CN102635202B - 混杂frp管钢骨混凝土组合柱 - Google Patents

混杂frp管钢骨混凝土组合柱 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种混杂FRP管钢骨混凝土组合柱，属于建筑领域。本发明包括钢骨、混杂FRP管和填充在钢骨和外混杂FRP管之间的混凝土，该构件与传统钢管混凝土组合柱和钢管高强混凝土组合柱相比，可提高承载力、变形能力和抗震性能。该发明适用于混凝土组合柱结构技术领域，既可用于新建结构，也可以用于对钢骨混凝土组合柱的加固提升工程。

Description

混杂FRP管钢骨混凝土组合柱
技术领域
本发明的目的在于提供了一种混杂FRP管钢骨混凝土组合柱，适用于混凝土组合柱结构技术领域。
技术背景：
钢骨混凝土组合柱具有较高的承载力和良好的延性，在高层建筑抗震中广泛应用。国内外许多学者针对轴压比较小或混凝土强度较低的情况进行研究，国内一些学者对高轴压比下高强混凝土组合柱抗震性能进行了研究，发现高轴压比下组合柱延性不理想，如叶列平对C60混凝土钢骨组合柱抗震性能进行了试验研究，发现当轴压比大于等于0.4时，试验出现粘结破坏，混凝土大范围退出工作，抗震性能很差。因此，发明人提出了一种新的重载柱形式，即混杂FRP(HFRP)管钢骨混凝土组合柱，简称混杂FRP管钢骨混凝土。该组合柱中采用混杂FRP管约束混凝土，延缓或削弱混凝土与FRP的粘结破坏，内置钢骨可以延缓或抑制混凝土斜裂，提高柱体延性和抗震耗能。管内高强混凝土可以提高承载力、减少柱变形。
FRP(FiberReinforcedPolymer，即纤维增强聚合物)管混凝土因具有三向约束混凝土强度、变形较高的优点，可用于腐蚀环境中的工业建筑、近海建筑、桥梁和海洋工程等。单一碳纤维、玻璃纤维管混凝土柱的研究已成为热点，但单一FRP管混凝土存在着延性不理想，FRP管破坏突然等不足。混杂FRP可以克服上述不足，实现了多级延性破坏，不但可以提高柱承载力、变形能力，而且可以提高组合柱耐久性。
混杂FRP管钢骨混凝土组合柱是钢骨混凝土与混杂FRP管混凝土的有机结合，也可采用混杂FRP缠绕加固轻微受损或需要增加新功能的钢骨混凝土形成该构件体系。混杂FRP管钢骨混凝土组合柱与钢管混凝土的约束机理都是使核心混凝土处于三向受力状态，从而提高混凝土强度、变形，防止混凝土发生粘结破坏。混杂FRP管约束不仅可以提高钢骨混凝土组合柱承载力和耐久性，而且延性好的混杂FRP管可以提高柱延性和抗震耗能。混杂FRP管钢骨混凝土组合柱可以用于新建结构，也可以用于对钢骨混凝土组合柱的加固提升工程。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种混杂FRP管钢骨混凝土组合柱，该构件与传统钢管混凝土组合柱和钢管高强混凝土组合柱相比，可提高承载力、变形能力和抗震性能，适用于混凝土组合柱结构技术领域。
为实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
本发明包括钢骨、混杂FRP管和填充在钢骨和外混杂FRP管之间的混凝土。
所述的钢骨可以是型钢、焊接钢板、或钢管，钢骨置于混凝土柱截面的中央，也可偏心放置，并要达到受力要求和稳定性要求。为了方便混凝土的浇筑，通常避免使用闭合的钢管作为钢骨的截面形式。
所述的钢管外的混凝土内设纵向钢筋和箍筋。
所述的混杂FRP管为直接缠绕粘贴在混凝土外表面的混杂纤维织物，纤维织物的混杂方式包括层间混杂和层内混杂。
所述的混凝土柱体截面的形状为圆形、椭圆形，或转角光滑的方形、矩形、多边形。
在所述的混凝土内可设纵向钢筋和箍筋。
所述的钢骨的形状为带翼缘的十字形或丁字形或L形截面；或为方环形截面；或圆环形截面。
具体制作步骤如下：
1)确定构件高度和截面尺寸并对钢骨进行选型；
2)将钢骨吊装到位并支好模板；
3)在模板内浇筑混凝土，并进行养护；
4)在构件外侧缠绕粘贴混杂FRP材料，使其包裹在构件外侧。
混杂FRP管钢骨混凝土组合柱继承并整合了钢骨混凝土与混杂FRP管混凝土的优点：
该组合柱中采用混杂FRP管约束混凝土，延缓或削弱混凝土与FRP的粘结破坏，内置钢骨可以延缓或抑制混凝土斜裂，提高柱子延性和抗震耗能，且效果优于采用单一材料的FRP管约束混凝土。
与钢骨混凝土组合柱相比，在受压过程中，由于混杂FRP对混凝土的环向约束作用，使构件的承载力提高，相同荷载下，柱体产生的变形减小；
与钢骨混凝土组合柱相比，混杂FRP管钢骨混凝土组合柱提高了抗弯刚度，增加了稳定性；
构件外层的混杂FRP管对构件具有保护作用，延长了混凝土的耐久性，从而增加了构件的使用年限。
混凝土外围钢筋的约束作用部分被混杂FRP管所取代，故可减少钢筋混凝土中的钢筋用量。
混杂FRP管钢骨混凝土组合柱通过FRP、混凝土和钢材的合理搭配，充分利用了各类材料的性能，增加了材料的利用率。
附图说明
图1为带翼缘十字形钢骨截面和方形混凝土截面的混杂FRP管钢骨混凝土组合柱；
图2为带翼缘丁字形钢骨截面和方形混凝土截面的混杂FRP管钢骨混凝土组合柱；
图3为带翼缘L形钢骨截面和方形混凝土截面的混杂FRP管钢骨混凝土组合柱；
图4为H形钢骨截面和方形混凝土截面的混杂FRP管钢骨混凝土组合柱；
图5为圆形钢管截面和方形混凝土截面的混杂FRP管钢骨混凝土组合柱；
图6为方形钢管截面和方形混凝土截面的混杂FRP管钢骨混凝土组合柱；
图7为H形钢骨截面和矩形混凝土截面的混杂FRP管钢骨混凝土组合柱；
图中：1、钢骨，2、纵向钢筋，3、箍筋，4、混凝土，5、混杂FRP管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
实施例一：
现结合附图1对本发明作进一步说明：首先确定钢骨1的尺寸和型号并将其吊装到位，在钢骨1外围绑扎纵向钢筋2和箍筋3，钢筋布置完毕后在外侧进行支模并在模板内浇筑混凝土4，待养护至混凝土4强度满足拆模要求后将模板拆除，最后在柱体外侧粘贴混杂FRP材料形成混杂FRP管5。
本实施例中的柱体采用边长700mm的方柱，柱体长度为3m。
钢骨1采用的钢材型号为Q235，钢骨1截面的竖向和横向腹板总长度(翼缘端部之间的距离)均为378mm，宽度均为7mm；钢骨1中与腹板连接的外侧四块翼缘板的长度均为200mm，宽度均为11mm。
柱体截面上采用12根HRB335级直径为20mm的纵向钢筋2，在柱体截面的4个角各布置3根，纵向钢筋2与混凝土柱外表面的净距为70mm。
箍筋3采用直径10mm的HPB235级钢筋，且沿纵向的布置间距为150mm。
混凝土4的级别为C50。
混凝土柱外表面粘贴3层混杂FRP材料形成混杂FRP管5，混杂方式为层间混杂，即包裹2层碳纤维布和1层玻璃纤维布。其中碳纤维布厚度0.167mm，抗拉强度4420MPa，弹性模量2.0×105MPa，延伸率1.7％；玻璃纤维布厚度0.172mm，抗拉强度3000MPa，弹性模量0.51×105MPa，延伸率3％。
实施例二：
本实施例采用了与实施例一的实施步骤相同，但采用了不同的截面尺寸，如图7所示：
钢骨1采用的钢材型号为Q235，钢骨1截面两翼缘端部之间腹板长度为460mm，宽度为12mm；钢骨1中与腹板相连的两块翼缘板的长度均为158mm，宽度均为20mm。
柱体截面上采用4根HRB335级直径为20mm的纵向钢筋2，在柱体截面的4个角各布置1根，纵向钢筋2与混凝土柱外表面的净距为35mm。
箍筋3采用直径10mm的HPB235级钢筋，且沿纵向的布置间距为150mm。
混凝土4的级别为C30。
混凝土柱外表面粘贴2层混杂纤维布形成混杂FRP管5，混杂方式为层内混杂，层内混杂纤维织物由碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维以体积比1∶2.5∶1编制而成，混杂纤维布厚度0.164mm，抗拉强度2418MPa，弹性模量1.03×105MPa，延伸率2.1％。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种混杂FRP管钢骨混凝土组合柱，其特征在于：包括钢骨(1)、套在钢骨(1)外的混杂FRP管(5)和填充在钢骨(1)和混杂FRP管(5)之间的混凝土(4)；所述的钢骨(1)为型钢、焊接钢板、或钢管；所述的混杂FRP管(5)为直接缠绕粘贴在混凝土外表面的管状的混杂纤维织物，纤维织物的混杂方式包括层间混杂和层内混杂，具体是层内混杂纤维织物由碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维以体积比1:2.5:1编制而成，或包裹2层碳纤维布和1层玻璃纤维布。
2.根据权利要求1所述的混杂FRP管钢骨混凝土组合柱，其特征在于：所述的钢骨(1)置于混凝土柱截面的中央，或偏心放置。
3.根据权利要求1所述的混杂FRP管钢骨混凝土组合柱，其特征在于：所述的钢管外的混凝土(4)内设纵向钢筋(2)和/或箍筋(3)。
4.根据权利要求1所述的混杂FRP管钢骨混凝土组合柱，其特征在于：所述的混凝土(4)柱体截面的形状为圆形、椭圆形，或转角光滑的方形、矩形、多边形。
5.根据权利要求1所述的混杂FRP管钢骨混凝土组合柱，其特征在于：所述的钢骨(1)的形状为带翼缘的十字形或丁字形或L形截面；或为方环形截面；或圆环形截面。
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