提高桥面的抗裂性，增强组合板的抗疲劳性能和耐久性能。配置在下部的钢梁与上部组合板通过栓钉形成组合梁共同承受弯矩，钢梁的腹板可承受竖向剪力。(5)组合桥面板的刚度得到较大提高。本技术提出的钢-纤维增强水泥基复合材料组合桥面板的上层为纤维水泥基增强复合面层(ECC)和轻质混凝土，増大了钢-纤维增强水泥基复合材料组合桥面板的刚度，避免受压区翼缘板和腹板发生局部屈曲，克服了全FRP桥面板的缺点。(6)便于加工，提高施工效率。纤维增强复合材料拉挤板可以根据建设单位的需要，加工成不同尺寸的底板运至施工现场，并可在施工现场根据需要进行二次加工。(7)耐久性和抗疲劳性能优异，后期维护费用少。配置在上部的纤维水泥基增强复合面层(ECC)具有优良的耐久性和抗疲劳性能。(8)栓钉直接配置在混凝土中，而不像其他类型的组合梁，栓钉需要穿过纤维增强复合材料拉挤板，破坏纤维增强复合材料拉挤板的整体性。(9)应用范围广。组合桥面板可作为板式梁直接用于中小跨径桥梁，也可与钢梁或预制混凝土梁使用剪力键或其他的连接方式形成组合桥梁。附图说明图I为钢-纤维增强水泥基复合材料组合桥面板示意图。图2为钢梁与钢-纤维增强水泥基复合材料组合桥面板连接方式示意图。图中I.带“U”型凸肋和凹肋的纤维增强复合材料拉挤板，2. “U”型凸肋，3. “U”型凹肋，4.纤维水泥基增强复合面层，5.轻质混凝土层，6. “U”型凸肋中填充的钢筋，7.钢筋网片，8.竖向拉结钢筋，9.钢梁，10.栓钉，11.垫板。具体实施方式钢-纤维增强水泥基复合材料组合桥面板，包括纤维增强复合材料拉挤板1，内设钢筋网片7的纤维水泥基增强复合面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢？纤维增强水泥基复合材料组合桥面板，其特征在于，包括：纤维增强复合材料拉挤板（1），内设钢筋网片（7）的纤维水泥基增强复合面层（4）和竖向拉结钢筋（8），所述的增强复合材料拉挤板（1）具有增加复合材料拉挤板刚度的“U”型凸肋（2）和“U”型凹肋（3），在纤维增强复合材料拉挤板（1）和纤维水泥基增强复合面层（4）之间设有轻质混凝土层（5），在轻质混凝土层（5）内设有钢筋（6)且钢筋（6）位于“U”型凸肋（2）内，所述竖向拉结钢筋（8）的一端与钢筋（6）连接，竖向拉结钢筋（8）的另一端与纤维水泥基增强复合面层（4）内的钢筋网片（7）连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王文炜，戴建国，张磊，吴佳，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：实用新型
国别省市：