專利名稱：一種frp-鋼復(fù)合管混凝土柱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種土木工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件，特別涉及一種由FRP管、鋼管和混凝土三種 不同材料組成的組合柱，尤其適用于海洋、潮濕和鹽堿地等惡劣環(huán)境下高層建筑、橋梁工 程、地下工程及港口工程等。
背景技術(shù)：
目前，鋼管混凝土柱結(jié)構(gòu)已經(jīng)在我國廣泛地應(yīng)用于高層建筑、橋梁工程、地下工程 及港口工程等，并取得了重大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。高強(qiáng)混凝土與鋼管一起承壓可以說是最 完美的組合，可以堪稱充分發(fā)揮各自特色的典范，同時(shí)具有優(yōu)異的延性特征。然而，當(dāng)鋼管 混凝土柱所受荷載較大時(shí)，構(gòu)件截面依然會比較大，此時(shí)需要壁厚較厚的鋼管以提供給混 凝土足夠的緊箍力。因此，用鋼量依然偏大，并且大直徑、厚壁鋼管的供貨渠道不多，如果 采用雙層鋼管，則施工難度較大，如果采用高強(qiáng)鋼管，則造價(jià)較高。此外，在海洋、潮濕和鹽 堿地等惡劣環(huán)境中應(yīng)用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，其外鋼管需要刷防腐涂料或采用特殊的防腐蝕措 施，這樣極大地增加了工程造價(jià)和技術(shù)難度，同時(shí)后期維護(hù)費(fèi)用也比較高。由于纖維增強(qiáng)塑料(FRP)材料具有很高的抗拉強(qiáng)度，在FRP管中內(nèi)填混凝土可起 到與鋼管混凝土同樣的效果，尤其是FRP材料具有輕質(zhì)、耐腐蝕和可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等特性，近些 年來在土木工程中得到了越來越多的關(guān)注，F(xiàn)RP管混凝土柱的出現(xiàn)為橋墩、樁基、公路高架 標(biāo)識等結(jié)構(gòu)的耐久性問題提出了有效的解決方案，使其在土木工程領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前 景。然而，F(xiàn)RP材料為線彈性材料，雖然通過優(yōu)化鋪層方式可以適當(dāng)改善其破壞模式，使FRP 管混凝土柱表現(xiàn)出某種程度的延性破壞，但其所獲得的延性程度仍無法滿足越來越高的對 結(jié)構(gòu)抗震性能的要求。同時(shí)，F(xiàn)RP管的軸向剛度較低，在澆筑混凝土的過程中可能會由于混 凝土的自重而產(chǎn)生局部屈曲，導(dǎo)致側(cè)向撓度過大而形成局部屈曲破壞。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有鋼管混凝土柱和FRP管混凝土柱的上述缺點(diǎn)和不足，將鋼管與FRP 管進(jìn)行復(fù)合，提供一種可用于新建結(jié)構(gòu)，特別適用于海洋、潮濕和鹽堿地等惡劣環(huán)境下高層 建筑、橋梁工程、地下工程及港口工程等的FRP-鋼復(fù)合管混凝土柱結(jié)構(gòu)，一方面可提高結(jié) 構(gòu)的受力性能和抗震性能；另一方面在海洋、潮濕和鹽堿地等惡劣環(huán)境中具有良好的耐久 性等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)FRP-鋼復(fù)合管混凝土柱，由FRP-鋼復(fù)合管和灌入其中的混凝土組成，F(xiàn)RP-鋼復(fù)合 管由作為內(nèi)壁的鋼管和作為外壁的FRP管復(fù)合而成，鋼管由鋼板焊接而成，F(xiàn)RP管由連續(xù)纖 維紗在鋼管外表面上纏繞制成，復(fù)合管內(nèi)澆筑實(shí)心混凝土。所述FRP-鋼復(fù)合管為圓管、方管或矩形管。所述混凝土為普通混凝土或高強(qiáng)混凝土。所述FRP是玻璃纖維增強(qiáng)塑料、碳纖維增強(qiáng)塑料、玄武巖纖維增強(qiáng)塑料、芳綸纖維增強(qiáng)塑料或四種纖維混雜增強(qiáng)塑料中的一種。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果1.本發(fā)明是由FRP管、鋼管和混凝土三種不同材料構(gòu)成的組合柱，可以充分發(fā)揮 構(gòu)成材料各自的特性混凝土在三軸壓應(yīng)力狀態(tài)下的承載能力；FRP管對鋼管和核心混凝 土持續(xù)的環(huán)向約束作用；鋼管的彈塑性使結(jié)構(gòu)具有良好的軸壓延性；2. FRP管的外包約束不但可以減少鋼管的用鋼量，還可以抑制鋼管在軸壓過程中 產(chǎn)生的局部屈曲，同時(shí)又可以作為鋼管的保護(hù)層，提高結(jié)構(gòu)的耐久性能；3.鋼管在FRP管的纏繞過程中可以作為纏繞模具，節(jié)省了模具的制作費(fèi)用和脫模 過程，降低了生產(chǎn)成本；4. FRP-鋼復(fù)合管具有較大的軸向剛度，使結(jié)構(gòu)在澆筑混凝土前具有一定的軸向 承載能力，可以直接作為混凝土澆注時(shí)的模板使用，節(jié)省了模板的制作費(fèi)用，縮短了建設(shè)工 期，同時(shí)還可以避免了澆筑混凝土過程中可能出現(xiàn)局部屈曲現(xiàn)象。


圖1為FRP-鋼復(fù)合管混凝土柱的圓形結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為FRP-鋼復(fù)合管混凝土柱的方形結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為FRP-鋼復(fù)合管混凝土柱的矩形結(jié)構(gòu)示意圖。圖中IFRP管；2鋼管；3核心混凝土。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明的FRP-鋼復(fù)合管混凝土柱是由FRP-鋼復(fù)合管和灌入其中的混凝土組成， 其中FRP-鋼復(fù)合管混凝土柱截面可分為圓形、方形和矩形結(jié)構(gòu)。實(shí)施例1如圖1所示，本發(fā)明給出的FRP-鋼復(fù)合管混凝土柱截面為圓形結(jié)構(gòu)，主要由圓形 FRP-鋼復(fù)合管(圓形FRP管1和圓形鋼管2)和灌入其中的混凝土 3組成。(1)鋼管由鋼 板焊接而成，鋼管兩端在車床上車平，從而保證鋼管兩端部的平整度和垂直度，先將空鋼管 的一端焊上鋼蓋板，保證蓋板與空鋼管的幾何中心重合，并且保證焊縫的質(zhì)量。(2)FRP管由 纏繞工藝制作首先，利用粗砂紙或打磨機(jī)對鋼管外表面進(jìn)行除銹處理；其次，采用丙酮對 打磨面進(jìn)行清洗；最后，將鋼管作為纏繞模具，采用連續(xù)纖維紗經(jīng)纏繞工藝制作FRP管(此 時(shí)，F(xiàn)RP-鋼復(fù)合管也同時(shí)制作完成)，所用纖維是玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維、芳綸纖維 或這四種纖維混雜中的一種，需要靜置一天之后才可以內(nèi)灌混凝土。(3)澆筑混凝土?xí)r，將 復(fù)合管豎直放置，從頂部灌入普通混凝土或高強(qiáng)能混凝土，每灌入混凝土 150mm，充分振搗 半分鐘。實(shí)施例2如圖2所示，本發(fā)明的這種FRP-鋼復(fù)合管混凝土柱截面為方形結(jié)構(gòu)，主要由方形 FRP-鋼復(fù)合管(方形FRP管1和方形鋼管2)和灌入其中的混凝土 3組成，其具體制作方法 與實(shí)施例1相同。實(shí)施例3
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如圖3所示，本發(fā)明的這種FRP-鋼復(fù)合管混凝土柱截面為矩形結(jié)構(gòu)，主要由矩形 FRP-鋼復(fù)合管(矩形FRP管1和矩形鋼管2)和灌入其中的混凝土 3組成，其具體制作方法 與實(shí)施例1相同。
權(quán)利要求
一種FRP 鋼復(fù)合管混凝土柱，由FRP 鋼復(fù)合管和灌入其中的混凝土組成，其特征在于，F(xiàn)RP 鋼復(fù)合管由作為內(nèi)壁的鋼管(2)和作為外壁的FRP管(1)復(fù)合而成，鋼管(2)由鋼板焊接而成，F(xiàn)RP管(1)由連續(xù)纖維紗在鋼管(2)外表面上纏繞制成，復(fù)合管內(nèi)澆筑實(shí)心混凝土(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種FRP-鋼復(fù)合管混凝土柱，其特征在于，F(xiàn)RP-鋼復(fù)合管為圓管、方管或矩形管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種FRP-鋼復(fù)合管混凝土柱，其特征在于，混凝土(3)為普 通混凝土或高強(qiáng)混凝土。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種FRP-鋼復(fù)合管混凝土柱，其特征在于，所述FRP 是玻璃纖維增強(qiáng)塑料、碳纖維增強(qiáng)塑料、玄武巖纖維增強(qiáng)塑料、芳綸纖維增強(qiáng)塑料或四種纖 維混雜增強(qiáng)塑料中的一種。
全文摘要
一種FRP-鋼復(fù)合管混凝土柱，涉及一種土木工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件，該復(fù)合管混凝土柱由FRP-鋼復(fù)合管和灌入其中的混凝土組成，其特征在于，F(xiàn)RP-鋼復(fù)合管由作為內(nèi)壁的鋼管和作為外壁的FRP管復(fù)合而成，鋼管由鋼板焊接而成，F(xiàn)RP管由連續(xù)纖維紗在鋼管外表面上纏繞制成，復(fù)合管內(nèi)澆筑實(shí)心混凝土。本發(fā)明可充分發(fā)揮FRP、鋼和混凝土這三種構(gòu)成材料的各自優(yōu)勢，具有承載力高、耐腐蝕、抗震性能佳等特點(diǎn)，為現(xiàn)代土木工程建設(shè)提供了一種新的選擇。
文檔編號E04C3/34GK101985851SQ201010552899
公開日2011年3月16日 申請日期2010年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月20日
發(fā)明者李惠, 歐進(jìn)萍, 王言磊, 閆昕 申請人:大連理工大學(xué)