CN105064613A - 一种内置frp局部约束混凝土组合构件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内置FRP局部约束混凝土组合构件，包括FRP约束混凝土子柱，该FRP约束混凝土子柱由FRP管内填充内部混凝土形成；将多个所述FRP约束混凝土子柱嵌入混凝土类柱子中，使其与外部的混凝土类柱子共同受力，形成内置FRP局部约束混凝土组合柱；将多个所述FRP约束混凝土子柱嵌入混凝土剪力墙中，形成内置FRP局部约束混凝土组合式剪力墙。本发明采用内置FRP约束混凝土子柱以提高其整体受力性能的组合柱和组合式剪力墙，该组合柱适用大型桥梁桥墩、高承载力混凝土桩、超高层结构巨型柱等工程领域，该组合式剪力墙适用于超高层结构及高地震烈度地区的高层结构。
Description
技术领域
本发明涉及一种FRP约束混凝土组合构件，包括组合柱和组合式剪力墙。
背景技术
FRP约束混凝土构件由于外部FRP对内部混凝土具有良好的约束作用，可有效抑制混凝土受压时的微裂纹扩展，从而可显著提高受压构件的承载力和变形能力。目前该类型构件尚存在一些不足之处：首先FRP对混凝土的约束作用仅在圆形截面柱子中才具有显著效果，对于其他截面形状尤其是常用的矩形截面柱子，这种约束作用就非常有限；其次在偏心受力情况下特别是偏心距较大时，这种约束作用也会显著降低甚至消失；另外这种约束作用也随着柱子尺寸的增大而降低，从而需要增加FRP的用量。针对FRP约束混凝土构件的上述局限，本发明提出一种可有效解决上述问题的新型内置FRP局部约束混凝土组合柱和组合式剪力墙。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种受力性能特别是偏压性能良好、适用于各种截面形状柱子、FRP材料利用率高、便于施工的新型内置FRP局部约束混凝土组合构件，包括内置FRP局部约束混凝土组合柱和组合式剪力墙。
本发明采用的技术方案为：一种内置FRP局部约束混凝土组合构件，包括FRP约束混凝土子柱，该FRP约束混凝土子柱由FRP管内填充内部混凝土形成；
将多个所述FRP约束混凝土子柱嵌入混凝土类柱子中，使其与外部的混凝土类柱子共同受力，形成内置FRP局部约束混凝土组合柱；
将多个所述FRP约束混凝土子柱嵌入混凝土剪力墙中，形成内置FRP局部约束混凝土组合式剪力墙。
作为优选，所述的混凝土类柱子为钢筋混凝土柱、钢管混凝土柱、钢骨混凝土柱、钢管-混凝土-钢管柱、FRP约束混凝土柱、FRP-混凝土-FRP组合柱、FRP-混凝土-钢管组合柱以及钢管-混凝土-FRP管组合柱中的一种。
作为优选，所述的混凝土类柱子是实芯柱或空芯柱。
作为优选，所述的FRP约束混凝土子柱的混凝土内埋置钢筋、型钢、钢管、FRP筋以及FRP型材中的至少一种。
作为优选，所述的FRP约束混凝土子柱宜排列在构件的受压部位，例如组合柱的角部或组合式剪力墙的端部。
作为优选，所述的FRP约束混凝土子柱是实芯柱或空芯柱。
作为优选，所述的FRP管可以是热固性FRP管或热塑性FRP管。
作为优选，所述的混凝土剪力墙为普通钢筋混凝土剪力墙、内嵌钢板混凝土剪力墙和钢板夹芯混凝土剪力墙中的至少一种。
所述的混凝土类柱子使用的纵筋和箍筋可以是钢筋，也可以是FRP筋。所述的FRP约束混凝土子柱可以为预制的FRP约束混凝土柱，也可以先将FRP管与外部的钢筋笼绑扎在一起，现场进行FRP管内的混凝土浇筑，从而形成FRP约束混凝土子柱。所述的预制的FRP约束混凝土柱，可以是向FRP管内填充混凝土形成的FRP约束混凝土柱，也可以是在预制的混凝土柱子外侧缠绕FRP形成的FRP约束混凝土柱。所述的FRP约束混凝土子柱中的混凝土可以与外部混凝土类柱子采用相同的混凝土，也可以采用不同的混凝土。
本发明采用内置FRP约束混凝土子柱以提高其整体受力性能的组合柱和组合式剪力墙，该组合柱适用大型桥梁桥墩、高承载力混凝土桩、超高层结构巨型柱等工程领域，该组合式剪力墙适用于超高层高层结构及高地震烈度地区的高层结构，具有承载力高、抗震性能优异、截面形状设计灵活以及经济性能优异的优点。
本发明相比现有技术有如下优点：
1、受力性能优异，特别适用于偏心受压以及截面尺寸较大的柱子，可使用较少的FRP使柱子获得较高的承载力。
2、柱子设计灵活，可通过改变FRP约束子柱在组合柱中的位置、数量以及所使用混凝土的种类来获得具有不同受力性能的柱子。
3、施工方便，该组合柱可以方便的与各种类型的梁连接，而且FRP约束混凝土子柱可以整体预制，也可以只预制FRP管材，施工过程与普通混凝土柱子相当，无需增加新的工作量。
4、耐久性良好。可将主要的受力钢筋或型钢置于FRP约束子柱内部，从而避免外部混凝土开裂引起的钢材锈蚀，结合FRP箍筋的使用，可全面提高该新型组合柱的耐久性能，特别适用于港口、码头以及海岛建筑等环境恶劣的建筑结构中。
附图说明
图1为本发明的内置FRP局部约束混凝土组合柱构造示意图；
图1-图3为本发明的外部混凝土类柱子实心形式示意图；
图4为本发明的外部混凝土类柱子空心形式示意图；
图5-图7为本发明的组合柱异形截面形状示意图；
图8为本发明的实施例1示意图；
图9为本发明的实施例2示意图；
图10为本发明的实施例3示意图；
图11为本发明的实施例4示意图。
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所示一种内置FRP局部约束混凝土组合柱，主要包括外部的混凝土类柱子1和其内部按一定规律排列的FRP约束混凝土子柱2。其中FRP约束混凝土子柱2由FRP管3和内部混凝土4组成，且内部混凝土4中可设置筋材或型材。FRP约束混凝土子柱可以是提前预制的，也可以进行现浇。外部的混凝土类柱子1可以是普通钢筋混凝土柱、也可以在柱子外侧设置钢管7形成钢管混凝土柱(图2)、或在柱子中设置型钢6形成钢骨混凝土柱(图3)、或者在柱子外侧和内侧同时设置钢管7从而形成钢管-混凝土-钢管柱(图4)，也可以是FRP约束混凝土柱、FRP-混凝土-FRP组合柱、FRP-混凝土-钢管组合柱以及钢管-混凝土-FRP管组合柱中的一种。组合柱可以是实芯柱(图1-图3)，也可以是空芯柱(图4)。组合柱截面形状包括矩形、圆形、十字形(图5)、L形(图6)、T形(图7)以及其他多种形状。
实施例1
如图8所示：一种用于高层结构的内置FRP局部约束混凝土组合柱，由外部的混凝土类柱子1和内部的FRP约束混凝土子柱2构成。其中外部的混凝土类柱子1为普通混凝土柱，其中纵筋为12Cφ20、箍筋φ12100、柱身混凝土为C30、保护层厚度为30mm。FRP约束混凝土子柱2为FRP管3和内部混凝土4及内部型材6组成，FRP管3为碳纤维增强环氧树脂缠绕管，截面为圆形。FRP管内部混凝土4采用C60高强混凝土。内部型材6为20#A工字钢，FRP约束混凝土子柱2沿组合柱截面的四个角布置在箍筋内侧。所有混凝土均为现场浇筑。
实施例2
如图9所示：一种高承载力桩，采用内置FRP局部约束混凝土组合结构的形式，由外部的混凝土类柱子1和内部FRP约束混凝土子柱2组成。外部的混凝土类柱子1为圆形截面的钢管-混凝土-钢管柱，其中纵筋为8φ25、箍筋为φ14150、柱身混凝土为C40、保护层厚度为50mm。FRP约束混凝土子柱2为FRP管材3和内部混凝土4组成，FRP管3为玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂缠绕管，截面为圆形。FRP约束混凝土子柱2沿组合柱截面的纵筋环向布置于箍筋9的内侧。该组合构件在工厂整体预制。为了防止地下盐碱环境侵蚀钢管7，组合柱外表面设有GFRP保护层8。
实施例3
如图10所示：一种用于大型桥梁桥墩的内置FRP局部约束混凝土组合结构，由外部的混凝土类柱子1和内部FRP约束混凝土子柱2组成。外部的混凝土类柱子1为普通钢筋混凝土柱，其截面为矩形和两个半圆形组成的组合截面，且内部为矩形空芯区域，柱身采用混凝土C30、保护层厚度为30mm。FRP约束混凝土子柱2由FRP管3和内部混凝土4组成，FRP管3为玻璃纤维增强环氧树脂缠绕管，截面为圆形。FRP管3内部的混凝土4采用C80高强混凝土。FRP约束混凝土子柱2沿组合柱半圆截面箍筋9的内侧布置。所有混凝土均为现场浇筑。
实施例4
如图11所示：一种布置灵活的十字形截面内置FRP局部约束混凝土组合柱，可用于框架结构中避免房屋拐角处柱子凸出。该组合柱由外部的混凝土类柱子1和内部FRP约束混凝土子柱2组成。外部的混凝土类柱子1为十字形截面的钢筋混凝土柱，柱身采用C40混凝土、保护层厚度为25mm。FRP约束混凝土子柱2为FRP管3和内部混凝土4组成，FRP管3为玄武岩纤维增强乙烯树脂缠绕管，截面为圆形。FRP管3内部的混凝土4采用C50混凝土。FRP约束混凝土子柱2设置在十字形的4个端头和中部交叉位置。FRP约束混凝土子柱2为工厂预制，外部的混凝土类柱子1为现场浇筑。
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 (8)
1.一种内置FRP局部约束混凝土组合构件，其特征在于：包括FRP约束混凝土子柱，该FRP约束混凝土子柱由FRP管内填充内部混凝土形成；
将多个所述FRP约束混凝土子柱嵌入混凝土类柱子中，使其与外部的混凝土类柱子共同受力，形成内置FRP局部约束混凝土组合柱；
将多个所述FRP约束混凝土子柱嵌入混凝土剪力墙中，形成内置FRP局部约束混凝土组合式剪力墙。
2.根据权利要求1所述的一种内置FRP局部约束混凝土组合构件，其特征在于：所述的混凝土类柱子为钢筋混凝土柱、钢管混凝土柱、钢骨混凝土柱、钢管-混凝土-钢管柱、FRP约束混凝土柱、FRP-混凝土-FRP组合柱、FRP-混凝土-钢管组合柱以及钢管-混凝土-FRP管组合柱中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种内置FRP局部约束混凝土组合构件，其特征在于：所述的混凝土类柱子是实芯柱或空芯柱。
4.根据权利要求1所述的一种内置FRP局部约束混凝土组合构件，其特征在于：所述的FRP约束混凝土子柱的混凝土内埋置钢筋、型钢、钢管、FRP筋以及FRP型材中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种内置FRP局部约束混凝土组合构件，其特征在于：所述的FRP约束混凝土子柱排列在构件的受压部位。
6.根据权利要求1所述的一种内置FRP局部约束混凝土组合构件，其特征在于：所述的FRP约束混凝土子柱是实芯柱或空芯柱。
7.根据权利要求1所述的一种内置FRP局部约束混凝土组合构件，其特征在于：所述的FRP管可以是热固性FRP管或热塑性FRP管。
8.根据权利要求1所述的一种内置FRP局部约束混凝土组合构件，其特征在于：所述的混凝土剪力墙为普通钢筋混凝土剪力墙、内嵌钢板混凝土剪力墙和钢板夹芯混凝土剪力墙中的至少一种。
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