[发明专利]具有混凝土防护层的构件的控裂方法

说明书

本发明公开了具有混凝土防护层的构件的控裂方法。对于大跨度结构、地下结构、海工结构和滨海结构等的工程结构的构件而言，其保护层混凝土的最大裂缝宽度通常具有严格的限制。本发明提出新型的具有混凝土防护层的构件的控裂方法，通过较少的混凝土保护层材料即可满足裂缝控制要求，从而大幅降低构件自重。本发明的混凝土防护层在有效控裂的基础上同时作为防火层和防腐层。与传统方法相比，本发明所采用的混凝土防护层的材料能有效提升混凝土防护层与构件材料之间的协同变形能力和构件力学性能，可有效缓解普通混凝土开裂导致的界面应力集中而产生的构件材料‑混凝土防护层脱粘问题。

技术领域

本发明专利属于结构构件防护及控裂方法技术领域。

背景技术

在工程结构中，为确保构件的安全性和服役寿命，需要进行耐久性、耐火性等的防护。然而现有的防护主要采用外包钢筋混凝土的方式。该方法具有一定的效果并获得了工程实践的认可。然而，对于大跨度结构、地下结构、海工结构和滨海结构等的工程结构的构件而言，其保护层混凝土的最大裂缝宽度通常具有严格的限制(如≤0.2mm，甚至≤0.1mm)。对于传统的混凝土防护层而言，为满足裂缝宽度的限制，通常需要大幅提升配筋率和增大混凝土用量，从而导致结构构件自重较大，成本较高。对于一些特殊工况的大跨度构件而言，由于混凝土防护层的自重荷载过大，甚至出现难以通过常规的方法来满足裂缝宽度要求的困境。针对以上技术需求，本发明提出新型的具有混凝土防护层的构件的控裂方法，通过较少的混凝土保护层材料即可满足裂缝控制要求，并有效减少构件自重。

发明内容

本发明的目的在于提供具有混凝土防护层的构件的控裂方法。为此，本发明采用以下技术方案：

具有混凝土防护层的构件的控裂方法，其特征是，所述的具有混凝土防护层的型材构件由构件部分和设在构件部分外部的混凝土防护层构成；所述的具有混凝土防护层的构件的控裂方法，包括以下步骤(如图1所示)：

S001：选择使用的型材及防护层混凝土，根据荷载和边界条件设计符合承载力要求的构件；

S002：计算最大使用荷载下所述构件的受拉区边缘的最大应变ε_f；

S003：通过判别式进行裂缝验算，0.5≤w_mean(ε_f)(-lnP)^1/k/[w_maxΓ(1+1/k)]≤1，其中，w_mean(ε_f)为所述的混凝土防护层的材料在拉伸应变为ε_f时的平均裂缝宽度，w_max为所述的具有混凝土防护层的型材构件设计容许的最大裂缝宽度，k为所述的混凝土防护层的材料在拉伸荷载下的裂缝宽度的韦氏模数(Weibull modulus)，Γ(1+1/k)为1+1/k的Γ函数，P为概率参数；如果裂缝验算满足判别式则完成，如果裂缝验算不满足判别式，返回步骤S001。

需要指出的是，当w_mean(ε_f)(-lnP)^1/k/[w_maxΓ(1+1/k)]＜0.5时，所设计的构件仍然符合承载力要求，且混凝土防护层的材料的最大裂缝宽度仍然小于设计容许的最大裂缝宽度。在该情况下，与0.5≤w_mean(ε_f)(-lnP)^1/k/[w_maxΓ(1+1/k)]≤1的情况相比，构件所需的材料用更大或者所需的材料性能更高，因此经济性欠佳。

在采用上述技术方案的基础上，本发明还可采用以下进一步的技术方案：

当所述构件为型材构件时，所述的型材为钢型材和纤维增强复合材料(FiberReinforced Polymer，FRP)型材中的一种或两种；所述的型材的横截面选择范围包括：H型、U型、L型、T型、十字交叉H型、方型、矩型、圆型、椭圆型。