CN101509226B - 具有缓冲吸能作用的复合材料格构夹心管约束混凝土墩柱 - Google Patents

Abstract

一种具有缓冲吸能作用的复合材料格构夹心管约束混凝土墩柱，其特征是它由墩柱套(7)和浇注在墩柱套(7)中的混凝土内芯(5)组成，混凝土内芯(5)中预埋有沿墩柱套(7)轴向设置的起增加抗拉强度的钢筋(4)；所述的墩柱套(7)由复合材料外管(1)、复合材料内管(3)、连接复合材料外管(1)和复合材料内管(3)的格构(6)以及填充在由复合材料外管(1)、复合材料内管(3)和格构(6)围成的空间中的缓冲材料(2)组成。本发明利用混凝土墩柱外包裹了复合材料格构夹心层，夹心层中的缓冲材料依靠结构或材料的自身恢复弹性变形的能力转化并释放撞击能量，可以延长撞击时间，从而减小撞击力，达到保护车船及桥梁的作用，同时可增加强度、耐腐蚀并降低施工成本。

Description

具有缓冲吸能作用的复合材料格构夹心管约束混凝土墩柱

技术领域

本发明涉及一种混凝土基础柱桩，尤其是一种具有缓冲作用、防撞效果好的、可广泛应用在工程结构领域中进行加固改造和新建的、作为交通流量大的桥梁、各类民用建筑、海洋和近海、地下工程结构中的墩柱和支撑构件的具有复合材料护套的混凝土，具体地说是一种具有缓冲吸能作用的复合材料格构夹心管约束混凝土墩柱。

背景技术

目前，随着交通运输业和经济建设的蓬勃发展，横跨江海的大型桥梁越来越多，城市立交桥、高架桥也比比皆是，使得撞击桥墩事故急剧增加。尽管并非每一次碰撞事故都酿成桥毁人亡的重大惨剧，但桥梁的使用寿命、安全性及抗震能力的降低确是肯定的，由此造成中断交通、抢修线路的经济损失也逐年严重.针对这种情况，许多国家的交通部门均要求对一些重要的大型桥梁桥墩予以保护.为此，国外的学者已率先开展了相关的研究，提出了船桥碰撞理论，并设计出了一些桥墩防护设施.我国主要集中在借鉴和参考国外研究成果，进行实例桥梁的防撞装置的设计和应用，其成果被部分规范引用，但桥墩防撞击的研究工作和防撞装置的安装在我国仍然未能引起足够的重视。此外，现有防撞装置几何尺度偏大，外形欠美观，也不能满足现代交通对桥墩防撞装置的要求。

此外，虽然钢筋混凝土和钢管混凝土结构具有受力性能好、造价低等优点。但当应用于桥梁、水工结构、海洋和近海等结构以及其它具有侵蚀性或暴露性的环境时，强腐蚀介质和高应力的共同作用使钢筋或钢管很快生锈、断裂，最终导致结构破坏。

发明内容

本发明的目的是现有的起支撑作用的混凝土墩柱防撞性能较差，易损坏、寿命短的问题，设计可用于加固改造和新建工程，特别适用于作为交通流量大的桥梁、各类民用建筑、海洋和近海、地下工程结构中的墩柱和支撑构件，以期获得良好的结构受力性能、防撞性能，提高墩柱耐久性，便于运输和安装施工的具有缓冲吸能作用的复合材料格构夹心管约束混凝土墩柱。

本发明的技术方案是：

一种具有缓冲吸能作用的复合材料格构夹心管约束混凝土墩柱，其特征是它由墩柱套7和浇注在墩柱套7中的混凝土内芯5组成，混凝土内芯5中预埋有沿墩柱套7轴向设置的起增加抗拉强度的钢筋4；所述的墩柱套7由复合材料外管1、复合材料内管3、连接复合材料外管1和复合材料内管3的格构6以及填充在由复合材料外管1、复合材料内管3和格构6围成的空间中的缓冲材料2组成。

所述的复合材料外管1及复合材料内管3均由碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或玄武纤维双向混杂编织并一次性拉挤而成。

所述的纤维的水平夹角为45°～55°。

所述的缓冲材料2是具有减震、隔振作用的聚氨酯、轻质木材、泡沫铝或人造橡胶。

所述的混凝土内芯5为实心结构或至少设有一个沿墩柱套7轴线方向通孔8的空心结构。

所述的通孔8为圆形、椭圆形、多边形或它们的组合。

所述的墩柱套7的外形为多边形、圆形、椭圆形或腰形或它们的组合。

本发明的有益效果：

1.本发明利用混凝土墩柱外包裹了复合材料格构夹心层，夹心层中的缓冲材料依靠结构或材料的自身恢复弹性变形的能力转化并释放撞击能量，可以延长撞击时间，从而减小撞击力，达到保护车船及桥梁的作用。

2.复合材料管采用双向混杂纤维编织工艺拉挤成型，充分利用了纤维良好的拉伸性能，产品的拉伸强度高于普通钢材。

3.本发明将复合材料管优越的受拉性能与混凝土的抗压性能相结合，一方面复合材料管对混凝土的约束作用使混凝土处于复杂应力状态之下，从而使混凝土的强度得以提高，塑性和韧性性能大为改善；另一方面混凝土的存在可以避免或延缓复合材料管过早地发生局部破坏，从而可以保证其材料性能的充分发挥。该组合结构可取代或部分取代传统的钢筋增强，从根本上避免或减低因钢筋锈蚀引发的结构老化等问题的发生，节约大量的维护、修复费用，使结构具有良好的耐久性；

4.本发明在施工时将复合材料管作为浇筑其核心混凝土的永久模板，，节约了工程的综合造价，使预制成型和工厂化生产成为可能。

附图说明

图1是本发明的圆端形复合材料夹心管约束混凝土实心结构的混凝土墩柱的断面示意图。

图2是本发明的多边形复合材料夹心管约束混凝土实心结构的的混凝土墩柱的断面示意图。

图3是本发明的圆端形复合材料夹心管约束带纵向肋板混凝土空心结构的混凝土墩柱的断面示意图。

图4是本发明的圆端形复合材料夹心管约束混凝土双圆孔空心结构的混凝土墩柱的断面示意图。

图5是本发明的多边形复合材料夹心管约束混凝土矩形空心结构的混凝土墩柱的断面示意图。

图6是本发明的多边凹面复合材料夹心管约束混凝土多边空心结构的混凝土墩柱的断面示意图。

图7是本发明的混凝土墩柱表面的复合材料外套的外形结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1、7所示。

一种具有缓冲吸能作用的复合材料格构夹心管约束混凝土墩柱，是它由墩柱套7和浇注在墩柱套7中的混凝土内芯5组成，混凝土内芯5中预埋有沿墩柱套7轴向设置的起增加抗拉强度的钢筋4；所述的墩柱套7由复合材料外管1、复合材料内管3、连接复合材料外管1和复合材料内管3的格构6以及填充在由复合材料外管1、复合材料内管3和格构6围成的空间中的缓冲材料2组成，格构6的数量可根据墩柱套7的周长设置，原则上数量越多越好，但数量越多成本增加的同时弹性也在下降，因此以间隔0.5-1米设置一个格构6为宜，格构6可与复合材料外管1及复合材料内管3一起拉挤成形，如图1所示。在拉挤成型的复合材料格构管内填充缓冲材料2，内管3与配有钢筋4的混凝土内芯5紧密结合，构成复合材料夹心管约束混凝土结构。复合材料内外管宜采用双向混杂纤维编织拉挤而成，外形如图7所示。所述的复合材料外管1及复合材料内管3由碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或玄武纤维双向混杂编织并一次性拉挤而成，所述的纤维的水平夹角为45°～55°。缓冲材料2可采用具有减震、隔振作用的聚氨酯、轻质木材、泡沫铝或人造橡胶，本实施例的混凝土内芯5为实心结构，墩柱套7的断面形状呈腰形结构。

实施例二。

如图2所示。

本实施例与实施例一的区别在于墩柱套7的外形为多边形结构，如图2所示。

实施例三。

如图3所示。

本实施例与实施例一的区别在于混凝土内芯为中空结构，且有两个相邻的中空结构，每个中空结构由长方体和圆弧段组成，对称设置，在中间形成一个纵向肋板，如图3所示。

实施例四。

如图4所示。

本实施例与实施例一的区别在于混凝土内芯为中空结构，且有两个中空结构，每个中空结构均为圆孔，且互不相连，如图4所示。

实施例五。

如图5所示。

本实施例与实施例二的区别在于混凝土内芯5为中空结构，且有两个孔，每个孔的形状均为方形孔，如图5所示。

实施例五。

如图5所示。

本实施例与实施例一的区别在于混凝土内芯5为多边形中空结构，墩柱护套7的外形也为相配的多边形结构，如图6所示。

在上述实施例中，复合材料外管1和复合材料内管3可以是碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和玄武纤维等双向混杂编织而成，纤维的水平夹角可以是45°或55°。缓冲材料2可以是具有减震、隔振作用的聚氨酯、轻质木材、泡沫铝以及人造橡胶等材料；实心墩柱的混凝土内芯的强度等级不低于C20，空心墩柱混凝土强度等级不低于C25；钢筋4一般选HRB335和HRB400钢筋，直径10mm～28mm。具体制备是先预制好复合材料夹心管——即在两层复合材料管中填充缓冲材料，然后运到现场安装就位，并绑扎钢筋。以复合材料夹心管为模板，在其中浇注混凝土。混凝土固结即形成复合材料管约束混凝土墩柱结构。

本发明可应用于建筑工程中的柱、桥梁工程中的塔墩、地下工程结构中的桩和支撑构件。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (7)

1.一种具有缓冲吸能作用的复合材料格构夹心管约束混凝土墩柱，其特征是它由墩柱套(7)和浇注在墩柱套(7)中的混凝土内芯(5)组成，混凝土内芯(5)中预埋有沿墩柱套(7)轴向设置的起增加抗拉强度的钢筋(4)；所述的墩柱套(7)由复合材料外管(1)、复合材料内管(3)、连接复合材料外管(1)和复合材料内管(3)的格构(6)以及填充在由复合材料外管(1)、复合材料内管(3)和格构(6)围成的空间中的缓冲材料(2)组成。

2.根据权利要求1所述的具有缓冲吸能作用的复合材料格构夹心管约束混凝土墩柱，其特征是所述的复合材料外管(1)及复合材料内管(3)均由碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或玄武纤维双向混杂编织并一次性拉挤而成。

3.根据权利要求2所述的具有缓冲吸能作用的复合材料格构夹心管约束混凝土墩柱，其特征是所述的纤维的水平夹角为45°～55°。

4.根据权利要求1所述的具有缓冲吸能作用的复合材料格构夹心管约束混凝土墩柱，其特征是所述的缓冲材料(2)是具有减震、隔振作用的聚氨酯、轻质木材、泡沫铝或人造橡胶。

5.根据权利要求1所述的具有缓冲吸能作用的复合材料格构夹心管约束混凝土墩柱，其特征是所述的混凝土内芯(5)为实心结构或至少设有一个沿墩柱套(7)轴线方向通孔(8)的空心结构。

6.根据权利要求5所述的具有缓冲吸能作用的复合材料格构夹心管约束混凝土墩柱，其特征是所述的通孔(8)为圆形、椭圆形、多边形或它们的组合。

7.根据权利要求1所述的具有缓冲吸能作用的复合材料格构夹心管约束混凝土墩柱，其特征是所述的墩柱套(7)的外形为多边形、圆形、椭圆形、腰形或它们的组合。

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