[发明专利]一种高耐久性配筋式永久性模板、混凝土结构构件及设计、制造方法

权利要求书

1.一种高耐久性配筋式永久性模板，其特征是，所述的高耐久性配筋式永久性模板由面板(1)和连接件(2)组成；所述面板具有第一连接部位，所述连接件具有第二连接部位，所述的第二连接部位可以与拼合后两块面板的第一连接部位扣合，且所述连接件处在拼合后两块面板的浇筑界面这一侧并与两块面板的第一连接部位相叠，所述面板的浇筑界面设有第一凸起，所述连接件的浇筑界面有第三凸起；所述面板和连接件选用超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)制作，所述面板和连接件内部有用于代替使用所述永久性模板浇筑的混凝土结构构件中增强筋的增强筋，所述增强筋包括有钢筋。

2.根据权利要求1所述的一种高耐久性配筋式永久性模板，其特征是，面板的第一连接部位设置扣合用的凹槽，连接件的第二连接部位设置扣合用的第二凸起。

3.根据权利要求2所述的一种高耐久性配筋式永久性模板，其特征是，面板第一连接部位的凹槽深度和所述连接件的第二凸起高度为所述面板在不与连接件相叠部分中的最小厚度(t₁)的15％～40％；所述面板的第一凸起和所述连接件的第三凸起高度为5～30mm。

4.根据权利要求1所述的一种高耐久性配筋式永久性模板，其特征是，所述连接件的增强筋中的受力主筋的两端不被超高韧性水泥基复合材料所包裹，其两端外露长度均为50～200mm。

5.根据权利要求1所述的一种高耐久性配筋式永久性模板，其特征是，所用的超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)，其拉应变能力达到1％以上，极限拉应变下裂缝宽度小于50～150μm。

6.根据权利要求1所述的一种高耐久性配筋式永久性模板，其特征是，所述面板的第一连接部位有一个或多个；所述面板和连接件直接扣合或再通过粘结剂粘合组成所需尺寸和形状的模板。

7.一种混凝土结构构件，其特征在于它包括使用权利要求1所述永久性模板浇筑混凝土而成的形状主体，永久性模板在形状主体的混凝土浇筑凝结后与形状主体连为一体，形状主体中不含增强筋。

8.权利要求1所述高耐久性配筋式永久性模板的设计方法，其特征是，面板的第一连接部位设置扣合用的凹槽，连接件的第二连接部位设置扣合用的第二凸起；

所述的设计方法包括以下步骤：

1)确定所使用永久性模板的面板和连接件面积、数量和形式，使之与所需浇筑的混凝土结构构件形状主体相适配；

2)确定所述面板在不与连接件相叠部分的最小厚度(t₁)，使得使用所述模板的结构达到抗弯极限承载力(M)时，所述面板最大裂缝宽度满足目标宽度(w_max)；

所述面板的最小厚度(t₁)由下式确定：

fy1As1+σUHbt1=ϵcuϵcu+ϵUHfcbh(1-13ϵ0ϵcu)M=(fy1As1+σUHbt1)(h-t12-fy1As1+σUHbt12fcb)-fy1As1(m1-t12)]]>

3)在已确定的所述面板最小厚度(t₁)的基础上，确定使用所述模板的结构满足目标抗弯极限承载力所需的面板最小配筋(f_y1A_s1)；

所述最小配筋(f_y1A_s1)由下述两式的任意一个确定：

fy1As1+σUHbt1=ϵcuϵcu+ϵUHfcbh(1-13ϵ0ϵcu)]]>

M=(fy1As1+σUHbt1)(h-t12-fy1As1+σUHbt12fcb)-fy1As1(m1-t12)]]>

4)令所述连接件的厚度(t₂)与所述面板不与连接件相叠部分的最小厚度(t₁)相等，即t₂＝t₁，使得使用所述模板的结构达到抗弯极限承载力时，所述连接件最大裂缝宽度同样满足目标宽度(w_max)；

5)在已确定的所述连接件厚度(t₂)的基础上，确定使用所述模板的结构满足目标抗弯极限承载力所需的连接件最小配筋(f_y2A_s2)；

所述最小配筋(f_y2A_s2)由下式确定：

M=(fy2As2+σUHbt2)(h-t1-t22-fy2As2+σUHbt22fcb)-fy2As2(m2-t22)]]>

以上公式中，ε_UH是所述面板所用超高韧性水泥基复合材料直接拉伸情况下稳态开裂阶段达到目标裂缝宽度(w_max)的最大应变，σ_UH是所述超高韧性水泥基复合材料直接拉伸情况下最大应变ε_UH所对应的应力，b是所述面板的宽度，h是永久性模板在形状主体的混凝土浇筑凝结后与形状主体一同形成的构件的高度，m₁是所述面板的增强筋中的受力主筋型心距处于面板浇筑界面对面的那一面的距离，f_c是所浇筑的混凝土抗压强度，ε₀是所述混凝土压应力达到f_c时所对应的压应变，εcu是所述混凝土的极限压应变，f_y1是所述面板的受力主筋的屈服应力，A_s1是所述面板的受力主筋的截面积之和；f_y2是所述连接件的受力主筋的屈服应力，A_s2是所述连接件的受力主筋的截面积之和，m₂是所述连接件的受力主筋型心距连接件不计第二凸起部分的面向面板的这一面的距离；

6)选择确定所述面板和连接件表面的第一凸起高度和凹槽深度、所述连接件的增强筋中的受力主筋的两端外露长度参数。