本實(shí)用新型涉及一種組合結(jié)構(gòu)，尤其是涉及組合梁結(jié)構(gòu)以及組合板結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：
當(dāng)前整體澆筑形式的鋼筋混凝土、裝配形式的鋼筋混凝土以及型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)形式是我國(guó)目前建筑、橋梁中廣泛采用的結(jié)構(gòu)形式。但對(duì)于鋼筋混凝土構(gòu)件，特別是對(duì)于受彎構(gòu)件，由于混凝土材料本身抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于其抗壓強(qiáng)度以及鋼筋的抗壓強(qiáng)度。因此在受彎構(gòu)件中，受拉混凝土?xí)紫犬a(chǎn)生裂縫，進(jìn)一步的影響整個(gè)構(gòu)件的抗彎剛度以及失去對(duì)內(nèi)部鋼筋的保護(hù)作用。對(duì)于型鋼梁加混凝土板的組合結(jié)構(gòu)，由于型鋼缺乏混凝土的保護(hù)，很容易出現(xiàn)腐蝕、抗火等方面的問題。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展各種采用材料用于土木工程結(jié)構(gòu)中，通過組合，充分利用兩種及兩種以上材料優(yōu)缺點(diǎn)相互彌補(bǔ)的原則進(jìn)行結(jié)合，使得各種材料的優(yōu)點(diǎn)得到發(fā)揮，彌補(bǔ)其他材料的缺點(diǎn)，形成新型的組合結(jié)構(gòu)形式。例如：利用FRP材料高強(qiáng)、抗腐蝕性、輕質(zhì)等特點(diǎn)提高組合梁的整體性能。把FRP材料放置在彎曲構(gòu)件的受拉側(cè)，可有效避免混凝土受拉開裂，保證整體結(jié)構(gòu)的性能，保護(hù)混凝土內(nèi)部的鋼筋。本實(shí)用新型提供一種新的FRP-鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)形式，相比于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，具有良好的延性和抗彎性能。并能夠有效減少混凝土的受拉開裂現(xiàn)象，起到對(duì)整體結(jié)構(gòu)的保護(hù)作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)易開裂導(dǎo)致的梁(板)剛度下降以及內(nèi)部鋼筋的腐蝕問題。受一些生物的蜂窩結(jié)構(gòu)中存在小柱-它的外層為纖維，芯層為蛋白質(zhì)的啟發(fā)，提煉出仿生蜂窩結(jié)構(gòu)模型，并通過ABAQUS有限元解析驗(yàn)證以該仿生結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的組合結(jié)構(gòu)梁(板)具有更好的力學(xué)性能。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：一種組合梁/板結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括仿生蜂窩結(jié)構(gòu)層以及鋼筋混凝土層，所述鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層位于所述仿生蜂窩結(jié)構(gòu)層的上面，所述仿生蜂窩結(jié)構(gòu)層包括上面板、下面板以及中間的蜂窩多邊形格柵，相鄰兩格柵具有一個(gè)公共邊，在所有格柵交匯處，均設(shè)置有以交匯線為中心、與多邊形格柵固連于一體的連接柱。所述連接柱為空心。所述連接柱的截面為多邊形或圓形。所述蜂窩多邊形柵格為蜂窩六邊形柵格、蜂窩四邊形柵格和蜂窩三角形柵格。所述仿生蜂窩結(jié)構(gòu)層的材料為FRP或鋼材。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層與仿生蜂窩結(jié)構(gòu)層之間采用抗剪連接件、砂?；驖襁B接。一種組合梁/板結(jié)構(gòu)的施工方法，其特征在于，步驟為：第一步：預(yù)制仿生蜂窩結(jié)構(gòu)層并運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，吊裝到相應(yīng)位置后固定；第二步：在固定好的仿生蜂窩結(jié)構(gòu)層表面設(shè)置粘結(jié)層；第三步：配置并安裝鋼筋籠骨架；第四步：以仿生蜂窩結(jié)構(gòu)層作為底層模板，澆筑混凝土并養(yǎng)護(hù)。本實(shí)用新型新型組合結(jié)構(gòu)梁(板)是一種具有仿生結(jié)構(gòu)層的組合結(jié)構(gòu)。包括仿生蜂窩結(jié)構(gòu)層、鋼筋混凝土層以及用于使二者共同工作的粘結(jié)層。由上述可知，用仿生結(jié)構(gòu)層作為組合結(jié)構(gòu)的下層，可有效降低梁高，減少混凝土的受拉開裂現(xiàn)象，保護(hù)混凝土內(nèi)部的鋼筋，提高構(gòu)件的延性以及抗彎性能，是一種重量輕，強(qiáng)度高的仿生結(jié)構(gòu)保護(hù)層。隨著高層、超高層建筑結(jié)構(gòu)以及大跨橋梁的使用，本實(shí)用新型具有很廣的應(yīng)用前景。本實(shí)用新型以仿生結(jié)構(gòu)層為基礎(chǔ)，與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形成組合結(jié)構(gòu)，起到以下三個(gè)強(qiáng)化作用：1、該新型組合結(jié)構(gòu)具有在彎矩作用下具有良好的延性和耗能能力；2、該新型組合結(jié)構(gòu)能夠有效減少混凝土的受拉開裂現(xiàn)象；3、新型仿生組合結(jié)構(gòu)具有更高的承載能力，當(dāng)梁(板)上荷載不變時(shí)，可降低梁(板)高度，擴(kuò)大建筑使用空間，降低建筑自重。申請(qǐng)人對(duì)上述新型仿生組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維有限元解析得，在梁高度不變的條件下，新型仿生組合梁結(jié)構(gòu)的彈性變形能力是鋼筋混凝土梁結(jié)構(gòu)2倍。附圖說明圖1為本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型仿生蜂窩結(jié)構(gòu)層側(cè)視圖；圖3為本實(shí)用新型中仿生蜂窩結(jié)構(gòu)層正視圖；圖4為本實(shí)用新型中仿生蜂窩結(jié)構(gòu)芯層示意圖；圖5為本實(shí)用新型中仿生蜂窩結(jié)構(gòu)芯層細(xì)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為有限元分析加載示意圖；圖7為新型仿生組合梁結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土梁結(jié)構(gòu)的荷載-撓度曲線；圖中編號(hào)：1為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層；2為仿生蜂窩結(jié)構(gòu)層；3為粘結(jié)層；4為簡(jiǎn)支梁支座；5為仿生結(jié)構(gòu)層上面板；7為仿生結(jié)構(gòu)層下面板；6為仿生蜂窩結(jié)構(gòu)層芯層。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)說明：受一些生物的蜂窩結(jié)構(gòu)中存在小柱-它的外層為纖維，芯層為蛋白質(zhì)的啟發(fā)，提煉出仿生蜂窩結(jié)構(gòu)模型，并通過ABAQUS有限元解析驗(yàn)證以該仿生結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的組合結(jié)構(gòu)梁(板)具有更好的力學(xué)性能。如圖1所示，本實(shí)用新型組合梁/板結(jié)構(gòu)，包括仿生蜂窩結(jié)構(gòu)層2、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層1以及用于使二者共同工作的粘結(jié)層3。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層1為上層，仿生蜂窩結(jié)構(gòu)層2為下層。上層的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層1可以使用任何強(qiáng)度等級(jí)的混凝土材料，宜使用C40等級(jí)及以上混凝土，特別適合使用高強(qiáng)混凝土。下層的仿生蜂窩結(jié)構(gòu)層2既可以使用FRP材料，也可以使用鋼材或是其他材料。下層的仿生蜂窩結(jié)構(gòu)層1如圖3所示，包括上面板5、下面板7以及中間的仿生蜂窩結(jié)構(gòu)層芯層6，仿生蜂窩結(jié)構(gòu)層芯層6采用柵格單元依次連接而成，柵格單元的形狀例如六邊形、四邊形和三角形。相鄰兩格柵單元具有一個(gè)公共邊，在所有格柵交匯處，均設(shè)置有以交匯線為中心、與多邊形格柵固連于一體的連接柱，連接柱可以是實(shí)心，也可以為空心。連接柱可以是截面為圓形的圓筒，也可以是截面為多邊形的柱體。且柵格的邊長(zhǎng)和內(nèi)接圓的直徑均可根據(jù)實(shí)際工程的需求而改變。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層與仿生蜂窩結(jié)構(gòu)層之間采用抗剪連接件、砂粒、濕連接等方式進(jìn)行連接，保證二者的共同作用。所述新型組合結(jié)構(gòu)既可以作為簡(jiǎn)支梁、板結(jié)構(gòu)使用，又可以作為連續(xù)梁、板結(jié)構(gòu)使用。本實(shí)用新型新型仿生組合梁(板)結(jié)構(gòu)施工方法如下：第一步：圖1中的底層仿生結(jié)構(gòu)在工廠預(yù)制并運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，吊裝到相應(yīng)位置后固定；第二步：設(shè)置粘結(jié)層；第三步：配置并安裝鋼筋籠骨架；第四步：以該仿生結(jié)構(gòu)層作為底層模板，澆筑混凝土。由于施工現(xiàn)場(chǎng)不需要支梁(板)底層模，且裝配好的仿生結(jié)構(gòu)層可以作為受力結(jié)構(gòu)，為支梁(板)四周的模時(shí)提供便利。新型仿生組合結(jié)構(gòu)梁(板)模型示意圖及細(xì)部構(gòu)造如圖1,2，3,4，5所示。本說明書中通過有限元軟件ABAQUS模擬分析得出仿生組合梁結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土梁結(jié)構(gòu)的荷載-撓度曲線來說明前者力學(xué)性能的優(yōu)越性。本說明書中梁的詳細(xì)信息見表1。其中L為梁跨度，b為梁寬，H為梁總高度，h1位仿生結(jié)構(gòu)層高度，h2為鋼筋混凝土高度，新型仿生組合梁結(jié)構(gòu)中的底層為玄武巖纖維復(fù)合材料(BFRP)，混凝土強(qiáng)度為C30，鋼筋類型為HPB235。表1梁詳細(xì)信息(單位mm)由于現(xiàn)行的鋼筋混凝土梁(板)結(jié)構(gòu)存在易開裂，自重大，延性較差等缺點(diǎn)，采用新型仿生組合梁(板)結(jié)構(gòu)則可以有效避免上述問題。使用非線性功能十分強(qiáng)大的有限元分析軟件ABAQUS對(duì)二者進(jìn)行三點(diǎn)彎曲的承載力分析。通過對(duì)兩種梁結(jié)構(gòu)在跨中位置施加豎向位移荷載，分別得到仿生組合梁結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土梁結(jié)構(gòu)的彎曲狀態(tài)以及荷載-撓度曲線。通過比較分析荷載-撓度曲線說明兩種結(jié)構(gòu)在承載力、延性、破壞方式等方面的區(qū)別，以此說明新型仿生組合梁(板)結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。通過ABAQUS解析(見圖6加載模型)，對(duì)兩種梁結(jié)構(gòu)跨中施加豎向位移荷載。梁左右兩端采用簡(jiǎn)支支座。解析得撓度-位移曲線如圖7所示。由圖7可得，兩種梁結(jié)構(gòu)的荷載-撓度曲線可分為三個(gè)階段：彈性變形階段(仿生組合梁：oa段；鋼筋混凝土梁：oa′段)、彈塑性變形階段(仿生組合梁：ba段；鋼筋混凝土梁：a′b′段)以及破壞階段(仿生組合梁：bc段；鋼筋混凝土梁：b′c′段)。圖中δE，δE′分別為仿生組合梁結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土梁結(jié)構(gòu)最大彈性變形的跨中撓度；δU，δU′分別為兩種梁結(jié)構(gòu)破壞時(shí)的最大跨中撓度；NE，NE′分別為兩種梁結(jié)構(gòu)最大彈性變形的跨中集中荷載；NU，NU′分別為兩種梁結(jié)構(gòu)的破壞時(shí)的最大跨中荷載。先比較跨中撓度可知：1.δE＝3.15mm，δE′＝1.51mm，即δE是δE′的2.09倍。說明新型仿生組合梁結(jié)構(gòu)的彈性變形能力是鋼筋混凝土梁的2.09倍。此時(shí)仿生組合梁結(jié)構(gòu)處于彈性變形階段，其上層的鋼筋混凝土受拉側(cè)并未出現(xiàn)裂縫，從而有效保護(hù)了混凝土內(nèi)部的鋼筋；2.δU≈δU′，即兩種梁結(jié)構(gòu)破壞時(shí)的跨中撓度幾乎相同，說明二者的極限破壞狀態(tài)都是混凝土被壓碎。由于高強(qiáng)混凝土的脆性使得在傳統(tǒng)的鋼筋混凝土梁結(jié)構(gòu)中，受拉側(cè)混凝土開裂問題是影響高強(qiáng)混凝土使用的其中因素之一。因此在仿生組合結(jié)構(gòu)中使用高強(qiáng)混凝土可有效避免受拉混凝土的開裂問題，充分使用高強(qiáng)混凝土的受壓性能，顯著提高梁的承載能力。其次再比較跨中集中荷載可知：1.NE＝150KN，NE′＝78KN，即NE是NE′的1.92倍，與彈性變化時(shí)跨中撓度的倍數(shù)相近；2.NU′≈NE，即當(dāng)受壓混凝土當(dāng)仿生組合梁結(jié)構(gòu)達(dá)到最大彈性變形得跨中荷載與鋼筋混凝土梁的破壞荷載相等。說明仿生組合梁結(jié)構(gòu)的彈性變形能力取決于上層混凝土的抗壓強(qiáng)度，而普通鋼筋混凝土梁當(dāng)混凝土受壓破碎時(shí)即宣告破壞。從而可知，仿生組合梁結(jié)構(gòu)能夠充分發(fā)揮混凝土或是高強(qiáng)混凝土的抗壓性能；3.NU＝1.18NU′，即仿生組合梁結(jié)構(gòu)的極限承載力比鋼筋混凝土梁提高18％。當(dāng)使用高強(qiáng)混凝土?xí)r，承載能力則會(huì)進(jìn)一步提高；4.當(dāng)兩種梁結(jié)構(gòu)分別達(dá)到跨中破壞撓度時(shí)，仿生組合梁結(jié)構(gòu)依然可以繼續(xù)承受荷載(圖7bc段)，而鋼筋混凝土梁則不能繼續(xù)承受荷載(圖7b′＝c′段)。綜上所述，該類新型仿生組合梁(板)結(jié)構(gòu)具有延緩裂縫形成時(shí)間、充分發(fā)揮混凝土乃至高強(qiáng)混凝土的材料性能、提高結(jié)構(gòu)延性、承載力等多個(gè)力學(xué)性能。