CN103899040B - 一种frp加劲钢管混凝土组合柱 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种FRP加劲钢管混凝土组合柱，包括钢管、箍筋、FRP加劲肋、纵向钢筋，箍筋、FRP加劲肋设置在钢管里，钢管的内壁上固定角钢，FRP加劲肋的端部固定在角钢上，FRP加劲肋上设置孔洞，箍筋穿过FRP加劲肋上的孔洞，纵向钢筋固定在箍筋上，钢管里填充有混凝土。本发明内置带有箍筋和纵向钢筋的FRP加劲肋板将混凝土重新分隔，增强混凝土的约束效应，提高承载力，并能有效防止受压边管壁的屈曲。本发明是一种增强混凝土、FRP加劲肋、钢管协同工作的构造措施，构造简单、施工方便，具有重量轻、承载力高、延性好、抗震性能好的特点。

Description

一种FRP加劲钢管混凝土组合柱

技术领域

本发明涉及的是一种承载结构，具体地说是混凝土柱。

背景技术

钢管混凝土柱是在钢管中填充混凝土制成的结构构件。由于钢管对混凝土具有很好的套箍约束作用，核心混凝土承受纵向压力，还受到钢管的侧向约束，处于三向受压的应力状态，从而使核心混凝土具有更高的轴向抗压强度和压缩变形能力，塑性和韧性性能大为改善。同时，钢管借助内填的混凝土的支撑作用，增强钢管壁的稳定性。钢管混凝土结构具有承载力高、延性好、施工速度快等优点。

随着高层、超高层结构以及大跨度拱桥的出现，大直径钢管混凝土应用越来越广泛。对于大直径钢管混凝土，钢管和混凝土的粘结问题会更为突出，当钢管直径很大时，钢管对核心混凝土约束能力减弱，会出现核心混凝土与钢管在界面处分离或核心混凝土内部不密实等脱空现象，钢管壁容易过早屈曲，混凝土强度不能充分发挥，构件承载力、刚度、稳定性降低，严重制约其使用性能和寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供能有效提高结构承载力的一种FRP加劲钢管混凝土组合柱。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种FRP加劲钢管混凝土组合柱，其特征是：包括钢管、箍筋、FRP加劲肋、纵向钢筋，箍筋、FRP加劲肋设置在钢管里，钢管的内壁上固定角钢，FRP加劲肋的端部固定在角钢上，FRP加劲肋上设置孔洞，箍筋穿过FRP加劲肋上的孔洞，纵向钢筋固定在箍筋上，钢管里填充有混凝土。

本发明还可以包括：

1、FRP加劲肋的横截面为由四根支柱连接在一起的十字形或由三根支柱连接在一起的三叉形，十字形的四个支柱以及三叉形的三根支柱连接处均采用倒角形式，十字形的中心和三叉形的中心与钢管的中心重合。

2、钢管整体为全钢管或由半钢管焊接而成，钢管整体截面为圆形、方形或矩形。

3、FRP加劲肋的材料为玻璃纤维增强复合塑料、碳纤维增强复合塑料、玄武岩纤维增强复合塑料或芳纶纤维增强复合塑料。

本发明的优势在于：

1、本发明的FRP加劲钢管混凝土组合柱，在钢管中使用FRP加劲肋增强了对混凝土的约束效应。肋板对钢管内的混凝土重新分隔，使得混凝土在每个小区域都处于三向受压的应力状态，加大了约束效应，提高了轴压承载力。受弯时，肋板与钢管协同变形，延缓受压边管壁的屈曲，提高了抗弯承载能力。相比较于普通的钢管混凝土组合柱有更好的受力性能。

2、焊接的纵向角钢用于固定FRP加劲肋，同时也是钢管的纵向加劲肋。增强了钢管的刚度，延缓受压边管壁的屈曲，提高了钢管的稳定性。

3、穿过FRP加劲肋的箍筋和纵向钢筋可以提高套箍性能，增强FRP加劲肋与混凝土的粘结作用，减缓混凝土与FRP加劲肋之间的剪切滑移，保证FRP加劲肋和混凝土共同作用，提高结构的承载性能和延性。

4、本发明的FRP加劲钢管混凝土组合柱，内部加劲肋采用FRP材料，FRP轻质高强，可以减轻结构的自重，有利于结构抗震。

5、FRP加劲肋在截面中心处采用倒角的方式，可以有效避免应力集中，提高结构的承载力。

6、FRP加劲肋可以作为固定箍筋和纵向钢筋的骨架，方便施工。钢管可以直接作为施工的模板，可以省去模板工程、减少施工费用。

7、本发明的FRP加劲钢管组合柱，充分发挥了钢材、FRP和混凝土三种材料的性能优势。与普通的钢管混凝土柱相比，满足相同的承载力要求时，FRP加劲钢管混凝土组合柱可以使用相对较小的截面，可以有效提高建筑物的使用空间。

附图说明

图1为FRP十字形加劲圆钢管混凝土组合柱按实施例1的横剖面示意图；

图2为FRP三边形加劲圆钢管混凝土组合柱按实施例1的横剖面示意图；

图3为FRP十字形加劲方钢管混凝土组合柱按实施例1的横剖面示意图；

图4为FRP十字形加劲圆钢管混凝土组合柱按实施例2的横剖面示意图；

图5为FRP三边形加劲圆钢管混凝土组合柱按实施例2的横剖面示意图；

图6为FRP十字形加劲方钢管混凝土组合柱按实施例2的横剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

本发明一种FRP加劲钢管混凝土组合柱，由混凝土4将FRP加劲肋2与钢管1混合浇筑而成。箍筋5穿过FRP加劲肋2的孔洞并与纵向钢筋6固定，带有箍筋5和纵向钢筋6的FRP加劲肋2嵌固于焊接在钢管内壁上的角钢3中。钢管1和FRP加劲肋2截面几何形心重合。FRP加劲肋截面形式2为十字形或其他多边形，并在加劲肋截面中心处采用倒角形式。钢管1截面为圆形、方形、矩形或其他形状。混凝土4为普通混凝土或高强混凝土。FRP是玻璃纤维增强复合塑料、碳纤维增强复合塑料、玄武岩纤维增强复合塑料、芳纶纤维增强复合塑料或几种纤维混杂增强复合塑料中的一种。

实施例1：

结合图1～3，包括钢管1、FRP加劲肋2、角钢3、混凝土4、箍筋5和纵向钢筋6。

该结构由混凝土4将带有箍筋5和纵向钢筋6的FRP加劲肋2与钢管1混合浇筑而成。角钢3与钢管1焊接，焊接的角钢，两两组成一对，对称分布，相互之间的距离根据FRP加劲肋的厚度确定。对于直径较大的钢管1，可以直接在钢管1内部焊接；对于直径小的钢管1，可以在钢管1与角钢3连接的管壁上，每隔一定的距离钻孔。再用填焊的方式将角钢3和钢管1连接起来。焊点数量和焊接距离可根据计算确定。在FRP加劲肋板上沿着环向每隔一定间距钻孔，孔径宜在10-14mm之间，竖向间距宜在100～200mm之间。箍筋5穿过FRP加劲肋2并用钢丝与纵向钢筋6绑扎固定。将带有箍筋5和纵向钢筋6的FRP加劲肋2嵌固于焊接在钢管上的角钢3中。最后在钢管内部浇筑混凝土。

实施例2：

结合图1～3，包括钢管1、FRP加劲肋2、角钢3、混凝土4、箍筋5和纵向钢筋6。

该结构由混凝土4将带有箍筋5和纵向钢筋6的FRP加劲肋2与钢管1混合浇筑而成。角钢3与钢管1的焊接，可以采用半钢管，分别将角钢3焊接在指定位置，再将半钢管拼接焊接在一起如图4、5。对于方钢管、矩形钢管等，可以首先将角钢3焊接在对应的位置，再将各个钢板焊接在一起，形成方钢管、矩形钢管如图6。角钢3与钢管1的焊接，焊接的角钢，两两组成一对，对称分布，相互之间的距离根据FRP加劲肋的厚度确定。在FRP加劲肋板上沿着环向每隔一定间距钻孔，孔径宜在10-14mm之间，间距宜在100～200mm之间。箍筋5穿过FRP加劲肋2并用钢丝与纵向钢筋6绑扎固定。将带有箍筋5和纵向钢筋6的FRP加劲肋2嵌固于焊接在钢管上的角钢3中。最后在钢管内部浇筑混凝土。

Claims (2)

1.一种FRP加劲钢管混凝土组合柱，其特征是：包括钢管、箍筋、FRP加劲肋、纵向钢筋，箍筋、FRP加劲肋设置在钢管里，钢管的内壁上固定角钢，FRP加劲肋的端部固定在角钢上，FRP加劲肋上设置孔洞，箍筋穿过FRP加劲肋上的孔洞，钢管和FRP加劲肋截面几何形心重合，纵向钢筋固定在箍筋上，钢管里填充有混凝土；

FRP加劲肋的横截面为由四根支柱连接在一起的十字形或由三根支柱连接在一起的三叉形，十字形的四个支柱以及三叉形的三根支柱连接处均采用倒角形式，十字形的中心和三叉形的中心与钢管的中心重合；

钢管整体为全钢管或由半钢管焊接而成，钢管整体截面为圆形或方形。

2.根据权利要求1所述的一种FRP加劲钢管混凝土组合柱，其特征是：FRP加劲肋的材料为玻璃纤维增强复合塑料、碳纤维增强复合塑料、玄武岩纤维增强复合塑料或芳纶纤维增强复合塑料。