CN201865246U - 一种frp-钢复合管混凝土柱 - Google Patents

一种frp-钢复合管混凝土柱 Download PDF

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李惠
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Abstract

一种FRP- 钢复合管混凝土柱,涉及一种土木工程结构构件,该复合管混凝土柱由FRP-钢复合管和灌入其中的混凝土组成,其特征在于,FRP-钢复合管由作为内壁的钢管和作为外壁的FRP管复合而成,钢管由钢板焊接而成,FRP管由连续纤维纱在钢管外表面上缠绕制成,复合管内浇筑实心混凝土。本实用新型可充分发挥FRP、钢和混凝土这三种构成材料的各自优势,具有承载力高、耐腐蚀、抗震性能佳等特点,为现代土木工程建设提供了一种新的选择。

Description

一种FRP-钢复合管混凝土柱
技术领域
[0001] 本实用新型属于一种土木工程结构构件,特别涉及一种由FRP管、钢管和混凝土 三种不同材料组成的组合柱,尤其适用于海洋、潮湿和盐碱地等恶劣环境下高层建筑、桥梁 工程、地下工程及港口工程等。
背景技术
[0002] 目前,钢管混凝土柱结构已经在我国广泛地应用于高层建筑、桥梁工程、地下工程 及港口工程等,并取得了重大的经济和社会效益。高强混凝土与钢管一起承压可以说是最 完美的组合,可以堪称充分发挥各自特色的典范,同时具有优异的延性特征。然而,当钢管 混凝土柱所受荷载较大时,构件截面依然会比较大,此时需要壁厚较厚的钢管以提供给混 凝土足够的紧箍力。因此,用钢量依然偏大,并且大直径、厚壁钢管的供货渠道不多,如果 采用双层钢管,则施工难度较大,如果采用高强钢管,则造价较高。此外,在海洋、潮湿和盐 碱地等恶劣环境中应用钢管混凝土结构,其外钢管需要刷防腐涂料或采用特殊的防腐蚀措 施,这样极大地增加了工程造价和技术难度,同时后期维护费用也比较高。
[0003] 由于纤维增强塑料(FRP)材料具有很高的抗拉强度,在FRP管中内填混凝土可起 到与钢管混凝土同样的效果,尤其是FRP材料具有轻质、耐腐蚀和可设计性强等特性,近些 年来在土木工程中得到了越来越多的关注,FRP管混凝土柱的出现为桥墩、桩基、公路高架 标识等结构的耐久性问题提出了有效的解决方案,使其在土木工程领域具有广泛的应用前 景。然而,FRP材料为线弹性材料,虽然通过优化铺层方式可以适当改善其破坏模式,使FRP 管混凝土柱表现出某种程度的延性破坏,但其所获得的延性程度仍无法满足越来越高的对 结构抗震性能的要求。同时,FRP管的轴向刚度较低,在浇筑混凝土的过程中可能会由于混 凝土的自重而产生局部屈曲,导致侧向挠度过大而形成局部屈曲破坏。
实用新型内容
[0004] 为了克服现有钢管混凝土柱和FRP管混凝土柱的上述缺点和不足,将钢管与FRP 管进行复合,提供一种可用于新建结构,特别适用于海洋、潮湿和盐碱地等恶劣环境下高层 建筑、桥梁工程、地下工程及港口工程等的FRP-钢复合管混凝土柱结构,一方面可提高结 构的受力性能和抗震性能;另一方面在海洋、潮湿和盐碱地等恶劣环境中具有良好的耐久 性等优点。
[0005] 本实用新型通过以下技术方案实现:
[0006] FRP-钢复合管混凝土柱,由FRP-钢复合管和灌入其中的混凝土组成,FRP-钢复合 管由作为内壁的钢管和作为外壁的FRP管复合而成,钢管由钢板焊接而成,FRP管由连续纤 维纱在钢管外表面上缠绕制成,复合管内浇筑实心混凝土。
[0007] 所述FRP-钢复合管为圆管、方管或矩形管。
[0008] 所述混凝土为普通混凝土或高强混凝土。
[0009] 所述FRP是玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料、玄武岩纤维增强塑料、芳纶纤维增强塑料或四种纤维混杂增强塑料中的一种。
[0010] 本实用新型相对于现有技术具有以下优点和效果:
[0011] 1.本实用新型是由FRP管、钢管和混凝土三种不同材料构成的组合柱,可以充分 发挥构成材料各自的特性:混凝土在三轴压应力状态下的承载能力;FRP管对钢管和核心 混凝土持续的环向约束作用;钢管的弹塑性使结构具有良好的轴压延性;
[0012] 2. FRP管的外包约束不但可以减少钢管的用钢量,还可以抑制钢管在轴压过程中 产生的局部屈曲,同时又可以作为钢管的保护层,提高结构的耐久性能;
[0013] 3.钢管在FRP管的缠绕过程中可以作为缠绕模具,节省了模具的制作费用和脱模 过程,降低了生产成本;
[0014] 4. FRP-钢复合管具有较大的轴向刚度,使结构在浇筑混凝土前具有一定的轴向 承载能力,可以直接作为混凝土浇注时的模板使用,节省了模板的制作费用,缩短了建设工 期,同时还可以避免了浇筑混凝土过程中可能出现局部屈曲现象。
附图说明
[0015] 图1为FRP-钢复合管混凝土柱的圆形结构示意图。
[0016] 图2为FRP-钢复合管混凝土柱的方形结构示意图。
[0017] 图3为FRP-钢复合管混凝土柱的矩形结构示意图。
[0018] 图中:1 FRP管;2钢管;3核心混凝土。
具体实施方式
[0019] 下面参照附图对本实用新型进行详细说明。
[0020] 本实用新型的FRP-钢复合管混凝土柱是由FRP-钢复合管和灌入其中的混凝土组 成,其中FRP-钢复合管混凝土柱截面可分为圆形、方形和矩形结构。
[0021] 实施例1
[0022] 如图1所示,本实用新型给出的FRP-钢复合管混凝土柱截面为圆形结构,主要由 圆形FRP-钢复合管(圆形FRP管1和圆形钢管2)和灌入其中的混凝土 3组成。(1)钢管 由钢板焊接而成,钢管两端在车床上车平,从而保证钢管两端部的平整度和垂直度,先将空 钢管的一端焊上钢盖板,保证盖板与空钢管的几何中心重合,并且保证焊缝的质量。O)FRP 管由缠绕工艺制作:首先,利用粗砂纸或打磨机对钢管外表面进行除锈处理;其次,采用丙 酮对打磨面进行清洗;最后,将钢管作为缠绕模具,采用连续纤维纱经缠绕工艺制作FRP管 (此时,FRP-钢复合管也同时制作完成),所用纤维是玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶 纤维或这四种纤维混杂中的一种,需要静置一天之后才可以内灌混凝土。(¾浇筑混凝土 时,将复合管竖直放置,从顶部灌入普通混凝土或高强能混凝土,每灌入混凝土 150mm,充分 振捣半分钟。
[0023] 实施例2
[0024] 如图2所示,本实用新型的这种FRP-钢复合管混凝土柱截面为方形结构,主要由 方形FRP-钢复合管(方形FRP管1和方形钢管2、和灌入其中的混凝土 3组成,其具体制 作方法与实施例1相同。
[0025] 实施例3
4[0026] 如图3所示,本实用新型的这种FRP-钢复合管混凝土柱截面为矩形结构,主要由 矩形FRP-钢复合管(矩形FRP管1和矩形钢管2、和灌入其中的混凝土 3组成,其具体制 作方法与实施例1相同。

Claims (4)

1. 一种FRP-钢复合管混凝土柱,由FRP-钢复合管和灌入其中的混凝土组成,其特征在 于,FRP-钢复合管由作为内壁的钢管⑵和作为外壁的FRP管(1)复合而成,钢管O)由 钢板焊接而成,FRP管(1)由连续纤维纱在钢管(2)外表面上缠绕制成,复合管内浇筑实心 混凝土⑶。
2.根据权利要求1所述的一种FRP-钢复合管混凝土柱,其特征在于,FRP-钢复合管为圆管、方管或矩形管。
3.根据权利要求1所述的一种FRP-钢复合管混凝土柱,其特征在于,混凝土 C3)为普 通混凝土或高强混凝土。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种FRP-钢复合管混凝土柱,其特征在于,所述FRP 是玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料、玄武岩纤维增强塑料、芳纶纤维增强塑料或四种纤 维混杂增强塑料中的一种。
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