[发明专利]一种纤维塑料－钢组合梁

说明书

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种纤维塑料-钢组合梁。

背景技术

在桥梁工程中，传统的型钢主梁长期处于暴露性环境中，钢材容易锈蚀，尤其当桥梁处于海港、码头等侵蚀性环境中，常常会因为钢材锈蚀而影响结构的使用性能、耐久性和安全性，从而造成重大的安全隐患。为了解决这一问题，可以采用纤维增强塑料(以下简称FRP)型材取代传统的钢梁。

FRP型材是由纤维和基体材料按一定比例混合并经过一定工艺(如拉挤、模压、手糊等)复合制成的工形、槽型或箱形型材。其单向受力性能好、质量轻、抗腐蚀且抗疲劳性能好，常作为强腐蚀环境下建筑或桥梁的结构用料。但FRP材料刚度较低，碳纤维增强材料(CFRP)弹性模量约为钢材的70％，玻璃纤维增强材料(GFRP)的弹性模量仅为钢材的1/10～1/4。另外，与传统结构材料不同，FRP材料通常表现为各向异性，纤维方向的抗拉强度比抗压强度高30％，剪切强度、层间拉伸强度仅为其抗拉强度的5～20％。因此，全FRP构件的破坏常始于受压区FRP材料的压坏，其延性较差，破坏带有突然性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗腐蚀性能好、承载能力高、刚度大、自重轻及延性好的纤维塑料-钢组合梁。

本发明提出的纤维塑料-钢组合梁，由压型钢板1、纤维增强塑料箱梁2组成，压型钢板1为由顶板和顶板端部的加强肋相连组成的槽形结构，箱梁2为由上翼缘3、下翼缘4和两侧腹板5两两相连组成的箱形结构，其结构如图1所示，其中，压型钢板1的顶板位于上翼缘3顶部，两加强肋分别连接两腹板5。下翼缘4采用玻璃纤维预浸料和碳纤维预浸料交替叠合而成，上翼缘3采用玻璃纤维预浸料叠合而成，腹板5采用玻璃纤维预浸料叠合而成。其中，上翼缘3、下翼缘4处的预浸料纤维方向为0°和90°，90°向纤维含量约为0°向纤维含量的1/3～1/6，90°向纤维过少有可能导致箱梁表面出现纵向裂纹。腹板5处预浸料纤维方向为±45°，以提高腹板的抗剪能力。模压工艺中注入模具的树脂可选用不饱和聚酯。此外，为保证压型钢板与FRP材料的协同受力，还可结合压痕、开洞等措施对压型钢板进行表面处理，以提高钢板和FRP材料的组合作用。

本发明使用时将槽形压型钢板置于构件的受压区，并采用由纤维增强塑料组成的箱梁包覆压型钢板，通过模压工艺制作，整体一次成型。

本发明根据钢材和FRP材料的性能特点，将钢材和FRP材料结合在一起并协同受力，钢材能提高组合构件的模量和强度。在较小的弯矩作用下，组合梁处于弹性阶段，钢材与FRP材料的应变相同，压型钢板与FRP材料共同承担构件荷载。随着应变继续增大，压型钢板进入塑性变形阶段(应变大于0.0015)，截面应力重新分布，外荷载转而主要由FRP材料承担，构件产生较大的变形。最后，箱梁上翼缘处FRP材料达到其极限应变值，构件破坏。综上所述，纤维塑料-钢组合梁具有较高的强度和弹性模量，并具有优良的塑性变形能力。

本发明的优点在于：抗腐蚀性能好，构件自重轻，刚度高，延性好。并且本发明结构简单，梁自重与钢型材相比大大降低。适用于强腐蚀性环境地区的结构物及简支梁桥的建造。

附图说明

图1为本发明横截面示意图。

图2为本发明三维示意图。

图中标号：1为压型钢板，2为箱梁，3为上翼缘，4为下翼缘，5为腹板。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。

实施例1，压型钢板1为由顶板和两加强肋相连组成的槽形结构，槽形压型钢板1可在工厂预先制作，可根据实际需要确定其横截面尺寸并选择是否进行压痕处理。箱梁2为由上翼缘3、下翼缘4和两侧腹板5两两相连组成的箱形结构，压型钢板的顶板位于上翼缘3顶部，两加强肋分别连接两腹板5。下翼缘4由玻璃纤维预浸料和碳纤维预浸料交替叠合而成，上翼缘3由玻璃纤维预浸料叠合而成，腹板5由玻璃纤维预浸料叠合而成。将玻璃纤维预浸料、碳纤维预浸料按照设计纤维铺层顺序放入模具，在槽形压型钢板1表面涂布环氧树脂后将其埋入上翼缘内玻璃纤维预浸料中。作为腹板5处的玻璃纤维预浸料纤维方向为+45°，而上、下翼缘处的玻璃纤维预浸料纤维方向为0°和90°，90°向纤维含量约为0°向纤维含量的1/3～1/6。注入树脂，闭合模具，模具间的空隙就是制品所规定的厚度，然后边加压、边固化，使材料恰好填充间隙。加压方式可采用空气袋等简易装置(压力约1.4～2.5个大气压)加压，或者仅把模具夹紧。待树脂熟化完全后拆模即得本发明。