[发明专利]复合材料弓形结构梁

说明书

技术领域

本发明涉及一种轻质、高强、耐腐蚀的复合材料弓形结构梁，可以作为桥梁的主梁 结构件应用于公路桥梁或铁路桥梁中，属于复合结构领域。

背景技术

在我国土木建筑领域，采用高强纤维板或布(碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维等) 加固(混凝土、钢、木)结构已经有10多年的历史，高强纤维轻质高强的特性利用率 相对较低。也有采用碳纤维筋和预应力技术，建造混凝土结构和斜拉桥的示范工程，比 较充分地发挥了碳纤维筋轻质高强和耐腐蚀的性能。最近，我国也有紧跟国外发达国家 的步伐，开始了复合材料桥面板的设计与研发，如：清华大学、东南大学、同济大学等， 将复合材料桥面板搁置在钢梁或混凝土梁上，形成组合结构桥梁，但受我国桥型限制， 且复合材料桥面板价格较贵，同时桥面板与梁的剪力连接缺乏深入研究，因此目前在我 国较少使用。近期也有混凝土-复合材料组合结构的研究，一般为混凝土梁、板与拉挤 成型的工字形、H形、口字形等复合材料梁的组合结构，它们之间通过剪力连接件使两 者协同工作。组合结构受力时，混凝土梁、板受压，复合材料梁受拉，结构的刚度与强 度大部分由复合材料梁所选用的纤维种类与尺寸布置所决定，但由于价格因素，一般采 用玻璃纤维材料，刚度往往较低，其强度不能充分发挥，在实际工程中的应用并不多。 另外，我国也建成了近十座复合材料人行桥，均为手糊工艺的GFRP蜂窝夹心板组合箱 梁，刚度较低；北京密云的FRP桥也由于刚度较低而被改造为FRP-混凝土组合箱梁桥。 由此可见，传统方法难以作为承受较大荷载的公路或铁路桥梁，因此可以说我国目前在 复合材料公路与铁路桥梁领域的研究应用基本还处于空白或起步阶段。

发明内容

本发明的目的是为了适应桥梁工程施工迅速、耐腐蚀等要求，开发一种新型轻质的 复合材料弓形结构梁，解决工程上重机械化带来的不便，减少制造成本和运输时间，并 且能使得各种材料的性能得到最充分的发挥。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：

一种复合材料弓形结构梁，它包括混凝土桥面板，其特征是所述混凝土桥面板的下 方设有一个或多个FRP外壳，各FRP外壳内均设有混凝土拱，并在混凝土拱外围的空间 内填充硬质泡沫，各FRP外壳底部铺设有钢纤维织物。

所述FRP外壳为纤维布层和树脂固化而成，纤维布层包括：单轴向或多轴向的碳纤 维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维以及杂交纤维布；树脂包括：不饱和聚酯、乙烯 基树脂、环氧树脂或酚醛树脂。

所述FRP外壳的最外层铺设有一层聚四氟乙烯布。

所述混凝土拱的形状为圆弧形、椭圆形、抛物线形或悬链线形。

所述钢纤维织物采用金属纤维、钢筋或钢丝制成。

本发明的有益效果有：

用本发明复合材料弓形结构梁与其它类型结构梁相比，其最大的特点是：重量轻、 强度高、防火、抗腐蚀、运输便捷、设计合理、拼装施工简便迅速，可用于承受荷载等 级较高的公路桥梁与承受重载列车的铁路桥梁，也可用于临时救灾抢险、军事抢建等工 程领域。同时该复合材料弓形结构梁可工业化生产，可按要求生产不同规格(强度、跨 度和高度可变)的结构梁。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图。

图2为本发明图1A-A线处的断面结构示意图。

图3为本发明组成的桥梁跨中横断面示意图。

附图中：1、混凝土桥面板；2、硬质泡沫；3、混凝土拱；4、钢纤维织物；5、FRP 外壳。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明：

实施例1：

本发明的复合材料弓形结构梁，它包括混凝土桥面板1、混凝土拱3和FRP外壳5， 在FRP外壳5的下方铺设有钢纤维织物4或细钢筋，混凝土拱3和FRP外壳5之间的 空间里是硬质泡沫2，分别在混凝土拱3的上部和下部，参见图1和图2。针对FRP外 壳，可以在真空导入工艺进行前在最外层铺设一层聚四氟乙烯布，以使得该复合材料弓 形结构梁具备良好的防火性能。用多根(5根、7根等)复合材料弓形结构梁拼装成桥 梁，然后在其上面浇注混凝土桥面板，梁的结构形式就像一支上了弦的弯弓放在一个玻 璃钢盒子中。这种结构形式可以充分发挥各种材料的特性：混凝土受压、钢纤维受拉、 FRP受剪。