CN211228890U - 一种新型钢-混凝土-frp组合结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种新型钢‑混凝土‑FRP组合结构，包括工字钢柱，工字钢柱沿周向固定有一对内侧钢梁及一对外侧钢梁，各个内侧钢梁及外侧钢梁的上部固定有一对梁顶外包角钢，梁顶外包角钢相向设置且梁顶外包角钢的顶部和侧部固定于内侧钢梁或外侧钢梁的翼缘板及腹板，外侧钢梁与内侧钢梁下部的翼缘板下表面黏贴有FRP布，本实用新型利用梁顶外包角钢与内侧钢梁或外侧钢梁构成的第一浇筑腔内浇筑混凝土并通过增加FRP布大大提高了钢梁的承载力、刚度和耐火性能。

Description

一种新型钢-混凝土-FRP组合结构

技术领域

本实用新型涉及一种新型钢-混凝土-FRP组合结构。

背景技术

钢结构具有强度高、质量轻和抗震性能好，被广泛用于高层、大跨和重载的建筑结构中，也被大量用于桥梁结构中。但是钢结构也存在如下缺点：1）因钢材直接暴露在空气中，其防锈和防火的成本均较高，一旦受损，其加固成本也偏高；2）钢结构的刚度偏低，在横向荷载作用下容易产生较大的二阶弯矩，因此其整体稳定性较差；3）钢结构构件均由钢板组合而成，钢板的局部稳定性较差，和实心构件相比更容易发生局部屈曲。

发明内容

本实用新型对上述问题进行了改进，即本实用新型要解决的技术问题是现有的钢结构刚度差，用钢量大，防锈防火成本高。

本实用新型的具体实施方案是：一种新型钢-混凝土-FRP组合结构，包括竖向设置的工字钢柱，所述工字钢柱沿周向固定有一对内侧钢梁及一对外侧钢梁，所述内侧钢梁的内侧端与工字钢柱的腹板连接，所述外侧钢梁的内侧端与工字钢柱的翼缘板连接，所述内侧钢梁及外侧钢梁为工字钢，各个内侧钢梁及外侧钢梁的上部固定有一对梁顶外包角钢，所述梁顶外包角钢相向设置且梁顶外包角钢的的顶部和侧部固定于内侧钢梁或外侧钢梁的翼缘板及腹板，梁顶外包角钢与内侧钢梁或外侧钢梁的翼缘板及腹板形成第一浇筑腔，所述梁顶外包角钢具有连通第一浇筑腔的第一混凝土灌浆孔和混凝土出浆孔，所述外侧钢梁与内侧钢梁下部的翼缘板下表面黏贴有FRP布。

进一步的，所述内侧钢梁及外侧钢梁垂直设置，且外侧钢梁与内侧钢梁的上下端面等高。

进一步的，相邻所述外侧钢梁与内侧钢梁之间固定有扣于工字钢柱四角的梁柱节点区外包角钢，所述梁柱节点区外包角钢的外侧端固定于相邻的外侧钢梁与内侧钢梁的腹板，所述梁柱节点区外包角钢的顶部及底部封闭固定于外侧钢梁与内侧钢梁其上部及下部翼缘板，所述工字钢柱、梁柱节点区外包角钢及外侧钢梁与内侧钢梁的上部及下部翼缘板、外侧钢梁与内侧钢梁的腹板构成封闭的第二浇筑腔，所述外侧钢梁与内侧钢梁的上部翼缘板，所述内侧钢梁位于上部的翼缘板具有连通第二浇筑腔的混凝土浇筑孔。

进一步的，所述各个内侧钢梁及外侧钢梁的下方固定有扣于工字钢柱的翼缘板两侧的槽钢，所述槽钢的上端弯折有水平设置的锚固钢板，所述锚固钢板与内侧钢梁及外侧钢梁下翼缘板的下端面固定连接，所述槽钢的两侧部具有向工字钢柱方向延伸的扣边，所述扣边与工字钢柱的翼缘板固定连接，所述工字钢柱与槽钢围合形成第三浇筑腔，所述内侧钢梁及外侧钢梁位于下部的翼缘板具有联通第三浇筑腔的混凝土灌浆联通孔，所述混凝土灌浆连通孔使第二浇筑腔与第三浇筑腔连通，所述槽钢的下部具有连通第三浇筑腔的第二混凝土灌浆孔。

进一步的，所述锚固钢板经螺栓与内侧钢梁及外侧钢梁固定连接。

进一步的，所述FRP布的端部位于锚固钢板与内侧钢梁及外侧钢梁位于下部的翼缘板之间。

进一步的，第一混凝土灌浆孔和混凝土出浆孔分设于梁顶外包角钢的两端，混凝土出浆孔位于第一混凝土灌浆孔的上部。

进一步的，所述第一浇筑腔内灌注有轻质混凝土，所述第二浇筑腔与第三浇筑腔内灌注有自密实混凝土。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型利用梁顶外包角钢与内侧钢梁或外侧钢梁构成的第一浇筑腔内浇筑混凝土并通过增加FRP布大大提高了组合梁的承载力、刚度和耐火性能。实施例中所述槽钢顶部的锚固钢板可起到锚固FRP布，加固梁端底部受压区并加强梁柱连接强度的作用。同时在第二浇筑腔与第三浇筑腔内灌注混凝土还可大大提高柱子及梁-柱节点的抗压、抗弯和抗剪承载力。此外实施例中，在工字钢柱外固定两个顶部带锚固钢板的槽钢，并在双腔钢管柱内浇筑自密实混凝土，形成双腔钢管混凝土柱，从而提高柱子和梁-柱节点的承载力。利用槽钢自带的锚固钢板既可锚固梁底的FRP布，又可提高节点的承载力。

附图说明

图1为本实用新型钢结构框架示意图。

图2为本实用新型工字钢柱与外侧钢梁及内层钢梁结构示意图。

图3为本实用新型装配组件分解结构示意图。

图4为本实用新型装配状态结构示意图。

图中标号说明：1—工字钢柱、2—内侧钢梁、3—外侧钢梁、4—混凝土浇筑孔、41—混凝土灌浆连通孔、5—FRP布锚固螺栓孔、6—梁柱节点区外包角钢、7—梁顶外包角钢、8—FRP布、9—槽钢、91-锚固钢板、92扣边、93—第二混凝土灌浆孔、10—FRP布锚固螺栓、11—第一混凝土灌浆孔、12—混凝土出浆孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

如图1～4所示，一种新型钢-混凝土-FRP组合结构，包括竖向设置的工字钢柱1，所述工字钢柱沿周向固定有一对内侧钢梁2及一对外侧钢梁3，所述内侧钢梁的内侧端与工字钢柱的腹板连接，所述外侧钢梁的内侧端与工字钢柱的翼缘板连接，本实施例中，所述内侧钢梁及外侧钢梁垂直设置，且外侧钢梁与内侧钢梁的上下端面等高。

各个内侧钢梁及外侧钢梁的上部固定有一对梁顶外包角钢7，所述梁顶外包角钢7相向设置且梁顶外包角钢的顶部和侧部固定于内侧钢梁或外侧钢梁的翼缘板及腹板，梁顶外包角钢7与内侧钢梁或外侧钢梁的翼缘板及腹板形成第一浇筑腔，所述梁顶外包角钢具有连通第一浇筑腔的第一混凝土灌浆孔11和混凝土出浆孔12，所述外侧钢梁与内侧钢梁的位于下部的翼缘板下表面黏贴有FRP布8。

本实用新型中FRP布即纤维增强复合材料布。

第一混凝土灌浆孔和混凝土出浆孔分设于顶外包角钢的两端，混凝土出浆孔位于第一混凝土灌浆孔的上部。在梁顶外包角钢7的一端的第一混凝土灌浆孔11处用顶升法浇筑轻质混凝土，直至轻质混凝土从另一端的混凝土出浆孔12处溢出为止，从而在内侧钢梁2和外侧钢梁3顶部形成双腔钢管混凝土；施工时通过向第一混凝土灌浆孔11灌注轻质混凝土，使得梁的承载力、刚度和耐火性能大大提高。

本实施例中，相邻所述外侧钢梁3与内侧钢梁2之间固定有扣于工字钢柱1四角的梁柱节点区外包角钢6，所述梁柱节点区外包角钢的外侧端固定于相邻的外侧钢梁与内侧钢梁的腹板，所述梁柱节点区外包角钢的顶部及底部封闭固定于外侧钢梁3与内侧钢梁2其上部及下部翼缘板，所述工字钢柱1、梁柱节点区外包角钢6及外侧钢梁3与内侧钢梁2的上部及下部翼缘板、外侧钢梁与内侧钢梁的腹板构成封闭的第二浇筑腔，所述内侧钢梁位于上部的翼缘板具有连通第二浇筑腔的混凝土浇筑孔4。

本实施例中，所述各个内侧钢梁2及外侧钢梁3的下方固定有扣于工字钢柱其翼缘板两侧的槽钢9，所述槽钢的上端弯折有水平设置的锚固钢板91，所述锚固钢板与内侧钢梁及外侧钢梁下翼缘板的下端面固定连接，所述槽钢的两侧部具有向工字钢柱方向延伸的扣边92，所述扣边与工字钢柱的翼缘板固定连接，扣边保证了所述工字钢柱1与槽钢9围合形成第三浇筑腔，所述内侧钢梁及外侧钢梁位于下部的翼缘板具有连通第三浇筑腔的混凝土灌浆连通孔41，所述混凝土灌浆连通孔41使第二浇筑腔与第三浇筑腔连通，所述槽钢的下部第二混凝土灌浆孔93。

施工时，在第二混凝土灌浆孔93处利用顶升法浇筑自密实混凝土，直至柱空腔内填满混凝土并从第二浇筑腔的混凝土浇筑孔4中溢出，从而形成双腔钢管混凝土柱和新型钢-混凝土组合节点。

所述内侧钢梁及外侧钢梁位于下部的翼缘板具有FRP布锚固螺栓孔5，锚固钢板91通过贯穿FRP布锚固螺栓孔5的FRP布锚固螺栓实现固定，所述FRP布固定于锚固钢板与内侧钢梁及外侧钢梁下部的翼缘板之间。所述第一浇筑腔内灌注有轻质混凝土，所述第二浇筑腔与第三浇筑腔内灌注有自密实混凝土。

具体施工方法如下：

施工方法，包括以下步骤：

1）在工字钢柱1周侧固定连接内侧钢梁2与外侧钢梁3；

2）在内侧钢梁2与外侧钢梁3的下翼缘板分别开设FRP布锚固螺栓孔5，用于连接槽钢顶部的锚固钢板91；在内侧钢梁2上下翼缘板分别开设混凝土浇筑孔4和混凝土连通孔41；在工字钢柱周侧焊接四个梁柱节点区外包角钢6形成封闭的空腔梁柱节点；

3）内侧钢梁2与外侧钢梁3的上部翼缘下方焊接两个梁顶外包角钢7形成一个双腔的矩形钢管；

4）在内侧钢梁2与外侧钢梁3的底部黏贴FRP布8；在槽钢9下部开第二混凝土灌浆孔93，并将其焊接在工字钢柱1的两侧；而后安装FRP布锚固螺栓10；

5）在第二混凝土灌浆孔93处利用顶升法浇筑自密实混凝土，直至柱空腔内填满混凝土并从混凝土浇筑孔4中溢出，形成双腔钢管混凝土柱和新型钢-混凝土组合节点；

6）在梁顶外包角钢7的一端的第一混凝土灌浆孔11处用顶升法浇筑轻质混凝土，直至轻质混凝土从另一端的混凝土出浆孔12处溢出为止，从而在内侧钢梁2和对外侧钢梁3顶部形成双腔钢管混凝土；

7）完成本层组合结构施工后，重复以上步骤可完成下一层组合结构的施工。

上述本实用新型所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本实用新型才公开部分数值以举例说明本实用新型的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本实用新型创造保护范围的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

同时，上述本实用新型如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本实用新型提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。

Claims (8)

1.一种新型钢-混凝土-FRP组合结构，其特征在于，包括竖向设置的工字钢柱，所述工字钢柱沿周向固定有一对内侧钢梁及一对外侧钢梁，所述内侧钢梁的内侧端与工字钢柱的腹板连接，所述外侧钢梁的内侧端与工字钢柱的翼缘板连接，所述内侧钢梁及外侧钢梁为工字钢，各个内侧钢梁及外侧钢梁的上部固定有一对梁顶外包角钢，所述梁顶外包角钢相向设置且梁顶外包角钢的顶部和侧部固定于内侧钢梁或外侧钢梁的翼缘板及腹板，梁顶外包角钢与内侧钢梁或外侧钢梁的翼缘板及腹板形成第一浇筑腔，所述内侧钢梁及外侧钢梁其位于上部的翼缘板具有连通第一浇筑腔的第一混凝土灌浆孔和混凝土出浆孔，所述外侧钢梁与内侧钢梁的位于下部的翼缘板下表面黏贴有FRP布。

2.根据权利要求1所述的一种新型钢-混凝土-FRP组合结构，其特征在于，所述内侧钢梁及外侧钢梁垂直设置，且外侧钢梁与内侧钢梁的上下端面等高。

3.根据权利要求1或2所述的一种新型钢-混凝土-FRP组合结构，其特征在于，相邻所述外侧钢梁与内侧钢梁之间固定有扣于工字钢柱四角的梁柱节点区外包角钢，所述梁柱节点区外包角钢的外侧端固定于相邻的外侧钢梁与内侧钢梁的腹板，所述梁柱节点区外包角钢的顶部及底部封闭固定于外侧钢梁与内侧钢梁其上部及下部翼缘板，所述工字钢柱、梁柱节点区外包角钢及外侧钢梁与内侧钢梁的上部及下部翼缘板、外侧钢梁与内侧钢梁的腹板构成封闭的第二浇筑腔，所述内侧钢梁位于上部的翼缘板具有连通第二浇筑腔的混凝土浇筑孔。

4.根据权利要求3所述的一种新型钢-混凝土-FRP组合结构，其特征在于，所述各个内侧钢梁及外侧钢梁的下方固定有扣于工字钢柱的翼缘板两侧的槽钢，所述槽钢的上端弯折有水平设置的锚固钢板，所述锚固钢板与内侧钢梁及外侧钢梁的下部翼缘板下端面固定连接，所述槽钢的两侧部具有向工字钢柱方向延伸的扣边，所述扣边与工字钢柱的翼缘板固定连接，所述工字钢柱与槽钢围合形成第三浇筑腔，所述内侧钢梁及外侧钢梁位于下部的翼缘板具有联通第三浇筑腔的混凝土灌浆连通孔，所述混凝土灌浆联通孔使第二浇筑腔与第三浇筑腔连通，所述槽钢的下部具有连通第三浇筑腔的第二混凝土灌浆孔。

5.根据权利要求4所述的一种新型钢-混凝土-FRP组合结构，其特征在于，所述锚固钢板经螺栓与内侧钢梁及外侧钢梁固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种新型钢-混凝土-FRP组合结构，其特征在于，所述FRP布的端部位于锚固钢板与内侧钢梁及外侧钢梁位于下部的翼缘板之间。

7.根据权利要求1所述的一种新型钢-混凝土-FRP组合结构，其特征在于，第一混凝土灌浆孔和混凝土出浆孔分设于梁顶外包角钢的两端，混凝土出浆孔位于第一混凝土灌浆孔的上部。

8.根据权利要求4所述的一种新型钢-混凝土-FRP组合结构，其特征在于，所述第一浇筑腔内灌注有轻质混凝土，所述第二浇筑腔与第三浇筑腔内灌注有自密实混凝土。

Images