CN102912937A - 一种内嵌式型钢高延性纤维混凝土组合柱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内嵌式型钢高延性纤维混凝土组合柱，以解决现有的型钢混凝土组合柱因混凝土材料自身的脆性、抗拉、抗剪和抗弯强度较低以及与型钢之间的粘结性能差的原因，而存在的容易发生纵向剪切滑移破坏，以及其抗裂性能和抗变形能力差的问题。本发明的高延性纤维混凝土组合柱由型钢和内嵌于型钢中的高延性纤维混凝土以及型钢与高延性纤维混凝土之间的抗剪连接件组成。本发明的内嵌式型钢高延性纤维混凝土组合柱抗裂性能、变形能力、稳定性和抗震性能以及混凝土与型钢粘结性能均优于传统的型钢混凝土组合柱，且型钢外露，便于与相邻构件连接。
Description
技术领域
本发明涉及内嵌式型钢高延性纤维混凝土组合柱，具体为一种内嵌式型钢高延性纤维混凝土组合柱。
背景技术
型钢混凝土组合柱广泛应用于我国的大型工业建筑与高层和超高层民用建筑领域，但由于混凝土材料自身的脆性，其抗拉、抗剪和抗弯强度都较低，且与型钢之间的粘结性能差，容易发生纵向剪切滑移破坏，对结构抗震不利，且震后修复困难。因此，由于混凝土本身的脆性，当构件变形较大时混凝土先于型钢破坏，使得现有的型钢混凝土组合柱中型钢不能得到充分发挥其优良性能，导致组合柱抗裂性能差，容易发生纵向剪切滑移破坏，且震后修复费用较高，使其在高层建筑结构中的应用受到了限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗裂性能、变形能力和抗震性能好、浇注材料与型钢粘结性能好的内嵌式型钢高延性纤维混凝土组合柱。
为此，本发明提供的内嵌式型钢高延性纤维混凝土组合柱包括型钢，该型钢为H型钢或工字钢，所述型钢腹板两侧浇注有高延性纤维混凝土，该高延性纤维混凝土的组分为水泥、粉煤灰、硅灰、砂、PVA纤维和水，其中，按重量百分比计，水泥：粉煤灰：硅灰：砂：水=1：0.9：0.1：0.76：0.58；以水泥、粉煤灰、硅灰、砂和水混合均匀后的总体积为基数，PVA纤维的体积掺量为1.5％。
上述型钢的腹板上安装有抗剪连接件。
上述抗剪连接件为栓钉或槽钢，且栓钉或槽钢焊接于型钢的腹板上。
优选的，上述水泥为P.O.52.5R硅酸盐水泥；上述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；上述硅灰的烧失量小于6％、二氧化硅含量大于85％、比表面积大于15000m2／kg；上述砂的最大粒径为1.26mm；上述PVA纤维的长度为6～12mm、直径为26μm以上、抗拉强度为1200MPa以上、弹性模量为30GPa以上；。
优选的，上述高延性纤维混凝土中添加有减水率为30％以上的聚羧酸减水剂，且减水剂的添加量为粉煤灰、硅灰和水泥总质量的0.8％。
优选的，上述高延性纤维混凝土的制备方法为：将水泥、硅灰、粉煤灰和砂干拌均匀后加入减水剂和80％的水搅拌均匀；之后再加入PVA纤维搅拌均匀后加入剩余20％的水搅拌均匀即得高延性纤维混凝土。
本发明组合柱由型钢和内嵌于型钢中的的高延性纤维混凝土组成，同时采用栓钉或者槽钢作为抗剪连接件，可利用较高强度和韧性的高延性纤维混凝土与型钢很好地粘结在一起，以提高型钢组合柱整体性能和变形能力，从而大幅度提高型钢组合柱的受力性能和抗震性能。
与现有的普通型钢混凝土柱相比，本发明具有如下的特点：
（1）本发明采用的高延性纤维混凝土抗压强度可达到60MPa以上，极限拉应变可达到普通混凝土的100倍以上，具有类似钢材的塑性变形能力，与型钢之间有良好的粘结性能，是一种具有高强度、高延性、高耐久性和高耐损伤能力的生态建筑材料。
（2）本发明利用高延性纤维混凝土与型钢之间具有的良好粘结性能，显著提高型钢混凝土组合柱的受力性能和变形能力，从而有效提高型钢组合柱的整体性、抗裂性能与抗震性能。
（3）本发明采用栓钉或者槽钢作为抗剪连接件，可大幅度提高型钢组合柱的整体性和稳定性，且型钢外露，便于与相邻构件连接。
（4）本发明具有良好的耐久性，可延长结构的使用寿命，大幅度提高型钢组合柱的承载力和抗震性能，减少甚至免去强震后修复的工作。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图中各代码表示：1-型钢、2-栓钉、3-高延性纤维混凝土。
具体实施方式
本发明的内嵌式型钢高延性纤维混凝土组合柱与传统的型钢混凝土组合柱的区别在于：本发明内嵌式型钢高延性纤维混凝土组合柱包括型钢，该型钢为H型钢或焊接工字钢，所述型钢腹板两侧浇注有高延性纤维混凝土并且为了保证高延性纤维混凝土与型钢之间的粘结性，在型钢的腹板上安装有抗剪连接件。
本发明的内嵌式型钢高延性纤维混凝土组合柱的的施工方法为：
步骤一，放置并安装型钢；
步骤二，在型钢的腹板上安装抗剪连接件，抗剪连接件的水平间距为100～150mm，抗剪连接件的竖向间距为200～300mm；
步骤三，在型钢外围支模；
步骤四，浇注高延性纤维混凝土；
步骤五，养护后拆模即可得本发明的内嵌式型钢高延性纤维混凝土组合柱。
以下是发明人提供的实施例，以对本发明作进一步详细解释说明。
实施例1：
遵循本发明的技术方案，如图1所示，本实施例中内嵌式型钢高延性纤维混凝土组合柱的截面尺寸为b×h=300mm×450mm，柱高度为3m；型钢1采用Q345钢，尺寸为450×300×11×18；栓钉2直径为16mm，长度为120mm，型钢1腹板两侧各设置三排栓钉2，栓钉沿型钢1长度方向间距为200mm。其结构为：高延性混凝土柱中内嵌式的型钢1，栓钉2，高延性混凝土3。其具体施工过程为：
步骤一，放置型钢1，焊接栓钉2，支模板；
步骤二，浇注高延性纤维混凝土3，养护7天后拆除模板即得该实施例的内嵌式型钢高延性纤维混凝土组合柱。
该实施例中的高延性纤维混凝土的组分为水泥、粉煤灰、硅灰、砂、PVA纤维、减水剂和水，其中，按质量百分比计，水泥：粉煤灰：硅灰：砂：水=1：0.9：0.1：0.76：0.58；以水泥、粉煤灰、硅灰、砂和水混合均匀后的总体积为基数，PVA纤维（聚乙烯醇纤维）的体积掺量为1.5％；减水剂的添加量为水泥、粉煤灰和硅灰总质量的0.8％。其中：砂的最大粒径为1.26mm；PVA纤维为上海罗洋科技有限公司生产的PA600型纤维，长度为8mm，直径为26μm，抗拉强度为1200MPa，弹性模量为30GPa；水泥为P.O.52.5R硅酸盐水泥；粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；所用硅灰的烧失量为5％，二氧化硅含量为88％，比表面积为18000m2／kg，硅灰应符合GB／T 18736的要求；减水剂为减水率在30％以上的聚羧酸高效减水剂，聚羧酸减水剂为江苏博特新材料有限公司生产的
型聚羧酸高性能减水剂。
上述高延性纤维混凝土的搅拌方法为：首先将水泥、粉煤灰、硅灰和砂倒入强制式搅拌机中干拌2～3分钟；再加入减水剂和80％的水；然后加入PVA纤维再搅拌2分钟后加入剩余20％的水，搅拌1～2分钟。
以下是发明人提供的关于本实施例的高延性纤维混凝土的力学性能试验及其结果。
（1）采用70.7mm×70.7mm×70.7mm的标准试模制作立方体试块，按标准养护方法养护60天，进行立方体抗压强度试验。试验结果表明：高延性纤维混凝土试块抗压强度平均值为65MPa，试块达到峰值荷载后卸载再进行第二次加载，残余抗压强度可达到峰值荷载的80％，试块破坏过程具有明显抗压韧性。
（2）采用40mm×40mm×160mm的标准试模制作棱柱体抗弯试件，按标准养护方法养护60天，进行抗弯性能试验。试验结果表明：高延性纤维混凝土试件的初裂强度为4.8MPa，试件开裂以后承载力继续提高，极限强度为10.1MPa，达到峰值荷载后承载力下降缓慢，按照ASTM C1018法计算所得的弯曲韧性系数其弯曲韧性I5、I10、I20、I30分别为6.2、14.5、33.0、50.6，表明具有很高的弯曲韧性。
（3）采用50mm×15mm×350mm的试模制作拉伸试块，按标准养护方法养护60天，进行直接拉伸试验。结果表明：高延性纤维混凝土试件单轴抗拉强度平均值为3.6MPa，极限拉应变可达到1.2％，试件开裂以后承载力基本保持不变，具有良好的抗拉韧性，破坏过程中出现10余条裂缝。
以上试验表明，高延性纤维混凝土的极限拉应变远高于《混凝土结构设计规范》GB50010中普通混凝土的极限拉应变，高延性纤维混凝土受压、受拉、受弯破坏时均具有较高的韧性，其破坏特征与普通混凝土发生脆性破坏具有明显不同。
上述实施例的高延性纤维混凝土的上述力学特性表明，高延性纤维混凝土强度高、变形能力好，不易发生脆性破坏。用它浇筑成内嵌式型钢高延性纤维混凝土组合柱，可显著提高其承载力、抗裂性能、稳定性、变形能力和抗震性能，提高混凝土与型钢之间的粘结力，避免发生剪切滑移破坏。
本发明利用高延性纤维混凝土的力学性能优势及其与型钢之间良好的粘性性能，可提高组合柱抗剪强度和抗震能力，还可有效抑制组合柱的开裂，极大地改善组合柱自身的变形能力和稳定性，有效地减轻地震作用下型钢混凝土组合柱的破坏程度。同时利用高延性纤维混凝土良好的耐久性，延长结构的使用寿命，可减低成本。
本发明可用于大型工业建筑、高层建筑和超高层建筑中承受较大竖向荷载和水平荷载的柱。
Claims (6)
1.一种内嵌式型钢高延性纤维混凝土组合柱，包括型钢，其特征在于，所述型钢为H型钢或工字钢；所述型钢腹板两侧浇注有高延性纤维混凝土，该高延性纤维混凝土的组分为水泥、粉煤灰、硅灰、砂、PVA纤维和水，其中，按重量百分比计，水泥：粉煤灰：硅灰：砂：水=1：0.9：0.1：0.76：0.58；以水泥、粉煤灰、硅灰、砂和水混合均匀后的总体积为基数，PVA纤维的体积掺量为1.5％。
2.如权利要求1所述的内嵌式型钢高延性纤维混凝土组合柱，其特征在于，所述型钢的腹板上安装有抗剪连接件。
3.如权利要求2所述的内嵌式型钢高延性纤维混凝土组合柱，其特征在于，所述抗剪连接件为栓钉或槽钢，且栓钉或槽钢焊接于型钢的腹板上。
4.如权利要求1所述的内嵌式型钢高延性纤维混凝土组合柱，其特征在于，所述水泥为P.O.52.5R硅酸盐水泥；所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；所述硅灰的烧失量小于6％、二氧化硅含量大于85％、比表面积大于15000m2／kg；所述砂的最大粒径为1.26mm；所述PVA纤维的长度为6～12mm、直径为26μm以上、抗拉强度为1200MPa以上、弹性模量为30GPa以上；。
5.如权利要求4所述的内嵌式型钢高延性纤维混凝土组合柱，其特征在于，所述高延性纤维混凝土中添加有减水率为30％以上的聚羧酸减水剂，且减水剂的添加量为粉煤灰、硅灰和水泥总质量的0.8％。
6.如权利要求5所述的内嵌式型钢高延性纤维混凝土组合柱，其特征在于，所述高延性纤维混凝土的制备方法为：将水泥、硅灰、粉煤灰和砂干拌均匀后加入减水剂和80％的水搅拌均匀；之后再加入PVA纤维搅拌均匀后加入剩余20％的水搅拌均匀即得高延性纤维混凝土。
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Legal Events
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Effective date of registration: 20190903 Address after: 710055 North Gateway, 17th Floor, Jianke Building, No. 13 Yanta Road, Beilin District, Xi'an City, Shaanxi Province Patentee after: XI'AN WUHE CIVIL ENGINEERING NEW MATERIAL CO.,LTD. Address before: 710055 Shaanxi province Xi'an Yanta Road No. 13 Patentee before: XIAN University OF ARCHITECTURE AND TECHNOLOG |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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Denomination of invention: A kind of embedded steel high ductility fiber reinforced concrete composite column Effective date of registration: 20221013 Granted publication date: 20150520 Pledgee: Pudong Development Bank of Shanghai Limited by Share Ltd. Xi'an branch Pledgor: XI'AN WUHE CIVIL ENGINEERING NEW MATERIAL CO.,LTD. Registration number: Y2022610000653 |
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Address after: 710075 Room A-115-37, iChuangtu Maker Park, No. 14, Gaoxin 2nd Road, High-tech Zone, Xi'an City, Shaanxi Province Patentee after: Xi'an Wuhe New Material Technology Group Co.,Ltd. Address before: 710055 north house, 17th floor, Jianke building, 13 Yanta Road, Beilin District, Xi'an City, Shaanxi Province Patentee before: XI'AN WUHE CIVIL ENGINEERING NEW MATERIAL CO.,LTD. |
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
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Date of cancellation: 20231107 Granted publication date: 20150520 Pledgee: Pudong Development Bank of Shanghai Limited by Share Ltd. Xi'an branch Pledgor: XI'AN WUHE CIVIL ENGINEERING NEW MATERIAL CO.,LTD. Registration number: Y2022610000653 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A type of embedded steel high ductility fiber reinforced concrete composite column Effective date of registration: 20231127 Granted publication date: 20150520 Pledgee: Pudong Development Bank of Shanghai Limited by Share Ltd. Xi'an branch Pledgor: Xi'an Wuhe New Material Technology Group Co.,Ltd. Registration number: Y2023980067686 |
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