CN108277925A - 一种钢管混凝土柱及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢管混凝土柱，包括钢管，钢管内填充有混凝土，在钢管的外壁上周向缠绕有FRP条带，且FRP条带沿钢管的轴向设置有缠绕间隙；利用FRP条带间隔包裹钢管，不仅能解决大型钢管混凝土柱必须采用厚壁钢管或高强钢管的问题，而且由于具有环箍效应，还能够提高钢管混凝土柱的承载能力和抗震性能，有效避免钢管发生屈服前屈曲，有效发挥钢管强度，减少钢材用量，且与全包裹相比，FRP用量较少，材料利用率高。本发明还公开了一种上述钢管混凝土柱的制造方法。

Description

一种钢管混凝土柱及其制造方法

技术领域

本发明涉及建筑结构技术领域，特别是涉及一种钢管混凝土柱及其制造方法。

背景技术

钢管混凝土柱是在钢管中填充混凝土而形成的构件，由于其具有承载力高、延性好、施工方便等优点，被越来越广泛的用于高层建筑、工业厂房和桥梁结构中作为承重构件。随着技术的进步，大跨度、超高层结构的特点使结构不得不使用壁厚、高强的钢管，增加了结构自重，且使用时由于钢管与混凝土不能同时破坏，钢管容易发生屈服前屈曲。因此，如何限制受压钢材屈曲以有效发挥钢材强度，提高柱子延性是结构工程中的一个重要问题。

由于设计标准的提高、时间、地理环境以及自然灾害(如地震等)等因素，许多钢管混凝土柱都存在承载力不足、混凝土酥松剥落、裂缝等问题。这些问题的出现，实际情况并不允许将其全部推倒重建，而采取适当的技术措施对其进行补强与加固处理更符合实际。为了延长钢管混凝土柱的使用寿命，对钢管混凝土柱的加固或改造成为急需解决的技术问题。

近年来，纤维增强复合材料(英文简称FRP)被广泛应用于混凝土结构及其他结构加固中。FRP具有轻质、高强、耐腐蚀、耐疲劳、施工便捷的优点，采用FRP全包裹加固钢管混凝土柱能够提高约束效果，防止钢管的局部屈曲变形，起到双重约束的功能。但FRP全包裹加固钢管混凝土柱的轴向变形能力不高，受到环向变形能力的影响。同时由于超高层、大跨度等结构特点，实际工程若以全包裹形式则所需FRP量大，不利于FRP在钢管混凝土柱上的推广应用。

因此如何提供一种重量轻、承载力高、延性好且FRP材料利用率高的钢管混凝土柱，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种钢管混凝土柱，其重量轻、承载力高、延性好且FRP材料利用率高。本发明的另一目的是提供一种上述钢管混凝土柱的制造方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种钢管混凝土柱，包括钢管，所述钢管内填充有混凝土，在所述钢管的外壁上周向缠绕有FRP条带，所述FRP条带沿所述钢管的轴向设置有缠绕间隙。

优选地，所述FRP条带沿所述钢管的轴向螺旋式等间隔缠绕。

优选地，所述FRP条带螺旋缠绕的螺旋角的角度范围为5°-30°，包括端点值。

优选地，包括多个沿所述钢管的周向水平缠绕成环形的所述FRP条带，且各所述FRP条带沿所述钢管的轴向等间隔设置。

优选地，所述FRP条带的纤维方向与所述FRP条带的长度方向保持一致。

优选地，所述FRP条带通过粘接剂粘在所述钢管的外壁上。

优选地，所述混凝土为混有膨胀剂的混凝土。

本发明还提供一种钢管混凝土柱的制造方法，包括，

S1：打磨并清洗钢管表面；

S2：钢管表面干燥后，沿钢管环向自上而下或自下而上进行定位划线，确定FRP条带约束区域；

S3：将裁减好的FRP条带利用粘接剂粘贴在钢管上各约束区域内；

S4：将粘贴有FRP条带的钢管放置在干燥环境中养护；

S5：对钢管的外表面进行防腐处理。

优选地，步骤S3包括：

S31：将FRP布沿其纤维方向裁减为设定宽度的FRP条带；

S32：将粘接剂均匀涂抹于FRP条带上；

S33：FRP条带完全浸润后，将FRP条带贴紧在钢管上各约束区域内。

优选地，在步骤S3和S4之间还包括：

在FRP条带上方沿其长度方向平整覆盖PET薄膜；

粘接剂凝固后，撕下PET薄膜。

本发明提供的钢管混凝土柱及其制造方法，包括钢管，钢管内填充有混凝土，在钢管的外壁上周向缠绕有FRP条带，且FRP条带沿钢管的轴向设置有缠绕间隙；利用FRP条带间隔包裹钢管，不仅能解决大型钢管混凝土柱必须采用厚壁钢管或高强钢管的问题，而且由于具有环箍效应，还能够提高钢管混凝土柱的承载能力和抗震性能，有效避免钢管发生屈服前屈曲，有效发挥钢管强度，减少钢材用量，且与全包裹相比，FRP用量较少，材料利用率高，另外，FRP条带重量较轻，使得钢管混凝土柱增重较小。

附图说明

图1为本发明所提供的钢管混凝土柱的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明所提供的钢管混凝土柱的另一种具体实施方式的结构示意图；

图3为本发明所提供的钢管混凝土柱的一种具体实施方式的俯视图；

图4为本发明所提供的钢管混凝土柱的制造方法的一种具体实施方式的流程图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种钢管混凝土柱，其重量轻、承载力高、延性好且FRP材料利用率高。本发明的另一核心是提供一种上述钢管混凝土柱的制造方法。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图3，图1为本发明所提供的钢管混凝土柱的一种具体实施方式的结构示意图；图2为本发明所提供的钢管混凝土柱的另一种具体实施方式的结构示意图；图3为本发明所提供的钢管混凝土柱的一种具体实施方式的俯视图。

本发明具体实施方式提供的钢管混凝土柱，包括钢管1，在钢管1内填充有混凝土2，在钢管1的外壁上周向缠绕有FRP条带3，且FRP条带3沿钢管1的轴向设置有缠绕间隙。其中，FRP条带3的宽度以及缠绕间隙大小可以根据钢管1混凝土2柱所需的承载能力来设置。

利用FRP条带3间隔包裹钢管1，不仅能解决大型钢管混凝土柱必须采用厚壁钢管或高强钢管的问题，而且由于具有环箍效应，能够提高钢管混凝土柱的承载能力和抗震性能，有效避免钢管1发生屈服前屈曲，有效发挥钢管1强度，减少钢材用量，且与全包裹相比，FRP用量较少，材料利用率高，且能够保证钢管混凝土柱的轴向变形能力，因而延性更好。另外，FRP条带3重量较轻，使得钢管混凝土柱增重较小。

本发明具体实施方式提供的钢管混凝土柱，FRP条带3缠绕钢管1的方式有多种，在一种具体实施方式中，可以采用整根FRP条带3，并将FRP条带3沿钢管1的轴向以一定角度螺旋式等间隔缠绕，具体可以顺时针缠绕，也可以逆时针缠绕，FRP条带3等间隔缠绕能够对钢管1形成均匀的约束力。

其中，FRP条带3螺旋缠绕的螺旋角的大小可以在5°至30°(包括端点值)的范围内调整，螺旋角的具体大小可以根据FRP条带3的宽度、钢管1的直径来选择，只要保证钢管混凝土柱的承载能力满足使用需求即可。

在另一种具体实施方式中，也可以设置多个FRP条带3，每个FRP条带3均沿钢管1的周向水平缠绕成环形，且各FRP条带3沿钢管1的轴向可以等间隔设置。当然，也可以根据钢管混凝土柱实际受力情况来改变FRP条带3的缠绕方式和间距，本申请对此不作具体限制。

在上述各具体实施方式的基础上，本发明具体实施方式提供的钢管混凝土柱，FRP条带3的纤维方向优选与FRP条带3的长度方向保持一致，这样在将FRP条带3缠绕在钢管1上时，FRP条带3的纤维方向沿钢管1的环向，当钢管1竖直放置时，FRP条带3的纤维方向为水平方向或接近水平方向，可以增加钢管混凝土柱水平方向的约束力。

进一步地，为保证钢管混凝土柱的使用寿命，钢管1的外表面可以做常规防腐处理，在钢管1外表面形成防腐层。

进一步地，本发明具体实施方式提供的钢管混凝土柱，FRP条带3可以通过粘接剂粘在钢管1的外壁上，具体地，可以将粘接剂均匀涂抹于FRP条带3上，使FRP条带3完全浸润后再挤压缠绕在钢管1上，固定可靠，且制作简单方便。

在上述各具体实施方式的基础上，本发明具体实施方式提供的钢管混凝土柱，FRP条带3的纤维材质可以为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维和大应变PET/PEN纤维中的一种或者两种以上的混杂纤维组成，FRP条带3在钢管1上的缠绕层数可以根据实际工程中构件箍紧力与变形大小要求以及所选用材料的性能不同而变化，具体缠绕层数可以为10至20层。

进一步地，混凝土2可以选用普通混凝土、高强混凝土、超高强混凝土、轻骨料混凝土、再生骨料混凝土、地聚物胶凝材料混凝土以及自密实混凝土等，均在本发明的保护范围之内。

另外，在混凝土2中还可以添加有膨胀剂，以避免混凝土2在使用过程中出现较大收缩而造成钢管1与混凝土2之间存在空洞，保证钢管混凝土柱的整体承载能力。

进一步地，钢管混凝土柱的钢管1可以选用普通强度结构用钢管或高强度结构用钢管，根据材质可以选用碳素钢管、合金钢管或不锈钢钢管等，钢管1的具体尺寸可以根据承载力及承载要求进行计算和设计。另外，根据实际使用需求，可以选用圆钢管，也可以选用椭圆形钢管、方形钢管或矩形钢管等，均在本发明的保护范围之内。

请参考图4，图4为本发明所提供的钢管混凝土柱的制造方法的一种具体实施方式的流程图。

除了上述钢管混凝土柱，本发明具体实施方式还提供一种上述钢管混凝土柱的制造方法，具体包括，

S1：打磨并清洗钢管1表面。

打磨钢管1表面可以去除钢管1表面锈层，并使钢管1表面粗糙，随后可以用丙酮溶液对钢管1表面进行清洗，保持钢管1表面的洁净。

S2：钢管1表面干燥后，沿钢管1环向自上而下或自下而上进行定位划线，确定FRP条带3约束区域。

S3：将裁减好的FRP条带3利用粘接剂粘贴在钢管1上各约束区域内。

其中，裁减和粘贴FRP条带3的方法有多种，具体地，步骤S3可以包括：

S31：将FRP布沿其纤维方向裁减为设定宽度的FRP条带3；

S32：将粘接剂均匀涂抹于FRP条带3上；

S33：FRP条带3完全浸润后，将FRP条带3贴紧在钢管1上各约束区域内。

当然，也可以提前裁减好需要的FRP条带3，再进行对钢管1表面进行打磨和清洗；粘贴FRP条带3时，也可以将粘接剂均匀涂抹于各约束区域内，再将FRP条带3粘贴在钢管1上，均在本发明的保护范围之内。

S4：将粘贴有FRP条带3的钢管1放置在干燥环境中养护。

进一步地，为防止粘贴的FRP条带3滑移与鼓起，在将FRP条带3粘贴好后，还可以在FRP条带3上方沿其长度方向平整覆盖PET薄膜，以保证FRP条带3表面平整，待粘接剂凝固后，再撕下PET薄膜即可；其中，PET薄膜的宽度可以与FRP条带3宽度相同，也可以略大于FRP条带3。

另外，钢管混凝土柱养护时，粘有FRP条带3的部位优选在干燥环境中养护至少7天，以保证FRP条带3与钢管1的粘贴稳定性。

S5：对钢管1的外表面进行防腐处理。

本发明的具体实施方式所提供的钢管混凝土柱的制造方法，既可在现场向钢管1内浇筑混凝土2后再进行钢管1的打磨清洗以及FRP条带3的缠绕粘贴，也可以提前将FRP条带3粘贴在空钢管1上，形成模板，再进行混凝土2的浇筑工作，施工方便，均在本发明的保护范围之内。

以上对本发明所提供的钢管混凝土柱及其制造方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种钢管混凝土柱，包括钢管，所述钢管内填充有混凝土，其特征在于，在所述钢管的外壁上周向缠绕有FRP条带，所述FRP条带沿所述钢管的轴向设置有缠绕间隙。

2.根据权利要求1所述的钢管混凝土柱，其特征在于，所述FRP条带沿所述钢管的轴向螺旋式等间隔缠绕。

3.根据权利要求1所述的钢管混凝土柱，其特征在于，所述FRP条带螺旋缠绕的螺旋角的角度范围为5°-30°，包括端点值。

4.根据权利要求1所述的钢管混凝土柱，其特征在于，包括多个沿所述钢管的周向水平缠绕成环形的所述FRP条带，且各所述FRP条带沿所述钢管的轴向等间隔设置。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的钢管混凝土柱，其特征在于，所述FRP条带的纤维方向与所述FRP条带的长度方向保持一致。

6.根据权利要求5所述的钢管混凝土柱，其特征在于，所述FRP条带通过粘接剂粘在所述钢管的外壁上。

7.根据权利要求6所述的钢管混凝土柱，其特征在于，所述混凝土为混有膨胀剂的混凝土。

8.一种钢管混凝土柱的制造方法，其特征在于，包括，

S1：打磨并清洗钢管表面；

S2：钢管表面干燥后，沿钢管环向自上而下或自下而上进行定位划线，确定FRP条带约束区域；

S3：将裁减好的FRP条带利用粘接剂粘贴在钢管上各约束区域内；

S4：在干燥环境中养护粘贴有FRP条带的钢管；

S5：对钢管的外表面进行防腐处理。

9.根据权利要求8所述的钢管混凝土柱的制造方法，其特征在于，步骤S3包括：

S31：将FRP布沿其纤维方向裁减为设定宽度的FRP条带；

S32：将粘接剂均匀涂抹于FRP条带上；

S33：FRP条带完全浸润后，将FRP条带贴紧在钢管上各约束区域内。

10.根据权利要求9所述的钢管混凝土柱的制造方法，其特征在于，在步骤S3和S4之间还包括：

在FRP条带上方沿其长度方向平整覆盖PET薄膜；

粘接剂凝固后，撕下PET薄膜。