[发明专利]复合筋增强ECC和混凝土组合梁及其施工方法

说明书

技术领域

本发明属于土木工程中组合结构领域，适用于建筑、桥梁结构中的梁构件，是一种 新型复合筋增强ECC和混凝土组合梁构件及其施工方法。

背景技术

目前，建筑结构中被广泛使用的钢筋混凝土梁由于混凝土的抗拉强度较低，在正常 使用时混凝土结构往往带裂缝工作，裂缝存在会使内部钢筋锈蚀，构件的刚度降低、挠 度增大，大大影响结构物的正常使用性和耐久性。同时，由于钢筋与混凝土之间的变形 行为存在很大差异，在弯曲荷载作用下，受拉区混凝土在应力水平很低的情况下便发生 开裂，裂缝处的应力由纵向受拉钢筋单独承担，部分拉力需要通过界面粘结力传递给混 凝土，界面粘结应力的非均匀分布容易引起钢筋与混凝土的相对滑移、纵向劈裂裂缝的 出现和混凝土剥落现象的发生，进而影响构件的整体性和塑性能量耗散力。

FRP(FiberReinforcedPolymer)是一种新型的复合材料。它是以连续纤维(玻 璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、混杂纤维等)为增强材料，以合成树脂为基体材料，并掺 入适量辅助剂，经挤拉成型技术和必要的表面处理而形成的复合材料。与传统的钢筋相 比，它具有强度高、重量轻、抗腐蚀、抗疲劳、非电磁性等优点，用它来代替混凝土梁 中的钢筋，可减小构件的截面尺寸，减轻结构重量，并且将会很大程度上解决钢筋混凝 土结构中钢筋锈蚀的问题，延长混凝土结构的使用寿命。但FRP筋增强混凝土梁也存在 一些不足：由于混凝土抗拉强度低、抗裂性差，而FRP为线弹性材料，最终构件会发生 脆性破坏；且FRP筋较低的弹性模量，会使FRP筋增强混凝土梁的裂缝过宽、挠度过大， 影响构件的正常使用功能；FRP筋受湿度的影响较大，在潮湿的环境中，FRP筋的树脂 基体通过毛细作用吸收空气中的水分，导致由树脂的性能决定的FRP筋的抗拉强度、抗 剪强度以及与基体材料的粘结性能都会显著下降。

纤维增强水泥基复合材料(ECC)是一种具有假应变硬化特性和优越裂缝控制能力 的高性能纤维增强水泥基复合材料，在纤维体积掺量为2％左右的情况下，其极限拉应变 能达到3％以上，在拉伸和剪切荷载作用下呈现高延性，并表现出明显的应变硬化及多缝 开裂的特性，且饱和状态下的裂缝宽度小于100μm。ECC优越的拉伸延性、多裂缝开展 特征和微小裂缝宽度可以更好的与筋材协同工作，并提高对内部筋材的保护作用，将其 运用于结构构件中能有效提高结构的抗弯、抗剪承载力，抗震性能及耐久性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有普通钢筋混凝土梁及FRP增强混凝土梁的上述缺陷，将 FRP筋、钢筋与高性能水泥基复合材料ECC结合，提出了一种复合筋增强ECC和混凝土 组合梁及其施工方法。

本发明采用的技术方案为：一种复合筋增强ECC和混凝土组合梁，该组合梁的横截 面形状为矩形，包括水泥基材料和FRP筋-钢筋骨架，所述FRP筋-钢筋骨架浇筑在水泥 基材料内；

所述水泥基材料由两层组成，上部为混凝土，下部为纤维增强水泥基复合材料 (ECC)，纤维增强水泥基复合材料(ECC)的上表面沿组合梁的纵向每间隔100mm设置 有多个凹槽；

所述FRP筋-钢筋骨架包括纵向受拉FRP筋、纵向受拉钢筋、钢筋箍筋和钢筋架立 筋，所述纵向受拉FRP筋放置于组合梁底部且位于钢筋箍筋内侧并与之绑扎在一起，所 述纵向受拉钢筋放置于纵向受拉FRP筋上侧，钢筋架立筋放置于组合梁顶部且位于钢筋 箍筋内侧并与之绑扎在一起。

作为优选，所述的纤维增强水泥基复合材料(ECC)是一种以水泥、砂、矿物掺合 料等材料构成基体，以乱向分布短纤维为增韧材料的高延性纤维增强水泥基复合材料， 在2％的纤维体积掺量下其极限拉应变可以达到3％以上(约为混凝土的300倍)，达到极 限拉应变前裂缝宽度能够有效控制在100μm以下。

作为优选，所述的纵向受拉FRP筋为BFRP筋、CFRP筋或GFRP筋。

作为优选，所述的纵向受拉钢筋、钢筋箍筋和钢筋架立筋为HRB300、HRB335、HRB400 或HRB500。

作为优选，所述凹槽为长方体，沿组合梁的纵向为100mm，沿组合梁的横向为50mm。

一种上述复合筋增强ECC和混凝土组合梁增强ECC和混凝土组合梁的施工方法，包 括以下步骤：

1)、根据截面尺寸要求制作模板；

2)、绑扎FRP筋-钢筋骨架；