CN107816169A - 一种frp螺旋筋增强不锈钢管海水海砂混凝土结构 - Google Patents

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魏洋
张依睿
王立彬
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    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00—Structural elongated elements designed for load-supporting
    • E04C3/30—Columns; Pillars; Struts
    • E04C3/34—Columns; Pillars; Struts of concrete other stone-like material, with or without permanent form elements, with or without internal or external reinforcement, e.g. metal coverings

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Abstract

一种FRP螺旋筋增强不锈钢管海水海砂混凝土结构，包括矩形不锈钢管(1)、锚固件(2)、FRP螺旋筋(3)和海水海砂混凝土(4)，其特征在于，矩形不锈钢管(1)材质为防腐耐候不锈钢，锚固件(2)为设有预留孔洞的不锈钢块，FRP螺旋筋(3)穿过锚固件(2)的预留孔洞旋转而上，锚固件(2)的预留孔洞直径大于FRP螺旋筋直径10mm以上，FRP螺旋筋(3)与锚固件(2)的预留孔洞内部之间的间隙由海水海砂混凝土填充密实，海水海砂混凝土(4)浇筑于矩形不锈钢管(1)内。该结构承载力高、延性好、耐久性好，可直接利用海砂集料与海水制备浇筑海水海砂混凝土，工程造价经济，节约资源，尤其适合岛礁工程、沿海地区的竖向结构构件。

Description

一种FRP螺旋筋增强不锈钢管海水海砂混凝土结构
技术领域
本发明涉及一种组合结构，尤其是一种FRP螺旋筋增强不锈钢管海水海砂混凝土结构，可广泛应用于土木建筑结构技术领域。
背景技术
钢管混凝土具有强度高、自重轻、截面抗弯刚度大、耐腐蚀、防火性能好等优点，同时可作为核心混凝土的模板，具有良好的力学性能，因此在建筑工程中，得到设计、施工单位的认同，尤其在高层建筑施工中广泛使用。矩形钢管混凝土与圆钢管混凝土相比，虽然对核心混凝土约束力较差，但是矩形钢管混凝土具有延性好、节点施工矩形便、建筑布置简易等优点，因此，一直以来矩形钢管混凝土结构关注度不断增高，投入实际工程应用不断增加。然而矩形钢管对核心混凝土约束作用较弱，且管壁更加容易发生弹性屈曲，使得结构承载力和延性大大降低，不利于钢管和混凝土力学性能的充分发挥。
为了克服矩形钢管管壁易产生局部弹性屈曲且对核心混凝土约束力不强的问题，研究人员和工程实践者采取了一些措施来克服这个问题，如焊接横纵向加劲肋、焊接栓钉、焊接拉杆、焊接圆形箍筋及放置螺旋筋等方法，如中国专利第“CN 102003042A”号，公开了一种“螺旋箍筋方钢管混凝土柱及其制作方法”，该结构中矩形钢管与螺旋箍筋通过点焊连接，形成螺旋箍筋矩形钢管，混凝土直接浇入螺旋箍筋矩形钢管内，该结构虽然对矩形钢管混凝土的性能具有一定的改善，但点焊连接对螺旋箍筋和钢管内壁的尺寸吻合度要求高，且该结构不具备耐腐蚀性，无法利用海洋资源及适用于海洋环境。
当前，作为混凝土的主要原材料的河沙、淡水资源严重匮乏，严重制约着我国的工程建设发展，另外，我国的南海岛礁正在开展大量的基础设施建设，一带一路建设同样对高耐久性的工程结构提出新的挑战，如果能够直接利用海水、海水集料浇筑高性能、高耐久性混凝土结构无意具有非凡的工程实用意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种FRP螺旋筋增强不锈钢管海水海砂混凝土结构，该结构承载力高、延性好、耐久性好，可直接利用海砂集料与海水制备浇筑海水海砂混凝土，工程造价经济，节约资源，尤其适合岛礁工程、沿海地区的竖向结构构件。
本发明所采用的解决方案是：一种FRP螺旋筋增强不锈钢管海水海砂混凝土结构，包括矩形不锈钢管、锚固件、FRP螺旋筋和海水海砂混凝土，其特征在于，矩形不锈钢管材质为防腐耐候不锈钢，锚固件为设有预留孔洞的不锈钢块，FRP螺旋筋的螺旋间距与锚固件布置间距相一致，FRP螺旋筋穿过锚固件的预留孔洞旋转而上，锚固件焊接于矩形不锈钢管的四周内壁，锚固件的预留孔洞直径大于FRP螺旋筋直径10mm以上，FRP螺旋筋与锚固件的预留孔洞内部之间的间隙由海水海砂混凝土填充密实，其间隙海水海砂混凝土形成FRP螺旋筋与锚固件之间的缓冲垫，海水海砂混凝土浇筑于矩形不锈钢管内，形成FRP螺旋筋增强不锈钢管海水海砂混凝土结构。
所述的矩形不锈钢管为冷弯矩形不锈钢管或焊接矩形不锈钢管。
所述的FRP螺旋筋所用材料为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维其中一种或多种，其螺旋间距和螺旋直径任意。
所述的海水海砂混凝土由海砂集料与海水制备而成，内部添加混凝土膨胀剂。
在本发明结构中，矩形不锈钢管、锚固件、FRP螺旋筋都具有耐腐蚀性能，为直接利用海砂集料与海水制备浇筑海水海砂混凝土提高现实的可能性；FRP螺旋筋具有优良的拉伸性能，能够为核心混凝土提供有效的约束力，但是其与矩形不锈钢管的连接是技术的关键，本发明通过设置锚固件，并将FRP螺旋筋与锚固件的预留孔洞内部之间的间隙填充海水海砂混凝土，形成FRP螺旋筋与锚固件之间的缓冲垫，避免FRP螺旋筋与矩形不锈钢管连接处的应力集中；矩形不锈钢管本身就具有一定刚度，可以作为浇筑混凝土的模板，并承担施工过程中的竖向荷载，FRP螺旋筋可以加强对核心混凝土的约束效果，尤其是加强对截面边长中部的混凝土约束。以上特性可以使本发明结构广泛地应用于沿海工程、海洋工程等建设。
本发明克服了公知的普通钢管混凝土结构及普通螺旋箍筋钢管混凝土结构所存在的缺陷，具有如下有益效果：
(1) 采用海水海砂代替传统的淡水河沙作为混凝土的集料，大大缓解淡水、河沙资源紧缺的问题。
(2) 预留孔洞的锚固件完成FRP螺旋筋与矩形不锈钢管之间很好的传力，使得FRP材料与不锈钢材料两种不同的材料能够共同的工作，FRP螺旋筋与矩形不锈钢管共同约束核心混凝土。
(3) 具有承载力高、延性好、耐久性好的特点。
附图说明：
图1是本发明中FRP螺旋筋增强不锈钢管海水海砂混凝土结构平面示意图；
图2是本发明中FRP螺旋筋增强不锈钢管海水海砂混凝土结构纵剖面示意图；
图3是本发明中矩形不锈钢管平面示意图；
图4是本发明中矩形不锈钢管纵剖面示意图；
图5是本发明中FRP螺旋筋平面示意图；
图6是本发明中FRP螺旋筋立面示意图；
图7是本发明中FRP螺旋筋、矩形不锈钢管和锚固件的连接示意图；
图8是本发明中FRP螺旋筋、矩形不锈钢管和锚固件的连接处A-A剖面示意图；
在附图1～附图4中，1为矩形不锈钢管；2为FRP螺旋筋；3为锚固件；4为海水海砂混凝土。
具体实施形式：
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施矩形式。本发明提供一种FRP螺旋筋增强不锈钢管海水海砂混凝土结构，包括矩形不锈钢管1、锚固件2、FRP螺旋筋3和海水海砂混凝土4，其特征在于，矩形不锈钢管1材质为防腐耐候不锈钢，锚固件2为设有预留孔洞的不锈钢块，FRP螺旋筋3的螺旋间距与锚固件2布置间距相一致，FRP螺旋筋3穿过锚固件2的预留孔洞旋转而上，锚固件2焊接于矩形不锈钢管1的四周内壁，锚固件2的预留孔洞直径大于FRP螺旋筋直径10mm以上，FRP螺旋筋3与锚固件2的预留孔洞内部之间的间隙由海水海砂混凝土填充密实，其间隙海水海砂混凝土形成FRP螺旋筋3与锚固件2之间的缓冲垫，海水海砂混凝土4浇筑于矩形不锈钢管1内，形成FRP螺旋筋增强不锈钢管海水海砂混凝土结构。
所述的矩形不锈钢管1为冷弯矩形不锈钢管或焊接矩形不锈钢管。
所述的FRP螺旋筋3所用材料为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维其中一种或多种，其螺旋间距和螺旋直径任意。
所述的海水海砂混凝土4由海砂集料与海水制备而成，内部添加混凝土膨胀剂。
实施例：
具体实施中，先按预定截面形状尺寸加工矩形不锈钢管1，可采用冷弯焊接工艺制作成型，FRP螺旋筋3材料可以是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种或多种，按照设计螺旋间距和螺旋直径加工制作FRP螺旋筋3，再加工锚固件2，锚固件2为设有预留孔洞的不锈钢块，锚固件2的预留孔洞直径大于FRP螺旋筋直径10mm以上，将FRP螺旋筋3旋转穿过预定数量的锚固件2，随后将锚固件2焊接到矩形不锈钢管1的四周内壁，锚固件2布置间距与FRP螺旋筋3的螺旋间距相一致，采用海砂集料与海水配置海水海砂混凝土4，将海水海砂混凝土4浇筑于矩形不锈钢管1内，同时，FRP螺旋筋3与锚固件2的预留孔洞内部之间的间隙由海水海砂混凝土填充密实，即形成FRP螺旋筋增强不锈钢管海水海砂混凝土结构。
本发明中，利用矩形不锈钢管、锚固件、FRP螺旋筋的良好耐腐蚀性能，直接利用海砂集料与海水制备浇筑海水海砂混凝土，通过设置锚固件的构造，避免FRP螺旋筋与矩形不锈钢管连接处的应力集中，发挥FRP螺旋筋和矩形不锈钢管对核心混凝土的共同约束作用，尤其适合恶劣环境下的竖向结构构件。

Claims (4)

1.一种FRP螺旋筋增强不锈钢管海水海砂混凝土结构，包括矩形不锈钢管(1)、锚固件(2)、FRP螺旋筋(3)和海水海砂混凝土(4)，其特征在于，矩形不锈钢管(1)材质为防腐耐候不锈钢，锚固件(2)为设有预留孔洞的不锈钢块，FRP螺旋筋(3)的螺旋间距与锚固件(2)布置间距相一致，FRP螺旋筋(3)穿过锚固件(2)的预留孔洞旋转而上，锚固件(2)焊接于矩形不锈钢管(1)的四周内壁，锚固件(2)的预留孔洞直径大于FRP螺旋筋直径10mm以上，FRP螺旋筋(3)与锚固件(2)的预留孔洞内部之间的间隙由海水海砂混凝土填充密实，其间隙海水海砂混凝土形成FRP螺旋筋(3)与锚固件(2)之间的缓冲垫，海水海砂混凝土(4)浇筑于矩形不锈钢管(1)内，形成FRP螺旋筋增强不锈钢管海水海砂混凝土结构。
2.根据权利要求1所述的一种FRP螺旋筋增强不锈钢管海水海砂混凝土结构，其特征在于，矩形不锈钢管(1)为冷弯矩形不锈钢管或焊接矩形不锈钢管。
3.根据权利要求1所述的一种FRP螺旋筋增强不锈钢管海水海砂混凝土结构，其特征在于，FRP螺旋筋(3)所用材料为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维或玄武岩纤维其中一种或多种，其螺旋间距和螺旋直径任意。
4.根据权利要求1所述的一种FRP螺旋筋增强不锈钢管海水海砂混凝土结构，其特征在于，海水海砂混凝土(4)由海砂集料与海水制备而成，内部添加混凝土膨胀剂。
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