[发明专利]FRP-混凝土-钢双壁组合管梁及采用该梁的梁板式组合结构

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁、建筑等结构中的受力构件，更具体地说，涉及一种FRP-混凝土-钢双壁组合管梁以及采用这种组合管梁的梁板式组合结构。

背景技术

目前在桥梁、建筑等工程结构领域中普遍使用的梁构件包括钢筋混凝土(Reinforced concrete，RC)梁和钢梁。这两种梁构件耐腐蚀性均较差，在野外、沿海或潮湿地等恶劣环境中容易腐蚀和退化。

为了解决全世界范围内建筑、桥梁结构的耐久性和退化问题，纤维增强聚合物(fibre-reinforced polymer，FRP)复合材料在近年来得到越来越广泛的应用。FRP是一种由碳纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维等高性能纤维与树脂基体混合，经过一定的加工工艺复合而成的新型非金属材料。FRP具有很强的耐腐蚀能力，同时还具有轻质、高强、成型方便等优点。

现有的各种采用FRP的梁构件包括：(a)全FRP梁(以下称为第I型梁)，该类型梁通常具有与钢梁类似的外形(例如工字型或箱型)；(b)FRP与混凝土的组合梁，包括FRP筋混凝土梁、由受拉FRP型材和浇筑于其上的受压混凝土层组合而成的组合梁、以及FRP管混凝土梁(以下分别称为第II型梁、第III型梁、和第IV型梁)。以上梁构件中FRP作为主要的纵向受力材料，用量通常较大，从而导致梁构件成本较高，同时还常因构件刚度不够导致其变形而非承载力成为设计的控制因素；另外，这些梁构件还因FRP材料的脆性而导致构件延性较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种新型的FRP-混凝土-钢双壁组合管梁以及采用这种组合管梁的梁板式组合结构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提出一种双壁组合管梁，包括FRP外管、钢内管、以及填充在该FRP外管和钢内管之间的混凝土，且所述钢内管的固结混凝土一侧设有多个剪力连接件以保证其和混凝土共同工作。

根据本发明的实施例中，所述多个剪力连接件沿钢内管的周向及长度方向分布。

根据本发明的实施例中，所述钢内管相对于FRP外管朝该组合管梁的受拉侧偏心设置。

根据本发明的实施例中，所述双壁组合管梁的横截面形状是圆形、方形、矩形或其它合适形状的FRP外管与圆形、方形、矩形或其它合适形状的钢内管之间的任意组合。一个实施例中，所述双壁组合管梁沿长度方向具有相同的横截面形状。或者，所述钢内管在长度方向上相对于FRP外管倾斜设置，在正弯矩区内靠近梁横截面的下部，在负弯矩区内靠近梁横截面的上部。

根据本发明的实施例中，所述FRP外管可采用缠绕成型的工艺制作；FRP外管中纤维的方向可根据结构需要进行设计，在多数应用中纤维主要布置在管环向或接近环向。

本发明还提出一种梁板式组合结构，包括梁和设置在其上的面板，所述梁为双壁组合管梁，包括FRP外管、钢内管、以及填充在该FRP外管和钢内管之间的混凝土，且所述钢内管的固结混凝土一侧设有多个剪力连接件以保证其和混凝土共同工作。

本发明进一步提出一种梁板式组合结构，包括双壁组合管梁和FRP筋混凝土面板，所述双壁组合管梁的上部结合到FRP筋混凝土面板的底层内形成一体，其中所述双壁组合管梁包括FRP外管、钢内管、以及填充在该FRP外管和钢内管之间的混凝土，且所述钢内管的固结混凝土一侧设有多个剪力连接件以保证其和混凝土共同工作。

根据本发明的实施例中，所述双壁组合管梁的上部内嵌有加强筋，该加强筋穿透FRP外管并与FRP筋混凝土面板的底层FRP筋连接以将该双壁组合管梁与FRP筋混凝土面板结合成一体。

本发明具有以下有益效果：与钢筋混凝土梁和钢梁相比，本发明的双壁组合管梁的最大优点在于具有非常好的耐腐蚀性。与第I到IV型梁相比，本发明的双壁组合管梁的优点在于：(1)由于使用了较少的FRP材料(仅需要一个薄FRP外管)，这种梁节省成本；(2)采用延性较好的钢内管作为纵向受拉材料，从而使该组合管梁具有很好的延性。除了以上这两个优点之外，该双壁组合管梁因为采用了钢内管和混凝土而比第I型梁更易于与其它构件连接；同时该双壁组合管梁的FRP外管为受压混凝土提供了很好的约束，这是第II和III型梁所不具有的优势；并且，该双壁组合管梁因去除了多余的受拉混凝土而比第II和IV型梁更轻。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明双壁组合管梁第一实施例的截面结构示意图；