本實(shí)用新型涉及一種拱結(jié)構(gòu)，具體涉及一種外包FRP鋼管拱結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

鋼管拱結(jié)構(gòu)，尤其是鋼管拱桁架結(jié)構(gòu)，因其具有受力合理、自重輕、強(qiáng)度高、施工便捷、造型美觀等優(yōu)點(diǎn)在橋梁工程以及飛機(jī)場、體育館、工業(yè)廠房等大跨結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。然而在鋼管拱結(jié)構(gòu)中，薄壁鋼管容易發(fā)生局部失穩(wěn)，造成結(jié)構(gòu)承載力的下降。因此為了提高結(jié)構(gòu)承載力、延緩鋼管發(fā)生屈曲，拱肋通常采用直徑較大、壁厚較厚的鋼管，并在管內(nèi)設(shè)置多道加勁肋，但與此同時也會產(chǎn)生鋼管制作困難、用鋼量大、焊接工作繁重等問題。

同時傳統(tǒng)鋼管拱結(jié)構(gòu)也面臨著易腐蝕、疲勞性能差等問題。由于鋼管裸露于空氣中，易受到空氣中的水分和其他污染物的化學(xué)、電化學(xué)作用而引起腐蝕，影響鋼管拱結(jié)構(gòu)的安全性和使用壽命。為了滿足鋼管拱防腐技術(shù)要求，實(shí)際工程中一般采用防腐涂裝、熱浸鍍等措施對鋼管進(jìn)行保護(hù)，但伴隨而來的卻是高額的防腐及維護(hù)成本，因此鋼材的易腐蝕性使得這種理想的拱構(gòu)件很少被應(yīng)用于高腐蝕的環(huán)境中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型為解決傳統(tǒng)鋼管拱結(jié)構(gòu)容易發(fā)生屈服、制作困難、用鋼量大、焊接工作繁重、易腐蝕及使用壽命短的問題，而提出一種外包FRP鋼管拱結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型的一種外包FRP鋼管拱結(jié)構(gòu)，其組成包括實(shí)腹式拱肋和兩個基礎(chǔ)，兩個基礎(chǔ)對稱設(shè)置在實(shí)腹式拱肋的兩端，所述實(shí)腹式拱肋包括鋼管和FRP層，F(xiàn)RP層包覆在鋼管的外層，且FRP層與鋼管通過樹脂粘結(jié)成復(fù)合管。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：

一、由于FRP材料(纖維增強(qiáng)復(fù)合材料)具有抗拉強(qiáng)度高、耐腐蝕性能好、自重輕、抗疲勞性能強(qiáng)、施工方便等特點(diǎn)，本實(shí)用新型將FRP層粘貼于鋼管外，使得外包FRP鋼管拱具有附加約束的作用，從而延緩或避免鋼管發(fā)生屈服，提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力，增加了鋼管屈曲后的塑性變形能力。

二、FRP材料結(jié)合鋼管使用可以替代一部分鋼管，不但減輕了結(jié)構(gòu)整體的重量，減薄大直徑鋼管的壁厚，降低拱肋的用鋼量和成本，還能將鋼的非線性與FRP材料的高強(qiáng)性相結(jié)合，改善鋼管拱的受力性能。

三、FRP層化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、不易腐蝕、耐久性好，能夠解決普通鋼管拱銹蝕的問題。同時FRP應(yīng)力松弛性小、抗疲勞性能強(qiáng)，使得外包FRP鋼管拱具有有良好的耐久性能。

四、鋼管在FRP纖維的粘貼過程中可以作為纏繞模具，施工方便，能夠節(jié)省模具的制作費(fèi)用和脫模過程，降低生產(chǎn)成本，縮短施工工期。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的外包FRP鋼管拱結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖2是實(shí)腹式拱肋2的截面形狀為圓形結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是實(shí)腹式拱肋2的截面形狀為方形結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是實(shí)腹式拱肋2的截面形狀為矩形結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實(shí)用新型的拱肋為桁式拱的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是實(shí)腹式拱肋2的數(shù)量為三個時，桁式拱的截面形狀為三角形結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是實(shí)腹式拱肋2的數(shù)量為三個時，桁式拱的截面形狀為倒三角形結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是實(shí)腹式拱肋2的數(shù)量為四個時，桁式拱的截面形狀為矩形結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是實(shí)腹式拱肋2的數(shù)量為四個時，桁式拱的截面形狀為倒梯形結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括實(shí)腹式拱肋2和兩個基礎(chǔ)1，兩個基礎(chǔ)1對稱設(shè)置在實(shí)腹式拱肋2的兩端，且實(shí)腹式拱肋2的兩端分別與兩側(cè)基礎(chǔ)1固接，實(shí)腹式拱肋2包括鋼管4和FRP層3，F(xiàn)RP層3包覆在鋼管4的外層，且FRP層3與鋼管4通過樹脂粘結(jié)成復(fù)合管。鋼管4由直鋼管煨彎或鋼板焊接成鋼管拱，實(shí)腹式拱肋2以鋼管為纏繞模具將FRP層3連續(xù)沿鋼管4環(huán)向及軸向置于鋼管表面，制成一層或多層FRP管，各層纖維之間也采用樹脂粘結(jié)。為了保證FRP層3與鋼管4之間的粘結(jié)效果，增強(qiáng)粘貼強(qiáng)度和耐久性，在粘貼FRP纖維之前，應(yīng)對鋼管4進(jìn)行表面處理或噴砂處理，除去鋼管外表面的鐵銹、涂料和油漆，并進(jìn)行清洗。當(dāng)表面處理完成后應(yīng)及時粘貼FRP纖維，否則會降低粘結(jié)強(qiáng)度。同時可以通過采用電熱毯或加熱器等設(shè)備來提高粘結(jié)劑的養(yǎng)護(hù)速度。FRP為纖維增強(qiáng)塑料。實(shí)腹式拱肋2的線形形式為拋物線形、圓弧形或懸鏈線形。

實(shí)腹式拱肋2由拱肋節(jié)段組裝而成，拱肋節(jié)段加工前，應(yīng)根據(jù)理論設(shè)計拱軸坐標(biāo)和預(yù)留拱度值進(jìn)行放樣，確定拱肋節(jié)段數(shù)及節(jié)段長度。拱肋節(jié)段由直鋼管煨彎或鋼板焊接成管，在幾何尺寸檢查合格后進(jìn)行組裝焊接，所有焊接質(zhì)量應(yīng)滿足規(guī)范要求。

外層的FRP纖維根據(jù)纖維束的粘貼方向可分為環(huán)向纖維和軸向纖維。當(dāng)外包FRP鋼管拱開始承受外荷載作用時，纖維處于環(huán)向受拉狀態(tài)，隨著荷載的增加，在接近極限承載力時，環(huán)向纖維局部區(qū)域因拱發(fā)生屈曲變形而開始進(jìn)入受壓狀態(tài)，但在拱發(fā)生失穩(wěn)之前，整體仍以環(huán)向受拉為主，環(huán)向纖維的受力轉(zhuǎn)換對承載力的影響可忽略不計。因此沿環(huán)向粘貼的纖維主要通過環(huán)向受拉對鋼管產(chǎn)生環(huán)向約束，進(jìn)而限制鋼管屈曲變形的發(fā)展，提高構(gòu)件的穩(wěn)定承載力和延性。而軸向纖維在試件達(dá)到穩(wěn)定承載力之前全部處于受壓狀態(tài)，由于加載初始階段變形較小，軸向纖維形成依附于鋼管表面的筒狀結(jié)構(gòu)，這使其可以承擔(dān)部分壓力。隨著拱結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的產(chǎn)生，部分軸向纖維由于鋼管的屈曲變形逐漸轉(zhuǎn)換為受拉狀態(tài)，進(jìn)而起到限制試件變形發(fā)展的作用，能夠提高拱的后屈曲性能。

本實(shí)施方式中的FRP層3為一層或多層的纖維材料，纖維材料為玻璃纖維增強(qiáng)塑料、碳纖維增強(qiáng)塑料、玄武巖纖維增強(qiáng)塑料及芳綸纖維增強(qiáng)塑料中的一種或幾種混雜而成。所述的纖維材料為玻璃纖維增強(qiáng)塑料、碳纖維增強(qiáng)塑料、玄武巖纖維增強(qiáng)塑料及芳綸纖維增強(qiáng)塑料中的幾種混雜而成時，各成分間為任意比。

本實(shí)施方式中的樹脂為環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、乙烯基樹脂或酚醛樹脂。

具體實(shí)施方式二：結(jié)合圖2、圖3和圖4說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的實(shí)腹式拱肋2的截面形狀為圓形、方形或矩形。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：結(jié)合圖5、圖6和圖7說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式四不同的是它還增加有數(shù)個腹桿支撐5，實(shí)腹式拱肋2的數(shù)量為三個，從截面看：三個實(shí)腹式拱肋2按三角形或倒三角形布置，每相鄰的實(shí)腹式拱肋2之間設(shè)有數(shù)個腹桿支撐5，且腹桿支撐5的兩端分別與兩側(cè)實(shí)腹式拱肋2固接。本實(shí)施方式為桁式拱。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式二相同。

具體實(shí)施方式四：結(jié)合圖5、圖6和圖7說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式四不同的是它還增加有數(shù)個腹桿支撐5，實(shí)腹式拱肋2的數(shù)量為四個，從截面看：四個實(shí)腹式拱肋2按矩形或倒梯形布置，每相鄰的實(shí)腹式拱肋2之間設(shè)有數(shù)個腹桿支撐5，且腹桿支撐5的兩端分別與兩側(cè)實(shí)腹式拱肋2固接。本實(shí)施方式為桁式拱。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式二相同。

具體實(shí)施方式五：結(jié)合圖5～圖9說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式腹桿支撐5為鋼管。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式三或四相同。

具體實(shí)施方式六：結(jié)合圖5～圖9說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的腹桿支撐5為鋼管4和FRP層3復(fù)合而成的復(fù)合管。其它組成及連接關(guān)系與具體實(shí)施方式五相同。