CN101985851A - 一种frp-钢复合管混凝土柱 - Google Patents

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李惠
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闫昕
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Abstract

一种FRP-钢复合管混凝土柱，涉及一种土木工程结构构件，该复合管混凝土柱由FRP-钢复合管和灌入其中的混凝土组成，其特征在于，FRP-钢复合管由作为内壁的钢管和作为外壁的FRP管复合而成，钢管由钢板焊接而成，FRP管由连续纤维纱在钢管外表面上缠绕制成，复合管内浇筑实心混凝土。本发明可充分发挥FRP、钢和混凝土这三种构成材料的各自优势，具有承载力高、耐腐蚀、抗震性能佳等特点，为现代土木工程建设提供了一种新的选择。

Description

一种FRP-钢复合管混凝土柱
技术领域
本发明属于一种土木工程结构构件，特别涉及一种由FRP管、钢管和混凝土三种不同材料组成的组合柱，尤其适用于海洋、潮湿和盐碱地等恶劣环境下高层建筑、桥梁工程、地下工程及港口工程等。
背景技术
目前，钢管混凝土柱结构已经在我国广泛地应用于高层建筑、桥梁工程、地下工程及港口工程等，并取得了重大的经济和社会效益。高强混凝土与钢管一起承压可以说是最完美的组合，可以堪称充分发挥各自特色的典范，同时具有优异的延性特征。然而，当钢管混凝土柱所受荷载较大时，构件截面依然会比较大，此时需要壁厚较厚的钢管以提供给混凝土足够的紧箍力。因此，用钢量依然偏大，并且大直径、厚壁钢管的供货渠道不多，如果采用双层钢管，则施工难度较大，如果采用高强钢管，则造价较高。此外，在海洋、潮湿和盐碱地等恶劣环境中应用钢管混凝土结构，其外钢管需要刷防腐涂料或采用特殊的防腐蚀措施，这样极大地增加了工程造价和技术难度，同时后期维护费用也比较高。
由于纤维增强塑料(FRP)材料具有很高的抗拉强度，在FRP管中内填混凝土可起到与钢管混凝土同样的效果，尤其是FRP材料具有轻质、耐腐蚀和可设计性强等特性，近些年来在土木工程中得到了越来越多的关注，FRP管混凝土柱的出现为桥墩、桩基、公路高架标识等结构的耐久性问题提出了有效的解决方案，使其在土木工程领域具有广泛的应用前景。然而，FRP材料为线弹性材料，虽然通过优化铺层方式可以适当改善其破坏模式，使FRP管混凝土柱表现出某种程度的延性破坏，但其所获得的延性程度仍无法满足越来越高的对结构抗震性能的要求。同时，FRP管的轴向刚度较低，在浇筑混凝土的过程中可能会由于混凝土的自重而产生局部屈曲，导致侧向挠度过大而形成局部屈曲破坏。
发明内容
为了克服现有钢管混凝土柱和FRP管混凝土柱的上述缺点和不足，将钢管与FRP管进行复合，提供一种可用于新建结构，特别适用于海洋、潮湿和盐碱地等恶劣环境下高层建筑、桥梁工程、地下工程及港口工程等的FRP-钢复合管混凝土柱结构，一方面可提高结构的受力性能和抗震性能；另一方面在海洋、潮湿和盐碱地等恶劣环境中具有良好的耐久性等优点。
本发明通过以下技术方案实现：
FRP-钢复合管混凝土柱，由FRP-钢复合管和灌入其中的混凝土组成，FRP-钢复合管由作为内壁的钢管和作为外壁的FRP管复合而成，钢管由钢板焊接而成，FRP管由连续纤维纱在钢管外表面上缠绕制成，复合管内浇筑实心混凝土。
所述FRP-钢复合管为圆管、方管或矩形管。
所述混凝土为普通混凝土或高强混凝土。
所述FRP是玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料、玄武岩纤维增强塑料、芳纶纤维增强塑料或四种纤维混杂增强塑料中的一种。
本发明相对于现有技术具有以下优点和效果：
1.本发明是由FRP管、钢管和混凝土三种不同材料构成的组合柱，可以充分发挥构成材料各自的特性：混凝土在三轴压应力状态下的承载能力；FRP管对钢管和核心混凝土持续的环向约束作用；钢管的弹塑性使结构具有良好的轴压延性；
2.FRP管的外包约束不但可以减少钢管的用钢量，还可以抑制钢管在轴压过程中产生的局部屈曲，同时又可以作为钢管的保护层，提高结构的耐久性能；
3.钢管在FRP管的缠绕过程中可以作为缠绕模具，节省了模具的制作费用和脱模过程，降低了生产成本；
4.FRP-钢复合管具有较大的轴向刚度，使结构在浇筑混凝土前具有一定的轴向承载能力，可以直接作为混凝土浇注时的模板使用，节省了模板的制作费用，缩短了建设工期，同时还可以避免了浇筑混凝土过程中可能出现局部屈曲现象。
附图说明
图1为FRP-钢复合管混凝土柱的圆形结构示意图。
图2为FRP-钢复合管混凝土柱的方形结构示意图。
图3为FRP-钢复合管混凝土柱的矩形结构示意图。
图中：1FRP管；2钢管；3核心混凝土。
具体实施方式
下面参照附图对本发明进行详细说明。
本发明的FRP-钢复合管混凝土柱是由FRP-钢复合管和灌入其中的混凝土组成，其中FRP-钢复合管混凝土柱截面可分为圆形、方形和矩形结构。
实施例1
如图1所示，本发明给出的FRP-钢复合管混凝土柱截面为圆形结构，主要由圆形FRP-钢复合管(圆形FRP管1和圆形钢管2)和灌入其中的混凝土3组成。(1)钢管由钢板焊接而成，钢管两端在车床上车平，从而保证钢管两端部的平整度和垂直度，先将空钢管的一端焊上钢盖板，保证盖板与空钢管的几何中心重合，并且保证焊缝的质量。(2)FRP管由缠绕工艺制作：首先，利用粗砂纸或打磨机对钢管外表面进行除锈处理；其次，采用丙酮对打磨面进行清洗；最后，将钢管作为缠绕模具，采用连续纤维纱经缠绕工艺制作FRP管(此时，FRP-钢复合管也同时制作完成)，所用纤维是玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维或这四种纤维混杂中的一种，需要静置一天之后才可以内灌混凝土。(3)浇筑混凝土时，将复合管竖直放置，从顶部灌入普通混凝土或高强能混凝土，每灌入混凝土150mm，充分振捣半分钟。
实施例2
如图2所示，本发明的这种FRP-钢复合管混凝土柱截面为方形结构，主要由方形FRP-钢复合管(方形FRP管1和方形钢管2)和灌入其中的混凝土3组成，其具体制作方法与实施例1相同。
实施例3
如图3所示，本发明的这种FRP-钢复合管混凝土柱截面为矩形结构，主要由矩形FRP-钢复合管(矩形FRP管1和矩形钢管2)和灌入其中的混凝土3组成，其具体制作方法与实施例1相同。

Claims (4)

1.一种FRP-钢复合管混凝土柱，由FRP-钢复合管和灌入其中的混凝土组成，其特征在于，FRP-钢复合管由作为内壁的钢管(2)和作为外壁的FRP管(1)复合而成，钢管(2)由钢板焊接而成，FRP管(1)由连续纤维纱在钢管(2)外表面上缠绕制成，复合管内浇筑实心混凝土(3)。
2.根据权利要求1所述的一种FRP-钢复合管混凝土柱，其特征在于，FRP-钢复合管为圆管、方管或矩形管。
3.根据权利要求1所述的一种FRP-钢复合管混凝土柱，其特征在于，混凝土(3)为普通混凝土或高强混凝土。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种FRP-钢复合管混凝土柱，其特征在于，所述FRP是玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料、玄武岩纤维增强塑料、芳纶纤维增强塑料或四种纤维混杂增强塑料中的一种。
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