基本信息
- 项目名称：
- 基于FRP的便携式整体预制圬工拱桥
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品一条预制拱桥，其中拱圈及其他构件均在预制工厂进行制作加工，同时采用了FRP土工栅格网作为拱块的连接构件（内部软化筋材），因此该拱圈改变了以往拱桥内由于没有筋材而导致的稳定性能差和承载性能低的特点，同时又克服了钢筋混凝土拱桥中由于钢筋腐蚀而导致的耐久性能和结构功能下降的问题。
- 详细介绍：
- 目前在我国有很多小跨度的小河流，城乡公路的建设又经常会通过一些小型河流，所以随着公路体系的不断完善，小跨度公路桥梁的需求量将会不断增加的。与此同时，现代桥梁工程由于钢筋腐蚀问题突出，圬工拱桥由于其特殊的受力性能，对钢筋的需求量较小，成为解决这一问题的有效途径。但是由于拱桥施工难度大和施工成本高等问题的束缚而很难获得更进一步的突破。本次作品将混凝土预制技术和高强复合纤维材料（FRP）应用于圬工拱桥结构中，所研发的结构产品有效的解决了这一结构体系施工难度大的问题，同时提高了结构的耐久能力降低了维修成本。拱桥的拱圈及其他构件均在预制工厂进行制作加工，同时采用了FRP土工栅格网作为拱块的连接构件（内部软化筋材），因此该拱圈改变了以往拱桥内由于没有筋材而导致的稳定性能差和承载性能低的特点，同时又克服了钢筋混凝土拱桥中由于钢筋腐蚀而导致的耐久性能和结构功能下降的问题，而且预制混凝土技术的引入有效地解决的现场浇筑混凝土造成的环境污染和能源的消耗，不仅能够控制结构构件的质量而且缩短施工工期，降低成本，减少劳动力，提高抗腐蚀能力等特点。这一结构产品符合了国家对土木行业发展“节能环保—新型结构体系”的要求而且具有较高的可持续性。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 基本思路： FRP材料与传统材料的性能相比，FRP具有轻质高强、耐腐蚀性能好、热性能良好等性能。因此将FRP这一抗腐蚀好、抗拉强度高和与混凝土粘结力强的复合材料与整体预制混凝土技术相结合，并应用到圬工拱桥结构体系中去。 作品的特色和创新点： 本作品中预制混凝土技术的使用，改变了传统现浇施工方法所造成对环境的破坏和能源的浪费。通过对两种建造方式的对比，可以看出本次研制的便携式整体预制拱桥的工业化程度较高（拱圈，桥墩，挡板均为预制混凝土产品）。因此易于模板设置，制造过程可以定量搅拌混凝土，不需要吊车浇筑，同时养护方便，材料强度得以保证。这样的制造过程有效地节省对材料和能源的使用，从而达到了环保的作用。施工工期较短，结构产品可以批量工业化生产，节省了建造成本等。
科学性、先进性
- 作品的科学性先进性： （1）改变了以往拱桥内由于没有筋材而导致的稳定性能差和承载性能低的特点； （2）克服了钢筋混凝土拱桥中由于钢筋腐蚀而导致的耐久性能和结构功能下降的问题 （3）研制的新型拱桥的工业化程度较高（拱圈，桥墩，挡板均为预制混凝土产品）。因此易于模板设置，制造过程可以定量搅拌混凝土，不需要吊车浇筑，同时养护方便，材料强度得以保证 （4）完成一套完善的拱结构极限承载能力计算方法； （5）提供一种新的工业化程度较高的混凝土结构产品及其制造与施工方法，即新型预制拱桥施工吊装技术方法
获奖情况及鉴定结果
- 目前暂无
作品所处阶段
- 实验阶段
技术转让方式
- 专利转让
作品可展示的形式
- 实物、模型、视频等
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点和优势：本次项目在保持原有圬工拱桥优点的基础上应用了FRP材料和预制混凝土技术，提高了结构的耐久性并解决传统圬工拱桥施工困难较大的缺点。技术指标：（1）较高的工业化生产程度。（2）耐久性能良好。（3）环保节能。（4）便于运送。（5）较高的稳定性和承载能力。作品适用范围：小跨度河流；具有施工周期短，现场施工困难等问题的施工环境。推广前景的技术性说明：将桥梁施工过程对交通的干扰降为最小，采用预制拼装技术，可加快施工进度；改善了施工环境的安全性，使得桥梁的施工更人性化；降低了环境因素给施工造成的压力；在更易于控制的环境下进行，降低了桥梁在使用寿命期间的维修费用，获得整体的经济效益。市场分析和经济效益预测：随着公路体系的不断完善，小跨度公路桥梁的需求量将会不断增加的。该新型拱桥具有施工周期短，施工难度低，维护成本低，抗腐蚀能力强，使用的劳动力少，承受的荷载大等优点，正好能够满足这一需求。
同类课题研究水平概述
- 目前国内对拱桥结构的研究主要集中在施工技术和拱结构承载力的计算方法，其中施工方法是拱桥最关键的技术，而无支架施工是大跨径拱桥的发展方向。目前我国拱桥主要施工方法有： 1.缆索吊装法2.转体施工法3.悬臂桁架法4.刚性骨架和半刚性骨架法5.拱架施工法。综上所述可知：目前我国有许多先进且切实可行的施工方法，况且已形成了一套有自己特色的拱桥无支架施工方法即是以缆索吊装为主，结合转体施工法、半刚性骨架法及悬臂桁架法。当然，还须进一步发展和完善。 虽然拱桥在我国发展了很长的时间，但是在桥梁结构形式的发展变化过程中,拱桥作为压弯结构 ,随着跨径的增大 ,高强材料的应用受到稳定问题的制约。钢筋混凝土和预应力混凝土拱桥由于自重较大 ,施工架设问题突出。无支架施工的困难 ,也制约了拱桥的发展。还有就是某些拱桥在发大水的时候不能使用，不仅如此，现在的钢筋混凝土拱桥也面对着钢筋腐蚀这个大难题。旧有拱桥常用石块或砖块作为材料施工，但是到了后期随着钢筋混凝土桥和钢拱桥的出现和使用，使得桥梁腐蚀的问题慢慢地凸显出来了。与此同时，采用现浇技术进行的传统拱桥施工技术也造成较为严重的环境破坏和能源消耗。本作品开发的拱桥将能有效的解决以上问题。国内外学者已对拱桥结构极限承载力问题展开了较广泛的研究, 并且通过采用带有各自特点的方法进行极限承载力分析都取得了较好的效果, 为拱桥结构极限承载力研究作出了不同程度的贡献。然而, 随着拱桥跨径的不断增大, 非线性效应日益突出, 作用其上的荷载不断复杂化, 因此, 势必还存在许多问题有待于进一步探讨。虽然预制混凝土技术对实现建筑物的环保节能和可持续发展有着重要的推动作用，但是在我国这一技术发展却不容乐观。我国著名混凝土结构专家徐有邻先生的一段话可以很好的总结出我国预制混凝土技术的现状： “我国混凝土预制构件行业在80年代中达到鼎盛时期，90年代开始衰退，到90年代中急转直下持续滑坡，至今已到了生死存亡的地步。”然而这一建筑技术却在国外得到了广泛的重视和发展，有一份2003来自英国的咨询报告可以看出，预制混凝土行业将以每年18% - 20%的速度增长，并将“非工地制造业”定义为“朝阳产业”，尤其在政府大力发展住宅、教育和卫生事业阶段。 表1预制构件在国外的发展
