一種結構用組合式frp箱形型材的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種結構用組合式FRP箱形型材，所述組合式FRP箱形型材包括由至少兩個標準型材和兩塊板材組成的重復單元，所述標準型材的形狀為槽形、工字形或箱形；兩個標準型材并排間隔設置，兩個標準型材的頂板、底板與兩塊板材固定連接以使重復單元的截面呈箱形。本發明所述的組合式FRP箱形型材組合方式靈活、能夠實現較大的截面尺寸，結構耐久性高，制作過程簡便，易操作，同時具有較強的可設計性，技術效果突出，巧妙地實現了建筑工業化對結構構件標準化和模數化的要求，節約了拉擠模具的種類，可以較為有效的克服目前大尺寸FRP型材拉擠成型難度大的問題，從而降低了大尺寸FRP型材的生產成本。
【專利說明】一種結構用組合式FRP箱形型材
【技術領域】
[0001]本發明屬于工程結構【技術領域】，具體涉及一種結構用組合式FRP箱形型材。
【背景技術】
[0002]由于鋼筋銹蝕所導致的基礎設施耐久性嚴重下降，造成了巨大的經濟損失。提高基礎設施耐久性是世界各國經濟和社會發展面臨的重要問題。纖維增強復合材料(FiberReinforced Polymer,簡稱FRP)的出現,為提升基礎設施耐久性帶來了希望。與傳統的鋼材、鋼筋和混凝土等結構材料相比，FRP材料具有優異的耐腐蝕性能、較高的比強度、比模量和較好的抗疲勞性能等顯著優點。
[0003]在FRP型材-混凝土組合結構中，FRP型材不僅可以作為混凝土結構的模板，還能作為組合梁的抗彎增強材料，在提高混凝土結構耐久性的同時也可提升結構的安全性能，因而在惡劣環境中使用時FRP型材-混凝土組合結構的性能優勢更為明顯。已有研究表明，FRP型材-混凝土組合結構能夠較為充分的發揮FRP材料的輕質高強、耐腐蝕的優點以及混凝土高抗壓強度的優勢，具有高耐久、重量輕、施工快速和耐疲勞等優點，是一種極具應用潛力的結構形式。
[0004]在一些大型的采用復合材料型材的建筑和橋梁結構中，經常需要一些截面尺寸較大的FRP型材。然而，現有的拉擠成型技術在成型大尺寸(截面高度大于Im)的FRP型材時仍具有一定的技術難度。另一方面，大尺寸FRP型材的拉擠成型模具也十分昂貴。這在一定程度上限制了 FRP型材-混凝土組合材料的推廣應用，因而亟待研究大截面尺寸FRP型材及其制造方法。
【發明內容】
[0005]本發明目的在于克服現有技術缺陷，提供了一種結構用組合式FRP箱形型材，該型材制作簡便，易操作，同時具有較強的可設計性，技術效果突出。
[0006]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
一種結構用組合式FRP箱形型材，所述組合式FRP箱形型材包括由至少兩個標準型材和兩塊板材組成的重復單元，所述標準型材的形狀為槽形、工字形或箱形；兩個標準型材并排間隔設置，兩個標準型材的頂板、底板與兩塊板材固定連接以使重復單元的截面呈箱形。
[0007]具體的，所述標準型材的頂板和底板通過螺栓和/或環氧膠粘結的界面方式與兩塊板材固定連接。
[0008]所述組合式FRP箱形型材層數為兩層以上時，上下層標準型材宜上下對齊放置。即腹板上下對齊放置，同時應對懸空的翼緣板作局部下撓驗算，以保證同一層左、右兩個標準型材之間的凈距不宜過大。
[0009]所述標準型材與板材的接觸面應設計為粗糙毛面，施工時在接觸面的法線方向施加0.1 — 0.5MPa的均布壓力，以增加各部件之間的粘結力。
[0010]所述標準型材和板材由纖維材料制成，所述纖維材料為玻璃纖維(GFRP)、芳綸纖維(AFRP)、碳纖維(CFRP)和玄武巖纖維(BFRP)中的一種或兩種以上。標準型材和板材在制作過程中，所采用的成型樹脂可以是不飽和聚酯樹脂、乙烯基樹脂、酚醛樹脂或環氧樹脂坐寸ο
[0011]本發明基于疊加原理和組合界面的無滑移理論，考慮建筑工業化對結構構件的標準化模數化要求，將截面尺寸和慣性矩相對較小的FRP拉擠標準型材(型材尺寸符合一定的模數要求)和FRP拉擠板材通過螺栓和/或環氧膠粘結的方式拼接形成截面尺寸和慣性矩更大的組合式FRP箱形型材，組合式FRP箱形型材的截面可以為箱形、多箱形以及多層多箱形等截面形式。所述截面尺寸和慣性矩相對較小的FRP拉擠標準型材和FRP拉擠板材需要預先經過合理的設計，使得組合式FRP箱形型材能夠滿足受彎構件強剪弱彎的要求。組合后所得的組合式FRP箱形型材各部件之間應能夠協同工作，共同受力。本發明組合式FRP箱形型材組合方式靈活、能夠實現較大的截面尺寸，結構耐久性高，制作過程簡便，易操作，同時具有較強的可設計性，技術效果突出，可以較為有效的克服目前大尺寸FRP型材拉擠成型難度大的問題，有利于大截面尺寸的FRP型材結構及其與混凝土組合結構在公路橋梁結構中的推廣應用。此外，建筑工業化的需求要求構件盡可能的標準化、模數化，本發明提出的組合式FRP箱形型材的思路符合了建筑工業化的上述要求，減少了拉擠產品的種類，從而可以減少拉擠型材模具的數量和種類，降低成本，提高生產效率。
[0012]與現有技術相比，本發明的有益效果:
I)采用預先設計的截面尺寸和慣性矩相對較小FRP拉擠標準型材和FRP拉擠板材通過通過螺栓和/或環氧膠粘結的方式拼接形成截面尺寸和慣性矩更大的組合式FRP箱形型材。
[0013]2)可以靈活的組合形成箱形和工字形等受力更加合理的截面形式，節省拉擠成型的模具成本。
[0014]3)制作過程簡便，易操作，同時具有較強的可設計性，克服目前大尺寸FRP型材拉擠成型難度大的問題。
[0015]4)大量采用符合一定模數的標準化FRP拉擠型材制造大截面的組合式FRP箱形型材，減小了拉擠模具的種類和制作難度，有利于實現工業化生產。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為實施例1所述組合式FRP箱形型材的結構示意圖；
圖2為實施例2所述組合式FRP箱形型材的結構示意圖；
圖3為實施例3所述組合式FRP箱形型材的結構示意圖；
圖4為實施例4所述組合式FRP箱形型材的結構示意圖；
圖5為實施例5所述組合式FRP箱形型材的結構示意圖；
圖6為實施例6所述組合式FRP箱形型材的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017]以下通過實施例對本發明做進一步的說明，但本發明的保護范圍不限于此。
[0018]實施例1
如圖1所示，一種粘結式單層單箱組合式FRP箱形型材，包括由兩個標準型材I和兩塊板材2組成的重復單元。所述標準型材I的形狀為工字形。兩個標準型材I并排間隔設置，兩個標準型材I的頂板21、底板22通過環氧膠3粘結的方式與兩塊板材2固定連接以使重復單元的截面呈箱形。
[0019]兩個標準型材I和兩塊板材2的接觸面為預先設計好的粗糙表面，以增加環氧膠的粘結強度。施工時在接觸面的法線方向施加0.2MPa的均布壓力，以增加各部件之間的粘結力。兩個標準型材I和兩塊板材2需要預先經過合理的設計，使得組合式FRP箱形型材能夠滿足強剪弱彎的要求。
[0020]實施例2
如圖2所示，一種混合連接式單層單箱組合式FRP箱形型材，包括由兩個標準型材I和兩塊板材2組成的重復單元。所述標準型材I的形狀為工字形。兩個標準型材I并排間隔設置，兩個標準型材I的頂板21、底板22通過不銹鋼螺栓4和環氧膠3粘結相結合的界面方式與兩塊板材2固定連接以使重復單元的截面呈箱形。
[0021]兩個標準型材I和兩塊板材2的接觸面為預先設計好的粗糙表面，以增加環氧膠的粘結強度。施工時在接觸面的法線方向施加0.2MPa的均布壓力，以增加各部件之間的粘結力。兩個標準型材I和兩塊板材2需要預先經過合理的設計，使得組合式FRP箱形型材能夠滿足強剪弱彎的要求。
[0022]實施例3
如圖3所示，一種粘結式雙層單箱組合式FRP箱形型材，包括由四個標準型材I和三塊板材2組成的兩個垂直排列的重復單元。所述標準型材I的形狀為工字形。所述標準型材I的頂板21、底板22通過環氧膠3粘結的方式與板材2固定連接形成截面呈箱形的重復單元。組合式FRP箱形型材層數為兩層，每層的兩個標準型材I并排間隔設置，上下層的標準型材I上下對齊放置(即腹板上下對齊放置，同時應對懸空的翼緣板作局部下撓驗算，以保證同一層左、右兩個標準型材之間的凈距不宜過大)，上層標準型材I的頂板21連接上層板材2，上層標準型材I的底板22與中間層板材2的上表面相連，下層標準型材I的頂板21與中間層板材2的下表面相連，下層標準型材I的底板22連接下層板材2。
[0023]標準型材I和板材2的接觸面為預先設計好的粗糙表面，以增加環氧膠的粘結強度。施工時在接觸面的法線方向施加0.4MPa的均布壓力，以增加各部件之間的粘結力。標準型材I和板材2需要預先經過合理的設計，使得組合式FRP箱形型材能夠滿足強剪弱彎的要求。
[0024]實施例4
如圖4所示，一種粘結式雙層雙箱組合式FRP箱形型材，包括由六個標準型材I和三塊板材2組成的四個重復單元(重復單元分為兩層，每層各兩個重復單元，其中，上層中間的標準型材1、上層左側的標準型材I及上層、中間層板材2構成上層的一個重復單元；上層中間的標準型材1、上層右側的標準型材I及上層和中間層板材2構成上層的另一個重復單元；下層的重復單元構成情況與上層類似，故此不再贅述)。所述標準型材I的形狀為工字形。所述標準型材I的頂板21、底板22通過環氧膠3粘結的方式與板材2固定連接形成截面呈箱形的重復單元。組合式FRP箱形型材層數為兩層，每層的兩個標準型材I之間并排間隔設置，上下層標準型材I上下對齊放置(即腹板上下對齊放置，同時應對懸空的翼緣板作局部下撓驗算，以保證同一層左、右兩個標準型材之間的凈距不宜過大)，上層標準型材I的頂板21連接上層板材2，上層標準型材I的底板22與中間層板材2的上表面相連，下層標準型材I的頂板21與中間層板材2的下表面相連，下層標準型材I的底板22連接下層板材2。
[0025]標準型材I和板材2的接觸面為預先設計好的粗糙表面，以增加環氧膠的粘結強度。施工時在接觸面的法線方向施加0.5MPa的均布壓力，以增加各部件之間的粘結力。標準型材I和板材2需要預先經過合理的設計，使得組合式FRP箱形型材能夠滿足強剪弱彎的要求。
[0026]實施例5
如圖5所示，一種粘結式單層單箱組合式FRP箱形型材，包括由兩個標準型材I和兩塊板材2組成的重復單元。所述標準型材I的形狀為槽形；兩個標準型材I并排間隔設置，兩個標準型材I的頂板21、底板22通過環氧膠3粘結的方式與兩塊板材2固定連接以使重復單元的截面呈箱形。
[0027]兩個標準型材I和兩塊板材2的接觸面為預先設計好的粗糙表面，以增加環氧膠的粘結強度。施工時在接觸面的法線方向施加0.3MPa的均布壓力，以增加各部件之間的粘結力。兩個標準型材I和兩塊板材2需要預先經過合理的設計，使得組合式FRP箱形型材能夠滿足強剪弱彎的要求。
[0028]實施例6
如圖6所示，一種粘結式單層單箱組合式FRP箱形型材，包括由兩個標準型材I和兩塊板材2組成的重復單元。所述標準型材I的形狀為箱形；兩個標準型材I并排間隔設置，兩個標準型材I的頂板21、底板22通過環氧膠3粘結的方式與兩塊板材2固定連接以使重復單元的截面呈箱形。
[0029]兩個標準型材I和兩塊板材2的接觸面為預先設計好的粗糙表面，以增加環氧膠的粘結強度。施工時在接觸面的法線方向施加0.3MPa的均布壓力，以增加各部件之間的粘結力。兩個標準型材I和兩塊板材2需要預先經過合理的設計，使得組合式FRP箱形型材能夠滿足強剪弱彎的要求。
[0030]顯然，上述實施例是僅僅為清楚的說明所作的舉例，而非對組合方式的限定。這里無需也無法對所有的組合形式予以窮舉。而由此引申出的顯而易見的變化或者變動仍處于本發明的保護范圍之中。
【權利要求】
1.一種結構用組合式FRP箱形型材，其特征在于，所述組合式FRP箱形型材包括由至少兩個標準型材和兩塊板材組成的重復單元，所述標準型材的形狀為槽形、工字形或箱形；兩個標準型材并排間隔設置，兩個型材的頂板、底板與兩塊板材固定連接以使重復單元的截面呈箱形。
2.如權利要求1所述結構用組合式FRP箱形型材，其特征在于，所述標準型材的頂板和底板通過螺栓和/或環氧膠粘結的界面方式與兩塊板材固定連接。
3.如權利要求1所述結構用組合式FRP箱形型材，其特征在于，所述組合式FRP箱形型材層數為兩層以上時，上下層標準型材上下對齊放置。
4.如權利要求1所述結構用組合式FRP箱形型材，其特征在于，所述標準型材與板材的接觸面為粗糙毛面，施工時在接觸面的法線方向施加0.1 — 0.5MPa的均布壓力。
5.如權利要求1所述結構用組合式FRP箱形型材，其特征在于，所述標準型材和板材由纖維材料制成，所述纖維材料為玻璃纖維、芳綸纖維、碳纖維和玄武巖纖維中的一種或兩種以上。
【文檔編號】E01D101/40GK104452570SQ201410730482
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月5日 優先權日:2014年12月5日
【發明者】張普, 高丹盈, 趙航, 劉華娜, 唐國斌, 李昕, 鄭立弟, 王一鑫, 徐芳潔, 錢文文 申請人:鄭州大學