本發(fā)明涉及建筑領(lǐng)域承重體系，具體涉及一種拼接式預(yù)應(yīng)力碳纖維板承重柱。
背景技術(shù)：
：由于高層建筑的荷載比較大，對抗震性能要求比較高，因此對于高層建筑而言，承重柱的設(shè)計尤為重要，若承重柱設(shè)計不能符合上述要求，對高層建筑的消極影響非常大，因此，正確選擇承重柱材料類型與性能直接影響到承重柱使用效果，尤其是荷載能力、強度的影響特別大。現(xiàn)有技術(shù)中最為常見的承重柱為型鋼高強混凝土柱、鋼管混凝土柱，其制作材料一般選擇鋼管、高強混凝土材料，因為鋼管具有一定的韌性，而混凝土性能也比較突出，使用這兩種類型的材料符合工程要求。但是該結(jié)構(gòu)存在承載力和耐久性差、工程造價較高的問題，申請?zhí)枮?01410146798.0的中國發(fā)明專利申請公布了一種圓形截面輕鋼-小徑木材-碳纖維組合承重柱及作法，其芯部為由圓鋼管和填充在圓鋼管內(nèi)的混凝土組成的鋼管混凝土，通過把輕鋼-小徑木材-碳纖維進(jìn)行優(yōu)勢組合，提高了柱結(jié)構(gòu)的耐久性和承載能力，另外利用小徑木材降低了工程造價。上述承重柱雖然通過使用小徑木材解決了工程造價高的技術(shù)問題，但是還存在下述問題：1.所述承重柱的承重部分依靠其芯部設(shè)置的圓鋼管及填充在圓鋼管內(nèi)的混凝土，由于圓鋼管為一體式設(shè)置，鋼管內(nèi)部存在一定內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)遇到地震等情況發(fā)生時，承重柱很容易在內(nèi)應(yīng)力的作用下發(fā)生整體損毀，對大跨度結(jié)構(gòu)、高層建筑結(jié)構(gòu)以及抗震性不利；2.一體式結(jié)構(gòu)的鋼管占用空間較大，運輸非常不方便，運輸成本高，施工難度大，由于采用了芯層為鋼管混凝土柱、外部填充小徑木材并用碳纖維材料包裹的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)承重柱的現(xiàn)場施工比較復(fù)雜，工期較長。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種承載力高、安裝和運輸方便、抗震性能強的拼接式預(yù)應(yīng)力碳纖維板承重柱。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種拼接式預(yù)應(yīng)力碳纖維板承重柱，包括底座、柱身，其特征在于，柱身的一端與底座相連，所述柱身包括由均勻設(shè)置的至少四個支撐單元圍合形成的中空柱體以及灌注在柱體中空部的混凝土柱，相鄰支撐單元之間設(shè)置為榫鉚插層結(jié)構(gòu)，所述支撐單元的橫截面呈圓弧形，所述支撐單元的兩端設(shè)置有榫卯插層接口，支撐單元的外表面的兩端設(shè)置有錨固肋，相鄰支撐單元相近端的錨固肋相接觸形成肋單元，相鄰肋單元之間采用多層沿柱體圓周方向設(shè)置的碳纖維板進(jìn)行錨固，縱向相鄰的碳纖維板錯位設(shè)置。進(jìn)一步的，所述錨固肋中部設(shè)置有用于穿插碳纖維板的預(yù)留插孔，所述碳纖維板兩端穿過肋單元并通過錨具與支撐單元連接固定。進(jìn)一步的，所述錨具中部沿垂直于碳纖維板的方向設(shè)置有預(yù)留螺栓孔，所述錨具通過高強度螺栓將碳纖維板和支撐單元固定。進(jìn)一步的，所述碳纖維板采用后張法無粘接預(yù)應(yīng)力碳纖維板。進(jìn)一步的，相鄰支撐單元之間無縫拼接。進(jìn)一步的，所述混凝土柱采用高流態(tài)自密實混凝土。進(jìn)一步的，所述高流態(tài)自密實混凝土為由水泥、粗細(xì)集料和隨機(jī)分布的短切碳纖維組合而成的復(fù)合材料。進(jìn)一步的，所述高流態(tài)自密實混凝土的塌落度為20-22cm，高流態(tài)自密實混凝土的強度不低于c40。進(jìn)一步的，所述支撐單元和底座采用樹脂基碳纖維復(fù)合材料rtm一體化成型工藝。進(jìn)一步的，所述底座和柱身通過法蘭固定連接。本發(fā)明的有益效果是：設(shè)置的拼接式管狀支撐由多片式支撐單元拼接而成，可以在安裝現(xiàn)場拼裝，減少了運輸時占用的空間，運輸方便，節(jié)省了運輸成本；由于柱體拼接式結(jié)構(gòu)無內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)有地震等情況發(fā)生時，支撐單元之間能夠發(fā)生一定程度的交錯，極大程度地減輕了柱體的損毀，抗震性能大大提高；碳纖維復(fù)合材料支撐單元和預(yù)應(yīng)力碳纖維布上下交錯錨固，提高了抗剪和抗拉強度，從而有效提高了支撐承重結(jié)構(gòu)的承載力，強度和剛度更高，與一般管狀及桁架結(jié)構(gòu)相比，可抵抗更大的彎矩；同時支撐單元橫向采用榫卯插層連接，無粘接預(yù)應(yīng)力緊固，省去了焊接環(huán)節(jié)，施工方便快捷，有效縮短了生產(chǎn)安裝周期，可在現(xiàn)場拼裝，具有構(gòu)造簡單、生產(chǎn)、運輸、吊裝、安裝方便的優(yōu)點。附圖說明圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明柱身的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的錨固展開示意圖；圖4是本發(fā)明錨具的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中：1.底座，2.柱身，3.支撐單元，4.混凝土柱，5.錨固肋，6.肋單元，7.碳纖維板，8.錨具，81.預(yù)留螺栓孔，82.高強度螺栓，9.千斤頂。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)描述，以便公眾更好地掌握本發(fā)明的實施方法。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、“順時針”、“逆時針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，“多個”、“多層”的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。如圖1所示，本發(fā)明一種拼接式預(yù)應(yīng)力碳纖維板承重柱，包括底座1、柱身2，柱身2的一端通過法蘭與底座1固定連接；如圖2所示，柱身2包括由八個同規(guī)格的支撐單元3圍合形成的中空柱體，柱體內(nèi)灌注混凝土形成混凝土柱4加固，柱身2采用分片式的豎向支撐單元3來作為主要架構(gòu)，作用是防止柱身2的柱狀失衡，相鄰支撐單元3之間設(shè)置為榫鉚插層結(jié)構(gòu)，所述支撐單元3的橫截面呈圓弧形，所述支撐單元3的兩端設(shè)置有榫卯插層接口，支撐單元3的外表面的兩端設(shè)置有錨固肋5，相鄰支撐單元3相近端的錨固肋5相接觸形成肋單元6；如圖1和圖3所示，相鄰肋單元6之間采用多層沿柱體圓周方向設(shè)置的碳纖維板7進(jìn)行錨固，縱向相鄰的碳纖維板7錯位設(shè)置，即上下碳纖維板7錯位環(huán)繞錨固；本發(fā)明所述的錨固肋5中部設(shè)置有用于穿插碳纖維板7的預(yù)留插孔，所述碳纖維板7兩端穿過肋單元6并通過錨具8與支撐單元3連接固定。如圖4所示，本發(fā)明所述的錨具8中部沿垂直于碳纖維板7的方向設(shè)置有預(yù)留螺栓孔81，所述錨具8通過高強度螺栓82將碳纖維板7和支撐單元3固定。本發(fā)明所述的碳纖維板7采用后張法無粘接預(yù)應(yīng)力碳纖維板。本發(fā)明中相鄰支撐單元3之間無縫拼接。本發(fā)明所述的混凝土柱4采用高流態(tài)自密實混凝土。本發(fā)明所述的高流態(tài)自密實混凝土為由水泥、粗細(xì)集料和隨機(jī)分布的短切碳纖維組合而成的復(fù)合材料。本發(fā)明所述的高流態(tài)自密實混凝土的塌落度為20-22cm，高流態(tài)自密實混凝土的強度不低于c40。本發(fā)明所述的支撐單元3和底座1采用樹脂基碳纖維復(fù)合材料rtm一體化成型工藝。本發(fā)明所述的底座1和柱身2通過法蘭固定連接。本發(fā)明為克服
背景技術(shù)：
的缺點，采用豎直狀的碳纖維復(fù)合材料板構(gòu)成的圓筒來代替原有的單純的鋼板結(jié)構(gòu)的圓筒，以拼裝的方式來進(jìn)行安裝，從左至右，片與片以及節(jié)與節(jié)之間用榫卯扣接，并采用無粘接預(yù)應(yīng)力碳纖維板7后張法錨固，每節(jié)上有水平設(shè)置的碳纖維板7繞柱身做圓周上下交錯纏繞（數(shù)量可根據(jù)需求選擇）；單元拼接完成后內(nèi)部注入高流態(tài)自密實混凝土灌實，與底座1形成結(jié)構(gòu)柱體。預(yù)應(yīng)力碳纖維板7的張拉和錨固如圖3所示，根據(jù)設(shè)計尺寸裁剪預(yù)應(yīng)力碳纖維板7，并將裁剪好的預(yù)應(yīng)力碳纖維板7穿插入錨固肋5預(yù)留插孔，布置千斤頂9，逐級張拉千斤頂9至張拉控制應(yīng)力，張拉完成后，用錨具8和預(yù)留螺栓孔81穿插高強度螺栓82固定，用扳手?jǐn)Q緊固定螺母，卸除千斤頂9。本發(fā)明設(shè)置的拼接式管狀支撐由多片式支撐單元拼接而成，可以在安裝現(xiàn)場拼裝，減少了運輸時占用的空間，運輸方便，節(jié)省了運輸成本；由于柱體拼接式結(jié)構(gòu)無內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)有地震等情況發(fā)生時，支撐單元之間能夠發(fā)生一定程度的交錯，形成支撐單元的部分損毀，從而極大程度地減輕了柱體的損毀，抗震性能大大提高；碳纖維復(fù)合材料支撐單元和預(yù)應(yīng)力碳纖維布上下交錯錨固，提高了抗剪和抗拉強度，從而有效提高了支撐承重結(jié)構(gòu)的承載力，強度和剛度更高，與一般管狀及桁架結(jié)構(gòu)相比，可抵抗更大的彎矩；同時支撐單元橫向采用榫卯插層連接，無粘接預(yù)應(yīng)力緊固，省去了焊接環(huán)節(jié)，施工方便快捷，有效縮短了生產(chǎn)安裝周期，可在現(xiàn)場拼裝，具有構(gòu)造簡單、生產(chǎn)、運輸、吊裝、安裝方便的優(yōu)點。其中，支撐單元做成圓弧板形，其厚度、弧徑可根據(jù)工程需要設(shè)計。為驗證本發(fā)明拼接式預(yù)應(yīng)力碳纖維板承重柱的載荷能力，發(fā)明人進(jìn)行了相關(guān)計算，并以現(xiàn)有技術(shù)鋼管混凝土柱結(jié)構(gòu)為對比例進(jìn)行載荷能力的對比，演算過程如下：采用esi有限元模擬分析和實驗結(jié)果對比的方法得到載荷結(jié)果。建立一個八節(jié)拼裝模型樣件，榫卯插層結(jié)構(gòu)，每節(jié)沿徑向用5個5mm厚碳纖維板圈做加強，施加的荷載只考慮徑向的載荷壓力和側(cè)面風(fēng)力。軸壓測試數(shù)據(jù)見表1（表中d（b）表示柱截面直徑，l表示柱長，e/r表示荷載偏心率）。表1軸壓測試數(shù)據(jù)實驗對象:碳纖維板承重柱軸壓試件序號d（b）（mm）l（mm）e/r實驗平均值n（kn）esi模擬值n（kn）備注110030001475.514552組22006000464545112組續(xù)表1軸壓測試數(shù)據(jù)實驗對象:鋼管混凝土柱軸壓試件序號d（b）（mm）l（mm）e/r實驗平均值n（kn）esi模擬值n（kn）備注310030007977662組420060002319.522142組由表1數(shù)據(jù)可知，相對于現(xiàn)有技術(shù)鋼管混凝土柱，本發(fā)明的拼接式預(yù)應(yīng)力碳纖維板承重柱的載荷能力提高了約2倍，即載荷能力遠(yuǎn)大于現(xiàn)有技術(shù)的載荷能力，能夠滿足當(dāng)前的建筑業(yè)需求，具有顯著的創(chuàng)造性特征。盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。當(dāng)前第1頁12