[发明专利]一种结构用组合式FRP箱形型材

说明书

技术领域

本发明属于工程结构技术领域，具体涉及一种结构用组合式FRP箱形型材。

背景技术

由于钢筋锈蚀所导致的基础设施耐久性严重下降，造成了巨大的经济损失。提高基础设施耐久性是世界各国经济和社会发展面临的重要问题。纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer，简称FRP）的出现，为提升基础设施耐久性带来了希望。与传统的钢材、钢筋和混凝土等结构材料相比，FRP材料具有优异的耐腐蚀性能、较高的比强度、比模量和较好的抗疲劳性能等显著优点。

在FRP型材-混凝土组合结构中，FRP型材不仅可以作为混凝土结构的模板，还能作为组合梁的抗弯增强材料，在提高混凝土结构耐久性的同时也可提升结构的安全性能，因而在恶劣环境中使用时FRP型材-混凝土组合结构的性能优势更为明显。已有研究表明，FRP型材-混凝土组合结构能够较为充分的发挥FRP材料的轻质高强、耐腐蚀的优点以及混凝土高抗压强度的优势，具有高耐久、重量轻、施工快速和耐疲劳等优点，是一种极具应用潜力的结构形式。

在一些大型的采用复合材料型材的建筑和桥梁结构中，经常需要一些截面尺寸较大的FRP型材。然而，现有的拉挤成型技术在成型大尺寸（截面高度大于1m）的FRP型材时仍具有一定的技术难度。另一方面，大尺寸FRP型材的拉挤成型模具也十分昂贵。这在一定程度上限制了FRP型材-混凝土组合材料的推广应用，因而亟待研究大截面尺寸FRP型材及其制造方法。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供了一种结构用组合式FRP箱形型材，该型材制作简便，易操作，同时具有较强的可设计性，技术效果突出。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种结构用组合式FRP箱形型材，所述组合式FRP箱形型材包括由至少两个标准型材和两块板材组成的重复单元，所述标准型材的形状为槽形、工字形或箱形；两个标准型材并排间隔设置，两个标准型材的顶板、底板与两块板材固定连接以使重复单元的截面呈箱形。

具体的，所述标准型材的顶板和底板通过螺栓和/或环氧胶粘结的界面方式与两块板材固定连接。

所述组合式FRP箱形型材层数为两层以上时，上下层标准型材宜上下对齐放置。即腹板上下对齐放置，同时应对悬空的翼缘板作局部下挠验算，以保证同一层左、右两个标准型材之间的净距不宜过大。

所述标准型材与板材的接触面应设计为粗糙毛面，施工时在接触面的法线方向施加0.1－0.5MPa的均布压力，以增加各部件之间的粘结力。

所述标准型材和板材由纤维材料制成，所述纤维材料为玻璃纤维（GFRP）、芳纶纤维（AFRP）、碳纤维（CFRP）和玄武岩纤维（BFRP）中的一种或两种以上。标准型材和板材在制作过程中，所采用的成型树脂可以是不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂或环氧树脂等。

本发明基于叠加原理和组合界面的无滑移理论，考虑建筑工业化对结构构件的标准化模数化要求，将截面尺寸和惯性矩相对较小的FRP拉挤标准型材（型材尺寸符合一定的模数要求）和FRP拉挤板材通过螺栓和/或环氧胶粘结的方式拼接形成截面尺寸和惯性矩更大的组合式FRP箱形型材，组合式FRP箱形型材的截面可以为箱形、多箱形以及多层多箱形等截面形式。所述截面尺寸和惯性矩相对较小的FRP拉挤标准型材和FRP拉挤板材需要预先经过合理的设计，使得组合式FRP箱形型材能够满足受弯构件强剪弱弯的要求。组合后所得的组合式FRP箱形型材各部件之间应能够协同工作，共同受力。本发明组合式FRP箱形型材组合方式灵活、能够实现较大的截面尺寸，结构耐久性高，制作过程简便，易操作，同时具有较强的可设计性，技术效果突出，可以较为有效的克服目前大尺寸FRP型材拉挤成型难度大的问题，有利于大截面尺寸的FRP型材结构及其与混凝土组合结构在公路桥梁结构中的推广应用。此外，建筑工业化的需求要求构件尽可能的标准化、模数化，本发明提出的组合式FRP箱形型材的思路符合了建筑工业化的上述要求，减少了拉挤产品的种类，从而可以减少拉挤型材模具的数量和种类，降低成本，提高生产效率。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1）采用预先设计的截面尺寸和惯性矩相对较小FRP拉挤标准型材和FRP拉挤板材通过通过螺栓和/或环氧胶粘结的方式拼接形成截面尺寸和惯性矩更大的组合式FRP箱形型材。

2）可以灵活的组合形成箱形和工字形等受力更加合理的截面形式，节省拉挤成型的模具成本。

3）制作过程简便，易操作，同时具有较强的可设计性，克服目前大尺寸FRP型材拉挤成型难度大的问题。