CN207277682U - 一种多管约束混凝土双壁空心柱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种多管约束混凝土双壁空心柱，包括竖向设置的FRP外管，FRP外管中心轴向设置有钢内管，FRP外管内周面与钢内管外周面之间灌注有自密实混凝土层，FRP外管内周面与钢内管外周面之间还设置有若干个由FRP内管及填充于其内部的混凝土组成的FRP内管体，FRP内管体关于钢内管中心周向均匀分布，本实用新型技术方案的多管约束混凝土双壁空心柱具有延性好、极限承载能力强等优点，同时本实用新型技术方案可适用于圆形、方形等多种截面形式的多管约束混凝土双壁空心柱。

Description

一种多管约束混凝土双壁空心柱

技术领域

本实用新型涉及建筑结构技术领域，特别涉及一种多管约束混凝土双壁空心柱。

背景技术

改革开放以来，我国城市化进程逐步加快，更多人口向城市集中，因此城市土地资源愈加稀缺，(超)高层建筑和(超)大跨桥梁应运而生地大规模新建，如今世界上高度前10位的高层建筑，我国则有6座，世界上跨度最大的10座斜拉桥，我国则有7座。

随着建筑高度和桥梁跨度增加，一方面增加建筑物自重，如竖向荷载85％以上是建筑物自重，因此要求建筑物的承载能力进一步提高，另一方面建筑物自重增加会增加建筑物造价。因此，合理采用轻质且高强材料，并优化结构形式对于减轻建筑物结构自重和降低造价具有重要意义。

另外，我国地处环太平洋地震带与欧亚地震带，因此地震频发，是世界上地震灾害严重的国家。近十年来，我国汶川和玉树分别发生了7.9级和7.1级两次特大地震，大量建筑物因抗震能力不足而倒塌，造成巨大生命财产损失。如果(超)高层建筑和(超)大跨桥梁在地震时发生垮塌，损失则不可估量，并且后果不堪设想。因此，如何使(超)高层建筑和(超)大跨桥梁具有较好抗震性能已成为结构工程的一个严峻挑战。

同时，纤维复合增强材料(fiberreinforcedpolymer,FRP)因具有轻质、高强等优越特性而广泛应用于工程结构加固领域，其应用于新建结构近年来也成为研究人员和工程师关注热点。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种延性好、极限承载能力强的多管约束混凝土双壁空心柱，旨在提高多管约束混凝土双壁空心柱的延性好和极限承载能力，以及方便工程人员规范化、高质量、高效生产出所述多管约束混凝土双壁空心柱。

为实现上述目的，本实用新型提出的一种多管约束混凝土双壁空心柱，其特征在于，包括竖向设置的FRP外管，所述FRP外管中心轴向设置有钢内管，所述FRP外管内周面与所述钢内管外周面之间灌注有自密实混凝土层，所述FRP外管内周面与所述钢内管外周面之间还设置有若干个由FRP内管及填充于所述FRP内管内部的混凝土组成的FRP内管体，所述FRP内管体关于所述钢内管中心周向均匀分布。

优选地，所述FRP外管和所述FRP内管可采用往复式纤维缠绕工艺、连续式纤维缠绕工艺或离心浇筑工艺制成。

优选地，所述FRP外管和所述FRP内管的纤维材质为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或芳纶。

优选地，所述FRP外管和所述FRP内管的基体材质为不饱和聚酯、环氧树脂或酚醛树脂。

优选地，所述FRP外管径向横截面外形为圆形、椭圆形、方形、矩形、多边形。

优选地，所述钢内管径向横截面外形为圆形、椭圆形、方形、矩形、多边形。

优选地，所述FRP内管径向横截面外形为圆形、椭圆形。

本实用新型技术方案通过将FRP外管、内部填充局部约束混凝土层的FRP内管体、钢内管和自密实混凝土组合成一个结构构件。FRP外管可施以环向约束作用力，而多根周向均匀分布的FRP内管体在FRP外管受到破坏时依然对多管约束混凝土双壁空心柱施以环向约束作用力，从而提升局部约束混凝土的极限强度。因此相对现有技术，本实用新型技术方案的多管约束混凝土双壁空心柱具有较高的延性和极限承载能力，可保证应用过程中具有可靠的使用安全性。

另外，本实用新型技术方案的多管约束混凝土双壁空心柱通过在中心位置设置钢内管，既可降低整体重量，也使多管约束混凝土双壁空心柱具有良好的结构强度和刚度。同时，选用FRP材料作为FRP外管和FRP内管的材质，使得多管约束混凝土双壁空心柱内部具有良好耐腐蚀性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例多管约束混凝土双壁空心柱横截面结构示意图；

图2为本实用新型另一实施例多管约束混凝土双壁空心柱横截面结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1	FRP外管	22	局部约束混凝土层
2	FRP内管体	3	自密实混凝土层
				21	FRP内管	4	钢内管

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种多管约束混凝土双壁空心柱。

请参见图1，本实用新型实施例的多管约束混凝土双壁空心柱，包括竖向设置的FRP外管1，FRP外管1中心轴向设置有钢内管4，FRP外管1内周面与钢内管4外周面之间还设置有若干个FRP内管21内部填充局部约束混凝土层22的FRP内管体2，并且本实施例的FRP内管体2关于钢内管4中心轴周向均匀分布设置，同时在FRP外管1内周面、钢内管4外周面以及FRP内管体2外周面之间的空间填充有自密实混凝土形成的自密实混凝土层2。

本实用新型实施例中，FRP外管1和FRP内管21可采用往复式纤维缠绕工艺、连续式纤维缠绕工艺或离心浇筑工艺制成。

在本实用新型实施例中，FRP外管1和FRP内管21的纤维材质可为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或芳纶；FRP外管1和FRP内管21的基体材质可为不饱和聚酯、环氧树脂或酚醛树脂。

在本实用新型实施例中，FRP外管1径向横截面外形为圆形，钢内管4径向横截面外形为圆形，FRP内管21径向横截面为圆形。请参见图2，在本实用新型的另一实施例中，FRP外管1的径向横截面外形为方形，钢内管4径向横截面也为方形，而FRP内管21径向横截面为圆形。在本实用新型的其他实施例中，FRP外管1径向横截面外形可为椭圆形、矩形以及其他多边形，而钢内管4径向横截面外形可为椭圆形、矩形以及其他多边形，FRP内管21的径向横截面可为椭圆形。

本实用新型的多管约束混凝土双壁空心柱的生产具体包括以下步骤：

1)将混凝土层22灌注于FRP内管21内部形成FRP内管体2并进行养护；

2)将钢内管4固定于FRP外管1轴向中心，将养护完毕的FRP内管体2提前周向均匀固定于FRP外管1内周面与钢内管4外周面之间；

3)向FRP外管1内周面与钢内管4外周面之间注入自密实混凝土，填充FRP外管1内周面、FRP内管体2外周面以及钢内管4外周面之间的空间，形成自密实混凝土层3；

4)采用蒸汽法、养生液法、满水法、自然养护或养护膜加以养护多管约束混凝土双壁空心柱至自密实混凝土层3达到预期强度。

请参见图1，本实用新型实施例的生产多管约束混凝土双壁空心柱在生产时，将局部约束混凝土浇筑于FRP内管21的内部空间内并且在一定时间和条件内进行养护。将钢内管4放置于FRP外管1的中心位置处，使得钢内管4与FRP外管1的中心轴线重合。然后将养护并固化完毕的FRP内管体2提前用间隔件固定于FRP外管1内周面与钢内管4外周面之间位置中，并且使得FRP内管体2呈周向均匀分布，再注入自密实混凝土于FRP外管1、钢内管4、FRP内管体2之间位置内，使得FRP内管体2与钢内管4以及自密实混凝土之间组合成一个结构构件。最后，采用蒸汽法、养生液法、满水法、自然养护或养护膜加以养护多管约束混凝土双壁空心柱至自密实混凝土层3达到预期强度。

本实用新型实施例多管约束混凝土双壁空心柱在承受轴向压力时，局部约束混凝土层22和自密实混凝土层3，发生膨胀，受到FRP外管1和FRP内管21环向约束作用，从而处于三向受压状态。随着载荷不断增加，局部约束混凝土层22和自密实混凝土层3内部出现裂缝，向外膨胀更加明显，受到的FRP外管1和FRP内管21环向约束增强。当轴向压力载荷增加至一定数值后，自密实混凝土层3不断膨胀使得FRP外管1的环向约束力不断增大并且达到FRP外管1的断裂应力时，FRP外管1发生破坏并失去工作性能，使得自密实混凝土层3同时发生破坏，不能继续承担轴向压力。此时,由于FRP内管21对局部约束混凝土22的约束更强，FRP内管体2还能继续承受轴向压力，直至FRP内管21发生FRP材料的断裂破坏后多管约束混凝土双壁空心柱才完全破坏。

因此，本实用新型实施例多管约束混凝土双壁空心柱将FRP外管1、内部注有局部约束混凝土层22的FRP内管体2、钢内管4以及自密实混凝土层3制成组合构件。FRP外管1可施以环向约束作用力，而多根周向均匀分布的FRP内管体2在FRP外管1受到破坏时依然对多管约束混凝土双壁空心柱施以环向约束作用力和轴向支撑作用力。因此相对现有技术，本实用新型实施例的多管约束混凝土双壁空心柱具有更高的延性和极限承载能力，可保证应用过程中具有更好的安全性。

另外，本实用新型实施例的多管约束混凝土双壁空心柱通过在中心位置设置钢内管4，形成空心构件，可以减少构件自重，同时保证了多管约束混凝土双壁空心柱具有良好的结构强度和刚度。选用FRP材料作为FRP外管1和FRP内管21的材质，使得多管约束混凝土双壁空心柱内部具有良好耐腐蚀性能。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种多管约束混凝土双壁空心柱，其特征在于，包括竖向设置的FRP外管，所述FRP外管中心轴向设置有钢内管，所述FRP外管内周面与所述钢内管外周面之间灌注有自密实混凝土层，所述FRP外管内周面与所述钢内管外周面之间还设置有若干个由FRP内管及填充于所述FRP内管内部的混凝土组成的FRP内管体，所述FRP内管体关于所述钢内管中心周向均匀分布。

2.如权利要求1所述的多管约束混凝土双壁空心柱，其特征在于，所述FRP外管和所述FRP内管可采用往复式纤维缠绕工艺、连续式纤维缠绕工艺或离心浇筑工艺制成。

3.如权利要求1所述的多管约束混凝土双壁空心柱，其特征在于，所述FRP外管和所述FRP内管的纤维材质为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或芳纶。

4.如权利要求1所述的多管约束混凝土双壁空心柱，其特征在于，所述FRP外管和所述FRP内管的基体材质为不饱和聚酯、环氧树脂或酚醛树脂。

5.如权利要求1所述的多管约束混凝土双壁空心柱，其特征在于，所述FRP外管径向横截面外形为圆形、椭圆形、方形、矩形、多边形。

6.如权利要求1所述的多管约束混凝土双壁空心柱，其特征在于，所述钢内管径向横截面外形为圆形、椭圆形、方形、矩形、多边形。

7.如权利要求1所述的多管约束混凝土双壁空心柱，其特征在于，所述FRP内管径向横截面外形为圆形、椭圆形。