[发明专利]一种FRP预应力体系超高性能混凝土T型梁及其制备方法

说明书

本发明属于土木工程相关技术领域，并公开了一种FRP预应力体系超高性能混凝土T型梁及其制备方法。该T型梁包括：上翼缘、腹板、下翼缘和FRP预应力体系。其中，腹板设置在上翼缘与下翼缘之间，用于连接上下翼缘，上下翼缘的中心设置FRP筋/索，该FRP筋/索作为T型梁的预应力筋；根据施工方式的不同分为整体式梁和节段式梁，其中节段式梁不仅包括上述部件，在其各节段连接截面还布置剪力键。本发明将超高性能混凝土与FRP相结合，充分发挥两种高性能材料优越的力学性能和耐久性，使梁的结构设计更加纤细、轻薄和简洁，解决传统混凝土T型梁在结构设计、耐久性及施工方面的问题，且能够节约结构全生命周期成本，具有长远的经济效益。

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，更具体地，涉及一种FRP预应力体系超高性能混凝土T型梁及其制备方法。

背景技术

传统钢筋混凝土结构自重大，跨越能力有限，施工工艺比较复杂、生产周期较长，而且普通混凝土的抗裂性差，容易产生裂缝，这使得布置在混凝土内部的钢筋不能得到有效地保护而产生钢筋锈蚀问题，进而影响结构的性能。为了能够彻底的解决上述问题，人们将目光投向新型的高性能材料，其中以超高性能混凝土(Ultra High PerformanceConcrete，简称UHPC)和纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer，简称FRP)两种材料最为突出。

超高性能混凝土是采用最大堆积密度理论，利用毫米级的细骨料，微米级的胶凝材料和亚微米级的硅灰形成致密堆积，最后掺入钢纤维，得到的具有超高强度、韧性和耐久性的一种水泥基复合材料。与普通混凝土结构相比，由于超高性能混凝土具有超高强度和韧性，因此可以将结构构件设计的更加纤细、轻薄和简洁，显著降低结构的材料用量，有效地减小了结构的自重，不仅提升了结构的跨越能力而且有利于现场施工。此外，超高性能混凝土的抗碳化、抗氯离子渗透和抗化学腐蚀能力相比于普通混凝土也有显著的提高，这使得UHPC结构具有超高的耐久性，因此UHPC特别适合用于桥梁结构、抗爆结构、薄壁结构以及在高腐蚀环境下构造物的建造。

FRP是由高性能纤维丝、树脂和添加剂等材料经过特殊的加工工艺复合而成，因其具有抗拉强度高、质量轻、耐腐蚀和抗疲劳性能优良以及可设计性强等优点，使其在土木工程领域的应用范围越来越广泛，作为预应力混凝土结构中的预应力筋/索就是其中之一。常用作预应力筋/索的FRP种类包括：芳纶纤维(AFRP)、碳纤维(CFRP)、玻璃纤维(GFRP)或混杂纤维。使用FRP筋/索代替传统的高强钢丝、钢绞线作为预应力筋可以有效避免预应力钢筋锈蚀对结构使用功能产生的不利影响。

发明内容

针对现有技术的缺陷或改进需求，本发明提供了一种FRP预应力体系超高性能混凝土T型梁及其制备方法，该T型梁将超高性能混凝土与FRP相结合，利用超高性能混凝土超高的抗压强度，在梁上施加更大的预应力，从而使梁的结构设计更加纤细、轻薄；利用超高性能混凝土的高抗拉强度和受拉应变硬化对梁斜截面抗剪带来的加强，从而省略抗剪腹筋，简化梁的构造；利用FRP筋的高抗拉强度施加预应力；利用超高性能混凝土和FRP筋的强耐久性，提高梁的使用寿命。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种FRP预应力体系超高性能混凝土T型梁，其特征在于，该T型梁包括上翼缘、腹板、下翼缘和FRP预应力体系。其中，所述上翼缘可作为桥面，所述腹板设置在所述上翼缘和下翼缘之间，用于连接所述上翼缘和下翼缘，连接过渡采用直倒角，所述上翼缘的上表面和下表面为水平面，所述下翼缘的上表面为斜平面，所述下翼缘的下表面为水平面。FRP预应力体系包括：FRP筋/索以及与FRP筋/索相适配的锚具，该FRP筋/索作为所述T型梁的预应力筋，布置在所述上翼缘和下翼缘的中心。

进一步优选地，所述T型梁采用掺钢纤维的超高性能混凝土预制；所述FRP筋/索的材质为芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维或混杂纤维；所述T型梁内无需设置抗剪腹筋，除钢纤维外，T型梁内没有钢材参与。

进一步优选地，所述T型梁的总长度小于或等于50m，梁的横截面沿纵向是变截面或等截面。