CN108204076A - 一种多腔frp管混凝土组合柱及其制备方法 - Google Patents

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孙文彬
陆路
左春愿
吴亚超
朱叶
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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

本发明公开了一种多腔FRP管混凝土组合柱，包括FRP管体，以及填充FRP管体内腔的混凝土核心；所述FRP管体由内管和外管组成，所述内管由至少两根的芯管外壁贴合组成。本发明还公开了该组合柱的制备方法。芯管外壁相贴形成多腔组合截面，可以提高FRP管的管壁稳定性、横向凸起抗弯刚度以及约束效应，直接向FRP管中浇筑混凝土形成混凝土组合柱，混凝土核心在轴向荷载作用下横向膨胀，受FRP管侧限处于三向受压应力状态，既可以提高轴心抗压强度，又可以改善混凝土的脆性；而且可以大幅降低施工难度，提高施工速度，还能大幅减少建筑垃圾，使施工现场更加整洁。

Description

一种多腔FRP管混凝土组合柱及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑工程、桥梁工程和水利工程领域，具体涉及一种带有加强筋的FRP管及其制备方法及采用该管的混凝土柱。
背景技术
纤维增强复合材料（简称 ：FRP） 以轻质高强、抗疲劳、耐腐蚀、耐疲劳等优良特性，在混凝土结构中的应用得到深入研究和关注。
由于柔软的 FRP 布无法形成骨架，目前主要用于钢筋混凝土（简称 ：RC）结构的修缮、加固和增强，具有施工快捷方便，快速高效，不明显改变结构尺寸，维护费用低等优点，不仅可以显著增强结构的承载力，还可以较好地改善混凝土结构构件的抗变形能力和耐疲劳性能；尤其是FRP对混凝土核心的约束作用，还可以改善钢筋混凝土柱的延性和能量吸收能力，在承受地震荷载作用时，柱子的刚度不会显著地降低。
发明人在授权公告号为 202730951 U的中国实用新型专利中公开了混凝土免拆除复合浇筑模板，包括聚氯乙烯（简称：PVC）内模层及缠绕或黏贴在其外表面的至少一层纤维增强复合材料层；由PVC 材质的浇筑内模为FRP提供缠绕或黏贴的成型内模，FRP又为PVC 材质的浇筑内模提供了保护层，避免了PVC直接暴露引起风化和翘曲变形等。
发明内容
本发明公开了一种多腔FRP管混凝土组合柱，用FRP布缠绕制成FRP管，不再需要成型内模，FRP管同时成为核心混凝土的浇筑模板，颠覆了传统的混凝土浇筑工艺。
本发明通过以下技术方案实现：
一种多腔FRP管混凝土组合柱，包括FRP管体，以及填充FRP管体内腔的混凝土核心；所述FRP管体由内管和外管组成，所述内管由至少两根的芯管外壁贴合组成。
本发明的进一步方案是，所述芯管由多层的FRP布制成。
本发明的进一步方案是，所述外管由多层的FRP布制成。
本发明的进一步方案是，所述外管的横截面为圆形或多边形。
一种多腔FRP管混凝土组合柱的制备方法，包括以下步骤：
1）将浸透树脂胶的FRP布缠绕到模具上制成芯管；
2）将至少两根的芯管的外壁相贴组成多腔的内管；
3）用浸透树脂胶的FRP布在内管外壁缠绕数道作为外管，得到多腔的FRP管；
4）向FRP管内腔浇筑混凝土，得到多腔FRP管混凝土组合柱。
本发明的进一步方案是，还包括在芯管外壁，和/或外管外壁涂刷树脂胶保护层。
本发明的进一步方案是，步骤1）在模具表面附有塑料薄膜。
本发明与现有技术相比的优点在于：
一、芯管外壁相贴形成多腔组合截面，可以提高FRP管的管壁稳定性、横向凸起抗弯刚度以及约束效应，直接向FRP管中浇筑混凝土形成混凝土组合柱，混凝土核心在轴向荷载作用下横向膨胀，受FRP管侧限处于三向受压应力状态，既可以提高轴心抗压强度，又可以改善混凝土的脆性；而且可以大幅降低施工难度，提高施工速度，还能大幅减少建筑垃圾，使施工现场更加整洁，降低建筑成本；
二、通过改变芯管的数量，可以得到多种规格的FRP管，制成可装配式的截面尺寸更大的组合柱或连续墙，大幅提高施工速度，而且这种组合柱的强度具有更好的设计性，更容易根据需求计算出相关参数，使施工用料更加精准，降低建筑成本，扩大应用范围。
附图说明
图1为实施例1的混凝土柱的截面示意图。
图2为实施例1的FRP管立体结构示意图。
图3为实施例2的混凝土柱的截面示意图。
图4为实施例3的混凝土柱的截面示意图。
图5为实施例4的混凝土柱的截面示意图。
图6为实施例5的混凝土柱的截面示意图。
具体实施方式
为制作横截面外壁为倒角矩形的FRP管混凝土组合柱，可制备三种横截面的基本型芯管，分别是无倒角矩形、单倒角矩形以及相邻两角设置有倒角的双倒角矩形，倒角半径一般不小于25mm，通过排列组合的方式得到所需的多腔FRP管混凝土组合柱。
实施例1
如图1所示的一种双腔FRP管混凝土组合柱，包括如图1和图2所示的横截面外壁为倒角矩形的FRP管体，以及填充FRP管体内腔的混凝土核心3；所述FRP管体由内管和外管2组成，所述内管由两根芯管1外壁贴合组成。
该双腔FRP管混凝土组合柱的制备方法包括以下步骤：
1）先将一层浸透树脂胶的FRP布缠绕到模具上，该模具的横截面是双倒角正方形，为便于脱模，在模具表面附有一层塑料薄膜，待树脂胶硬化约5分钟后，再缠绕一层浸透树脂胶的FRP布，如此重复缠绕三层FRP布制成双倒角正方形芯管，相邻层的FRP布的搭接处相处错开至少150mm，以确保芯管整体强度；待芯管表层的树脂胶硬化约5分钟后，在芯管表面涂刷一层树脂胶保护层，对芯管表层的纤维起保护作用，待树脂胶保护层固化后脱模；在本实施例中，FRP布采用的是CFRP（碳纤维增强复合材料）布，本领域技术人员还可以采用GFRP（玻璃纤维增强复合材料）或AFRP（芳纶纤维增强复合材料）或BFRP（玄武岩纤维增强塑料/复合材料），或其中至少两种的组合；树脂胶采用的是目前FRP布生产厂商与FRP布配套供应的树脂胶产品，多为粘合剂和固化剂按一定比例混合而成，其中树脂主要包括环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂等；
2）将两根芯管的两直角共同边外壁相贴，组成横截面外壁为四倒角矩形的双腔内管；
3）用浸透树脂胶的FRP布在内管外壁连续缠绕数道作为外管，得到双腔FRP管，待外管表层的树脂胶硬化约5分钟后，在外管表面涂刷一层树脂胶保护层，对外管表层的纤维起保护作用，将制得的双腔FRP管在室温环境下养护7天以上；
4）在双腔FRP管内腔浇筑混凝土，浇筑方式及混凝土核心的密实度要求符合相关施工标准，将顶面刮平，得到的双腔FRP管混凝土组合柱。
为证明多腔FRP管混凝土组合柱的性能优势，对截面基本尺寸：150*300mm、高度：600mm、混凝土材料：C25的矩形截面无CFRP管混凝土柱、单腔CFRP管混凝土组合柱和双腔CFRP管混凝土组合柱的轴向受压强度分别进行试验，得到以下对比数据：
可见，相同倒角半径下，双腔CFRP管混凝土组合柱的极限强度、极限应变、延性系数与无CFRP管混凝土柱相比有着大幅提升，与单腔CFRP管混凝土组合柱相比也有较大幅度的提升，而倒角半径的增加还能进一步提高双腔CFRP管混凝土组合柱的各项性能参数。
实施例2
一种四腔FRP管混凝土组合柱，包括如图3所示的横截面外壁为四倒角正方形的FRP管体，所述FRP管体由内管和外管2组成，所述内管由四根芯管1外壁贴合组成。
其制备方法中，芯管及制备芯管的模具的横截面是单倒角正方形，四根芯管是将倒角向外、外壁相贴组成四腔内管。
其余实施如实施例1。
实施例3
一种九腔FRP管混凝土组合柱，包括如图4所示的横截面外壁为四倒角正方形的FRP管体，所述FRP管体由内管和外管2组成，所述内管由九根芯管1外壁贴合组成。
其制备方法中，芯管及制备芯管的模具的横截面有两种，其一单倒角正方形，其二是无倒角正方形；九根芯管包括四根单倒角正方形芯管、五根无倒角正方形芯管，其中五根无倒角正方形芯管排列成十字形，四根单倒角正方形芯管倒角向外嵌入十字形四角组成横截面外壁为四倒角正方形的九腔内管。
其余实施如实施例1。
实施例4
一种四腔FRP管混凝土组合柱，包括如图5所示的横截面外壁为圆形的FRP管体，所述FRP管体由内管和外管2组成，所述内管由四根直角扇形的芯管1外壁贴合组成。
其制备方法中，芯管及制备芯管的模具的横截面是直角扇形，四根芯管的直角边相贴组成内管。
其余实施如实施例1。
本领域技术人员还可以改变芯管的扇形角度来调整芯管数量，如：采用两根180°的扇形芯管组成圆形两腔的FRP管体，采用三根120°的扇形芯管组成圆形三腔的FRP管体，采用六根60°的扇形芯管组成圆形六腔的FRP管体，十二根30°的扇形芯管组成圆形十二腔的FRP管体。
实施例5
一种六腔FRP管混凝土组合柱，包括如图6所示的横截面外壁为六边形的FRP管体，所述FRP管体由内管和外管2组成，所述内管由六根三角形的芯管1外壁贴合组成。
其制备方法中，芯管及制备芯管的模具的横截面是正三角形，六根芯管的外壁两两相贴组成内管。
其余实施如实施例1。
本领域技术人员还可以采用不同顶角的等腰三角形的芯管组成多腔的正多边形内管，如：采用十二根30°顶角的等腰三角形芯管组成十二边形十二腔的FRP管体，采用八根45°顶角的等腰三角形芯管组成八边形八腔的FRP管体，采用四根直角等腰三角形芯管组成正方形四腔的FRP管体；还可以采用三个平行四边形芯管的组合。

Claims (7)

1.一种多腔FRP管混凝土组合柱，其特征在于：包括FRP管体，以及填充FRP管体内腔的混凝土核心（3）；所述FRP管体由内管和外管（2）组成，所述内管由至少两根的芯管（1）外壁贴合组成。
2.如权利要求1所述的一种多腔FRP管混凝土组合柱，其特征在于：所述芯管（1）由多层的FRP布制成。
3.如权利要求1所述的一种多腔FRP管混凝土组合柱，其特征在于：所述外管（2）由多层的FRP布制成。
4.如权利要求1所述的一种多腔FRP管混凝土组合柱，其特征在于：所述外管（2）的横截面为圆形或多边形。
5.一种多腔FRP管混凝土组合柱的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）将浸透树脂胶的FRP布缠绕到模具上制成芯管；
2）将至少两根的芯管的外壁相贴组成多腔的内管；
3）用浸透树脂胶的FRP布在内管外壁缠绕数道作为外管，得到多腔的FRP管；
4）向FRP管内腔浇筑混凝土，得到多腔FRP管混凝土组合柱。
6.如权利要求5所述的多腔FRP管混凝土组合柱的制备方法，其特征在于：还包括在芯管外壁，和/或外管外壁涂刷树脂胶保护层。
7.如权利要求5所述的多腔FRP管混凝土组合柱的制备方法，其特征在于：步骤1）在模具表面附有塑料薄膜。
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