CN103243711A - 一种带内肋复合材料管桩 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带内肋复合材料管桩，包括复合材料缠绕管和填充在复合材料缠绕管内的混凝土；所述复合材料缠绕管包括复合材料内模圆管、纵肋和纤维丝，所述复合材料内模圆管的内壁上设有纵肋，复合材料内模圆管外壁上缠绕纤维丝形成复合材料缠绕管。本发明不仅对可保护管桩、墩柱混凝土免受有害物质的侵蚀，提高混凝土的抗压强度，而且可增强复合材料管与混凝土的界面粘结强度，使得管桩和墩柱结构更具有耐久性，同时改善和提高混凝土墩柱的延性。

Description

一种带内肋复合材料管桩
技术领域
本发明涉及一种管桩，具体涉及一种可提高复合材料外管与核心混凝土粘结性能的新型管桩，可用于海洋等腐蚀环境新建结构的预制管桩基础、桥梁墩柱，也可用于加固现有钢筋混凝土及预应力混凝土墩柱。
背景技术
钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土管桩或灌注桩基础是土木工程常用的桩基础形式之一，同时现有桥梁墩柱也多采用钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土结构。在海洋环境中虽然混凝土结构的腐蚀与钢结构相比较缓慢，容易被人忽视，但是一旦发生，难以修复处理，钢筋受到腐蚀产生膨胀导致混凝土开裂，进一步加速腐蚀，从而影响构件强度与可用性。
近年来，复合材料以其高强、轻质、耐腐蚀等优点，开始在土木与建筑工程结构中得到应用,并受到工程界的广泛关注。以复合材料为外管兼做永久模板，内填混凝土形成的复合材料约束混凝土管柱，在国外已成功用于建筑桩基础、斜拉桥主塔及高速公路梁桥桥墩。在轴压力作用下，核心混凝土受到复合材料管的侧向约束，处于三向受力状态，提高了混凝土的强度。与钢管混凝土相比，复合材料约束混凝土管柱耐腐蚀性好、自重更轻。由于复合材料与混凝土温度膨胀系数相差较大，尤其在受弯状态，两种材料之间容易发生界面剥离，应力无法传递。如果能提高复合材料管与混凝土的界面粘结强度，可进一步提高复合材料约束混凝土墩柱的极限承载力和使用寿命。
目前国外有拉挤成型复合材料带纵肋管，但拉挤工艺只能生产等截面构架，无法成型带横肋的管。而在已成型的管壁内侧二次手糊纵横肋只能用于内管径较大，有足够的人工操作空间，且操作复杂，二次粘贴的肋容易脱落。
发明内容
本发明的目的是针对现有的复合材料约束混凝土管桩和墩柱界面容易发生剥离的问题，提供一种可通过连续化生产工艺实现的、带纵横肋的复合材料管，这种带肋的管不仅对可保护管桩、墩柱混凝土免受有害物质的侵蚀，提高混凝土的抗压强度，而且可增强复合材料管与混凝土的界面粘结强度，使得管桩和墩柱结构更具有耐久性，同时改善和提高混凝土墩柱的延性。
本发明采用的技术方案为：一种带内肋复合材料管桩，包括复合材料缠绕管和填充在复合材料缠绕管内的混凝土；
所述复合材料缠绕管包括复合材料内模圆管、纵肋和纤维丝，所述复合材料内模圆管的内壁上设有纵肋，复合材料内模圆管外壁上缠绕纤维丝形成复合材料缠绕管。
作为优选，所述复合材料内模圆管壁厚不超过2mm。
作为优选，所述纵肋为等间距的4n条（n=1,2,3…），宽度不小于1cm，高度不小于8mm。
作为优选，所述复合材料内模圆管的内壁上还设有横肋。
作为优选，所述纵肋垂直、横肋水平布置，或者横肋倾斜布置，水平夹角呈15°～45°。
作为优选，所述横肋间距为10cm～20cm，宽度不小于3cm，高度不小于3mm。
作为优选，所述复合材料内模圆管的材质为单一的、纵横向纤维比1:1，1:2或1:4的碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维布，或不同纤维布交替敷设；所用树脂为不饱和聚苯树脂、聚乙烯或环氧树脂。
作为优选，所述复合材料内模圆管外壁上以一定角度单向或双向缠绕经树脂浸润的纤维丝形成复合材料缠绕管。
作为优选，所述复合材料缠绕管内置钢管形成复合材料-混凝土-钢管夹芯管桩。
作为优选，所述复合材料缠绕管内置型钢形成复合材料-型钢混凝土管桩。
有益效果：（1）本发明解决了现有复合材料管与混凝土的界面粘结问题，采用工业化工艺成型，形成纵、横肋与管壁一体的加劲管，结构整体性好，内肋不容易脱落；
（2）内肋设计灵活，根据具体受力要求布置的纵、横肋均易实现；
（3）带肋复合材料管可用作混凝土或预应力混凝土浇筑的永久模板，加劲层增加了复合材料与混凝土的粘结强度；
（4）带肋复合材料内可放置圆形钢管或型钢，形成带肋复合材料-钢管-混凝土管桩或带肋复合材料-型钢混凝土管桩；
（5）带肋复合材料管抗拉强度高、自重轻、耐腐蚀性好、耐潮湿，可保护混凝土及钢材免受腐蚀物质的侵蚀，提高结构的使用寿命，也可用于旧墩柱的加固；
（6）带肋复合材料管能明显改善和提高混凝土墩柱的延性，因为复合材料在破坏前一直都处在弹性工作状态，尤其在地震的反复荷载作用下纤维不会产生残余变形和积累破坏，墩柱强度退化少；
（7）带肋复合材料管可以根据需求做成不同的颜色，美化了墩柱。
附图说明
图1是带纵肋矩形复合材料板示意图。
图2是纵肋垂直、横肋水平的矩形复合材料板示意图。
图3是纵肋垂直，横肋倾斜的矩形复合材料板示意图。
图4是复合材料内模圆管三维示意图。
图5是带肋复合材料缠绕管三维示意图。
图6是带肋复合材料约束混凝土管桩截面示意图。
图7是带肋复合材料-混凝土-钢管夹芯管柱截面示意图。
图8是带肋复合材料-型钢混凝土管柱截面示意图。
图中：1为矩形板，2为纵肋，3为横肋，4为复合材料缠绕管，5为混凝土，6为钢管，7为粘结缝，8为型钢。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1-8所示，本发明通过真空导入工艺成型一块单面带纵横交错肋的矩形板1，矩形板1的宽度等于将要成型的复合材料管内壁周长，长度与复合材料管相同，矩形板1壁厚不超过2mm，纵肋2一般为等间距的4n条（n=1,2,3…），宽度不小于1cm，高度不小于8mm，横肋3间距为10cm～20cm，宽度不小于3cm，高度不小于3mm；
带纵横交错肋的矩形板1的材质可为单一的、纵横向纤维比1:1，1:2或1:4的碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维布，或不同纤维布交替敷设；所用树脂为不饱和聚苯树脂、聚乙烯或环氧树脂；
矩形板1可以只有纵肋2，也可纵肋2垂直、横肋3水平，横肋3也可以倾斜布置，水平夹角呈15°～45°；
将矩形板1卷成表面光滑，内壁带肋的开口复合材料内模圆管，对接处粘接形成粘结缝7；
将上述复合材料内模管作为缠绕内模，在其外表面以一定角度单向或双向缠绕浸润树脂后的纤维丝，缠绕到制定厚度后，无需脱模，便形成了带内肋的复合材料缠绕管4；
将复合材料缠绕管4兼做永久模板，在其中浇筑混凝土5，形成复合材料约束混凝土管桩或墩柱构件，也可以内置钢管6或型钢7形成复合材料-混凝土-钢管夹芯管桩及复合材料-型钢混凝土管桩。
如果用于加固有损伤的混凝土墩柱，加固时先将混凝土损伤层铲除，在混凝土表面卷带肋矩形板，然后现场缠绕纤维丝。
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种带内肋复合材料管桩，其特征在于：包括复合材料缠绕管和填充在复合材料缠绕管内的混凝土；
所述复合材料缠绕管包括复合材料内模圆管、纵肋和纤维丝，所述复合材料内模圆管的内壁上设有纵肋，复合材料内模圆管外壁上缠绕纤维丝形成复合材料缠绕管。
2.根据权利要求1所述的一种带内肋复合材料管桩，其特征在于：所述复合材料内模圆管壁厚不超过2mm。
3.根据权利要求1所述的一种带内肋复合材料管桩，其特征在于：所述纵肋为等间距的4n条，其中n=1,2,3…，宽度不小于1cm，高度不小于8mm。
4.根据权利要求1所述的一种带内肋复合材料管桩，其特征在于：所述复合材料内模圆管的内壁上还设有横肋。
5.根据权利要求4所述的一种带内肋复合材料管桩，其特征在于：所述纵肋垂直、横肋水平布置，或者横肋倾斜布置，水平夹角呈15°～45°。
6.根据权利要求4所述的一种带内肋复合材料管桩，其特征在于：所述横肋间距为10cm～20cm，宽度不小于3cm，高度不小于3mm。
7.根据权利要求1所述的一种带内肋复合材料管桩，其特征在于：所述复合材料内模圆管的材质为单一的、纵横向纤维比1:1，1:2或1:4的碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或芳纶纤维布，或不同纤维布交替敷设；所用树脂为不饱和聚苯树脂、聚乙烯或环氧树脂。
8.根据权利要求1所述的一种带内肋复合材料管桩，其特征在于：所述复合材料内模圆管外壁上单向或双向缠绕经树脂浸润的纤维丝形成复合材料缠绕管。
9.根据权利要求1所述的一种带内肋复合材料管桩，其特征在于：所述复合材料缠绕管内置钢管形成复合材料-混凝土-钢管夹芯管桩。
10.根据权利要求1所述的一种带内肋复合材料管桩，其特征在于：所述复合材料缠绕管内置型钢形成复合材料-型钢混凝土管桩。
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