一种集簇式连接的装配式FRP-UHPC组合结构及施工方法

本发明属于结构工程，尤其涉及一种集簇式连接的装配式frp-uhpc组合结构及施工方法。

背景技术：

1、近年来，在环保和人力成本压力不断加大、城镇化及房地产产业发展的推动下，装配式建筑进入高速发展及创新期，这时需要发展大量的新型装配式构件以及新型的施工方法以提高装配式建筑的施工效率，促进装配式建筑的推广并提高其安全适用性。

2、装配式型钢-混凝土组合结构具有承载力高、刚度较大的性能优势，在桥梁工程中应用广泛。其中连接钢螺栓剪力件具有稳定可靠的性能，较高的抗剪能力以及较大的抗剪刚度(特别是高强螺栓)，使得其具有较大的应用空间。此外，螺栓的特殊结构形式使其能满足装配化施工的各项要求，被广泛应用于快速化桥梁施工领域，并且有利于老旧结构物的更换，因此在欧美等发达国家应用较为广泛。随着我国对城市桥梁快速化施工的需求日益旺盛，该类剪力件的社会效益以及经济价值日益浮现，并受到越来越多的关注。然而，采用传统的均布式螺栓连接钢-混凝土组合结构，由于适用于单螺栓的预留孔道较小，且存在制作误差，容易导致组合结构现场安装困难、精度要求高的问题。因而，采用预留槽的方式替换预留孔，通过模块化的螺栓群连接，有效降低螺栓孔对接施工精度要求。

3、另一方面，钢材在海洋湿热环境下，容易造成锈蚀和性能退化。作为新兴建筑材料，纤维增强复合材料(fibre-reinforcedpolymer，简称frp)具有耐腐蚀性强、轻质高强、可设计性优等材性优势。因此，将具有优越力学性能性的frp材料代替钢材运用于沿海/海洋基础设施的建设，不仅可以提升结构的耐久性，还可以与丰富的海水海砂资源结合利用，提高经济效益。而且在预制frp梁与混凝土板组合结构中，螺栓剪力件的使用很好地解决了在frp梁上无法焊接的问题。

4、高抗拉强度的frp材料组合超高性能混凝土(ultra-highperformance concrete，简称uhpc)，能有效提高材料利用效率，发展成高性能组合结构。uhpc是一种具有耐久性好、抗压、拉强度及弹性模量高等特点的工程材料。uhpc的出现能使构件很大程度地轻量化以便于运输安装，且使得土木工程应对各种严苛环境的新型结构得以实现。

5、因此，探索和研究一种抗腐耐用、施工便利且能有效发挥frp-uhpc材料优势的预制组合结构，具有显著的工程价值和研究意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种集簇式连接的装配式frp-uhpc组合结构及施工方法，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种集簇式连接的装配式frp-uhpc组合结构及施工方法，包括uhpc预制板，所述uhpc预制板上等间距开设有若干剪力槽，所述uhpc预制板底部通过增强粘结防护器安装有frp梁，所述frp梁顶面等间距安装有若干集簇式连接组件，所述集簇式连接组件与所述增强粘结防护器相适配，所述连接组件位于所述剪力槽内。

3、优选的，所述集簇式连接组件包括与所述frp梁顶面可拆卸连接的若干抗剪高强螺栓，所述抗剪高强螺栓位于所述剪力槽内，所述增强粘结防护器套设在所述高强螺栓外侧且底部与所述frp梁抵接。

4、优选的，所述剪力槽内固接有frp筋网，所述frp筋网位于任意两个所述抗剪高强螺栓之间。

5、优选的，所述frp梁为一体式结构，所述frp梁顶部开设有若干圆孔，所述圆孔与所述抗剪高强螺栓相适配。

6、优选的，所述抗剪高强螺栓上安装有紧固组件，所述紧固组件位于所述圆孔两侧，所述紧固组件和所述圆孔之间抵接有高强frp垫片，所述紧固组件包括位于所述圆孔顶部的高强frp螺母和底部的高强frp螺纹套筒。

7、优选的，所述增强粘结防护器内侧为弹性橡胶层，外侧为frp层。

8、优选的，所述frp梁的数量不少于一组。

9、优选的，所述frp梁的横截面可根据情况设计为工字形、t字型、π型、箱型或者梯形。

10、优选的，一种集簇式连接的装配式frp-uhpc组合结构的施工方法，包括以下步骤：

11、s1：将frp梁放置于对应位置安装固定；

12、s2：按照设计间距安装抗剪高强螺栓；

13、s3：将增强粘结防护器安装在抗剪高强螺栓上；

14、s4：将uhpc预制板通过增强粘结防护器放置于对应位置；

15、s5：uhpc浇筑剪力槽。

16、优选的，相邻两组所述frp梁采用凹凸槽套接灌胶并外粘纵向纤维布的方式进行连接。

17、本发明公开了以下技术效果：

18、1.本发明提供的一种集簇式连接的装配式frp-uhpc组合结构及施工方法，能够充分利用frp、uhpc和高强螺栓材料的特性及优点，使构件具有较高的安全性、轻量化和经济性的同时，解决了锈蚀的风险，提高了结构的耐久性，用于沿海工程或岛礁工程效果更为突出；

19、2.与常规预制组合结构相比，本发明通过采用剪力槽替换螺栓孔，由于模块化的螺栓群连接，极大程度降低了装配式建筑对施工精度的要求和极大程度提高了施工效率，有利于推广装配式建筑的使用；

20、3.与常规预制组合结构相比，本发明通过在高强螺栓外设置增强粘结防护器，减少吊车施工过程中的安全隐患，也能起到保护连接组件在吊装过程中不被磕碰的作用；同时保护钢材螺栓的海洋环境腐蚀，且增强frp与uhpc界面粘结性能，增强组合结构协同工作，提高力学性能；

21、4.与常规预制组合结构相比，本发明通过采用连接组件，当uhpc预制板或frp梁受损破坏时，可通过拆除板间湿接缝处混凝土frp梁上的安装螺母实现构件分离和可更换破坏的部分，实现构件节能再利用，极大程度降低了维护成本，能够促进装配式建筑的推广应用。

技术特征：

1.一种集簇式连接的装配式frp-uhpc组合结构，其特征在于：包括uhpc预制板(2)，所述uhpc预制板(2)上等间距开设有若干剪力槽(5)，所述uhpc预制板(2)底部通过增强粘结防护器(4)安装有frp梁(1)，所述frp梁(1)顶面等间距安装有若干集簇式连接组件，所述集簇式连接组件与所述增强粘结防护器(4)相适配，所述连接组件位于所述剪力槽(5)内。

2.根据权利要求1所述的集簇式连接的装配式frp-uhpc组合结构，其特征在于：所述集簇式连接组件包括与所述frp梁(1)顶面可拆卸连接的若干抗剪高强螺栓(3)，所述抗剪高强螺栓(3)位于所述剪力槽(5)内，所述增强粘结防护器(4)套设在所述高强螺栓(3)外侧且底部与所述frp梁(1)抵接。

3.根据权利要求2所述的集簇式连接的装配式frp-uhpc组合结构，其特征在于：所述剪力槽(5)内固接有frp筋网(6)，所述frp筋网(6)位于任意两个所述抗剪高强螺栓(3)之间。

4.根据权利要求2所述的集簇式连接的装配式frp-uhpc组合结构，其特征在于：所述frp梁(1)为一体式结构，所述frp梁(1)顶部开设有若干圆孔，所述圆孔与所述抗剪高强螺栓(3)相适配。

5.根据权利要求4所述的集簇式连接的装配式frp-uhpc组合结构，其特征在于：所述抗剪高强螺栓(3)上安装有紧固组件，所述紧固组件位于所述圆孔两侧，所述紧固组件和所述圆孔之间抵接有高强frp垫片，所述紧固组件包括位于所述圆孔顶部的高强frp螺母和底部的高强frp螺纹套筒。

6.根据权利要求1所述的集簇式连接的装配式frp-uhpc组合结构，其特征在于：所述增强粘结防护器(4)内侧为弹性橡胶层(4-1)，外侧为frp层(4-2)。

7.根据权利要求1所述的集簇式连接的装配式frp-uhpc组合结构，其特征在于：所述frp梁(1)的数量不少于一组。

8.根据权利要求1所述的集簇式连接的装配式frp-uhpc组合结构，其特征在于：所述frp梁(1)的横截面可根据情况设计为工字形、t字型、π型、箱型或者梯形。

9.一种集簇式连接的装配式frp-uhpc组合结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的集簇式连接的装配式frp-uhpc组合结构的施工方法，其特征在于：相邻两组所述frp梁(1)采用凹凸槽套接灌胶并外粘纵向纤维布的方式进行连接。

技术总结
本发明公开一种集簇式连接的装配式FRP‑UHPC组合结构及施工方法，包括UHPC预制板，UHPC预制板上等间距开设有若干剪力槽，UHPC预制板底部通过增强粘结防护器安装有FRP梁，FRP梁顶面等间距安装有若干集簇式连接组件，集簇式连接组件与增强粘结防护器相适配，连接组件位于剪力槽内。本发明能够充分利用FRP和UHPC材料的特性及优点，使构件具有较高的安全性、耐久性和经济性的同时，解决了锈蚀的风险，提高了结构的耐久性，用于沿海工程或岛礁工程效果更为突出。

技术研发人员：曾岚,李柏钦,钟炜睿,黄耀杰,刘祖瑞,方壮城
受保护的技术使用者：暨南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12