專利名稱：一種空心纖維-鋼復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種空心纖維-鋼復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)，可廣泛應(yīng)用于土木建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
一般的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是由混凝土填入鋼管內(nèi)而形成的一種組合結(jié)構(gòu)。由于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)能夠更有效地發(fā)揮鋼材和混凝土兩種材料各自的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了鋼管結(jié)構(gòu)容易發(fā)生局部屈曲的缺點(diǎn)，工程應(yīng)用日益廣泛。但鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的防腐蝕性能及防火性能較差，對(duì)于截面尺寸、體積較大的結(jié)構(gòu)由于需在鋼管內(nèi)灌注大量混凝土使得工程造價(jià)相對(duì)較高，且大荷載情況對(duì)鋼管厚度需求大，造成鋼管加工困難。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(FRP)是由纖維材料與基體材料經(jīng)過一定工藝復(fù)合制成的高性能新型材料，目前常用的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料有碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維和玄武巖纖維等增強(qiáng)的樹脂基體，纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料不僅具有輕質(zhì)、高強(qiáng)的特點(diǎn)，其對(duì)大氣、水和一般濃度的酸、堿、鹽以及多種油類和溶劑又有較好的抵抗能力。纖維管混凝土作為類似于鋼管混凝土的一種新型結(jié)構(gòu)，具有一定的應(yīng)用前景；然而，由于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的特點(diǎn)，纖維管混凝土在應(yīng)用上具有一定的缺陷與不足，如由于纖維管截面較低的剛度，其施工階段承載力差，由于纖維的極限應(yīng)變較低，纖維管混凝土的破壞具有明顯的脆性，纖維管的價(jià)格高，經(jīng)濟(jì)性差，這都嚴(yán)重影響了纖維管混凝土在土木工程中的應(yīng)用推廣。針對(duì)以上結(jié)構(gòu)，研究者也在不斷開發(fā)新的結(jié)構(gòu)形式，力求克服鋼管混凝土和纖維管混凝土的缺點(diǎn)與不足。如中國專利第“200910248425. 3”號(hào)，公開了一種“圓截面鋼-混凝土 -FRP實(shí)心組合柱”，該結(jié)構(gòu)外層為鋼管，內(nèi)層為FRP管，于兩管之間和FRP管內(nèi)均填充有混凝土，該結(jié)構(gòu)雖然具有鋼管混凝土和纖維管混凝土的一些共同優(yōu)點(diǎn)，但該結(jié)構(gòu)鋼管處于結(jié)構(gòu)外壁，其耐腐蝕性和防火性能差，且FRP管內(nèi)實(shí)心，增加了混凝土用量，在大尺寸結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)用方面不能滿足經(jīng)濟(jì)性要求。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種空心纖維-鋼復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)承載力高、剛度好，延性好，抗震性能優(yōu)良，具有良好的施工性能與耐久性能，截面慣性矩大，混凝土用量節(jié)省，工程造價(jià)經(jīng)濟(jì)，尤其適合惡劣環(huán)境下的大尺寸結(jié)構(gòu)構(gòu)件。本實(shí)用新型所采用的解決方案是一種空心纖維-鋼復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)，由纖維-鋼復(fù)合管、混凝土或鋼筋混凝土和內(nèi)鋼管由外向內(nèi)共同構(gòu)成，纖維-鋼復(fù)合管由纖維層通過樹脂浸漬粘結(jié)于鋼管的外壁，內(nèi)鋼管位于截面內(nèi)部，混凝土或鋼筋混凝土填充于纖維-鋼復(fù)合管與內(nèi)鋼管之間，內(nèi)鋼管的內(nèi)部空心，纖維層為一層或一層以上的玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維中的一種或其中的幾種混雜而成。在本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)中，纖維-鋼復(fù)合管、內(nèi)鋼管具有一定的剛度，分別為混凝土澆筑提供外側(cè)和內(nèi)側(cè)模板，并承擔(dān)施工過程中的豎向荷載，在結(jié)構(gòu)使用階段，纖維-鋼復(fù)合管為內(nèi)部混凝土防止碳化及堿骨料反應(yīng)提供保護(hù)，纖維層為纖維-鋼復(fù)合管靈活的性能設(shè)計(jì)提供方便，降低了鋼管厚度，減小厚鋼管的加工難度，內(nèi)鋼管的內(nèi)部空心降低了混凝土用量，增大了截面的慣性矩，使其應(yīng)用于大荷載情況成為可能。所述的纖維層中的纖維方向與柱夾角介于0 90°之間，其采用纖維束或纖維織物纏繞浸漬。所述的纖維-鋼復(fù)合管和內(nèi)鋼管均為圓形截面、正方形截面、長方形截面、橢圓形截面或圓端形截面中的一種；或纖維-鋼復(fù)合管為圓形截面、內(nèi)鋼管為正方形截面；或纖維-鋼復(fù)合管為正方形截面、內(nèi)鋼管為圓形截面；或纖維-鋼復(fù)合管為圓形截面、內(nèi)鋼管為長方形截面；或纖維-鋼復(fù)合管為正方形截面、內(nèi)鋼管為長方形截面。所述的纖維-鋼復(fù)合管為正方形截面或長方形截面時(shí)，其截面棱角可作一種倒角變換，倒角半徑R大于等于25mm。所述的樹脂是環(huán)氧樹脂膠、乙烯基樹脂、聚氨酯樹脂中的一種。本實(shí)用新型克服了公知的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、FRP管混凝土結(jié)構(gòu)所存在的缺陷，具有如下有益效果(1)纖維-鋼復(fù)合管實(shí)現(xiàn)了纖維與鋼管的力學(xué)性能互補(bǔ)，纖維提供了鋼管屈服后的后繼承載力，鋼管的延性彌補(bǔ)了纖維脆性破壞模式的不足，纖維層為纖維-鋼復(fù)合管靈活的性能設(shè)計(jì)提供方便。(2)纖維-鋼復(fù)合管降低了普通鋼管的厚度，減小其厚鋼管的加工難度，纖維材料外覆于鋼管外壁，可解決組合結(jié)構(gòu)腐蝕及特殊不利環(huán)境下的工作問題，避免內(nèi)部混凝土碳化及堿骨料反應(yīng)。(3)內(nèi)部混凝土的存在阻止了纖維-鋼復(fù)合管和內(nèi)鋼管的局部屈曲，提高其穩(wěn)定性。(4)內(nèi)鋼管提供結(jié)構(gòu)的抗彎承載力，內(nèi)部空心可有效擴(kuò)大截面尺寸，提高其抗彎剛度，節(jié)省材料，降低工程造價(jià)。(5)內(nèi)鋼管和纖維-鋼復(fù)合管為其夾層內(nèi)混凝土澆筑提供內(nèi)、外模板，節(jié)省模板， 并承擔(dān)施工過程中的豎向荷載，方便施工。

圖1是纖維-鋼復(fù)合管、內(nèi)鋼管均為圓形截面的空心纖維-鋼復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)的截面構(gòu)造示意圖；圖2是纖維-鋼復(fù)合管、內(nèi)鋼管均為正方形截面的空心纖維-鋼復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)的截面構(gòu)造示意圖；圖3是纖維-鋼復(fù)合管、內(nèi)鋼管均為長方形截面的空心纖維-鋼復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)的截面構(gòu)造示意圖；圖4是纖維-鋼復(fù)合管、內(nèi)鋼管均為橢圓形截面的空心纖維-鋼復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)的截面構(gòu)造示意圖；圖5是纖維-鋼復(fù)合管、內(nèi)鋼管均為圓端形截面的空心纖維-鋼復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)的截面構(gòu)造示意圖；圖6是纖維-鋼復(fù)合管為圓形截面、內(nèi)鋼管為正方形截面的空心纖維-鋼復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)的截面構(gòu)造示意圖；圖7是纖維-鋼復(fù)合管為正方形截面、內(nèi)鋼管為圓形截面的空心纖維-鋼復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)的截面構(gòu)造示意圖；圖8是纖維-鋼復(fù)合管為圓形截面、內(nèi)鋼管為長方形截面的空心纖維-鋼復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)的截面構(gòu)造示意圖；圖9是纖維-鋼復(fù)合管為正方形截面、內(nèi)鋼管為長方形截面的空心纖維-鋼復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)的截面構(gòu)造示意圖；圖10是纖維-鋼復(fù)合管為倒圓角正方形截面、內(nèi)鋼管為正方形截面的空心纖維-鋼復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)的截面構(gòu)造示意圖；圖11是纖維-鋼復(fù)合管為倒圓角長方形截面、內(nèi)鋼管為長方形截面的空心纖維-鋼復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)的截面構(gòu)造示意圖；圖12是纖維-鋼復(fù)合管為倒圓角正方形截面、內(nèi)鋼管為圓形截面的空心纖維-鋼復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)的截面構(gòu)造示意圖。在附圖1 附圖12中，1為纖維-鋼復(fù)合管；11為纖維層；12為鋼管；2為混凝土或鋼筋混凝土；3為內(nèi)鋼管。
具體實(shí)施方式
為了對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
。本實(shí)用新型提供一種空心纖維-鋼復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)， 由纖維-鋼復(fù)合管1、混凝土或鋼筋混凝土 2和內(nèi)鋼管3由外向內(nèi)共同構(gòu)成，纖維-鋼復(fù)合管1由纖維層11通過樹脂浸漬粘結(jié)于鋼管12的外壁，內(nèi)鋼管3位于截面內(nèi)部，混凝土或鋼筋混凝土 2填充于纖維-鋼復(fù)合管1與內(nèi)鋼管3之間，內(nèi)鋼管3的內(nèi)部空心，纖維層11為一層或一層以上的玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維中的一種或其中的幾種混雜而成。實(shí)施例圖1 圖12分別是纖維-鋼復(fù)合管和內(nèi)鋼管均為圓形截面、正方形截面、長方形截面、橢圓形截面或圓端形截面中的一種；纖維-鋼復(fù)合管為圓形截面、內(nèi)鋼管為正方形截面；纖維-鋼復(fù)合管為正方形截面、內(nèi)鋼管為圓形截面；纖維-鋼復(fù)合管為圓形截面、內(nèi)鋼管為長方形截面；纖維-鋼復(fù)合管為正方形截面、內(nèi)鋼管為長方形截面；纖維-鋼復(fù)合管為倒圓角正方形截面、內(nèi)鋼管為正方形截面；纖維-鋼復(fù)合管為倒圓角長方形截面、內(nèi)鋼管為長方形截面；纖維-鋼復(fù)合管為倒圓角正方形截面、內(nèi)鋼管為圓形截面的空心纖維-鋼復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)的截面構(gòu)造示意圖。具體實(shí)施中，先按預(yù)定截面形狀與尺寸加工纖維-鋼復(fù)合管1和內(nèi)鋼管3，鋼管12 和內(nèi)鋼管3采用卷制焊接工藝制作成型，在鋼管12外壁纏繞、浸漬粘貼預(yù)定層數(shù)纖維，纖維可采用纖維束或纖維織物，纖維浸漬粘貼樹脂可采用環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂或聚氨酯樹脂， 纖維方向與柱夾角介于0 90°之間，纖維材料可以是玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維中的一種或其中的幾種，在纖維-鋼復(fù)合管1和內(nèi)鋼管3制作完成后進(jìn)行其現(xiàn)場(chǎng)安裝固定，纖維-鋼復(fù)合管1和內(nèi)鋼管3固定于基礎(chǔ)，內(nèi)鋼管3位于纖維-鋼復(fù)合管1截面內(nèi)， 其幾何形心重合，隨后，在纖維-鋼復(fù)合管1和內(nèi)鋼管3之間澆筑混凝土或鋼筋混凝土 2，內(nèi)鋼管3內(nèi)部空心，即形成一種空心纖維-鋼復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)。 本實(shí)用新型中，纖維-鋼復(fù)合管、普通鋼管、混凝土及空心截面的組合應(yīng)用，得到
了一種經(jīng)濟(jì)、耐久、性能優(yōu)良的新型結(jié)構(gòu)，尤其適合惡劣環(huán)境下的大尺寸結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
權(quán)利要求1.一種空心纖維-鋼復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)，由纖維-鋼復(fù)合管(1)、混凝土或鋼筋混凝土⑵和內(nèi)鋼管⑶由外向內(nèi)共同構(gòu)成，纖維-鋼復(fù)合管⑴由纖維層(11)通過樹脂浸漬粘結(jié)于鋼管(12)的外壁，內(nèi)鋼管(3)位于截面內(nèi)部，混凝土或鋼筋混凝土(2)填充于纖維-鋼復(fù)合管⑴與內(nèi)鋼管⑶之間，內(nèi)鋼管⑶的內(nèi)部空心，纖維層(11)為一層或一層以上的玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維中的一種或其中的幾種混雜而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空心纖維-鋼復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)，其特征在于，纖維層(11)中的纖維方向與柱夾角介于0 90°之間，其采用纖維束或纖維織物纏繞浸漬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種空心纖維-鋼復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)，其特征在于，纖維-鋼復(fù)合管(1)和內(nèi)鋼管(3)均為圓形截面、正方形截面、長方形截面、橢圓形截面或圓端形截面中的一種；或纖維-鋼復(fù)合管(1)為圓形截面、內(nèi)鋼管為正方形截面；或纖維-鋼復(fù)合管(1)為正方形截面、內(nèi)鋼管(3)為圓形截面；或纖維-鋼復(fù)合管(1)為圓形截面、內(nèi)鋼管(3)為長方形截面；或纖維-鋼復(fù)合管(1)為正方形截面、內(nèi)鋼管(3)為長方形截面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種空心纖維-鋼復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)，其特征在于，纖維-鋼復(fù)合管(1)為正方形截面或長方形截面時(shí)，其截面棱角可作一種倒角變換，倒角半徑 R大于等于25mm。
專利摘要一種空心纖維-鋼復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)，由纖維-鋼復(fù)合管(1)、混凝土或鋼筋混凝土(2)和內(nèi)鋼管(3)由外向內(nèi)共同構(gòu)成，纖維-鋼復(fù)合管(1)由纖維層(11)通過樹脂浸漬粘結(jié)于鋼管(12)的外壁，內(nèi)鋼管(3)位于截面內(nèi)部，混凝土或鋼筋混凝土(2)填充于纖維-鋼復(fù)合管(1)與內(nèi)鋼管(3)之間，內(nèi)鋼管(3)的內(nèi)部空心，纖維層(11)為一層或一層以上的玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維中的一種或其中的幾種混雜而成。該結(jié)構(gòu)承載力高、剛度好，延性好，抗震性能優(yōu)良，具有良好的施工性能與耐久性能，截面慣性矩大，混凝土用量節(jié)省，工程造價(jià)經(jīng)濟(jì)，尤其適合惡劣環(huán)境下的大尺寸結(jié)構(gòu)構(gòu)件。
文檔編號(hào)E04B1/30GK202248269SQ20112038780
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月13日
發(fā)明者吳剛, 吳智深, 張敏, 蔣劍彪, 魏洋, 魏洪昌 申請(qǐng)人:東南大學(xué), 北京特希達(dá)技術(shù)研發(fā)有限公司, 南京林業(yè)大學(xué)