CN108505686A - 一种纤维增强复合材料管冰组合柱 - Google Patents

一种纤维增强复合材料管冰组合柱 Download PDF

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王言磊
陈贵鹏
韩宝国
陈硕
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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
    • E04C3/36—Columns; Pillars; Struts of materials not covered by groups E04C3/32 or E04C3/34; of a combination of two or more materials

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Abstract

本发明公开了一种纤维增强复合材料管冰组合柱，包括纤维增强复合材料管和核心冰，所述纤维增强复合材料管是由缠绕工艺或拉挤缠绕工艺制作而成，所述核心冰是由纤维增强复合材料管内注水结冰而成。本发明克服了公知的冰柱和薄壁纤维增强复合材料管柱的缺点，具有承载力高，延性好，可在南北极地区直接使用水结成冰，就地取材，对环境友好，有利于可持续发展，可用于南北极地区的桥梁和建筑等工程中。

Description

一种纤维增强复合材料管冰组合柱
技术领域
本发明属于土木结构技术领域，尤其是涉及一种纤维增强复合材料管冰组合柱。
背景技术
混凝土材料是土木工程结构中应用最为广泛的一种建筑材料。然而，在南北极地区混凝土的取材却比较困难，需要从其它地区长途运输到此，运输成本比较高。同时，由于低温环境，混凝土的成型和养护也不易实现，需要采取多种措施来解决低温下的混凝土成型和养护问题。在南北极地区，冰却是最为常见的建设材料之一。但直接将冰作为建设材料却存在强度低和延性差的问题。
纤维增强复合材料由于具有轻质高强、耐久性好和抗疲劳等特点，已在土木工程中得到越来越多的应用。由于其轻质高强的特点，易于运输到南北极地区。但薄壁纤维增强复合材料管却容易发生局部屈曲，这是不利于充分发挥材料性能的。
针对纯冰材料具有强度低和延性差等缺点和薄壁纤维增强复合材料管易发生局部屈曲等问题，如何发展新型的组合结构形式，使其具有扬长避短、优势互补，是土木结构技术领域正待实现的问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明旨在提供一种纤维增强复合材料管冰组合柱，所述纤维增强复合材料管冰组合柱的抗压强度高、延性好。
本发明通过以下技术方案实现：
一种纤维增强复合材料管冰组合柱，包括：纤维增强复合材料管和核心冰，所述纤维增强复合材料管是由缠绕工艺或拉挤缠绕工艺制作而成，所述核心冰是由纤维增强复合材料管内注水结冰而成。
进一步地，在上述技术方案中，所述纤维增强复合材料管的横截面为圆形、椭圆形、方形、矩形。
进一步地，在上述技术方案中，所述核心冰由淡水或海水结冰而成。
进一步地，在上述技术方案中，所述纤维增强复合材料管的管壁厚度为2～15mm。
进一步地，在上述技术方案中，所述纤维增强复合材料管的横截面积为1000～20000mm2。
与现有技术相比，本发明将冰与薄壁纤维增强复合材料管相结合形成新型组合柱，可充分发挥两种材料的优势，能克服公知的冰柱和薄壁纤维增强复合材料管柱的缺点，具有以下优点：
(1)本发明的纤维增强复合材料管冰组合柱，通过在纤维增强复合材料管内注水结冰的形式，将冰设置在纤维增强复合材料管内部，纤维增强复合材料管对其内部核心冰的约束作用使核心冰处于三向受压状态，提高了核心冰的抗压强度和延性；纤维增强复合材料管内部的核心冰又可以有效地防止纤维增强复合材料管发生局部屈曲。
(2)在南北极地区，可直接使用水结成冰，就地取材，减少了材料的运输成本，也大大降低了建造过程中的碳排放量，对环境友好，有利于可持续发展，可用于南北极地区的桥梁和建筑等工程中。
(3)注水成冰的成型和养护时间短，施工时也不需要额外的模板，可大大减少施工周期，显著地降低施工费用。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的圆形纤维增强复合材料管冰组合柱的截面示意图。
图2是根据本发明一个实施例的椭圆形纤维增强复合材料管冰组合柱的截面示意图。
图3是根据本发明一个实施例的方形纤维增强复合材料管冰组合柱的截面示意图。
图4是根据本发明一个实施例的矩形纤维增强复合材料管冰组合柱的截面示意图。
图5是纯冰柱、玻璃纤维增强复合材料管柱、纯冰柱与玻璃纤维增强复合材料管柱二者之和、玻璃纤维增强复合材料管冰组合柱的轴向荷载‐应变对比曲线。
图6是纯冰、玻璃纤维增强复合材料管约束核心冰的轴向应力‐应变对比曲线。
图中，1、纤维增强复合材料管；2、核心冰。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图1-图6具体描述根据本发明实施例的纤维增强复合材料管冰组合柱。
实施例1：
参照图1，一种纤维增强复合材料管冰组合柱，它包括圆形纤维增强复合材料管1和核心冰2，核心冰2位于圆形纤维增强复合材料管1内部。圆形纤维增强复合材料管1由缠绕工艺或拉挤缠绕工艺制作而成，圆形纤维增强复合材料管1内径为150mm和壁厚为3.2mm；核心冰2是由圆形纤维增强复合材料管1内注淡水或海水结冰而成。
由图5可知，圆形玻璃纤维增强复合材料管冰组合柱具有承载力高、延性好的特点。其中内径为150mm和壁厚为3.2mm的圆形玻璃纤维增强复合材料管冰组合柱的承载能力，是相应的冰柱和玻璃纤维增强复合材料管柱承载能力之和的3.46倍；内径为150mm和壁厚为3.2mm的圆形玻璃纤维增强复合材料管冰组合柱的极限应变是相应的冰柱和玻璃纤维增强复合材料管柱极限应变的2.28倍。
由图6可知，圆形玻璃纤维增强复合材料管的约束可以大幅提升纯冰的极限应力和极限应变。其中内径为150mm和壁厚为3.2mm的圆形玻璃纤维增强复合材料管约束核心冰的极限应力是纯冰极限应力的5.87倍；内径为150mm和壁厚为3.2mm的圆形玻璃纤维增强复合材料管约束核心冰的极限应变是纯冰极限应变的2.28倍。
实施例2：
参照图2，一种纤维增强复合材料管冰组合柱，它包括椭圆形纤维增强复合材料管1和核心冰2，核心冰2位于椭圆形纤维增强复合材料管1内部。椭圆形纤维增强复合材料管1由缠绕工艺或拉挤缠绕工艺制作而成，核心冰2是由椭圆形纤维增强复合材料管1内注淡水或海水结冰而成。
实施例3：
参照图3，一种纤维增强复合材料管冰组合柱，它包括方形纤维增强复合材料管1和核心冰2，核心冰2位于方形纤维增强复合材料管1内部。方形纤维增强复合材料管1由缠绕工艺或拉挤缠绕工艺制作而成，核心冰2是由方形纤维增强复合材料管1内注淡水或海水结冰而成。
实施例4：
参照图4，一种纤维增强复合材料管冰组合柱，它包括矩形纤维增强复合材料管1和核心冰2，核心冰2位于矩形纤维增强复合材料管1内部。矩形纤维增强复合材料管1由缠绕工艺或拉挤缠绕工艺制作而成，核心冰2是由矩形纤维增强复合材料管1内注淡水或海水结冰而成。

Claims (5)

1.一种纤维增强复合材料管冰组合柱，其特征在于：包括纤维增强复合材料管和核心冰，所述纤维增强复合材料管是由缠绕工艺或拉挤缠绕工艺制作而成，所述核心冰是由纤维增强复合材料管内注水结冰而成。
2.根据权利要求1所述的一种纤维增强复合材料管冰组合柱，其特征在于，所述纤维增强复合材料管的横截面为圆形、椭圆形、方形、矩形。
3.根据权利要求1所述的一种纤维增强复合材料管冰组合柱，其特征在于，所述核心冰由淡水或海水结冰而成。
4.根据权利要求1所述的一种纤维增强复合材料管冰组合柱，其特征在于，所述纤维增强复合材料管的管壁厚度为2～15mm。
5.根据权利要求1所述的一种纤维增强复合材料管冰组合柱，其特征在于，所述纤维增强复合材料管的横截面积为1000～20000mm2。
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