CN115142616B - 装配式frp管约束混凝土管柱结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配式FRP管约束混凝土管柱结构及其施工方法，包括多节预制管柱单元，预制管柱单元包括：钢管节，其中部套设有FRP套管，其内部浇筑有核心混凝土，钢管节同轴连接于相邻预制管柱单元的钢管节；连接组件，包括法兰盘和加固套管，钢管节的每一端套设有法兰盘，法兰盘抵靠于FRP套管且可拆卸地连接于相邻预制管柱单元的法兰盘，FRP套管与钢管节的端面之间预留设定距离以令相邻两节预制管柱单元的法兰盘之间形成操作间隙，加固套管连接于法兰盘且套设于FRP套管的端部，加固套管与FRP套管之间形成灌注空间；以及灌注胶，灌注于管柱空间中以固结形成固化层。本发明解决了FRP材料在土木工程中施工和安装困难制约FRP材料在工程中的应用的问题。

Description

装配式FRP管约束混凝土管柱结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，具体涉及一种装配式FRP管约束混凝土管柱结构及其施工方法。

背景技术

纤维增强复合材料(FRP，Fiber Reinforced Polymer)作为近年来我国重点发展的战略性材料已经在航空航天、汽车制造等行业崭露头角，但在土木工程中的应用却频繁受限，其中一个主要原因是FRP材料的施工、安装较传统钢材困难的多，不但不具备钢材优良的焊接性能，而且节点形式不明确也制约着FRP材料在工程中的应用。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种装配式FRP管约束混凝土管柱结构及其施工方法，以解决FRP材料在土木工程中施工和安装困难制约FRP材料在工程中的应用的问题。

为实现上述目的，提供一种装配式FRP管约束混凝土管柱结构，包括同轴设置的多节预制管柱单元，所述预制管柱单元包括：

钢管节，所述钢管节的中部套设有FRP套管，所述钢管节内浇筑有核心混凝土，所述钢管节同轴连接于相邻所述预制管柱单元的钢管节；

连接组件，包括法兰盘和加固套管，所述钢管节的每一端套设有所述法兰盘，所述法兰盘抵靠于所述FRP套管且可拆卸地连接于相邻所述预制管柱单元的法兰盘，所述FRP套管与所述钢管节的端面之间预留设定距离以令相邻两节所述预制管柱单元的法兰盘之间形成操作间隙，所述加固套管连接于所述法兰盘且套设于所述FRP套管的端部，所述加固套管与所述FRP套管之间形成灌注空间；以及

灌注胶，灌注于所述灌注空间中以固结形成固化层。

进一步的，所述设定距离为5～10mm。

进一步的，所述灌注胶为环氧树脂胶。

进一步的，所述法兰盘与所述钢管节同轴设置。

进一步的，所述核心混凝土为微膨胀混凝土。

进一步的，所述法兰盘具有相对的第一盘面和第二盘面，所述加固套管同轴连接于所述第一盘面，相邻两节所述预制管柱单元的法兰盘的第二盘面之间形成所述操作间隙。

进一步的，所述法兰盘螺栓连接于相邻所述预制管柱单元的法兰盘。

本发明提供一种装配式FRP管约束混凝土管柱结构的施工方法，包括以下步骤：

将多节预制管柱单元同轴设置，相邻的两所述预制管柱单元的钢管节的端面相抵接，使得相邻两节所述预制管柱单元的法兰盘之间形成操作间隙；

经由所述操作间隙将相邻的两所述预制管柱单元的钢管节的端部焊接连接在一起；

将相邻的两所述预制管柱单元的法兰盘可拆卸地连接在一起以形成装配式FRP管约束混凝土管柱结构。

进一步的，相邻的两所述预制管柱单元的钢管节的端部通过激光焊接连接在一起。

本发明的有益效果在于，本发明的装配式FRP管约束混凝土管柱结构，将FRP构筑于钢管节的外部形成包覆于钢管节的中部的FRP套管，FRP套管的两端分别通过连接组件的加固套管进行加固和固定，同时连接组件用于连接相邻的两节预制管柱单元，两连接组件的法兰盘之间形成操作间隙以便后期焊接连接相邻的两节预制管柱单元。本发明的装配式FRP管约束混凝土管柱结构，将FRP材料有效利用于土木工程，一方面，提高了建筑工程的结构强度，另一方面，FRP材料使用方便，有助于FRP材料在建筑工程上的推广利用。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例的预制管柱单元的结构示意图。

图2为本发明实施例的预制管柱单元的主视图。

图3为本发明实施例的装配式FRP管约束混凝土管柱结构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

参照图1至图3所示，本发明提供了一种装配式FRP管约束混凝土管柱结构包括多节预制管柱单元A。多节预制管柱单元A同轴设置。

每一节预制管柱单元A包括：钢管节1、连接组件2和灌注胶。

其中，钢管节1的中部套设有FRP套管11。钢管节1内浇筑有核心混凝土12。核心混凝土12为微膨胀混凝土。钢管节1同轴连接于相邻预制管柱单元A的钢管节1。

连接组件2包括法兰盘21和加固套管22。

钢管节1的每一端套设有法兰盘21。法兰盘21与钢管节1同轴设置。

法兰盘的中部开设有内环孔。钢管节的端部穿设于法兰盘的内环孔中。法兰盘的外缘开设有多个穿孔。多个穿孔沿内环孔的圆周方向间隔设置。法兰盘21抵靠于FRP套管11。法兰盘21可拆卸地连接于相邻预制管柱单元A的法兰盘21。具体的，法兰盘21通过螺栓211连接于相邻预制管柱单元A的法兰盘21。螺栓211穿设于相邻预制管柱单元A的法兰盘21的位置相对应的穿孔中。螺栓的两端分别螺合有紧固螺母。紧固螺母压抵于两法兰盘的第一盘面。

FRP套管11与钢管节1的端面之间预留设定距离h以令相邻两节预制管柱单元A的法兰盘21之间形成操作间隙b。

法兰盘21具有相对的第一盘面和第二盘面。加固套管22同轴连接于法兰盘21的第一盘面。相邻两节预制管柱单元A的法兰盘21的第二盘面之间形成操作间隙b。

在本实施例中，FRP套管11的端面至钢管节的端面的距离H＝L+h，其中L为法兰盘的厚度，h为设定距离。设定距离h为5～10mm。

在钢管节的外部构筑FRP套管时，利用钢管节为模具，在其上缠绕FRP复合材料后固化形成FRP套管。同时，FRP套管的端面与钢管节的端面之间预留设定距离H。

加固套管22连接于法兰盘21且套设于FRP套管11的端部。加固套管22与FRP套管11之间形成灌注空间。

灌注胶灌注于灌注空间中以固结形成固化层3。灌注胶为环氧树脂胶。

本发明提供一种装配式FRP管约束混凝土管柱结构的施工方法，包括以下步骤：

S0：制备多节预制管柱单元A。

提供钢管节，于钢管节上缠绕FRP复合材料后固化形成FRP套管。FRP套管的端面与钢管节的端面之间预留设定距离H。FRP复合材料以高分子成分的不饱和聚脂树脂、环氧树脂等为基本材料，以石英砂及碳酸钙等无机非金属颗粒材料为填料作为主要原料。

将法兰盘套设于钢管节的端部，于加固套管与FRP套管之间的灌注空间内灌注灌注胶以加固套管连接于FRP套管。灌注胶采用超声波灌胶填充。具体的，灌注胶采用环氧树脂胶固化48h形成固化层。灌注时辅以超声波振动排除空气。要确保灌注胶的胶面不凸出加固套管的端面的外部，以防止胶先破坏。

在将FRP套管与连接组件连接起来之后运输至现场进行吊装、螺栓连接即完成安装。

在钢管节内灌注混凝土并养护，到达龄期后，吊装点应在管体上用线标注，吊装时采用两点吊装。

核心混凝土要具有微膨胀性能，需在构件厂内灌注，必须使用厂拌混凝土，内部充分振捣或使用附着式振捣器，混凝土硬化过程中利用支架保持管体稳定。灌注核心混凝土同期试块达70％强度时可以运输，达100％强度时可以使用。将预制管柱单元A运输至现场，运输过程中应注意成品保护措施，防止混凝土磕碰、变形。

S1：将多节预制管柱单元A同轴设置，相邻的两预制管柱单元A的钢管节1的端面相抵接，使得相邻两节预制管柱单元A的法兰盘21之间形成操作间隙b。

S2：经由操作间隙b将相邻的两预制管柱单元A的钢管节1的端部焊接连接在一起。

其中，相邻的两预制管柱单元A的钢管节1的端部通过激光焊接连接在一起。采用激光热传导焊接，惰性气体保护，激光光束沿接缝将同材质钢熔化，熔融物与已有焊缝一同固化，构成新焊缝。

在本实施例中，参阅图3，法兰盘与钢管节通过第一焊缝连接。第一焊缝沿钢管节的圆周方向设置一圈。在将相邻的两预制管柱单元A的钢管节1的端部焊接连接在一起时，通过激光焊接将相邻两预制管柱单元的相对的两第一焊缝焊接融合形成第二焊缝以将相邻的两预制管柱单元固定连接在一起。

S3：将相邻的两预制管柱单元A的法兰盘21可拆卸地连接在一起以形成装配式FRP管约束混凝土管柱结构。

相邻的两预制管柱单元A之间利用高强度螺栓进行装配式连接即可，可广泛用于柱、梁、拱形结构中。

本发明的装配式FRP管约束混凝土管柱结构，将FRP构筑于钢管节的外部形成包覆于钢管节的中部的FRP套管，FRP套管的两端分别通过连接组件的加固套管进行加固和固定，同时连接组件用于连接相邻的两节预制管柱单元，两连接组件的法兰盘之间形成操作间隙以便后期焊接连接相邻的两节预制管柱单元。本发明的装配式FRP管约束混凝土管柱结构，将FRP材料有效利用于土木工程，一方面，提高了建筑工程的结构强度，另一方面，FRP材料使用方便，有助于FRP材料在建筑工程上的推广利用。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (9)

1.一种装配式FRP管约束混凝土管柱结构，其特征在于，包括多节预制管柱单元，所述预制管柱单元包括：

钢管节，所述钢管节的中部套设有FRP套管，所述钢管节内浇筑有核心混凝土，所述钢管节同轴连接于相邻所述预制管柱单元的钢管节；

连接组件，包括法兰盘和加固套管，所述钢管节的每一端套设有所述法兰盘，所述法兰盘抵靠于所述FRP套管且可拆卸地连接于相邻所述预制管柱单元的法兰盘，所述FRP套管与所述钢管节的端面之间预留设定距离以令相邻两节所述预制管柱单元的法兰盘之间形成操作间隙，所述加固套管连接于所述法兰盘且套设于所述FRP套管的端部，所述加固套管与所述FRP套管之间形成灌注空间；以及

灌注胶，灌注于所述灌注空间中以固结形成固化层。

2.根据权利要求1所述的装配式FRP管约束混凝土管柱结构，其特征在于，所述设定距离为5～10mm。

3.根据权利要求1所述的装配式FRP管约束混凝土管柱结构，其特征在于，所述灌注胶为环氧树脂胶。

4.根据权利要求1所述的装配式FRP管约束混凝土管柱结构，其特征在于，所述法兰盘与所述钢管节同轴设置。

5.根据权利要求1所述的装配式FRP管约束混凝土管柱结构，其特征在于，所述核心混凝土为微膨胀混凝土。

6.根据权利要求1所述的装配式FRP管约束混凝土管柱结构，其特征在于，所述法兰盘具有相对的第一盘面和第二盘面，所述加固套管同轴连接于所述第一盘面，相邻两节所述预制管柱单元的法兰盘的第二盘面之间形成所述操作间隙。

7.根据权利要求1所述的装配式FRP管约束混凝土管柱结构，其特征在于，所述法兰盘螺栓连接于相邻所述预制管柱单元的法兰盘。

8.一种如权利要求1～7中任意一项所述的装配式FRP管约束混凝土管柱结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

将多节预制管柱单元同轴设置，相邻的两所述预制管柱单元的钢管节的端面相抵接，使得相邻两节所述预制管柱单元的法兰盘之间形成操作间隙；

经由所述操作间隙将相邻的两所述预制管柱单元的钢管节的端部焊接连接在一起；

将相邻的两所述预制管柱单元的法兰盘可拆卸地连接在一起以形成装配式FRP管约束混凝土管柱结构。

9.根据权利要求8所述的施工方法，其特征在于，相邻的两所述预制管柱单元的钢管节的端部通过激光焊接连接在一起。