1.本发明涉及混凝土结构技术领域，尤其涉及钢混组合高强高延性预应筋混凝土结构。
背景技术：
2.在钢筋混凝土结构中，钢筋是必不可少的材料之一，钢筋的性能直接影响到结构的性能，在我国大力倡导节能环保的背景下，在工程建设中使用普通钢筋作为用钢主材已无法满足工程发展的需要。但在混凝土结构中应用高强钢筋，虽然可以提高结构的承载力，但是，高强钢筋屈服平台较短，容易发生脆断，配备高强钢筋的结构体系容易发生脆性破坏，严重影响结构体系的安全性，需要一种新材料改善结构的延性。npr新材料泊松比值达到10-2
量级（少无颈缩），屈服强度：600-1110mpa，极限延伸率：30%-70%，解决了现有高强钢筋极限延伸率低导致的脆断难题，实现了高强钢筋兼具高承载力和高延伸率。目前将该材料运用于建筑结构中，可以使结构具有较高承载力的同时，兼具高延性，解决了配备高强钢筋的结构体系容易发生脆断的安全性问题。但是试验结果表明，配有npr钢筋的混凝土梁的破坏形式主要是受压区混凝土的压碎破坏，底部npr钢筋并未拉断，npr钢筋的高强高延性的优势未明显发挥，所以需要提高npr钢筋混凝土梁结构中的混凝土抗压性能，使混凝土与高强高延性的npr钢筋能够更好的协同受力，进而更好地发挥npr钢筋的抗拉性能。
3.钢混组合混凝土结构与钢筋混凝土梁相比，具有减小截面尺寸、减轻结构的自重、增加梁的延性的特点。与钢梁相比，可以减小用钢量，增大刚度，增加稳定性和整体性。钢混组合混凝土结构可以较好地发挥钢材的抗拉性能和混凝土的抗压性能，但为了更好地发挥混凝土的抗压性能、延缓混凝土产生裂缝，通常采用张拉体内预应力束的方式对混凝土施加预应力，但结构的受力性能以及延性会受限于所采用的预应力束，因此，需要提高预预应力束的强度和延性，才能更好地发挥钢筋的抗拉性能，从而提高钢混组合混凝土结构的强度和延性。
技术实现要素：
4.为克服上述技术问题，本发明提供了一种钢混组合高强高延性预应筋混凝土结构及制作方法，一方面克服了npr钢筋混凝土结构受压区混凝土压碎的破坏模式，另一方面提高了钢混组合结构内预应力束的抗拉性能。
5.本发明解决其技术问题采取的技术方案是：钢混组合高强度高延性预应筋混凝土结构，包括混凝土梁主体，混凝土梁主体为支模后现浇的混凝土结构，混凝土梁主体内设置有钢筋笼，钢筋笼包括箍筋组、c型钢、npr预应筋，箍筋组包括多个间隔排列的箍筋，箍筋组顶部固定连接有c型钢，c型钢包裹着混凝土梁主体的顶部，箍筋组内穿设有至少一根npr预应筋，npr预应筋与箍筋组固定连接，npr预应筋两端延伸出混凝土梁主体，npr预应筋两端部套设有锚具。
6.进一步的，c型钢为成品型钢，c型钢的横截面为u形，u形的c型钢的中空腔用于卡
在混凝土梁主体上。
7.进一步的，混凝土梁主体轴向方向两端固定有锚板，锚板与npr预应筋对应位置留有孔洞。
8.进一步的，锚具为夹片式锚具。
9.进一步的，npr预应筋表面为螺旋肋。
10.进一步的，混凝土梁主体内的npr预应筋上套装有波纹管，波纹管和npr预应筋之间填充有灌浆料。
11.进一步的，波纹管的长度与混凝土梁主体长度相等，波纹管的内径应比npr预应力筋的外径大10mm-20mm；波纹管内径至混凝土梁主体边缘的间距大于等于30mm，波纹管之间的间距大于等于1.5倍的波纹管外径。
12.钢混组合高强度高延性预应筋混凝土结构的制作方法，包括以下步骤：s1、制作钢筋笼：箍筋组顶部焊接c型钢，箍筋组内部穿设并固定连接有npr钢筋；s2、翻转钢筋笼，以c型钢做底膜，以钢筋笼为基础支模浇筑、振捣混凝土；s3、混凝土养护达到设计强度；s4、通过张拉器张拉npr钢筋，夹片式锚具自锚固npr钢筋，形成npr预应筋。
13.进一步的，在步骤s1中，制作钢筋笼之前，在npr钢筋表面先涂刷涂料层，然后再覆裹外包材料。
14.进一步的，步骤s1中制作钢筋笼，在每个箍筋内底部用铁丝绑扎连接波纹管，波纹管内设npr钢筋。
15.本发明具有的有益效果为：（1）本发明采用c型钢作为受压区钢材，与混凝土梁主体形成钢混组合混凝土结构，通过与箍筋的焊接实现c型钢与混凝土协同变形，从而充分发挥钢材与混凝土的力学性能，提高结构的承载力。
16.（2）c型钢内的混凝土形成受约束混凝土，根据受约束混凝土的抗压强度和延性大幅度提升的特点，从而增加了受压区混凝土的承载力，避免顶部混凝土被压碎，从而提高了钢混组合混凝土结构的承载力。
17.（3）采用npr钢筋作为预应筋，延缓混凝土结构出现裂缝；npr钢筋具有的高强度高延伸率的力学特性，有效地改善了钢混组合混凝土结构的延性。
附图说明
18.图1为本发明钢混组合高强高延性预应筋混凝土结构的结构示意图；图2为本发明钢混组合高强高延性预应筋混凝土结构的具体实施方式1纵截面示意图；图3为本发明钢混组合高强高延性预应筋混凝土结构的具体实施方式1横截面示意图；图4为本发明钢混组合高强高延性预应筋混凝土结构的具体实施方式2纵截面示意图；图5为本发明钢混组合高强高延性预应筋混凝土结构的具体实施方式2横截面示意图；
图中：1、混凝土梁主体；2、c型钢；3、锚板；4、锚具；5、箍筋组；6、波纹管；7、npr预应筋；8、灌浆料 ；9、箍筋。
具体实施方式
19.为了使本发明更为清楚、明白，以下结合附图说明和实施方式，对本发明作进一步的详细说明，应当了解，所给出的实施方式仅仅为实现方式的一种，并不代表所有实施方式。
20.常见的箍筋可以分为单肢箍筋、开口矩形箍筋、封闭矩形箍筋、菱形箍筋、多边形箍筋、井字形箍筋和圆形箍筋等，以下实施方式选取封闭矩形箍筋作为说明。
21.具体实施方式1：如图1、图2、图3本实施方式提供的一种钢混组合高强高延性预应筋混凝土结构，包括混凝土梁主体1，混凝土梁主体1为支模后现浇的混凝土结构，混凝土梁主体1内设置有钢筋笼，钢筋笼包括箍筋组5、c型钢2、npr预应筋7，箍筋组5包括多个等距间隔排列的箍筋，箍筋组5顶部焊接有c型钢2,c型钢2包裹着混凝土梁主体1的顶部。c型钢2采用成品型钢，避免了多块钢板焊接成型的工序，c型钢2的横截面为u形，u形的c型钢2的中空腔用于卡在混凝土梁主体1上，长度与钢混组合混凝土梁主体1等长，c型钢2与单根箍筋的焊接长度不小于10d，其中d为箍筋的直径。c型钢2与箍筋组5焊接，解决了c型钢2表面光滑，与混凝土的粘结作用较差的特点，避免c型钢2与混凝土产生滑移或c型钢2发生翘曲，保证c型钢2与混凝土梁主体1协同变形受力。结构承载期间，c型钢2及其内部混凝土承受压力，此时，c型钢2会对中间核心部分的混凝土形成约束，显著提高该部分混凝土的受压承载力，并可显著提高混凝土的延性，从而避免混凝土被提前压碎，充分发挥钢混组合预应筋混凝土结构的承载能力。
22.箍筋组5内穿设有两根npr预应筋7，npr预应筋7外部套设有波纹管6，波纹管6置于箍筋内底部直角处，并在此处与箍筋通过铁丝绑扎连接，使钢筋笼更为牢固。波纹管6与npr预应筋7之间灌注有水泥净浆。npr预应筋7表面为螺旋肋，可以实现与水泥净浆之间的良好粘结，确保其正常工作。
23.npr钢筋为高强高延性钢筋，泊松比值达到10-2
量级（少无颈缩），屈服强度：600-1110mpa，极限延伸率：30%-70%，具有恒阻大变形的特性，实现了高强钢筋兼具高承载力和高延伸率；npr钢筋作为预应筋，可以充分发挥该钢筋的高强度高延伸率以及恒阻大变形的力学性能。
24.锚板3为钢板，与npr预应筋7对应位置留有孔洞，锚板3穿过npr预应筋7通过结构胶粘贴于混凝土梁两端的波纹管6孔道处，这种方式避免张拉预应力后出现应力集中现象避免造成的端部混凝土被压碎。锚板3宽度与梁截面宽度相等，高度为npr预应筋7至梁底距离的两倍，厚度不小于3mm，为确保顺利穿过npr预应筋7，孔洞的直径比钢筋的外径大2mm左右。
25.夹片式锚具4根据npr预应筋7的直径选择相应的规格，具有优秀的放张自锚性能，施工操作简便，锚固服从系数高，锚固性能稳固、可靠，安装于npr预应筋7的两端，张拉完成后实现自锚固。
26.下面以实施方式1为例，对这种钢混组合高强高延性预应筋混凝土结构的制作方
法进行说明，包括以下步骤：s1、制作钢筋笼，箍筋组5顶部焊接c型钢2，在每个箍筋内底部直角处用铁丝绑扎连接波纹管6，波纹管6内设npr钢筋。波纹管6主要作用是为npr钢筋预留孔道，箍筋的截面尺寸是由该孔道所需净间距确定的：高度为梁高与波纹管6至混凝土梁主体1边缘净间距之差，宽度为梁宽与两倍的波纹管6至混凝土梁主体1边缘净间距之差；为保证钢混组合预应筋混凝土结构的必要的抗剪能力且保证每条裂缝都至少有一道箍筋穿越、控制使用荷载下的斜裂缝宽度，箍筋的间距应满足规范中箍筋最大间距的要求。
27.s2、翻转钢筋笼，以c型钢2做底膜，以钢筋笼为基础支模浇筑、振捣混凝土，波纹管6两端的孔道应设置注浆孔，兼做排气孔。
28.s3、混凝土养护达到设计强度。综合考虑混凝土的类型、使用环境、设计要求及浇筑时间和季节等因素决定混凝土的养护时间和条件。
29.s4、混凝土达到设计强度后，张拉npr钢筋，首先锚板3穿过npr钢筋，粘贴在混凝土梁两端的波纹管6孔道处，夹片式锚具4套设在npr钢筋伸出端，通过穿心千斤顶张拉npr钢筋，夹片式锚具4自锚固npr钢筋，形成npr预应筋7。
30.s5、向npr预应筋7与波纹管6的空隙内灌注灌浆料8，灌浆料8可以选择水泥净浆，使其与混凝土形成一个整体，充分发挥其高强度高延伸率的力学性能，提高结构的承载力及延性。钢混组合高强高延性预应筋混凝土结构的极限弯矩可按下式进行计算：其中，为等效矩形应力系数；为混凝土轴心抗压强度设计值；为混凝土梁截面宽度；为混凝土受压区高度；为截面有效高度；为npr预应筋7的抗拉强度；为c型钢2的抗压强度设计值；为npr预应筋7的截面面积；为c型钢2的截面面积；为c型钢2截面形心至npr预应筋7的距离。
31.s6、养护灌注的水泥净浆达到设计强度。
32.本实施方式中，预应筋施加的拉伸力通过混凝土与钢筋之间的粘结传递，可以提升混凝土结构的承载力，提高混凝土的抗裂性能，进而增加混凝土结构的使用寿命，降低混凝土结构的维护成本，使其在一些需要高强的、高耐久性以及安全要求较高的工程中得到广泛应用。
33.具体实施方式2：如图4、图5本实施方式提供的一种钢混组合高强高延性预应筋混凝土结构，其中采用了npr预应筋7在混凝土中的另一种处理方式。npr预应筋7直接与箍筋组5在其底部内侧的直角处通过铁丝绑扎在一起，npr预应筋7表面涂刷有防锈油脂，涂刷有防锈油脂的npr预应筋7外侧套设有塑料套管，这样做主要是为了使之与周围混凝土隔离，减少张拉时的摩擦损失，防止预应力筋的腐蚀。
34.下面以实施方式2为例，对这种钢混组合高强高延性预应筋混凝土结构的制作方
法进行说明，包括以下步骤：s1、在npr钢筋表面先涂刷防锈油脂层，然后再套设塑料套管。
35.s2、制作钢筋笼，箍筋组5顶部焊接c型钢2，在箍筋组5内底部直角处用铁丝绑扎连接npr钢筋，安装张拉锚具4和夹片式锚具4。
36.s3、翻转钢筋笼，以c型钢2做底膜，以钢筋笼为基础支模浇筑混凝土。
37.s4、混凝土养护达到设计强度，综合考虑混凝土的类型、使用环境、设计要求及浇筑时间和季节等因素决定混凝土的养护时间和条件。
38.s5、借助张拉锚具4及穿心千斤顶张拉npr钢筋，通过夹片式锚具4自锚固npr钢筋，形成npr预应筋7。这里的锚具4相对于实施方式1中的夹片式锚具4具有更加封闭，更加高强度的特点，主要是因为这种预应筋混凝土结构中预应力的传力方式主要靠两端钢筋的固定，区别于与实施方式1中预应筋混凝土结构中靠粘结力传递预应力的方式。
39.本实施方式中的钢混组合高强高延性预应筋混凝土结构，不需要预留各种孔道，穿筋、灌浆等复杂的工作，在施工的过程中施工工序简单，加快了施工的速度，同时摩擦力小，具有易弯曲的体型能够成为曲线型，特别适合各种大跨度的单双向连续多跨区线配筋梁板结构的施工。
40.本公开与传统npr钢筋混凝土结构相比，采用c型钢2作为受压区钢材，与混凝土梁主体1形成钢混组合混凝土结构，充分发挥钢材与混凝土的力学性能，与传统的钢混组合的混凝土结构相比，采用高强度高延伸率的npr钢筋作为预应筋，延缓结构出现裂缝，有效地改善了钢混组合混凝土结构的延性。