一种GFRP闭合环筋笼及使用其的混凝土管片

一种gfrp闭合环筋笼及使用其的混凝土管片
技术领域
1.本发明涉及盾构隧道施工技术领域，具体涉及一种gfrp闭合环筋笼及使用其的混凝土管片。


背景技术：

2.随着盾构隧道的不断普及，混凝土管片开始广泛运用在隧道，而传统管片中钢筋在隧道中容易受到腐蚀、疲劳、弯曲等因素的影响，导致隧道结构的安全性受到威胁。随着隧道建设规模的不断扩大和使用年限的逐渐增长，钢筋的维护成本也不断增加，因此需要寻找替代材料来解决这些问题。
3.gfrp筋是由玻璃纤维和树脂等材料组成，具有轻量化、耐腐蚀、高强度、易加工和良好的绝缘性能等优点。与钢筋相比，gfrp筋不易受到腐蚀、疲劳和弯曲等因素的影响，具有更长的使用寿命和更低的维护成本。gfrp筋已经广泛应用于桥梁、码头、建筑、水利等领域，取得了良好的应用效果。其应用范围不断扩大，为盾构隧道管片中钢筋的替代提供了可行的方案。
4.鉴于管片使用过程中由于混凝土开裂或施工造成的钢筋腐蚀、疲劳破坏等引起的钢筋自身强度损失造成的安全问题，提出本发明。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种gfrp闭合环筋笼及使用其的混凝土管片，以解决现有技术中存在的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种gfrp闭合环筋笼，包括：多根纵向环状曲筋和多根横向矩形环状筋；其中，多根所述纵向环状曲筋等间距排列，且每根所述纵向环状曲筋的轴线所处平面相互平行；多根所述纵向环状曲筋套设于多根等间距排列的所述横向矩形环状筋的外部，或多根等间距排列的所述横向矩形环状筋套设于多根所述纵向环状曲筋的外部；多根所述纵向环状曲筋与多根所述横向矩形环状筋交错连接成所述筋笼，在每根所述纵向环状曲筋与每根所述横向矩形环状筋的连接处采用连接件捆扎固定。
7.可选实施例中，每根所述纵向环状曲筋与每根所述横向矩形环状筋均为一体成型的gfrp闭合环状筋。
8.可选实施例中，所述连接件为钢丝网或纤维布，在采用所述连接件缠绕捆扎固定时可在所述连接处添加粘接剂进行胶粘。
9.可选实施例中，当所述纵向环状曲筋套设于所述横向矩形环状筋的外部时，所述纵向环状曲筋的高度大于所述横向矩形环状筋的高度。
10.可选实施例中，当所述横向矩形环状筋套设于所述纵向环状曲筋的外部时，所述横向矩形环状筋的高度大于所述纵向环状曲筋的高度。
11.可选实施例中，在连接所述横向矩形环状筋之前，在所述连接处绑扎竖向箍筋。
12.另一方面，本发明实施例中提供了一种混凝土管片，使用如上所述的gfrp闭合环
筋笼，包括：混凝土浇筑所述筋笼形成所述管片，多个所述管片连接后整体呈弧形，多个所述管片连接后的弧度与所述纵向环状曲筋的弧度相同。
13.可选实施例中，每个所述管片的每个端角处分别设置有一螺栓孔，螺栓穿过所述螺栓孔连接相邻的两个所述管片。
14.可选实施例中，所述筋笼为所述管片的龙骨，所述筋笼的外部覆盖的所述混凝土为混凝土保护层。
15.可选实施例中，每个所述管片均为预制混凝土片。
16.本发明的有益效果在于：
17.(1)该闭合环筋笼主要由多根纵向环状曲筋、多根横向矩形环状筋、竖向箍筋和连接材料(连接件)组成。纵向环状曲筋相当于将传统筋笼的上、下纵向曲筋两端连接起来，形成一个闭合环，横向矩形环状筋相当于将传统的横向直筋两端连接起来，形成一个矩形闭合环，使用以上结构在制作筋笼时减少了“c”型箍筋的参与，首先在横向矩形环状筋固定位置绑扎竖向箍筋，然后只需将纵向环状曲筋、横向矩形环状筋在其十字交叉连接处捆扎连接起来；以上结构设计既能保证筋笼整体结构的强度，又能够满足隧道结构的强度需求。
18.(2)该闭合环筋笼由于纵向环状曲筋和横向矩形环状筋均为gfrp筋，具有耐腐蚀、高强度和易加工等优点，可以有效避免钢筋存在的腐蚀、疲劳和弯曲等问题，有效提高隧道结构的安全性和可靠性，且gfrp筋的使用寿命相对较长，可以有效延长隧道的使用寿命，降低维护成本。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
20.图1为本发明一实施例中提供的gfrp筋混凝土管片纵向剖面图；
21.图2为本发明一实施例中提供的gfrp筋混凝土管片横向剖面图；
22.图3为本发明一实施例中提供的gfrp筋混凝土管片俯视图；
23.图4为本发明一实施例中提供的gfrp纵向曲筋示意图；
24.图5为本发明一实施例中提供的gfrp横向筋示意图；
25.图6为本发明一实施例中提供的gfrp筋笼纵向剖面图；
26.图7为本发明一实施例中提供的gfrp筋笼横向剖面图；
27.图8为本发明一实施例中提供的gfrp筋笼俯视图；
28.图9为本发明一实施例中提供的gfrp筋笼结构立体示意图；
29.图10为本发明一实施例中提供的gfrp筋混凝土管片立体结构示意图；
30.图11为本发明一实施例中提供的gfrp筋混凝土管片连接示意图。
31.其中，附图标记为：
32.1-混凝土保护层，2-纵向环状曲筋，3-横向矩形环状筋，4-螺栓孔，5-连接件，6-闭合环筋笼，7-第一管片，8-第二管片，9-螺栓，10-竖向箍筋。
具体实施方式
33.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
34.需要说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
35.实施例一
36.请参阅附图1-11，本实施例的目的在于提供了一种gfrp闭合环筋笼，包括：多根纵向环状曲筋2、多根横向矩形环状筋3和竖向箍筋10，优选地，每根纵向环状曲筋2与每根横向矩形环状筋3均为一体成型的gfrp闭合环状筋，纵向曲筋和横向筋均由工厂直接预制，均不存在接头(不存在强度损失)，省去现场加工的步骤，避免了gfrp筋不易弯曲的问题。需要指出的是，gfrp筋具有耐腐蚀、高强度和易加工等优点，可以有效避免钢筋存在的腐蚀、疲劳和弯曲等问题，有效提高隧道结构的安全性和可靠性，且gfrp筋的使用寿命相对较长，可以有效延长隧道的使用寿命，降低维护成本。
37.其中，多根纵向环状曲筋2等间距排列，且每根纵向环状曲筋2的轴线所处平面相互平行。本实施例中，在横向矩形环状筋3固定位置即连接处先绑扎竖向箍筋10，多根纵向环状曲筋2套设于多根等间距排列的横向矩形环状筋3的外部，纵向环状曲筋的高度大于横向矩形环状筋的高度，能够较好的实现二者的连接。且优选实施例中，横向矩形环状筋的布置数量为12根，纵向环状曲筋的布置数量为8根。
38.具体地，多根纵向环状曲筋2与多根横向矩形环状筋3交错连接成筋笼，在每根纵向环状曲筋2与每根横向矩形环状筋3的连接处采用连接件5捆扎固定，连接处为十字交叉。连接件为钢丝网或纤维布，在采用连接件缠绕捆扎固定时可在连接处添加粘接剂进行胶粘提高固定强度。如上，连接问题一直是阻碍gfrp筋应用的难点，因gfrp筋材质的原因不能采用焊接方式，而传统绑扎需要较大的连接长度，显然并不适用于一般的gfrp筋连接，本发明由于其gfrp为闭合环形式，其连接节点为十字交叉的形式，较适合绑扎连接，同时也可以添加胶粘连接来增强强度储备，该连接设计即保证了整体结构强度，又能满足隧道结构的强度需求。
39.混凝土管片由混凝土浇筑筋笼形成，每个管片均为预制混凝土片。本实施例中，管片数量为两个，包括第一管片7和第二管片8，第一管片7和第二管片8连接后整体呈弧形，第一管片7和第二管片8连接后的弧度与纵向环状曲筋的弧度相同。
40.本实施例中的gfrp筋皆是在工厂制作成，运输到施工现场进行绑扎连接，减少了gfrp筋加工的步骤，可提高施工效率。值得注意的是，根据隧道管片结构的要求和使用环境，制备符合要求的gfrp筋过程中需要控制好gfrp筋的成型温度、成型压力和成型时间等参数，以保证gfrp筋的质量和强度。
41.其中，第一管片7和第二管片8的每个端角处分别设置有一螺栓孔4，螺栓9穿过螺栓孔4连接第一管片7和第二管片8。值得一提的是，筋笼为龙骨，第一管片7和第二管片8的外部覆盖混凝土，混凝土浇筑覆盖筋笼的多根纵向环状曲筋2和多根横向矩形环状筋3后形成管片，筋笼外部覆盖的混凝土为混凝土保护层1。
42.在组装过程中，先排布好纵向环状曲筋2，然后将横向矩形环状筋3，在固定位置即连接处首先绑扎好竖向箍筋10，然后将其伸入纵向环状曲筋2的内部，排布好之后在二者交叉处进行钢丝网绑扎连接和胶粘连接。之后的步骤同传统混凝土管片，将管片模具中放入制作好的gfrp筋笼中，浇筑混凝土并养护便可得到所需的gfrp筋混凝土管片，如图10所示。
43.实施例二
44.请参阅附图1-11，本实施例的目的在于提供了gfrp闭合环筋笼，包括：多根纵向环状曲筋2、多根横向矩形环状筋3和竖向箍筋10，优选地，每根纵向环状曲筋2与每根横向矩形环状筋3均为一体成型的gfrp闭合环状筋，纵向曲筋和横向筋均由工厂直接预制，均不存在接头(不存在强度损失)，省去现场加工的步骤，避免了gfrp筋不易弯曲的问题。需要指出的是，gfrp筋具有耐腐蚀、高强度和易加工等优点，可以有效避免钢筋存在的腐蚀、疲劳和弯曲等问题，有效提高隧道结构的安全性和可靠性，且gfrp筋的使用寿命相对较长，可以有效延长隧道的使用寿命，降低维护成本。
45.其中，多根纵向环状曲筋2等间距排列，且每根纵向环状曲筋2的轴线所处平面相互平行。本实施例中，在横向矩形环状筋3固定位置绑扎竖向箍筋10，多根等间距排列的横向矩形环状筋套设于多根纵向环状曲筋的外部，横向矩形环状筋的高度大于纵向环状曲筋的高度，能够较好的实现二者的连接。且，横向矩形环状筋的布置数量为12根，纵向环状曲筋的布置数量为8根。
46.具体地，多根纵向环状曲筋2与多根横向矩形环状筋3交错连接成筋笼，在每根纵向环状曲筋2与每根横向矩形环状筋3的连接处采用连接件5捆扎固定，连接处为十字交叉。连接件为钢丝网或纤维布，在采用连接件缠绕捆扎固定时可在连接处添加粘接剂进行胶粘提高固定强度。如上，连接问题一直是阻碍gfrp筋应用的难点，因gfrp筋材质的原因不能采用焊接方式，而传统绑扎需要较大的连接长度，显然并不适用于一般的gfrp筋连接，本发明由于其gfrp为闭合环形式，其连接节点为十字交叉的形式，较适合绑扎连接，同时也可以添加胶粘连接来增强强度储备，该连接设计即保证了整体结构强度，又能满足隧道结构的强度需求。
47.混凝土管片由混凝土浇筑筋笼形成，每个管片均为预制混凝土片。本实施例中，管片数量为两个，包括第一管片7和第二管片8，第一管片7和第二管片8连接后整体呈弧形，第一管片7和第二管片8连接后的弧度与纵向环状曲筋的弧度相同。
48.本实施例中的gfrp筋皆是在工厂制作成，运输到施工现场进行绑扎连接，减少了gfrp筋加工的步骤，可提高施工效率。值得注意的是，根据隧道管片结构的要求和使用环境，制备符合要求的gfrp筋过程中需要控制好gfrp筋的成型温度、成型压力和成型时间等参数，以保证gfrp筋的质量和强度。
49.其中，第一管片7和第二管片8的每个端角处分别设置有一螺栓孔4，螺栓9穿过螺栓孔4连接第一管片7和第二管片8。值得一提的是，筋笼为龙骨，第一管片7和第二管片8的外部覆盖混凝土，混凝土浇筑覆盖筋笼的多根纵向环状曲筋2和多根横向矩形环状筋3后形
成管片，筋笼外部覆盖的混凝土为混凝土保护层1。
50.在组装过程中，先排布好纵向环状曲筋2，在横向矩形环状筋3连接处首先绑扎竖向箍筋10，然后将横向矩形环状筋3套入纵向环状曲筋2的外部，排布好之后在二者交叉处进行钢丝网绑扎连接和胶粘连接。之后的步骤同传统混凝土管片，将管片模具中放入制作好的gfrp筋笼中，浇筑混凝土并养护便可得到所需的gfrp筋混凝土管片，如附图10所示。
51.本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种gfrp闭合环筋笼，其特征在于，包括：多根纵向环状曲筋和多根横向矩形环状筋；其中，多根所述纵向环状曲筋等间距排列，且每根所述纵向环状曲筋的轴线所处平面相互平行；其特征在于，多根所述纵向环状曲筋套设于多根等间距排列的所述横向矩形环状筋的外部，或多根等间距排列的所述横向矩形环状筋套设于多根所述纵向环状曲筋的外部；多根所述纵向环状曲筋与多根所述横向矩形环状筋交错连接成所述筋笼，在每根所述纵向环状曲筋与每根所述横向矩形环状筋的连接处采用连接件捆扎固定。2.如权利要求1所述的gfrp闭合环筋笼，其特征在于，每根所述纵向环状曲筋与每根所述横向矩形环状筋均为一体成型的gfrp闭合环状筋。3.如权利要求1所述的gfrpgfrp闭合环筋笼，其特征在于，所述连接件为钢丝网或纤维布，在采用所述连接件缠绕捆扎固定时可在所述连接处添加粘接剂进行胶粘。4.如权利要求1所述的gfrp闭合环筋笼，其特征在于，当所述纵向环状曲筋套设于所述横向矩形环状筋的外部时，所述纵向环状曲筋的高度大于所述横向矩形环状筋的高度。5.如权利要求1所述的gfrp闭合环筋笼，其特征在于，当所述横向矩形环状筋套设于所述纵向环状曲筋的外部时，所述横向矩形环状筋的高度大于所述纵向环状曲筋的高度。6.根据权利要求1所述的gfrp闭合环筋笼，其特征在于，在连接所述横向矩形环状筋之前，在所述连接处绑扎竖向箍筋。7.一种混凝土管片，使用如权利要求1-6任一项所述的gfrp闭合环筋笼，其特征在于，包括：混凝土浇筑所述筋笼形成所述管片，多个所述管片连接后整体呈弧形，多个所述管片连接后的弧度与所述纵向环状曲筋的弧度相同。8.根据权利要求6所述的混凝土管片，其特征在于，每个所述管片的每个端角处分别设置有一螺栓孔，螺栓穿过所述螺栓孔连接相邻的两个所述管片。9.根据权利要求7所述的混凝土管片，其特征在于，所述筋笼为所述管片的龙骨，所述筋笼的外部覆盖的所述混凝土为混凝土保护层。10.根据权利要求8所述的混凝土管片，其特征在于，每个所述管片均为预制混凝土片。

技术总结
本发明涉及盾构隧道施工技术领域，提供了一种GFRP闭合环筋笼及使用其的混凝土管片。包括：多根纵向环状曲筋和多根横向矩形环状筋；其中，多根纵向环状曲筋等间距排列，且每根纵向环状曲筋的轴线所处平面相互平行；在横向矩形筋连接前，在连接处首先绑扎固定竖向箍筋；多根纵向环状曲筋套设于多根等间距排列的横向矩形环状筋的外部，或多根等间距排列的横向矩形环状筋套设于多根纵向环状曲筋的外部；多根纵向环状曲筋与多根横向矩形环状筋交错连接成筋笼。有益效果在于：使用以上结构在制作筋笼时减少了“C”型箍筋的参与，只需将纵向环状曲筋、横向矩形环状筋在连接处捆扎，既能保证筋笼的结构强度，又能增强管片性能满足隧道结构的强度需求。结构的强度需求。结构的强度需求。


技术研发人员：陈安 孙静 唐海峰
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：2023.07.05
技术公布日：2023/8/24