CN111945712A - 利用frp复合材料制备的frp复合材料桩及制备与成桩方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用FRP复合材料制备的FRP复合材料桩，FRP复合材料桩包括：FRP缠绕管材、FRP拉挤中空型材和连接装置；FRP拉挤中空型材包括外圈管、内圈管和连接外圈管与内圈管的若干加强筋材，外圈管的横截面形状为圆形或带倒角的方形；FRP拉挤中空型材通过挤拉设备一次挤拉成型，其纤维材料沿管材纵向设置；FRP缠绕管材以FRP拉挤中空型材为胎膜，设置环向的纤维材料，并与FRP拉挤中空型材形成复合管材段，FRP缠绕管材横截面内圈形状与FRP拉挤中空型材匹配；FRP连接装置包括连接板、连接筋材和连接销，连接销用于将两块连接板连接起来。本发明FRP复合材料桩的制备方法与成桩方法。本发明FRP复合材料桩轻质高强，密封性好，成桩后抗腐蚀能力强。
Description
技术领域
本发明涉及土木水利、海洋工程结构桩技术领域，特别是一种利用FRP复合材料制备的FRP复合材料桩，本发明还步及利用FRP复合材料制备的FRP复合材料桩的制备及成桩方法，可用于土木水利、海洋工程结构中的桩基础。
背景技术
桩基础在工程中有着广泛的应用，桩基础类型较多，按照桩身材料可分为混凝土桩、钢桩和组合材料桩。钢筋混凝土桩混凝土桩是目前应用最广泛的桩基，其具有制作方便，桩身强度高，价格较低等优点，可分为预制混凝土方桩、预应力混凝土空心管桩和灌注混凝土桩等。钢桩由钢管桩和型钢桩组成，桩身材料强度高，桩身表面积大而截面积小，在沉桩时贯透能力强而挤土影响小，在饱和软粘土地区可减少对邻近建筑物的影响，钢桩价格较高，耐腐蚀性能差，应用受到一定的限制。
在沿海及其他高盐渍地区，地基土中有较多的氯离子和其他盐分，钢桩和钢筋混凝土桩极易腐蚀，受到腐蚀的钢桩和钢筋混凝土桩其承载能力显著降低，工程安全隐患极大。
随着新材料的不断涌现，利用高性能材料与传统材料结合的方式在基础工程中得到创造性的应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷，提供一种利用FRP复合材料制备的FRP复合材料桩，该FRP复合材料桩可以直接利用工厂化制作的FRP型材，可以通过施工现场的插件拼接形成装配式的组合桩，装配方便快捷。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供了一种FRP复合材料桩的制备方法。
本发明所要解决的再一个技术问题是提供了一种FRP复合材料桩的成桩方法。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明公开了一种利用FRP复合材料制备的FRP复合材料桩：所述的FRP复合材料桩包括：FRP缠绕管材、FRP拉挤中空型材和连接装置；
所述的FRP拉挤中空型材包括外圈管、内圈管和连接外圈管与内圈管的若干加强筋材，外圈管的横截面形状为圆形或带倒角的方形；FRP拉挤中空型材通过挤拉设备一次挤拉成型，其纤维材料沿管材纵向设置；
所述的FRP缠绕管材以FRP拉挤中空型材为胎膜，设置环向的纤维材料，并与FRP拉挤中空型材形成复合管材段，FRP缠绕管材横截面内圈形状与FRP拉挤中空型材匹配；
所述的FRP连接装置包括连接板、连接筋材和连接销，连接板的横截面外圈形状与复合管材段匹配，连接筋材插接在连接板上，在连接板上还设置有与连接销配合的连接用键槽；连接销用于通过键槽将两块连接板连接起来，实现2段复合管材段的连接，若干段复合管材段连接构成FRP复合材料桩。
本发明所述的一种利用FRP复合材料制备的FRP复合材料桩，其进一步优选的技术方案是：外圈管与内圈管之间的加强筋材呈周向对称设置，加强筋材将内外管材之间分隔成若干空腔，内管材中也设有空腔，所述空腔在成桩时用于填充水泥基材料。
本发明所述的一种利用FRP复合材料制备的FRP复合材料桩，其进一步优选的技术方案是：连接板上设置的连接筋材呈周向对称设置，所述键槽也呈周向对称设置。
本发明所述的一种利用FRP复合材料制备的FRP复合材料桩，其进一步优选的技术方案是：所述的连接筋材为钢筋或者FRP筋材。
本发明所述的一种利用FRP复合材料制备的FRP复合材料桩，其进一步优选的技术方案是：所述的连接销的形状为工字型，Z型或框型。也可以是其它可以适用的形状。
本发明所述的一种利用FRP复合材料制备的FRP复合材料桩，其进一步优选的技术方案是：所述的连接筋材也呈对称设置。
本发明所述的一种利用FRP复合材料制备的FRP复合材料桩，其进一步优选的技术方案是：连接板的厚度为30mm－60mm，优选40mm－50mm，连接筋材的长度为钢筋直径的30倍－40倍，进一步优选34倍－36倍。
本发明还公开了一种FRP复合材料桩的制备方法，其特点是，其步骤如下：
（1）加工制作FRP连接装置的连接板、连接销和连接筋材，加工与连接销匹配的连接键槽；
（2）通过拉挤设备制备FRP拉挤中空型材，管材长度3m－5m；
（3）以FRP拉挤中空型材为胎膜，制作环向FRP缠绕管材，得到复合管材段；
（4）将FRP连接装置的连接板与复合管材段的一端连接，并进行密封处理；
（5）用连接销将FRP连接装置的连接板连接起来，实现2段复合管材段的连接，直到将设计要求段数的复合管材段连接起来构成FRP复合材料桩。
本发明还公开了一种利用FRP复合材料制备的FRP复合材料桩的成桩方法，其特点是，其步骤如下：
（1）连接板与复合管材段连接后，在复合管材段的空腔内浇筑水泥基填料，填料强度不小于30Mpa，浇筑时采用分层浇筑，边浇筑边振捣，使填充料密实性；
（2）待一段复合管材段的浇筑完成后，将FRP连接装置的连接筋材插入顶部空腔填料中，使之形成整体并养护，完成一段复合管材段的浇注；
（3）在完成浇注的复合管材段上用连接销连接一段待浇筑的复合管材段，按前述方法操作，继续进行复合管材段的浇注，直至完成整体FRP复合材料桩的成桩。
与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：
1、由于FRP复合材料热膨胀系数与水泥基材料相近, 当环境温度发生变化时， FRP与混凝土协调工作，两者间不会产生较大的温度应力；FRP复合材料具有良好的可设计性，桩身拉挤成型截面形状灵活。
2、本发明充分利用FRP复合材料轻质高强，密封性好，耐腐蚀性好的特点；成桩后抗腐蚀能力强，应用范围广泛，可用于强腐蚀环境。
3、本发明可以利用工厂化生产，现场安装，有利于保证工程质量提高劳动效率和生产施工工业化程度高；FRP拉挤型材直接作为FRP缠绕管材胎膜，省去管材脱模工序，经济效益明显。
4、本发明中FRP缠绕管材有环向纤维材料，FRP拉挤型材为有竖向纤维材料，可为空腔内填充的水泥基填筑材料提供多方向有效约束，水泥基材料填充也为FRP拉挤型材提供稳定支撑，整体而言受力性能优越。
5、本发明连接装置设置连接筋材，连接质量好，整体刚度大，连接装置设置键槽，通过连接销连接，连接安装简单、可靠。
附图说明
图1为本发明FRP复合材料桩的一种横截面结构示意图；
图2为本发明FRP复合材料桩的另一种横截面结构示意图；
图3为FRP连接装置的一种横截面结构示意图；
图4为FRP连接装置的另一种横截面结构示意图；
图5－图7为FRP连接装置连接时的4种结构示意图；
图8为FRP复合材料桩的的一种结构示意图。
具体实施方式
以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。
实施例1，参照图8，一种利用FRP复合材料制备的FRP复合材料桩，所述的FRP复合材料桩包括：FRP缠绕管材1、FRP拉挤中空型材和连接装置；
所述的FRP拉挤中空型材包括外圈管2、内圈管3和连接外圈管2与内圈管3的若干加强筋材4，参见图1，外圈管2的横截面形状为圆形，或者外圈管2的横截面形状为带倒角的方形，参照图2；FRP拉挤中空型材通过挤拉设备一次挤拉成型，其纤维材料沿管材纵向设置；
所述的FRP缠绕管材1以FRP拉挤中空型材为胎膜，设置环向的纤维材料，并与FRP拉挤中空型材形成复合管材段，FRP缠绕管材1横截面内圈形状与FRP拉挤中空型材匹配；
参照图3和4，FRP连接装置包括连接板6、连接筋材7和连接销9，连接板6的横截面外圈形状与复合管材段匹配，连接筋材7插接在连接板6上，在连接板6上还设置有与连接销9配合的连接用键槽8；连接销7用于通过键槽8将两块连接板6连接起来，实现2段复合管材段的连接，若干段复合管材段连接构成FRP复合材料桩。
参加图1和2，外圈管2与内圈管3之间的加强筋材4呈周向对称设置，加强筋材4将内外管材之间分隔成若干空腔，内管材中也设有空腔，所述空腔在成桩时用于填充水泥基材料5。
连接板6上设置的连接筋材7最好呈周向对称设置，所述键槽8也呈周向对称设置。所述的连接筋材7为钢筋或者FRP筋材。所述的连接筋材7也呈对称设置。
连接销9的形状可以为工字型，参照图5，也可以为Z型，参照图6，也可以为框型，参照图7。
连接板的厚度最好为40mm或50mm，连接筋材的长度为钢筋直径的35倍。
实施例2，实施例1所述的FRP复合材料桩的制备方法，其步骤如下：
（1）加工制作FRP连接装置的连接板、连接销和连接筋材，加工与连接销匹配的连接键槽；
（2）通过拉挤设备制备FRP拉挤中空型材，管材长度3m－5m；
（3）以FRP拉挤中空型材为胎膜，制作环向FRP缠绕管材，得到复合管材段；
（4）将FRP连接装置的连接板与复合管材段的一端连接，并进行密封处理；
（5）用连接销将FRP连接装置的连接板连接起来，实现2段复合管材段的连接，直到将设计要求段数的复合管材段连接起来构成FRP复合材料桩。
实施例3，利用实施例2制备的FRP复合材料桩的成桩方法，其步骤如下：
（1）连接板与复合管材段连接后，在复合管材段的空腔内浇筑水泥基填料，填料强度不小于30Mpa，浇筑时采用分层浇筑，边浇筑边振捣，使填充料密实性；
（2）待一段复合管材段的浇筑完成后，将FRP连接装置的连接筋材插入顶部空腔填料中，使之形成整体并养护，完成一段复合管材段的浇注；
（3）在完成浇注的复合管材段上用连接销连接一段待浇筑的复合管材段，按前述方法操作，继续进行复合管材段的浇注，直至完成整体FRP复合材料桩的成桩。
Claims (9)
1.一种利用FRP复合材料制备的FRP复合材料桩，其特征在于：所述的FRP复合材料桩包括：FRP缠绕管材、FRP拉挤中空型材和连接装置；
所述的FRP拉挤中空型材包括外圈管、内圈管和连接外圈管与内圈管的若干加强筋材，外圈管的横截面形状为圆形或带倒角的方形；FRP拉挤中空型材通过挤拉设备一次挤拉成型，其纤维材料沿管材纵向设置；
所述的FRP缠绕管材以FRP拉挤中空型材为胎膜，设置环向的纤维材料，并与FRP拉挤中空型材形成复合管材段，FRP缠绕管材横截面内圈形状与FRP拉挤中空型材匹配；
所述的FRP连接装置包括连接板、连接筋材和连接销，连接板的横截面外圈形状与复合管材段匹配，连接筋材插接在连接板上，在连接板上还设置有与连接销配合的连接用键槽；连接销用于通过键槽将两块连接板连接起来，实现2段复合管材段的连接，若干段复合管材段连接构成FRP复合材料桩。
2.根据权利要求1所述的一种利用FRP复合材料制备的FRP复合材料桩，其特征在于：外圈管与内圈管之间的加强筋材呈周向对称设置，加强筋材将内外管材之间分隔成若干空腔，内管材中也设有空腔，所述空腔在成桩时用于填充水泥基材料。
3.根据权利要求1所述的一种利用FRP复合材料制备的FRP复合材料桩，其特征在于：连接板上设置的连接筋材呈周向对称设置，所述键槽也呈周向对称设置。
4.根据权利要求1或3所述的一种利用FRP复合材料制备的FRP复合材料桩，其特征在于：所述的连接筋材为钢筋或者FRP筋材。
5.根据权利要求1所述的一种利用FRP复合材料制备的FRP复合材料桩，其特征在于：所述的连接销的形状为工字型，Z型或框型。
6.根据权利要求1所述的一种利用FRP复合材料制备的FRP复合材料桩，其特征在于：所述的连接筋材也呈对称设置。
7.根据权利要求1所述的一种利用FRP复合材料制备的FRP复合材料桩，其特征在于：连接板的厚度为30mm－60mm，连接筋材的长度为钢筋直径的30倍－40倍。
8.一种如权利要求1-7所述的FRP复合材料桩的制备方法，其特征在于，其步骤如下：（1）加工制作FRP连接装置的连接板、连接销和连接筋材，加工与连接销匹配的连接键槽；
（2）通过拉挤设备制备FRP拉挤中空型材，管材长度3m－5m；
（3）以FRP拉挤中空型材为胎膜，制作环向FRP缠绕管材，得到复合管材段；
（4）将FRP连接装置的连接板与复合管材段的一端连接，并进行密封处理；
（5）用连接销将FRP连接装置的连接板连接起来，实现2段复合管材段的连接，直到将设计要求段数的复合管材段连接起来构成FRP复合材料桩。
9.一种如权利要求1－7中任何一项所述的利用FRP复合材料制备的FRP复合材料桩的成桩方法，其特征在于，其步骤如下：
（1）连接板与复合管材段连接后，在复合管材段的空腔内浇筑水泥基填料，填料强度不小于30Mpa，浇筑时采用分层浇筑，边浇筑边振捣，使填充料密实性；
（2）待一段复合管材段的浇筑完成后，将FRP连接装置的连接筋材插入顶部空腔填料中，使之形成整体并养护，完成一段复合管材段的浇注；
（3）在完成浇注的复合管材段上用连接销连接一段待浇筑的复合管材段，按前述方法操作，继续进行复合管材段的浇注，直至完成整体FRP复合材料桩的成桩。
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