CN101328752A

CN101328752A - 纤维复合材料薄壁钢管混凝土组合结构

Info

Publication number: CN101328752A
Application number: CNA2008101233446A
Authority: CN
Inventors: 王静峰; 高鹏; 夏竟成; 雷爱君
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2008-05-23
Filing date: 2008-05-23
Publication date: 2008-12-24

Abstract

纤维复合材料薄壁钢管混凝土组合结构，其特征是在冷弯薄壁钢管内浇筑混凝土，形成薄壁钢管混凝土结构，在薄壁钢管混凝土结构的外表面，以浸有纤维粘结剂的纤维复合材料布缠绕在钢管外周形成固结的纤维复合材料外包层。本发明结构具有良好的受力性能和优越的耐腐蚀性，构件自重轻，施工操作简便快捷，减少结构用钢量；可用于新建工程和加固改造工程的承重构件、支撑构件、桁架构件和屋架构件。

Description

纤维复合材料薄壁钢管混凝土组合结构

技术领域

本发明涉及增强型钢-混凝土组合结构，一种可替代钢管混凝土用于新建工程、加固改造工程；特别适用于多层建筑、小高层建筑、会展中心、体育场和工业厂房的承重构件、支撑和屋架构件，属于结构工程技术领域。

背景技术

冷弯薄壁型钢是通过冷弯成型技术将薄壁钢板制成圆形、方形、矩形和各种开口截面形式的冷弯型钢，广泛应用于国内外多层住宅、工业厂房和会展中心等。由于冷弯薄壁型钢存在有易发生局部屈曲，临界屈曲应力低等缺点，极大地限制了其应用范围。在冷弯薄壁钢管内浇筑混凝土可以增强其局部稳定承载力，从而改善其受力性能，充分发挥薄钢和混凝土两种材料的优点。钢管对混凝土的约束作用使混凝土处于复杂应力状态，从而提高混凝土强度和改善其塑性和韧性；混凝土的存在可以避免或延缓冷弯薄壁钢管发生局部屈曲，可以保证其性能的充分发挥，提高冷弯薄壁钢管混凝土柱的整体承载力，大大改善其塑性和韧性，同时免除施工模板，减少用钢量，节约工程造价。

冷弯薄壁钢管混凝土是指在冷弯薄壁钢管内填充混凝土而形成的构件，其中冷弯薄壁钢管是指壁厚小于4mm的圆形、方形和矩形钢管，或通过壁厚小于4mm的C型、L型等冷弯薄壁型钢材组合而成的矩形钢管。冷弯薄壁钢管混凝土在长期自然环境和使用环境的双重作用下会受到不同程度的损伤，如物理老化、化学腐蚀等，同时火灾、水灾和地震等灾害对这类结构或构件的破坏时有发生，这些都会严重降低冷弯薄壁钢管混凝土结构的安全性、耐久性和适用性，降低其使用寿命。

在实际工程中，由于设计、施工错误和材料质量问题造成工程事故，或已建结构的技术改造，需要提高结构承载力和刚度，改变其结构使用功能。这些原因导致目前很多冷弯薄壁钢管混凝土结构在受力性能、承载力和刚度等方面不能很好地满足安全和使用要求。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种可用于新建工程、加固改造工程；特别适用于多层建筑、小高层建筑、会展中心、体育场和工业厂房的承重构件、支撑和屋架构件的纤维复合材料薄壁钢管混凝土组合结构，以期获得良好的受力性能，优越的耐腐蚀性，减轻构件自重，提高施工操作的快捷程度，减少结构用钢量。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明纤维复合材料薄壁钢管混凝土组合结构的结构特点是在冷弯薄壁钢管内浇筑混凝土，形成薄壁钢管混凝土结构，在薄壁钢管混凝土结构的外表面，以浸有纤维粘结剂的纤维复合材料布缠绕在钢管外周形成固结的纤维复合材料外包层。

本发明纤维复合材料薄壁钢管混凝土组合结构的结构特点也在于冷弯薄壁钢管的横截面为圆管、不带肋矩形管、带双边对称肋矩形管、带四边肋矩形管、带十字肋矩形管、或带有凸肋的矩型管。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明不仅充分体现了纤维复合材料、冷弯薄壁钢管和混凝土各自的优势，更充分发挥了其间相互作用所带来的有益效果，由纤维复合材料为冷弯薄壁钢管提供紧箍力，其间的共同作用明显改善结构的受力性能、提高冷弯薄壁钢管混凝土构件的承载力和刚度，防止钢管被腐蚀，具有良好的受力性能、优越的耐腐蚀性，构件自重轻，施工操作简便，可减少结构用钢量，降低工程造价。

2、本发明可替代钢管混凝土用于新建工程、加固改造工程；特别适用于多层建筑、小高层建筑、会展中心、体育场和工业厂房的承重构件、支撑构件、桁架构件和屋架构件。

附图说明

图1(a)为本发明纤维复合材料矩形薄壁钢管混凝土组合结构示意图；

图1(b)、图1(c)、图1(d)、图1(e)和图1(f)分别为采用不同肋形式的矩形薄壁钢管的本发明结构示意图；

图1(g)、图1(h)、图1(i)、图1(j)和图1(k)分别具有不同肋形式的矩形薄壁钢管示意图。

图2(a)为本发明纤维复合材料圆型薄壁钢管混凝土组合结构示意图；

图2(b)为图2(a)的横断面结构示意图。

图2(c)为图2(a)所示横断面结构的圆型薄壁钢管示意图。

图中标号：1纤维复合材料外包层、2薄壁钢管、3混凝土、4肋。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参见图1(a)，设置矩形薄壁钢管2，在冷弯薄壁钢管2内浇筑混凝土3，形成薄壁钢管混凝土结构，在薄壁钢管混凝土结构的外表面，以浸有纤维粘结剂的纤维复合材料布缠绕在钢管外周形成固结的纤维复合材料外包层1。

具体实施中，矩形冷弯薄壁钢管2的横截面可以为图2(b)、图2(g)所示的不带肋矩形管；图2(c)、图2(h)所示的带双边对称肋4的矩形管；图2(d)、图2(i)所示的带有四边肋4的矩形管；图2(e)、图2(j)所示的带有十字肋4的矩形管；或图2(f)、图2(k)所示的带有凸形肋4的矩型管。

不同的实施方式如图2(a)、图2(b)、图2(c)所示，设置圆形薄壁钢管2，同样在冷弯薄壁钢管2内浇筑混凝土3，形成薄壁钢管混凝土结构，在薄壁钢管混凝土结构的外表面，以浸有纤维粘结剂的纤维复合材料缠绕在钢管外周形成固结的纤维复合材料外包层1。

实施过程中，首先将冷弯薄壁钢管2安装就位，在钢管2内浇筑混凝土3，经养护后清理钢管的外表面，再使用纤维粘结剂将纤维复合材料布1缠绕在钢管的外围，固结后即形成纤维复合材料薄壁钢管混凝土组合结构。

本实施例采用冷弯薄壁钢管为壁厚小于4mm的圆形、方形和矩形钢管，或者是由壁厚小于4mm的C型、L型等冷弯薄壁型钢材组合而成的矩形钢管；纤维复合材料FRP可以是玻璃纤维复合材料GFRP、碳纤维复合材料CFRP、芳纶纤维复合材料AFRP等；混凝土可以是普通混凝土或抗压强度在80～120MPa的高强混凝土和自密实混凝土。

纤维复合材料FRP粘贴厚度为0.2～1.0mm，密度为1.25～2.1g/cm³。

具体实施中，首先对冷弯薄壁钢管的外壁除锈，用酒精或丙酮除污。在5℃～38℃的环境温度下备环氧树脂，根据所需尺寸裁剪FRP纤维布，使用环氧树脂均匀涂湿所裁剪的FRP纤维布，并同时在钢管混凝土的管壁外表面涂刷环氧树脂；随后，将FRP纤维布平整地贴壁缠绕在管壁外表面；缠绕时，纤维布之间纬向(即非主纤维方向)拼接不得小于10mm，径向(即主纤维方向)搭接长度不得小于150mm，搭接位置须交错布置；使用滚筒反复沿纤维方向滚压，去处气泡，并使粘结胶充分浸透纤维布；之后，使用刮板刮涂纤维布表层堆积的粘结胶，使之均匀；粘结胶自然干燥后形成固结的纤维复合材料外包层。多层粘贴可以重复上述过程，但需要待纤维布表面指触干燥时，方可进行下一层的粘贴。

Claims

1、纤维复合材料薄壁钢管混凝土组合结构，其特征是在冷弯薄壁钢管(2)内浇筑混凝土(3)，形成薄壁钢管混凝土结构，在所述薄壁钢管混凝土结构的外表面，以浸有纤维粘结剂的纤维复合材料布缠绕在钢管外周形成固结的纤维复合材料外包层(1)。

2、根据权利要求1所述的纤维复合材料薄壁钢管混凝土组合结构，其特征是所述冷弯薄壁钢管(2)的横截面为圆管、不带肋矩形管、带双边对称肋矩形管、带四边肋矩形管、带十字肋矩形管、或带有凸肋的矩型管。