CN108316559A - 一种新型分期施工碳纤维约束混凝土叠合柱 - Google Patents

一种新型分期施工碳纤维约束混凝土叠合柱 Download PDF

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • 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

Abstract

本发明公开了一种分期施工碳纤维约束混凝土叠合柱，它是内部碳纤维和核心混凝土的组合、底部区域碳纤维和外围钢筋混凝土的组合，是一种多重组合约束碳纤维混凝土叠合柱。底部区域外部碳纤维布有利于提高叠合柱的水平抗力、延性和耗能能力；由于柱的破坏一般发生在底部外围钢筋混凝土部分，所以对底部的加强可有效减小其截面面积，增大建筑使用面积，减轻自重。分期施工碳纤维约束混凝土叠合柱是先施工核心混凝土和内部碳纤维布来承担一期轴力，待楼层施工到一定层数后再施工外围钢筋混凝土部分及底部区域碳纤维布构成碳纤维约束混凝土叠合柱，一起承担水平荷载作用及二期轴力；本发明能很好的解决高层建筑结构底几层柱轴压比超限的问题。

Description

一种新型分期施工碳纤维约束混凝土叠合柱
技术领域
本发明涉及结构工程领域，尤其涉及一种碳纤维约束混凝土叠合柱。
背景技术
现有的分期施工钢管混凝土叠合柱有效地利用了核心钢管约束混凝土较大的轴向承载力，运用叠合二次受力的原理使核心钢管混凝土部分承担较大一部分轴力，从而使管外钢筋混凝土部分主要承受弯矩，具有承重能力高、延性好、抗爆抗冲击性能优良等特点。但由于钢管协同混凝土一起受力，在强震作用下钢管处于部分受拉、部分受压的复杂受力状态会造成钢管无法有效约束核心混凝土，因此无法发挥叠合二次受力的优越性，同时会降低构件的承载力及延性、耗能能力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种碳纤维约束混凝土叠合柱，使叠合二次受力的叠合柱在承载力、抗震性能上有较大的改善。可以应用在非抗震和抗震区的高层建筑中底部几层轴压比超限的柱子上，结构简单，便于施工，应用广泛。
为了解决上述技术问题，本发明的实施实例提供了一种碳纤维约束混凝土叠合柱，包括核心碳纤维约束混凝土柱和外围钢筋混凝土部分及底部钢筋混凝土外部碳纤维约束区域。
优选的，所述碳纤维约束混凝土叠合柱的截面为外方内圆。
优选的，所述核心碳纤维约束混凝土柱的中心轴线位置与所述碳纤维约束混凝土叠合柱的中心轴线位置相重合。
优选的，所述纵向钢筋均匀的排布在所述核心碳纤维约束混凝土柱的外围，所述纵向钢筋相互平行并沿所述核心碳纤维约束混凝土的延伸方向设置。
优选的，所述横向钢筋的截面形状呈方形，均匀套接在所述纵向钢筋的外围，对外围部分形成箍筋约束混凝土。
优选的，核心混凝土柱表面碳纤维布的设置，应根据所预期承担的轴力及所需达到的约束强度来确定。
优选的，底部钢筋混凝土部分表面碳纤维布的设置高度为2倍叠合柱截面高度，其约束强度根据所需达到的延性目标来确定。
进一步的，所述碳纤维布的厚度t,其满足如下公式：
Nc＝fccAc＝(fc+4fT)Ac (1)
其中：Nc——受压承载力；
fc——素混凝土抗压强度；
fcc——约束混凝土抗压强度；
Ac——被约束混凝土的截面面积；
dcor——被约束混凝土直径；
fy——碳纤维布的抗拉强度；
fT——碳纤维布提供的约束力。
本发明所提供的碳纤维约束混凝土叠合柱，由于碳纤维布只受拉不受压且强度高的特性，其在受力全过程中都能维持对核心混凝土柱较高约束作用，从而减小了内外部分轴力的重分配，能重分发挥叠合二次受力的优势，使得碳纤维约束混凝土叠合柱在承载力、抗震性能上有较大的改善。可以应用在非抗震和抗震区的高层建筑中底部几层轴压比超限的柱子上，结构简单，便于施工，应用广泛。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本发明实施例的碳纤维约束混凝土叠合柱的截面结构示意图。
图2是叠合柱底部区域布置碳纤维布的高度示意图示意图。
具体实施方式
下面参考附图对本发明的优选实例进行描述。
参见图1所示，本发明实施例提供了一种碳纤维约束混凝土叠合柱，所述碳纤维约束混凝土叠合柱包括：内部碳纤维布(1)、核心混凝土(2)、外围混凝土(3)、纵筋(4)、箍筋(5)和底部区域外部碳纤维布(6)。
所述(1)、(2)组成的核心碳纤维约束混凝土柱的外围包覆设置(3)、(4)、(5)组成的钢筋混凝土部分，所述(3)、(4)、(5)组成的钢筋混凝土部分底部区域设置一定高度的碳纤维布，形成对塑性铰区域的约束作用。
优选的，所述核心碳纤维约束混凝土柱的截面是圆形的。
优选的，碳纤维约束混凝土叠合柱的截面呈方形。
上述碳纤维约束混凝土叠合柱通过分期施工核心碳纤维约束混凝土柱和外围钢筋混凝土部分及底部表面一定区域的碳纤维布。因为碳纤维布只能受拉而不能受压，所以其能在整个受力过程中维持对核心混凝土柱较强的约束作用，从而能重分发挥叠合二次受力的优势，减小内外部分轴力重分配。
如图2所示，在叠合柱的底部2倍柱截面高度区域内设置碳纤维布，以增强对外围钢筋混凝土部分塑性铰区域的约束，提高构件的延性能力。
上述碳纤维约束混凝土叠合柱的做法为：
1)一般分期施工的核心碳纤维约束混凝土部分所占整个叠合柱面积的1/3-1/2，内部碳纤维布环向包裹所述核心混凝土柱，沿核心混凝土柱全高设置，碳纤维布对核心混凝土柱的所需约束，根据预期核心碳纤维约束混凝土柱承受的轴力来确定；
2)待楼层施工到一定层数后，再施工外围钢筋混凝土部分及底部区域外部的碳纤维布，外部碳纤维布对底部区域的约束不能太强，以防止塑性铰的上移，若希望增强底部区域的约束，则底部设置碳纤布约束的高度要加高；
3)柱的转角处要进行倒角处理并打磨成圆孤状(R＝50mm)。对于施工环境湿度较大，或混凝土粘贴表面潮湿的情况，还应对粘贴面进行干燥处理。当混凝土表面凹凸不平时，应用找平材料将缺陷部位填补平整，待找平材料表面干燥后，再进行下一步施工。
4)对涉及碳纤维约束的区域进行清理，具体包括：用打磨机去混凝土表面的浮浆，打磨直到粗骨料裸露，然后去除浮尘，干燥后代用。
5)对混凝土表面碳纤维约束区所对应的区域涂底胶、涂洁构胶，再粘贴碳纤维布形成碳纤维布约束区。
6)等待24h-48h后，在所述碳纤维布上涂环氧树脂浸渍剂；并保证环氧树脂浸渍剂覆盖碳纤维布的表面，确保充分浸润碳纤维布的纤维中，进行养护至底胶及结构胶硬化达到规范规定的强度要求。
进一步的，为确保提供足够的约束作用所述碳纤维布的厚度t,其满足如下公式：
Nc＝fccAc＝(fc+4fT)Acc (1)
其中：Nc——受压承载力；
fc——素混凝土抗压强度；
fcc——约束混凝土抗压强度；
Ac——被约束混凝土的截面面积；
dcor——被约束混凝土直径；
fy——碳纤维布的抗拉强度；
fT——碳纤维布提供的约束力。
实施本发明的碳纤维约束混凝土叠合柱，由于用碳纤维布代替了核心钢管的约束，避免了受力全过程中钢管所能提供的约束减弱这一不利因素。底部钢筋混凝土外表表面设置2倍叠合柱截面高度的碳纤维布约束，也就是加强了叠合柱底部的塑性铰区域，延缓或避免叠合柱底部破坏，充分发挥其抗震能力和耗能能力，使其在地震作用下表现更好的性能。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种分期施工碳纤维约束混凝土叠合柱，其特征在于，所述碳纤维叠合柱包括：内部碳纤维布(1)、核心混凝土(2)、外围混凝土(3)、纵筋(4)、箍筋(5)和底部区域外部碳纤维布(6)。分期施工碳纤维约束混凝土叠合柱是先施工核心混凝土(2)和内部碳纤维布(1)来承担一期轴力，待楼层施工到一定层数后再施工外围钢筋混凝土部分及底部区域碳纤维布(6)构成碳纤维约束混凝土叠合柱，一起承担水平荷载作用及二期轴力。
2.根据权利要求1所述的碳纤维约束混凝土叠合柱，其特征在于，所述内部碳纤维布沿核心混凝土柱全长设置。
3.根据权利要求1所述的碳纤维约束混凝土叠合柱，其特征在于，所述底部区域外部碳纤维布设置高度为2倍柱截面高度。
4.根据权利要求1所述的碳纤维约束混凝土叠合柱，其特征在于，先施工核心混凝土(2)和内部碳纤维布(1)来承担一期轴力，待楼层施工到一定层数后再施工外围钢筋混凝土部分及底部区域碳纤维布(6)构成碳纤维约束混凝土叠合柱，一起承担水平荷载作用及二期轴力。
5.根据权利要求1所述的碳纤维约束混凝土叠合柱，其特征在于，所述碳纤维布的厚度t,其满足如下公式：
Nc＝fccAc＝(fc+4fT)Ac (1)
其中：Nc——受压承载力；
fc——素混凝土抗压强度；
fcc——约束混凝土抗压强度；
Ac——被约束混凝土的截面面积；
dcor——被约束混凝土直径；
fy——碳纤维布的抗拉强度；
fT——碳纤维布提供的约束力。
6.一种如权利要求1至4任意一项所述的碳纤维约束混凝土叠合柱的建造方法，其特征在于，该建造方法包括：
(1)对核心混凝土表面及底部碳纤维约束区域进行清理；
(2)对混凝土表面碳纤维约束对应的区域涂底胶、涂结构胶，再粘贴碳纤维布形成碳纤维约束区；
(3)根据预期承担的一期轴力水平来确定核心混凝土外围碳纤维布的层数及所需约束强度。
7.根据权利要求5所述的碳纤维约束混凝土叠合柱的建造方法，其特征在于，所述步骤(1)包括打磨去除混凝土表面的浮浆，直到打磨至粗骨料裸露，去浮沉，干燥。
8.如权利要求1所述的碳纤维约束混凝土叠合柱，其特征在于，所述碳纤维约束混凝土叠合柱的截面为外方内圆。
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