CN104727483B - 薄壁矩形钢管约束的gfrp筋再生混凝土柱 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种薄壁矩形钢管约束的GFRP筋再生混凝土柱，包括由薄壁矩形钢管围成的柱状壳体，沿所述柱状壳体长度方向设置的GFRP筋，填充于所述柱状壳体内的再生骨料混凝土，以及用于固定柱状壳体纵向连接边的螺钉；所述GFRP筋的长度与柱状壳体的长度相等，且相互之间无连接。本发明使用薄壁矩形钢管对核心混凝土进行约束，提高混凝土的承载力，且GFRP筋进一步提高了构件承载力，从而可以减小构件截面，节约材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑构件，特别涉及一种使用再生混凝土和GFRP筋的薄壁钢管混凝土结构柱构件。
背景技术
随着我国建筑和房地产行业的飞速发展，无数新建的楼房拔地而起，同时亦有大量老旧建筑被拆除，从而不可避免地产生了大量建筑垃圾，其中废弃混凝土约占48.35％。合理利用废弃混凝土对减少固体废弃物的排放、保护环境、节约资源和能源具有重大意义。
当前，技术人员设计了多种混凝土柱，但是，由于再生混凝土存在强度低，弹性模量低，吸水率高和耐久性差等缺陷，现有的再生混凝土柱多采用强度较高的钢管或钢板，或双层钢管，或采用钢骨、预应力筋等方式增强混凝土柱的强度。而且，在现有技术中，再生混凝土的替代率较低。
发明内容
发明目的：提供一种薄壁矩形钢管约束的GFRP筋再生混凝土柱，以解决现有技术存在的上述问题。
技术方案：一种薄壁矩形钢管约束的GFRP筋再生混凝土柱，包括由薄壁矩形钢管围成的柱状壳体，沿所述柱状壳体长度方向设置的GFRP筋，填充于所述柱状壳体内的再生骨料混凝土，以及用于固定柱状壳体纵向连接边的自攻螺钉；所述GFRP筋的长度与柱状壳体的长度相等，且GFRP筋相互之间无连接。
在进一步的实施例中，所述再生混凝土配比符合以下公式：
W、C、S、G分别为水、水泥、砂、粗骨料的质量；
ρc、ρw分别表示水泥的密度和水的密度，ρs、ρG分别表示砂子和石子的表观密度。
以重量份数计，所述再生骨料混凝土的配比为，水：水泥：砂：粗骨料＝1:2.7:3.0:9.4；混凝土的强度为C30；所述粗骨料中，废弃混凝土的体积替代率为50％。
在优选的实施例中，所述薄壁矩形钢管由Q235钢板冷弯形成，板厚1mm，冷弯时两个端头各留出50mm。钢管冷弯成型后在一个角点的两个临侧面沿柱轴线每隔100mm打入30mm长的M5.0自攻螺钉。所述柱状壳体的横截面为200mm×200mm。
有益效果：首先，本发明充分利用废弃混凝土，绿色环保；其次，使用薄壁矩形钢管对核心混凝土进行约束，提高混凝土的承载力。再次，GFRP筋进一步提高了构件承载力，减小构件截面，节约材料。最后，在进一步的实施例中，本发明利用自攻螺钉对矩形钢管进行连接，施工方便、传力可靠。
附图说明
图1为本发明的主视图。
图2为本发明的侧视图。
图3为本发明的横截面图。
图4为本发明的荷载-位移曲线。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，在本发明的实施例中，再生混凝土柱由核心区混凝土柱1、外包薄壁矩形钢管2、GFRP筋4构成，外包薄壁矩形钢管包裹在核心区混凝土立面表面，端部依靠自攻螺钉3连接，在混凝土浇筑时外包薄壁矩形钢管起到模板作用，在结构使用时外包薄壁矩形钢管与核心区混凝土共同受力并约束核心区混凝土。GFRP筋包裹在核心区混凝土柱内部，相对基本平行设置，不加设连接筋，在使用时与核心区混凝土柱共同承担结构荷载。在该实施例中，柱截面为200mm×200mm。
薄壁矩形钢管约束的GFRP筋再生混凝土柱。核心区混凝土柱采用强度为C30、配合比为：W:C:S:G＝1:2.7:3.0:9.4、再生骨料替代率为50％的混凝土(代替骨料为废弃砼)。外包薄壁矩形钢管包裹在核心区混凝土立面表面，端部依靠自攻螺钉连接。
柱构件承受顶部传递的压力，混凝土核心区承受的轴压力通过自攻螺钉传递给外围的薄壁矩形钢管，通过混凝土与GFRP筋间的粘结力传递给内部的GFRP筋，达到共同受力的效果。内部的GFRP筋起到增大核心区混凝土等效面积的效果，外部薄壁矩形钢管除了分担轴向荷载外，还对核心区混凝土形成约束达到三向受力状态，提高核心区的承载力。
转到图4，解释本发明的荷载-位移曲线，目前国内外适用于矩形钢管混凝土的柱的设计规范有：CECS159:2004、ACI(2002)、AIJ(1997)、DBJ13-51-2003、EC4(1994)、GJB4142-2000。表1给出了本发明实测值与相同截面尺寸的普通薄壁矩形钢管混凝土柱的计算值的比值。实验研究表明本发明较传统构件有显著提高。
表1试验测量值与规范的设计值的比值
根据现有研究，薄壁钢管约束了混凝土，在轴心受压荷载作用下，混凝土三向受压，从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和变形性能，延缓了受压时的纵向开裂，本发明中W、C、S、G的配比经过优化，具有更好的物理性能；同时，钢管的套箍作用大大提高了混凝土的力学性能，使混凝土的脆性弱点得到了克服，替代率明显提高；另一方面，玻璃纤维加强塑料GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic)是最近几年在工程领域应用非常广泛的新型材料，它具有一般钢材所不能比拟的耐腐蚀性和可加工性。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (1)
1.一种薄壁矩形钢管约束的GFRP筋再生混凝土柱，其特征在于，包括由薄壁矩形钢管围成的柱状壳体，沿所述柱状壳体长度方向设置的GFRP筋，填充于所述柱状壳体内的再生骨料混凝土，以及用于固定柱状壳体纵向连接边的自攻螺钉；所述GFRP筋的长度与柱状壳体的长度相等，且GFRP筋相互之间无连接；
所述再生混凝土配比符合以下公式：
W、C、S、G分别为水、水泥、砂、粗骨料的质量；
以重量份数计，所述再生骨料混凝土的配比为，水：水泥：砂：粗骨料＝1:2.7:3.0:9.4；混凝土的强度为C30；所述粗骨料中，废弃混凝土的体积替代率为50％；
所述薄壁矩形钢管由Q235钢板冷弯形成，板厚1mm，冷弯时两个端头各留出50mm；钢管冷弯成型后在一个角点的两个临侧面沿柱轴线每隔100mm打入30mm长的M5.0自攻螺钉；所述柱状壳体的横截面为200mm×200mm；柱构件承受顶部传递的压力，混凝土核心区承受的轴压力通过自攻螺钉传递给外围的薄壁矩形钢管，通过混凝土与GFRP筋间的粘结力传递给内部的GFRP筋，达到共同受力的效果。
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