[实用新型]碳纤维预应力筋高强钢筋超高韧性纤维增强水泥基复合材料梁构件

说明书

技术领域

本实用新型是碳纤维预应力筋高强钢筋超高韧性纤维增强水泥基复合材料梁构件，尤其适用于重载、大跨度梁构件领域。

背景技术

超高韧性纤维增强水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites，简称ECC)是通过去除粗骨料，优化基体、纤维以及纤维与基体界面的基本性能以及三者之间的相互作用，使之具有高抗裂性、高韧性、高能量吸收能力的一种新型水泥基复合材料。ECC材料的极限压应变可达0.5％-0.7％，是普通混凝土的3倍左右；极限拉应变可达3％以上，是普通混凝土的300倍以上；尤其突出的是其裂缝分散能力，极限拉应变时裂缝间距1～2mm，平均裂缝宽度可控制在100μm以内，远远小于目前国内外混凝土规范中规定的混凝土最大裂缝限值。由于ECC材料优越的抗拉性能、卓越的微细裂缝分散能力和良好的高能量吸收能力，因此该材料对提高结构的耐久性具有显著地作用，特别适用于对结构有止裂、阻裂及抗震要求较高的结构工程领域。

高强钢筋在我国的代表是400MPa、500MPa级热轧带肋钢筋，具有强度高、延伸性好、可焊性和可塑性好、强度价格比高、安全储备大、抗震性好等优点，同ECC材料配合使用可充分发挥其性能，尤其适用于重载、大跨结构的梁柱构件。采用高强钢筋会带来良好的经济、社会效益，促进建筑业的科技进步，并可节约大量的能源、电力、运输和加工等费用，减少烟气、粉尘和污染物的排放，促进钢筋产品升级换代、减少资源消耗、推进技术进步，符合环保和可持续发展的理念，但由于推广力度不足、研究成果不成熟等原因在国内应用较少。

碳纤维预应力筋具有抗拉强度高、质量轻、不锈蚀、热膨胀系数低、无磁性以及抗疲劳性能好等特性。抗拉强度可达到3000MPa以上，不存在锈蚀问题，对保持结构的耐久性具有较好的作用。其较差的延性可由延性较好的高强钢筋和ECC材料加以改善。

普通钢筋混凝土梁在面对重载、大跨结构时，具有如下缺陷：由于混凝土和钢筋的强度均较低，在高层、大跨结构中，荷载较大，只有依靠增大梁截面尺寸和配筋的方法提高其承载力，不仅造成材料的极大损耗，增加建筑成本和施工难度，严重压缩了可利用空间；混凝土材料抗拉强度低，在较低的荷载下受拉区已经开裂，且裂缝以较宽的主裂缝形式出现，裂缝过大引起梁刚度降低，挠度过大，内部钢筋容易锈蚀，承载力及耐久性降低，不但给人造成不安全的心理影响，影响结构的正常使用，而且使结构的使用年限大幅降低。

预应力钢筋混凝土梁虽然可部分避免上述缺陷，但由于各种原因引起的预应力损失及其它原因，在反复荷载作用下，梁挠度增加过大、裂缝变宽，造成内部钢筋锈蚀，承载能力下降，梁的正常使用性能和耐久性能均受到一定程度的影响。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服了现有大跨(预应力)钢筋混凝土梁的上述缺陷，提供了一种碳纤维预应力筋高强钢筋超高韧性纤维增强水泥基复合材料梁构件，在重载、大跨结构中，ECC材料的抗压强度与高强混凝土相当，在开裂后受拉区混凝土仍具有相当的承拉能力，保证了在相当的截面下与高强混凝土梁相比具有相当或更高的承载力；ECC材料的极限压应变是普通混凝土的3倍左右、极限拉应变更可达普通混凝土的300倍，以及高强钢筋良好的延伸性能保证了梁构件具有相当好的延性，有效的弥补了采用碳纤维预应力筋梁延性较差的缺陷；ECC材料卓越的微细裂缝分散能力有力保证了梁内钢筋免受不良介质的腐蚀，碳纤维预应力筋则不受腐蚀的影响，对抵抗不良环境侵蚀具有重要意义，更好的保证了梁构件的极限承载力和良好的耐久性能。另外该构件具有良好的延性、抗疲劳性和抗震性能等优点。

为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案：