專利名稱：鋼-纖維增強水泥基復合材料組合橋面板的制作方法
技術領域：
本發明涉及ー種具有較高延性和耐久性能的鋼、纖維增強復合材料和纖維增強水泥基復合材料形成的組合構件，屬于新材料新結構和組合結構領域，可廣泛用于數量眾多的中小跨徑橋梁中，加快建造和維修替換速度。
背景技術：
公路橋梁的基礎建設隨著國家交通事業發展，近年來得到快速的發展。經過多年的運營，隨之而來的是橋梁的老化問題，尤其是在惡劣環境(凍融、酸、堿、鹽、紫外線、潮濕、 海水環境)中的橋梁顯得尤為突出。在眾多的中小跨徑橋梁中，混凝土橋面板承受車輛荷載的往復作用，加之環境因素的影響，是易損傷破壞的構件之一。開裂的面層混凝土具有傳輸特性，氯化物或其他侵蝕性介質易于從面層滲透至鋼筋表面，繼而鋼筋銹蝕產生膨脹應力， 最終導致脆性的混凝土保護層剝落。橋面板的疲勞損傷破壞不僅影響車輛的正常通行，而且影響下部結構的安全和耐久性。如何利用科學手段，延長新建和已建橋梁的服役壽命，進行經濟合理的維修加固已成為刻不容緩的課題。纖維增強復合材料(Fiber Reinforced Polymer, FRP)由于其具有高強、輕質、耐久性好、便于施工、后期維護費用低等優點，在土木工程中得到廣泛的應用。FRP除了用于混凝土構件加固外，也可將其制成FRP筋替代鋼筋形成FRP筋(預應力筋)-混凝土構件，或與混凝土、木材、鋼材通過一定的連接方式相互組合，形成組合構件。將這些組合構件通過標準化生產后，運至施工現場進行組裝，可以滿足橋梁快速建造的要求。同吋，FRP的高耐久性能也可解決橋梁的耐久性問題。ECC (Engineered cementitous composite)是ー種高延性高耐久性的纖維增強水泥基復合材料。它是基于微觀斷裂力學的材料設計方法，經系統設計，在拉伸和剪切荷載下表現出高延展性的一種纖維增強水泥基復合材料。ECC中纖維體積摻量僅為2%，但其拉伸應變卻大于3%，遠高于普通混凝土和鋼纖維混凝土。ECC在荷載作用下開裂后，表現出類似鋼筋在單軸荷載作用下的應カ-應變關系，即所謂的應變強化(Strain-Harding)效應。這種優良的力學性能，克服了混凝土開裂后，應カ迅速降低，裂縫急速開展的缺點。ECC的抗壓強度與普通混凝土相似。此外，ECC具有優良的抗疲勞性能和耐久性能。因此，對于承受車輛疲勞荷載和環境作用的橋面板而言，ECC無疑是一種很好的材料。FRP與混凝土之間的界面問題是組合構件的能夠共同工作的基礎，也是工程建設和使用期間的關鍵問題。目前，FRP與混凝土粘結技木，通常采用環氧樹脂粘結層、FRP表面涂砂等方法。已有的研究結果表明，在目前的粘結技術下，FRP與混凝土界面間粘結破壞是一種常見的破壞形式，通常表現為彎、剪裂縫處FRP剝離、混凝土保護層剝離和FRP端部剝離?？蓪摬?、FRP、ECC等力學性能優良的材料結合在一起，充分發揮各自的優勢，實現材料性能互補。有鑒于此，本發明提出ー種鋼-FRP-ECC組合橋面板。

發明內容
為滿足橋梁快速建造和維修加固，本發明提出了一種能夠使滿足橋面板高延性高耐久且自重輕的鋼-纖維增強水泥基復合材料組合橋面板。本發明采用如下技術方案
包括纖維增強復合材料拉擠板，內設鋼筋網片的纖維水泥基增強復合面層和豎向拉結鋼筋，所述的增強復合材料拉擠板具有增加復合材料拉擠板剛度的“U”型凸肋和“U”型凹肋，在纖維增強復合材料拉擠板和纖維水泥基增強復合面層之間設有輕質混凝土層，在輕質混凝土層內設有鋼筋且鋼筋位于“U”型凸肋內，所述豎向拉結鋼筋的一端與鋼筋連接， 豎向拉結鋼筋的另一端與纖維水泥基增強復合面層內的鋼筋網片連接。本發明的優點是
(1)本發明提出的帶有“U”型凸肋和“U”型凹肋的纖維增強復合材料拉擠板，其中的 “U”型凸肋和“ U”型凹肋可以增加纖維增強復合材料拉擠板的剛度，避免澆筑上部輕質混凝土層和纖維水泥基增強復合面層(ECC)吋，輕質混凝土的自重、纖維水泥基增強復合面層的自重及施工人員、施工機械等荷載的作用下造成纖維增強復合材料拉擠板的變形過大，影響正常使用。(2)纖維增強復合材料拉擠板之間的橫向連接可靠、簡便，即相接部位的“U”型凸肋直接相互嵌入后使用環氧樹脂等膠體粘接。纖維增強復合材料拉擠板之間常用的連接方法有螺栓連接和膠結連接。螺栓連接需要在纖維增強復合材料拉擠板上鉆孔，穿過螺栓并擰緊。膠結連接主要針對具有凹槽和凸肋的纖維增強復合材料拉擠板，而且要保證連接的可靠，還需在連接處設置銷栓。無論是螺栓連接還是膠結連接，均需要在纖維增強復合材料拉擠板上開孔，纖維增強復合材料拉擠板的整體性受到損傷。此外，為了增加粘結面積，還預先要在纖維增強復合材料拉擠板連接處設置凹槽和凸肋。本發明提出的纖維增強復合材料拉擠板之間的橫向連接方法克服了以往的纖維增強復合材料拉擠板之間的連接方法不利之處，而且施工簡便、快速。(3)鋼筋復合剪カ鍵。本發明在橋面板內設置的豎向拉結鋼筋和纖維水泥基增強復合面層內的縱向鋼筋及纖維增強復合材料拉擠板內“ U”型凸肋中的縱向鋼筋形成鋼筋復合剪カ鍵。鋼筋復合剪カ鍵的作用是使纖維水泥基增強復合面層、輕質混凝土層和纖維增強復合材料拉擠板能夠共同工作。(4)受カ明確合理。本發明提出的鋼-纖維增強水泥基復合材料組合橋面板，可以充分發揮不同材料力學性能，如鋼筋和FRP板等受拉性能較好的材料配置在受拉區，主要承受拉カ。兩者相結合不僅可以發揮FRP輕質高強的特點，而且可以通過鋼筋改善FRP脆性性能，增強組合構件的延性。纖維水泥基增強復合面層(ECC)作為ー種高耐久性、具有自修復功能的材料配置在受壓區，可提高橋面的抗裂性，增強組合板的抗疲勞性能和耐久性能。 配置在下部的鋼梁與上部組合板通過栓釘形成組合梁共同承受彎矩，鋼梁的腹板可承受豎向剪力。(5)組合橋面板的剛度得到較大提高。本發明提出的鋼-纖維增強水泥基復合材料組合橋面板的上層為纖維水泥基增強復合面層(ECC)和輕質混凝土，増大了鋼-纖維增強水泥基復合材料組合橋面板的剛度，避免受壓區翼緣板和腹板發生局部屈曲，克服了全 FRP橋面板的缺點。
(6)便于加工，提高施工效率。纖維增強復合材料拉擠板可以根據建設單位的需要，加工成不同尺寸的底板運至施工現場，并可在施工現場根據需要進行二次加工。(7)耐久性和抗疲勞性能優異，后期維護費用少。配置在上部的纖維水泥基增強復合面層(ECC)具有優良的耐久性和抗疲勞性能。(8)栓釘直接配置在混凝土中，而不像其他類型的組合梁，栓釘需要穿過纖維增強復合材料拉擠板，破壞纖維增強復合材料拉擠板的整體性。(9)應用范圍廣。組合橋面板可作為板式梁直接用于中小跨徑橋梁，也可與鋼梁或預制混凝土梁使用剪力鍵或其他的連接方式形成組合橋梁。


圖1為鋼-纖維增強水泥基復合材料組合橋面板示意圖。圖2為鋼梁與鋼-纖維增強水泥基復合材料組合橋面板連接方式示意圖。圖中1.帶“U”型凸肋和凹肋的纖維增強復合材料拉擠板，2. “U”型凸肋，3. “U” 型凹肋，4.纖維水泥基增強復合面層，5.輕質混凝土層，6. “U”型凸肋中填充的鋼筋，7.鋼筋網片，8.豎向拉結鋼筋，9.鋼梁，10.栓釘，11.墊板。
具體實施例方式鋼-纖維增強水泥基復合材料組合橋面板，包括纖維增強復合材料拉擠板1，內設鋼筋網片7的纖維水泥基增強復合面層4和豎向拉結鋼筋8，所述的增強復合材料拉擠板1具有增加復合材料拉擠板剛度的“U”型凸肋2和“U”型凹肋3，在纖維增強復合材料拉擠板1和纖維水泥基增強復合面層4之間設有輕質混凝土層5，在輕質混凝土層5內設有鋼筋6且鋼筋6位于“U”型凸肋2內，所述豎向拉結鋼筋8的一端與鋼筋6連接，豎向拉結鋼筋8的另一端與纖維水泥基增強復合面層4內的鋼筋網片7連接，形成復合剪カ鍵，使鋼-纖維增強水泥基復合材料組合橋面板中的纖維水泥基增強復合面層4與輕質混凝土層 5和纖維增強復合材料拉擠板1能夠共同工作。纖維增強復合材料拉擠板1中需要橫向拼接的兩塊拉擠板中的“U”型凸肋2通過相互嵌固作用可以使纖維增強復合材料拉擠板1橫向拼接，形成整體鋼-纖維增強水泥基復合材料組合橋面板。以下結合

具體實施例方式
a.鋼梁9上設置墊板11，
b.在墊板11上，根據需要鋪上帶“U”型凸肋2和凹肋3的纖維增強復合材料拉擠板
1，
c.在鋼梁9上預先設置栓釘10，
e.將鋼筋6鋪設在凸肋2內，與鋼筋7，豎向拉結鋼筋8形成鋼筋骨架和復合剪カ鍵，
f.在帶“U”型凸肋2和凹肋3的纖維增強復合材料拉擠板1和鋼梁9上澆注輕質混凝
土 5，
g.在輕質混凝土5上澆筑纖維水泥基增強復合面層4，待新澆筑的混凝土達到設計強度后，即形成鋼-纖維增強水泥基復合材料組合橋面板。
權利要求
1.一種鋼-纖維增強水泥基復合材料組合橋面板，其特征在干，包括纖維增強復合材料拉擠板(1)，內設鋼筋網片(7)的纖維水泥基增強復合面層(4)和豎向拉結鋼筋(8)，所述的增強復合材料拉擠板(1)具有增加復合材料拉擠板剛度的“U”型凸肋(2)和“U”型凹肋(3)，在纖維增強復合材料拉擠板(1)和纖維水泥基增強復合面層(4)之間設有輕質混凝土層(5)，在輕質混凝土層(5)內設有鋼筋(6)且鋼筋(6)位于“U”型凸肋(2)內，所述豎向拉結鋼筋(8)的一端與鋼筋(6)連接，豎向拉結鋼筋(8)的另一端與纖維水泥基增強復合面層(4)內的鋼筋網片(7)連接。
2.根據權利要求1所述的鋼-纖維增強水泥基復合材料組合橋面板，其特征在干，所述纖維增強復合材料拉擠板(1)由相互連接的纖維增強復合材料拉擠單元板組成，相鄰纖維增強復合材料拉擠單元板的相鄰端為嵌入式連接。
全文摘要
本發明涉及一種鋼-纖維增強水泥基復合材料組合橋面板，包括纖維增強復合材料拉擠板，內設鋼筋網片的纖維水泥基增強復合面層和豎向拉結鋼筋，所述的增強復合材料拉擠板具有增加復合材料拉擠板剛度的“U”型凸肋和“U”型凹肋，在纖維增強復合材料拉擠板和纖維水泥基增強復合面層之間設有輕質混凝土層，在輕質混凝土層內設有鋼筋且鋼筋位于“U”型凸肋內，所述豎向拉結鋼筋的一端與鋼筋連接，豎向拉結鋼筋的另一端與纖維水泥基增強復合面層內的鋼筋網片連接，形成復合剪力鍵，使鋼-纖維增強水泥基復合材料組合橋面板中的纖維水泥基增強復合面層與輕質混凝土層和纖維增強復合材料拉擠板能夠共同工作。
文檔編號E01D19/12GK102561181SQ20121000550
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月10日 優先權日2012年1月10日
發明者吳佳, 張磊, 戴建國, 王文煒 申請人:東南大學