CN104453092A - 一种新型frp管-轻质混凝土-型钢组合构件 - Google Patents

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周英武
刘晓敏
隋莉莉
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Abstract

本发明公开一种新型FRP管-轻质混凝土-型钢组合构件，其中，包括外部的FRP管以及内部的轻质混凝土，所述FRP管将轻质混凝土包裹，以对轻质混凝土提供环向约束。本发明可大幅降低混凝土组合结构的自重，提高轻质混凝土组合结构的静力性能，提高抗震性能和耐腐蚀性能，且施工方便快捷。可用作梁和柱等承重构件，应用于大型工业建筑和民用建筑。

Description

一种新型FRP管-轻质混凝土-型钢组合构件
技术领域
本发明涉及建筑材料及建筑结构领域，尤其涉及一种新型FRP管-轻质混凝土-型钢组合构件。
背景技术
绿色纤维复合材料（FRP）是一种新型的高性能材料，它具有轻质、高强、耐腐蚀、绝缘、隔热等众多优点。现有技术中，将FRP材料应用在新型组合结构上的越来越多，但是现阶段的FRP-混凝土组合构件都是针对普通混凝土，其具有自重大的缺点，没有充分发挥FRP材料轻质的优势。
轻质混凝土为由轻骨料配制的重量小于1950Kg/m3的混凝土。现国内轻质混凝土主要用于围护、保温构件或者是板等对受力要求不高的构件。鉴于轻质混凝土强度低、延性差等缺陷，目前很少用于土木工程结构中的主要承重构件，其轻质的特性在土木工程结构中未得到充分的利用。
本发明结合FRP与轻质混凝土的优越特性，充分发挥两种的轻质特性，开发一种新型FRP管-轻质混凝土-型钢组合构件，将轻质混凝土、FRP材料应用于结构功能材料中，实现建筑结构的轻质、高强、高延性和高耐久性，是结构体系的一次重大革新，具有重要的工程意义。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种新型FRP管-轻质混凝土-型钢组合构件，旨在解决现有的建筑材料存在的自重大、抗震性能、耐腐蚀性能都有待提高的问题，同时推广FRP、轻质混凝土在结构工程的应用，以真正意义地实现结构承重构件的轻质、高强、高延性和高耐久性。
本发明的技术方案如下：
一种新型FRP管-轻质混凝土-型钢组合构件，其中，包括外部的FRP管以及内部的轻质混凝土，所述FRP管将轻质混凝土包裹，以对轻质混凝土提供环向约束。
所述的新型FRP管-轻质混凝土-型钢组合构件，其中，在所述轻质混凝土中布置有钢管。
所述的新型FRP管-轻质混凝土-型钢组合构件，其中，在所述轻质混凝土中布置有型钢。
所述的新型FRP管-轻质混凝土-型钢组合构件，其中，所述钢管偏心放置，并在所述钢管四周布置有螺钉。
所述的新型FRP管-轻质混凝土-型钢组合构件，其中，在所述轻质混凝土中布置有钢筋或FRP筋。
所述的新型FRP管-轻质混凝土-型钢组合构件，其中，所述型钢为工字型型钢、H形型钢或十字形型钢。
所述的新型FRP管-轻质混凝土-型钢组合构件，其中，所述钢管为矩形钢管、正方形钢管或圆形钢管。
所述的新型FRP管-轻质混凝土-型钢组合构件，其中，所述FRP管为矩形FRP管、正方形FRP管或圆形FRP管。
所述的新型FRP管-轻质混凝土-型钢组合构件，其中，所述轻质混凝土为干表观密度小于1950Kg/m3的混凝土。
有益效果：本发明可大幅降低混凝土承重结构的自重，显著地提高轻质混凝土组合结构的各项性能，提升组合结构的抗震性能和耐腐蚀性，且施工方便快捷，可有效推广轻质混凝土、FRP材料在土木工程承重结构的应用。可用作梁和柱等承重构件，应用于大型工业建筑和民用建筑。
附图说明
图1为本发明第一实施例的截面示意图。
图2为本发明第二实施例的截面示意图。
图3为本发明第三实施例的截面示意图。
图4为本发明第四实施例的截面示意图。
图5为本发明第五实施例的截面示意图。
图6为本发明第六实施例的截面示意图。
图7为本发明第七实施例的截面示意图。
图8为本发明第八实施例的截面示意图。
图9为本发明第九实施例的截面示意图。
具体实施方式
本发明提供一种新型FRP管-轻质混凝土-型钢组合构件，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所提供的一种新型FRP管-轻质混凝土-型钢组合构件第一实施例，如图1所示，其包括外部的FRP管100以及内部的轻质混凝土200，所述FRP管100将轻质混凝土200包裹，以对轻质混凝土200提供环向约束。其实质是FRP管-轻质混凝土构件。
上述第一实施例是属于一种比较基础的结构，主要由FRP管100和轻质混凝土200构成，其外部的FRP管100可以为第一实施例的圆形FRP管，也可以是如图2所示的第二实施例的矩形FRP管，当然也可以是正方形FRP管或者其他改进的形状，以适应不同工程的需求，同时方便结构布置、梁柱节点的设计与施工。外部的FRP管100将轻质混凝土200包裹起来，从而提供了环向约束，增强了轻质混凝土200的抗压性能和延性。并且由于轻质混凝土200被耐腐蚀的FRP管100包裹起来，所以耐久性更强。
根据结构受力要求，可在内部的轻质混凝土200中布置钢筋或FRP筋（210），以进一步提升其作为梁构件的受弯承载力。
作为本发明更优选实施例，如图3所示，本发明新型FRP管-轻质混凝土-型钢组合构件包括外部的FRP管100以及内部的轻质混凝土200，所述FRP管100将轻质混凝土200包裹，以对轻质混凝土200提供环向约束，除此之外，在所述轻质混凝土200中布置有钢管300。这种构件可在第一和第二实施例的基础上进一步减小构件自重，同时确保构件的承载力与抗震性能。其外部的FRP管100可以为如图3所示的圆形FRP管，也可是如图4所示的矩形FRP管，也可以是正方形FRP管。内部的钢管300可以为如图3所示的圆形钢管，也可是如图4所示的矩形钢管，或者是正方形钢管，以适应不同工程的需求。此种组合柱的结构其力学性能更优，钢管300的向外变形被轻质混凝土200及FRP管100有效约束，而外层的FRP管100主要包含环向纤维，对于受弯构件亦可包含竖向纤维，但不存在屈曲问题。外层的FRP管100和内层的钢管300对中间的轻质混凝土200起约束作用，使核心轻质混凝土200处于三向受压状态，从而提高核心轻质混凝土200的抗压强度和变形能力，并且提高构件的整体延性。同时，在第三实施例中，可通过改变其内径（图中钢管300）与外径（图中FRP管100）的比值，从而改变构件的力学性能，根据不同工程需求，优化组合构件的截面组成。
另外，在本实施例中，在钢管300外还可增加螺钉来增强钢管和轻质混凝土的界面粘结，以确保轻质混凝土与钢管的共同工作，作为梁构件，具体可在钢管外表面焊接螺钉，使钢管外表面粗糙，增加剪切键，从而提高粘结性，以确保轻质混凝土与钢管的共同工作，也可根据承载力要求增加钢筋或FRP筋。
作为本发明更优选实施例，如图5所示，本发明新型FRP管-轻质混凝土-型钢组合构件包括外部的FRP管100以及内部的轻质混凝土200，除此之外，在所述轻质混凝土200中布置有型钢400，以进一步显著提升构件的承载力与抗震性能。这种构件由于型钢的存在，可充分发挥钢材、FRP管和轻质混凝土三种材料性能优势的基础上，大幅提高整个构件的承载力与延性，而无需加大柱截面尺寸，可以作为超高层建筑结构中的竖向压弯构件，其外部的FRP管100可以为矩形FRP管、正方形FRP管或圆形FRP管。内部的型钢可以为如图5所示的工字型型钢，也可是如图7所示的H形型钢，或者如图6所示的十字形型钢，以适应不同工程的需求。
同样，在本实施例中，外部的FRP管100对轻质混凝土200可提供环向约束，使内部轻质混凝土200处于三向受压状态，同时有外部FRP管100的保护，内部的轻质混凝土200和型钢400耐久性增强，可忽略结构外界腐蚀环境对结构耐久性的影响。
作为本发明更优选的实施例，与上述实施例不同的是，在所述轻质混凝土中布置有钢管300。同时所述钢管300在轻质混凝土200中偏心放置，如图8和图9所示，以增加受压区的混凝土厚度，提高抗压强度，且由于钢管300偏心放置，能够更好地在受压区利用FRP管100与钢管300优越的抗拉性能。由于在上述构件中，距离中心轴越近则受力越小，所以在钢管300的偏心放置能够在优化结构中受力性能的同时能节约材料，减小构件自重。另外还可在所述钢管300四周增加螺钉310（可焊接在钢管300外表面），以增强钢管300和轻质混凝土200的界面粘结。该构件主要作为建筑结构的受弯构件，如梁。
在上述各实施例中，所述轻质混凝土200为陶粒等轻质骨料配置而成的混凝土，干表观密度小于1950Kg/m3的混凝土，并且重量越轻越好，进一步可采用环保型轻骨料，例如城市淤泥、废弃陶瓷、废弃玻璃制备的轻骨料，实现建筑材料的环保与可持续发展。此外，所述轻质混凝土200亦可为由轻质砂与轻质骨料配置而成的混凝土。
综上所述，本发明可大幅降低混凝土承重结构的自重，显著地提高轻质混凝土组合结构的各项性能，提升组合结构的抗震性能和耐腐蚀性，且施工方便快捷，可有效推广轻质混凝土、FRP材料在土木工程承重结构的应用。本发明的新型FRP管-型钢-轻质混凝土组合构件可用作梁和柱等承重构件，应用在大型工业建筑和民用建筑上。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种新型FRP管-轻质混凝土-型钢组合构件，其特征在于，包括外部的FRP管以及内部的轻质混凝土，所述FRP管将轻质混凝土包裹，以对轻质混凝土提供环向约束。
2.根据权利要求1所述的新型FRP管-轻质混凝土-型钢组合构件，其特征在于，在所述轻质混凝土中布置有钢管。
3.根据权利要求1所述的新型FRP管-轻质混凝土-型钢组合构件，其特征在于，在所述轻质混凝土中布置有型钢。
4.根据权利要求2所述的新型FRP管-轻质混凝土-型钢组合构件，其特征在于，所述钢管偏心放置，并在所述钢管四周布置有螺钉。
5.根据权利要求1至4任一所述的新型FRP管-轻质混凝土-型钢组合构件，其特征在于，在所述轻质混凝土中布置有钢筋或FRP筋。
6.根据权利要求3所述的新型FRP管-轻质混凝土-型钢组合构件，其特征在于，所述型钢为工字型型钢、H形型钢或十字形型钢。
7.根据权利要求2所述的新型FRP管-轻质混凝土-型钢组合构件，其特征在于，所述钢管为矩形钢管、正方形钢管或圆形钢管。
8.根据权利要求1所述的新型FRP管-轻质混凝土-型钢组合构件，其特征在于，所述FRP管为矩形FRP管、正方形FRP管或圆形FRP管。
9.根据权利要求1所述的新型FRP管-轻质混凝土-型钢组合构件，其特征在于，所述轻质混凝土为干表观密度小于1950Kg/m3的混凝土。
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