CN106760212A - 一种波纹复合管海水海砂混凝土结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种波纹复合管海水海砂混凝土结构，由波纹复合管(1)、海水海砂混凝土(2)、复合筋(3)共同构成，波纹复合管(1)由内纤维层(11)、外纤维层(13)分别粘结于波纹钢管(12)的内壁和外壁，波纹复合管(1)沿着构件轴线方向呈波纹曲线或折线形状，在波纹复合管(1)内配有复合筋(3)，海水海砂混凝土(2)填充并充满于波纹复合管(1)截面内部，复合筋(3)布置于海水海砂混凝土(2)的内部并由后者所包覆。本发明克服了公知的钢管混凝土结构所存在的缺陷，具有承载力高、耐腐蚀性好、材料易取、有利于可持续发展等优点，同时，结构具有较低的造价，可操作性强、耗能低、环境污染小，可适用于海洋工程结构建设。

Description

一种波纹复合管海水海砂混凝土结构

技术领域

本发明属于土木建筑结构技术领域，具体涉及一种混凝土组合结构，尤其是一种波纹复合管海水海砂混凝土结构。

背景技术

海洋工程建设面临着极苛刻的自然腐蚀环境，根据所处的环境可分为近海、海岸、海岛和海上等，都不同程度的承受着氯离子侵蚀、干湿交替、湿热、冻融等环境作用。在海洋工程建设过程中，钢筋混凝土结构得到了大量的应用，但所采用的原材料必须为淡水和普通河沙，因为海水海砂中的氯化物以及硫酸盐等会加快混凝土中钢筋锈蚀，严重影响混凝土耐久性。原材料对于淡水和普通河沙的要求大大增加了海洋工程的难度与造价。

普通钢管混凝土结构由于钢管与混凝土的共同作用使得结构具有良好的性能，其在普通环境中的结构中应用广泛。然而，钢管混凝土中的钢材在潮湿和高氯离子浓度的环境中极易腐蚀，需要解决防锈，这是钢管混凝土在海洋环境中无法广泛应用的棘手问题。目前，保护钢材的方法有添加阻锈剂、电化学防护、使用环氧涂层钢材等，但这些方法在不改变结构性能的条件下大大增加了工程造价，并不能长期稳定的保护钢材不受氯离子侵蚀。另外，钢管混凝土结构中，钢管主要承受竖向力，竖向应力的作用使得钢管容易出现局部屈曲的破坏模式，其降低了钢管混凝土结构的延性，且屈曲难以修复。

纤维增强复合材料(FRP)是由纤维材料与树脂基体组成，具有很强的耐腐蚀能力，同时还有轻质、高强、成型方便等优点，它可与传统材料(混凝土、钢材、木材等)通过合理的组合形式共同受力，常用的纤维类型有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维等。

发明内容

本发明的目的是提供一种波纹复合管海水海砂混凝土结构，解决普通钢管混凝土结构钢管易屈曲、耐腐蚀性差等技术缺陷，使用丰富的海水海砂为原材料，并充分提升波纹复合管对混凝土的约束效果，对海洋工程的工期、成本和资源的有效利用均有大有益处。

本发明的技术方案为：一种波纹复合管海水海砂混凝土结构，由波纹复合管、海水海砂混凝土、复合筋共同构成，波纹复合管由内纤维层、外纤维层分别粘结于波纹钢管的内壁和外壁，波纹复合管沿着构件轴线方向呈波纹曲线或折线形状，在波纹复合管内配有复合筋，复合筋是纤维增强塑料筋、纤维-钢筋复合筋、纤维-钢丝复合筋中的一种，其外表面为纤维增强复合材料，海水海砂混凝土填充并充满于波纹复合管截面内部，复合筋布置于海水海砂混凝土的内部并由后者所包覆。

在本发明结构中，波纹复合管沿着构件轴线方向呈波纹曲线或折线形状使得波纹复合管在受纵向荷载时，应力得到释放，即不承担竖向荷载，其受力只为内部的海水海砂混凝土提供环向约束作用，充分提升波纹复合管对混凝土的约束效果，相近参数下较普通钢管混凝土的承载力提高1.5倍左右，进而节约材料，降低工程造价；波纹复合管由于波纹曲线或折线形状的构造，平面外刚度大，在施工过程中，不宜发生变形，更有利于发挥混凝土侧向模板的支撑作用，在使用过程中，更有利于减小横向膨胀变形。波纹复合管由内纤维层、外纤维层分别粘结于波纹钢管的内壁和外壁粘结复合而成，内纤维层、外纤维层为波纹钢管提供增强受力的同时，为波纹钢管提供耐腐蚀保护。

复合筋布置于海水海砂混凝土的内部，为结构提供抗弯承载力，其外表面为纤维增强复合材料，具有抵抗海水海砂混凝土的氯离子腐蚀性。

所述的海水海砂混凝土由海水和海砂为原料，添加水泥、碎石、减水剂配制而成，海水海砂作为钢管混凝土结构中混凝土材料的直接应用，可就地取材，现场拌合海水海砂混凝土即可浇注，减少了材料的运输量和成本，显著节约了海洋工程的工期、成本和资源，大大降低了工程建造过程中的碳排放量，有利于可持续发展。

所述的内纤维层、外纤维层在纤维浸渍树脂的基础上，采用手糊压层工艺或缠绕工艺实现与波纹钢管内壁、外壁的粘结复合，纤维由一层或一层以上的玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种或其中几种的混杂而成，其采用纤维束或纤维织物的形式，纤维方向与构件轴线方向夹角介于0～90°之间。

所述的波纹复合管的波纹曲线或折线形状可为正弦波型、矩形锯齿型、梯形锯齿型、连续式-半波型、间断式-半波型、折线型中的一种或其中几种的组合。

所述的复合筋的外表面为纤维增强复合材料，其为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种或其中几种的混杂而成。

所述的波纹复合管的截面形式可为圆形、矩形、椭圆形、圆端形和边数大于等于5的等边多边形中的一种，其棱角宜圆弧化，圆弧化半径不小于25mm。

所述的复合筋根据需要布置为纵向钢筋和箍筋的形式，二者通过绑扎形成骨架。

在本发明克服了公知的钢管混凝土结构所存在的缺陷，具有承载力高、耐腐蚀性好、材料易取、有利于可持续发展等优点，同时，结构具有较低的造价，可操作性强、耗能低、环境污染小。具体有益效果如下：

(1)承载能力高。波纹复合管的受力只为内部的海水海砂混凝土提供环向约束作用，充分提升波纹复合管对混凝土的约束效果，相近参数下较普通钢管混凝土的承载力提高1.5倍左右，由于波纹曲线或折线形状的构造，其平面外刚度大。

(2)耐腐蚀性好。波纹复合管由内纤维层、外纤维层分别粘结于波纹钢管的内壁和外壁粘结复合而成，复合筋外表面为纤维增强复合材料，波纹复合管与复合筋都具有抵抗海水海砂混凝土的氯离子腐蚀性。

(3)造价低。海洋工程在建造此类结构时，可以就地取材，即海水海砂都不需要经过无氯化处理，可直接从海中取材用于配制海水海砂混凝土，减少了材料的运输量和运输成本，大大节约了海洋工程的成本与工期。

(4)有利于可持续发展。本发明使得海水海砂混凝土在复合管混凝土中的直接应用，海水海砂作为原材料取之不竭，减少了对淡水和河沙的需求，并且大大降低了建造过程中的碳排放量，有利于环境的可持续发展。

附图说明：

图1是圆形截面波纹复合管海水海砂混凝土结构立体示意图；

图2是正弦波型波纹复合管海水海砂混凝土结构纵断面示意图；

图3是矩形锯齿型波纹复合管海水海砂混凝土结构纵断面示意图；

图4是连续式-半波型波纹复合管海水海砂混凝土结构纵断面示意图；

图5是间断式-半波型波纹复合管海水海砂混凝土结构纵断面示意图；

图6是梯形锯齿型波纹复合管海水海砂混凝土结构纵断面示意图；

图7是折线型波纹复合管海水海砂混凝土结构纵断面示意图；

图8是圆形截面波纹复合管海水海砂混凝土结构横断面示意图；

图9是椭圆形截面波纹复合管海水海砂混凝土结构横断面示意图；

图10是倒圆角正方形截面波纹复合管海水海砂混凝土结构横断面示意图；

图11是倒圆角长方形截面波纹复合管海水海砂混凝土结构横断面示意图；

图12是圆端形截面波纹复合管海水海砂混凝土结构横断面示意图；

图13是倒圆角多边形截面波纹复合管海水海砂混凝土结构横断面示意图

在附图1～附图13中，1为波纹复合管；2为海水海砂混凝土；3为复合筋；13为外纤维层；12为波纹钢管；11为内纤维层。

具体实施方式：

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方法。

本发明提供一种波纹复合管海水海砂混凝土结构，由波纹复合管1、海水海砂混凝土2、复合筋3共同构成，波纹复合管1由内纤维层11、外纤维层13分别粘结于波纹钢管12的内壁和外壁，波纹复合管1沿着构件轴线方向呈波纹曲线或折线形状，在波纹复合管1内配有复合筋3，复合筋3是纤维增强塑料筋、纤维-钢筋复合筋、纤维-钢丝复合筋中的一种，其外表面为纤维增强复合材料，海水海砂混凝土2填充并充满于波纹复合管1截面内部，复合筋3布置于海水海砂混凝土2的内部并由后者所包覆。

所述的海水海砂混凝土2由海水和海砂为原料，添加水泥、碎石、减水剂配制而成。

所述的内纤维层11、外纤维层13在纤维浸渍树脂的基础上，采用手糊压层工艺或缠绕工艺实现与波纹钢管12内壁、外壁的粘结复合，纤维由一层或一层以上的玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种或其中几种的混杂而成，其采用纤维束或纤维织物的形式，纤维方向与构件轴线方向夹角介于0～90°之间。

所述的波纹复合管1的波纹曲线或折线形状可为正弦波型、矩形锯齿型、梯形锯齿型、连续式-半波型、间断式-半波型、折线型中的一种或其中几种的组合。

所述的复合筋3的外表面为纤维增强复合材料，其为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种或其中几种的混杂而成。

所述的波纹复合管1的截面形式可为圆形、矩形、椭圆形、圆端形和边数大于等于5的等边多边形中的一种，其棱角宜圆弧化，圆弧化半径不小于25mm。

所述的复合筋3根据需要布置为纵向钢筋和箍筋的形式，二者通过绑扎形成骨架。

实施例：

图1是圆形截面波纹复合管海水海砂混凝土结构立体示意图，图2～7分别为正弦波型、矩形锯齿型、梯形锯齿型、连续式-半波型、间断式-半波型、折线型波纹复合管海水海砂混凝土结构纵断面示意图，图8～13分别为波纹复合管海水海砂混凝土结构为圆形截面、椭圆形截面、倒圆角正方形截面、倒圆角长方形截面、圆端形截面、倒圆角多边形截面的横截面示意图。

具体实施中，先按预定截面形状与尺寸加工波纹复合管1和复合筋3，波纹钢管12采用管制焊接工艺制作成型，内纤维层11、外纤维层13在纤维浸渍树脂的基础上，采用手糊压层工艺或缠绕工艺实现与波纹钢管12内壁、外壁的粘结复合，纤维由一层或一层以上的玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种或其中几种的混杂而成，其采用纤维束或纤维织物的形式，纤维方向与构件轴线方向夹角介于0～90°之间，波纹复合管1的波纹曲线或折线形状可为正弦波型、矩形锯齿型、梯形锯齿型、连续式-半波型、间断式-半波型、折线型中的一种或其中几种的组合；复合筋3可为纤维增强塑料筋、纤维-钢筋复合筋、纤维-钢丝复合筋中的一种，其外表面为纤维增强复合材料；在波纹复合管1和复合筋3制作完成后进行其现场安装固定，波纹复合管1固定于基础，复合筋3置于波纹复合管1内部，随后，在波纹复合管1内部浇筑海水海砂混凝土2，海水海砂混凝土2由海水和海砂为原料，添加水泥、碎石、减水剂配制而成，即形成一种波纹复合管海水海砂混凝土结构。

本发明中，波纹复合管、复合筋与海水海砂混凝土的组合应用，得到了一种高效、经济、耐久、耐腐蚀、环境友好的新型结构，尤其适合恶劣海洋环境下的海洋工程结构。

Claims (7)

1.一种波纹复合管海水海砂混凝土结构，由波纹复合管(1)、海水海砂混凝土(2)、复合筋(3)共同构成，波纹复合管(1)由内纤维层(11)、外纤维层(13)分别粘结于波纹钢管(12)的内壁和外壁，波纹复合管(1)沿着构件轴线方向呈波纹曲线或折线形状，在波纹复合管(1)内配有复合筋(3)，复合筋(3)是纤维增强塑料筋、纤维-钢筋复合筋、纤维-钢丝复合筋中的一种，其外表面为纤维增强复合材料，海水海砂混凝土(2)填充并充满于波纹复合管(1)截面内部，复合筋(3)布置于海水海砂混凝土(2)的内部并由后者所包覆。

2.根据权利要求1所述的一种波纹复合管海水海砂混凝土结构，其特征在于，所述的海水海砂混凝土(2)由海水和海砂为原料，添加水泥、碎石、减水剂配制而成。

3.根据权利要求1所述的一种波纹复合管海水海砂混凝土结构，其特征在于，所述的内纤维层(11)、外纤维层(13)在纤维浸渍树脂的基础上，采用手糊压层工艺或缠绕工艺实现与波纹钢管(12)内壁、外壁的粘结复合，纤维由一层或一层以上的玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种或其中几种的混杂而成，其采用纤维束或纤维织物的形式，纤维方向与构件轴线方向夹角介于0～90°之间。

4.根据权利要求1所述的一种波纹复合管海水海砂混凝土结构，其特征在于，所述的波纹复合管(1)的波纹曲线或折线形状可为正弦波型、矩形锯齿型、梯形锯齿型、连续式-半波型、间断式-半波型、折线型中的一种或其中几种的组合。

5.根据权利要求1所述的一种波纹复合管海水海砂混凝土结构，其特征在于，所述的复合筋(3)的外表面为纤维增强复合材料，其为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种或其中几种的混杂而成。

6.根据权利要求1所述的一种波纹复合管海水海砂混凝土结构，其特征在于，所述的波纹复合管(1)的截面形式可为圆形、矩形、椭圆形、圆端形和边数大于等于5的等边多边形中的一种，其棱角宜圆弧化，圆弧化半径不小于25mm。

7.根据权利要求1所述的一种波纹复合管海水海砂混凝土结构，其特征在于，所述的复合筋(3)根据需要布置为纵向钢筋和箍筋的形式，二者通过绑扎形成骨架。