和充分利用，從而獲得合理、輕質(zhì)、全面性能優(yōu)良的超高性能混凝土井蓋結(jié)構(gòu)。超高性能混凝土檢查井蓋很好地解決了破損、耐久性等問(wèn)題，全面性能顯著優(yōu)于高強(qiáng)鋼纖維混凝土和聚合物基復(fù)合材料檢查井蓋。與鑄鐵檢查井蓋相比，生產(chǎn)制造超高性能混凝土檢查井蓋，可有效地降低二氧化碳排放、能耗以及檢查井蓋的壽命周期成本，社會(huì)效益顯著。運(yùn)用本發(fā)明設(shè)計(jì)制作的超高性能混凝土檢查井蓋(井蓋和井座)，力學(xué)性能(承載能力/重量比和韌性)可以達(dá)到球墨鑄鐵檢查井蓋的水平，以及標(biāo)準(zhǔn)對(duì)C250和D400等級(jí)的要求，耐久性、防盜、抗滑等特性則全面優(yōu)于鑄鐵檢查井蓋，預(yù)期是全面性能最佳的檢查井蓋，市場(chǎng)前景廣闊。
【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1為本發(fā)明一種超高性能混凝土檢查井蓋的井蓋最不利靜態(tài)承載狀態(tài)和井蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的初始平板井蓋剖面示意圖
圖2為本發(fā)明一種超高性能混凝土檢查井蓋的井蓋結(jié)構(gòu)剖面示意圖；
圖3為本發(fā)明一種超高性能混凝土檢查井蓋的直承式井座結(jié)構(gòu)剖面示意圖；
圖4為本發(fā)明一種超高性能混凝土檢查井蓋的自調(diào)式井座結(jié)構(gòu)剖面示意圖；
圖5為本發(fā)明一種超高性能混凝土檢查井蓋與井座結(jié)合示意圖。
[0033]圖中:
1_井蓋；2-井座；3_超尚性能混凝土 ；4-鋼筋；5_進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的井蓋下表面曲面；6-進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化前的井蓋下表面平面；7_鋼筋增強(qiáng)超高性能混凝土層(HRUHPC)。
【具體實(shí)施方式】
[0034]—種超高性能混凝土檢查井蓋，該檢查井蓋的井蓋I與井座2采用超高性能混凝土 3與鋼筋4制成，井蓋與井座分別用含鋼纖維、聚合物纖維或礦物纖維一次澆筑成型；井蓋I上表面為平面、下表面為曲面5的圓形井蓋結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)鋼筋4設(shè)在井蓋下部，與下表面曲面平行。井蓋下表面曲面5的形狀是根據(jù)井蓋最不利靜態(tài)承載狀態(tài)和按最小重量?jī)?yōu)化獲得；圓形井蓋中心最厚，向邊緣逐漸減薄，接近井蓋邊緣支撐面再逐漸增加厚度，以滿足要求的井蓋嵌入深度。
[0035]井座尺寸與井蓋相適配，結(jié)構(gòu)形式分為直承式設(shè)計(jì)(井座承載面位于底部)和可調(diào)式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(井座承載面位于頂部外緣)。
[0036]一種超高性能混凝土檢查井蓋，其生產(chǎn)制作方法與工藝步驟為:1)分別制作井蓋與井座的成型模具；2)鋼筋加工、剪切、彎曲與鋼筋骨架焊制；3)拌制UHPC拌和物(含纖維)；4)模具中安放鋼筋骨架，澆筑UHPC拌和物，分別成型井蓋和井座；5)常溫保濕養(yǎng)護(hù)至達(dá)到脫模強(qiáng)度；6)脫模；7)井蓋和井座在80~100°C蒸汽或水中熱養(yǎng)護(hù)；8)成品檢驗(yàn)、堆放或出廠。
[0037]本發(fā)明設(shè)計(jì)、優(yōu)化和制作的UHPC檢查井蓋(井蓋和井座)的基本原則:在滿足C250和D400等級(jí)承載能力的前提下，井蓋按使用材料最少、重量最輕優(yōu)化設(shè)計(jì)，井座按滿足構(gòu)造要求設(shè)計(jì)。井蓋重量輕，便于工作人員開啟。
[0038]I)設(shè)計(jì)制作檢查井蓋UHPC材料需要達(dá)到的基本力學(xué)性能 UHPC基體材料的抗壓強(qiáng)度一般在150~250MPa。采用鋼纖維增強(qiáng)，可以使UHPC的單軸抗拉強(qiáng)度達(dá)到10~30MPa，取決于UHPC基體強(qiáng)度、鋼纖維體積摻量、鋼纖維尺寸和形狀。采用鋼筋增強(qiáng)的UHPC (即高配筋率UHPC，簡(jiǎn)稱HRUHPC)，彎曲抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到100 ~ 400MPa，決定于配筋率和鋼筋強(qiáng)度。
[0039]制作輕質(zhì)檢查井蓋，宜使用強(qiáng)度和韌性較高的UHPC，以及高強(qiáng)HRUHPC。本發(fā)明考慮使用的UHPC材料:單軸抗拉強(qiáng)度在20~30MPa范圍，HRUHPC的彎曲抗拉強(qiáng)度在100~150MPa范圍。在井蓋設(shè)計(jì)優(yōu)化示例中，基準(zhǔn)UHPC單軸抗拉強(qiáng)度采用σ UHrc=25MPa (平直微鋼纖維體積含量約6%);HRUHPC抗拉強(qiáng)度σ _Hrc=120MPa，使用普通或高強(qiáng)度鋼筋，井蓋受拉區(qū)(HRUHPC層)體積配筋率8~20%。
[0040]2) UHPC井蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化
檢查井蓋標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23858、GB 26537和EN 124測(cè)試井蓋承載能力的方法基本相同。對(duì)于C250和D400等級(jí)檢查井蓋，破壞荷載(P)分別要超過(guò)250kN和400kN。該承載能力測(cè)試的加載方式(圖1)，也可以看作井蓋最不利的受力狀態(tài)，作為井蓋結(jié)構(gòu)優(yōu)化的受力狀態(tài)。
[0041]井蓋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法:UHPC井蓋的下部為受拉區(qū)，故將鋼筋設(shè)置在井蓋底部，設(shè)定保護(hù)層厚度c(=5~10mm)。為了避免應(yīng)力集中，不考慮在井蓋底部設(shè)置加強(qiáng)肋。將井蓋初始狀態(tài)(未經(jīng)過(guò)優(yōu)化)設(shè)置為圓形平板(圖1 )，下部設(shè)定為HRUHPC層，厚度為鋼筋直徑(Φ )加上、下各c厚度(HRUHPC層厚度=Φ+2ο,即以鋼筋層為中心的對(duì)稱HRUHPC層)，該層厚度保持不變、曲率允許在優(yōu)化過(guò)程變化，層內(nèi)允許的最大拉應(yīng)力為σ _HPC;上部為UHPC層，上表面固定，厚度可優(yōu)化改變，允許的最大拉應(yīng)力為σ UHrc。采用有限元分析，圓形井蓋的UHPC層厚度被優(yōu)化，最后形成圖2的優(yōu)化結(jié)構(gòu)。
[0042]舉例:井蓋結(jié)構(gòu)優(yōu)化步驟和實(shí)施，以常用圓形D400等級(jí)、C0=600mm檢查井蓋為例:
設(shè)定鋼筋保護(hù)層厚度c=10mm，使用Φ 1mm鋼筋，則HRUHPC層厚度=0+2c=30mm ;根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23858或EN 124要求，支撐面寬度設(shè)計(jì)為25mm，嵌入深度50mm，邊緣斜度10%，這樣井蓋初始圓盤的底面直徑為650mm，頂面直徑660mm (650+2x50x10%);井蓋支撐部分為井蓋構(gòu)造要求，尺寸和形狀固定不變；設(shè)定井蓋上部UHPC層的允許最大拉應(yīng)力為σ UHPC=25MPa,底面URUHPC層的允許最大拉應(yīng)力為σ _Hrc=120MPa ;井蓋承載狀態(tài)為上表面中心Φ250_圓形區(qū)域均布?jí)毫镻=8.15MPa，下表面外緣環(huán)形面支撐(圖1)。
[0043]因?yàn)槭菆A形對(duì)稱結(jié)構(gòu)，采用二維有限元分析；在滿足上述條件下用商業(yè)化有限元軟件計(jì)算和優(yōu)化井蓋結(jié)構(gòu)，最終得到圖2的優(yōu)化井蓋結(jié)構(gòu)(用材料量最少、重量最輕)。優(yōu)化后，該D400等級(jí)、C0=600mm的UHPC井蓋，體積約16升、重量約50kg，重量與同類型球墨鑄鐵井蓋基本相同。
[0044]3) UHPC井座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
井座同樣使用鋼筋增強(qiáng)的UHPC，配筋量與配筋部位的目標(biāo)為滿足結(jié)構(gòu)抗剪要求。井座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮井蓋安裝和井座安裝的構(gòu)造要求，以及設(shè)置安裝鎖緊裝置的需要。圖3為直承式結(jié)構(gòu)UHPC井座，井座承載面位于底部。圖4為自調(diào)式結(jié)構(gòu)UHPC井座，井座承載面位于頂部外緣。這兩種類型井座與相應(yīng)球墨鑄鐵井座的功能相同，但UHPC是水泥基材料，UHPC井座與周邊材料特別是路面瀝青混凝土的相容性或親和性更好。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超高性能混凝土檢查井蓋，其特征在于:該檢查井蓋的井蓋(I)與井座(2)采用超高性能混凝土(3)與鋼筋(4)制成，井蓋與井座分別用含鋼纖維、聚合物纖維或礦物纖維的超高性能混凝土一次澆筑成型；井蓋(I)上表面為平面、下表面為曲面(5)的圓形井蓋結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)鋼筋(4)設(shè)在井蓋下部，與下表面曲面平行；井蓋下表面曲面(5)的形狀為圓形井蓋中心最厚，向邊緣逐漸減薄，接近井蓋邊緣支撐面再逐漸增加厚度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述超高性能混凝土檢查井蓋，其特征在于:井座尺寸與井蓋相適配，結(jié)構(gòu)形式分為直承式設(shè)計(jì)或可調(diào)式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述超高性能混凝土檢查井蓋，其生產(chǎn)制作的步驟為: .1)分別制作井蓋與井座的成型模具； . 2)鋼筋加工、剪切、彎曲與鋼筋骨架焊制； . 3)摔制含纖維的超尚性能混凝土摔和物； . 4)模具中安放鋼筋骨架，澆筑超高性能混凝土拌和物，分別成型井蓋和井座； . 5)常溫保濕養(yǎng)護(hù)至達(dá)到脫模強(qiáng)度； . 6 )脫模； . 7)井蓋和井座在80~100°C蒸汽或水中熱養(yǎng)護(hù)； .8)成品檢驗(yàn)、堆放或出廠。
【專利摘要】一種超高性能混凝土檢查井蓋，該檢查井蓋的井蓋與井座采用超高性能混凝土與鋼筋制成，井蓋與井座分別用含鋼纖維、聚合物纖維或礦物纖維的超高性能混凝土一次澆筑成型；井蓋上表面為平面、下表面為曲面的圓形井蓋結(jié)構(gòu)；增強(qiáng)鋼筋設(shè)在井蓋下部，與下表面曲面平行；井蓋下表面曲面的形狀為圓形井蓋中心最厚，向邊緣逐漸減薄，接近井蓋邊緣支撐面再逐漸增加厚度。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：運(yùn)用本發(fā)明的超高性能混凝土井蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，超高性能混凝土材料強(qiáng)度與韌性以及鋼筋強(qiáng)度可以得到有效發(fā)揮和充分利用，從而獲得合理、輕質(zhì)、全面性能優(yōu)良的超高性能混凝土井蓋結(jié)構(gòu)。
【IPC分類】E02D29/14
【公開號(hào)】CN105064408
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510460789
【發(fā)明人】趙筠
【申請(qǐng)人】江西貝融新型建材股份有限公司
【公開日】2015年11月18日
【申請(qǐng)日】2015年7月31日