專利名稱：Frp管-混凝土-鋼管組合柱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
FRP管-混凝土 -鋼管組合柱技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及一種新型組合構(gòu)件。更具體地說，本實用新型涉及FRP管-混凝土 -鋼管組合柱(簡稱雙管組合柱)。
背景技術(shù)：
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和建筑行業(yè)的不斷進步，充分利用新型FRP (纖維增強塑料,Fiber Reinforced Plastics)復(fù)合材料與傳統(tǒng)建筑材料(如混凝土)特點的組合構(gòu)件已經(jīng)成為工程應(yīng)用中的一種趨勢。FRP是一種新型高級復(fù)合材料，力學(xué)性能優(yōu)良，化學(xué)穩(wěn)定性更好。FRP的抗拉強度很高，至少是建筑鋼材的兩倍，其中常用的CFRP (碳纖維增強復(fù)合材料)可高達十倍或以上；FRP的密度只有鋼材的五分之一 ；FRP的抗腐蝕能力強，能阻隔電磁輻射，耐久性好。CFRP的抗疲勞能力也優(yōu)于建筑鋼材。因此，在混凝土構(gòu)件中結(jié)合利用新型FRP復(fù)合材料比采用鋼管等其他傳統(tǒng)材料具有更明顯的優(yōu)勢。實用新型內(nèi)容[0003]本實用新型的目的在于提供一種制作新型FRP管-混凝土 -鋼管組合柱以及簡單的設(shè)計該組合構(gòu)件的方法。[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。[0005]本實用新型提供了一種FRP管-混凝土 -鋼管組合柱，包括鋼管，該鋼管設(shè)于FRP 管的內(nèi)部，鋼管與FRP管的中心軸線方向相同，鋼管與FRP管之間的空腔內(nèi)填充混凝土。[0006]作為一種改進，所述鋼管與FRP管的截面均為圓形。作為一種改進，所述鋼管與FRP管的截面均為矩形，兩個矩形之間對應(yīng)的邊相互平行布置。[0008]作為一種改進，所述鋼管的截面呈圓形，F(xiàn)RP管的截面呈矩形。[0009]作為一種改進，所述鋼管與FRP管的中心軸線是重合的。[0010]作為一種改進，所述FRP管的徑厚比不大于200。[0011]作為一種改進，所述鋼管的徑厚比小于70。[0012]本實用新型的有益效果是[0013]本實用新型中，構(gòu)件的截面可根據(jù)實際受力情況具有多種不同形式。由于充分發(fā)揮FRP復(fù)合材料、混凝土、鋼材各自的特點，該雙管組合柱具有一些其他構(gòu)件無法比擬的特點。如FRP管不易發(fā)生局部屈曲，其約束作用使構(gòu)件具有更好的延性，在地震作用下可作為抗剪鋼筋，有防止構(gòu)件發(fā)生脆性破壞的作用，同時FRP管具有較強的耐腐蝕性能，在施工中可作為混凝土澆筑的永久模板；構(gòu)件內(nèi)部的鋼管的存在，使構(gòu)件能承受部分施工時的荷載， 也更加便于梁柱節(jié)點或與基礎(chǔ)的連接；構(gòu)件中空部分可以作為管線通道，并且由于截面空心率(混凝土部分內(nèi)徑與外徑之比)通?？扇. 6^0. 8，大大減輕了構(gòu)件自身的質(zhì)量。已有試驗表明，軸壓構(gòu)件的約束混凝土承載力可提高3 4倍。純彎構(gòu)件在承載力下降很小的情況下，跨中撓度可達跨度的1/15。這些優(yōu)點，表明該雙管組合柱具有非常好的應(yīng)用前景。


[0014]圖1為同心圓組合柱的截面示意圖。[0015]圖2為外管為正方形的組合柱的截面示意圖。[0016]圖3為內(nèi)外管都是正方形的組合柱的截面示意圖。[0017]圖4為非同心圓雙管組合柱截面示意圖。[0018]圖5為FRP管-混凝土 -鋼管組合柱的制作流程圖。[0019]圖6為是井字形木架和構(gòu)件相互位置示意圖。[0020]圖7為本發(fā)明用于設(shè)計的具體過程的框圖。[0021]圖中的附圖標記為1 FRP管；2混凝土 ；3鋼管；4井字架；5木楔子；6拉桿；7碳 纖維布；8節(jié)點焊接。
具體實施方式
[0022]參考附圖，下面對本實用新型進行詳細描述。[0023]本實用新型中的FRP管1-混凝土 2-鋼管3組合柱，包括套設(shè)于FRP管I內(nèi)部的 鋼管3，鋼管3與FRP管I的中心軸線方向相同，鋼管3與FRP管I之間的空腔內(nèi)填充混凝 土 2。[0024]鋼管3與FRP管I的截面選型可以有很多種方式，例如可以均為圓形或均為矩形， 兩個矩形之間對應(yīng)的邊相互平行布置，也可以鋼管3的截面呈圓形，F(xiàn)RP管I的截面呈矩形。 在位置設(shè)置上，鋼管3與FRP管I的中心軸線可以是重合的。[0025]本實用新型涉及的雙管組合柱，F(xiàn)RP管I和鋼管3呈同心圓布置，F(xiàn)RP管I為各種 不同纖維的預(yù)制管，內(nèi)部鋼管3為無縫鋼管或焊接鋼管，中間混凝土 2可根據(jù)空間大小選擇 普通混凝土或自密實混凝土等高性能混凝土。制作雙管組合柱，必須嚴格控制外部FRP管 I和內(nèi)部鋼管3之間的相對位置，減小構(gòu)件制作的誤差，為此需要制作一系列的拉桿6、模板 等輔助部件。制作時在內(nèi)鋼管3上設(shè)計好用于節(jié)點連接的預(yù)埋件對于施工也非常重要。鑒 于雙管柱在應(yīng)用中可能大多都為短柱，本實用新型基于纖維截面法的分析結(jié)果，提供了可 用于計算雙管柱組合短柱的簡單設(shè)計方法。[0026]雙管組合柱制作過程如下首先利用底座上預(yù)埋件與鋼管3焊接，使鋼管3軸向與 底座平面保持垂直關(guān)系；接著在外部套上預(yù)制FRP管1，調(diào)節(jié)與內(nèi)部鋼管3的相對位置，使 兩者呈同心圓，利用固定在底座上、FRP管I四周的臨時固定部件固定住構(gòu)件一端，在頂部 控制互相垂直的兩個方向FRP管I和鋼管3的凈間距來達到目的，制作井字形木架(兩兩平 行的木條間距分別等于鋼管3和FRP管I外徑)并安裝在頂部，使木條分別卡住FRP管1、 鋼管3，再利用木楔子5控制一個方向凈距。與之垂直的方向先調(diào)好兩管間距，用角部與底 座之間4根拉桿6的拉力產(chǎn)生的木條和FRP間摩擦力控制兩管之間的凈距，這一側(cè)不用木 楔子5是因為在以后拆模前不易取出，同時考慮到澆筑混凝土 2時底部壓強較大，F(xiàn)RP管I 如沒有被壓住很有可能被底部溢出的混凝土 2抬起；然后澆筑混凝土 2，根據(jù)FRP管I和鋼 管3之間凈距的大小，可以采用商品混凝土或者自密實混凝土，并且為防止混凝土 2收縮造 成其與FRP管I內(nèi)壁脫開，可摻入微膨脹外加劑，此外由于FRP管I與底座接觸的部位可能 有縫隙，澆筑前可采用玻璃膠予以密封，澆筑后養(yǎng)護同一般混凝土構(gòu)件；接下來拆模，由于FRP管I裁剪的原因，荷載較大時端部容易提前發(fā)生破壞，應(yīng)采用碳纖維布7等材料對構(gòu)件端部進行加固；最后在內(nèi)部突出的鋼管3上焊接與梁等連接的連接件，在連接的節(jié)點部位應(yīng)進行一定的加強。[0027]在分析中描述雙管組合柱的參數(shù)，如長度通常用L表示，F(xiàn)RP管I內(nèi)外徑分別為D 和Df，軸向、環(huán)向彈性模量分別為Exc;，rff、Eet，rff，實際環(huán)向斷裂應(yīng)變ε ;中間混凝土 2無約束和約束下峰值強度分別f。。、f。。，無約束下峰值強度對應(yīng)的應(yīng)變?yōu)棣?。。，初始彈性模量?Ε。，純彎下的極限壓應(yīng)變?yōu)棣?。_ ;內(nèi)部鋼管3外徑和厚度分別為Ds、ts，屈服強度為fy，彈性模量為Es。構(gòu)件兩端荷載偏心距分別為e1、e2，并且約定e2永遠取正值且絕對值大于ei。對于截面尺寸的要求，通常外部FRP管I徑厚比(Df/tf)取不大于200，截面混凝土 2的空心率 X (Ds/D)在O. 6^0. 8范圍內(nèi)取值，鋼管3的徑厚比(Ds/ts)宜小于70。[0028]為了充分利用FRP管I的約束效果，工程中應(yīng)用時可能大多是短柱，本實用新型建議采用下列方法計算雙管組合柱的正截面受壓承載力。
權(quán)利要求1.一種FRP管-混凝土 -鋼管組合柱，包括鋼管，其特征在于，該鋼管套設(shè)于FRP管的內(nèi)部，鋼管與FRP管的中心軸線方向相同，鋼管與FRP管之間的空腔內(nèi)填充混凝土。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的FRP管-混凝土-鋼管組合柱，其特征在于，所述鋼管與FRP 管的截面均為圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的FRP管-混凝土-鋼管組合柱，其特征在于，所述鋼管與FRP 管的截面均為矩形，兩個矩形之間對應(yīng)的邊相互平行布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的FRP管-混凝土-鋼管組合柱，其特征在于，所述鋼管的截面呈圓形，F(xiàn)RP管的截面呈矩形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項中所述的FRP管-混凝土-鋼管組合柱，其特征在于， 所述鋼管與FRP管的中心軸線是重合的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的FRP管-混凝土-鋼管組合柱，其特征在于，所述FRP管的徑厚比不大于200。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的FRP管-混凝土-鋼管組合柱，其特征在于，所述鋼管的徑厚比小于70。
專利摘要本實用新型涉及新型組合構(gòu)件，旨在提供一種FRP管-混凝土-鋼管組合柱(簡稱雙管組合柱)。該雙管組合柱包括設(shè)于FRP管內(nèi)部的鋼管，鋼管與FRP管的中心軸線方向相同，鋼管與FRP管之間的空腔內(nèi)填充混凝土。本實用新型充分發(fā)揮FRP復(fù)合材料、混凝土、鋼材各自的特點，具有一些其他構(gòu)件無法比擬的特點。如FRP管不易發(fā)生局部屈曲，有防止構(gòu)件發(fā)生脆性破壞的作用，同時FRP管具有較強的耐腐蝕性能；構(gòu)件內(nèi)部的鋼管的存在，使構(gòu)件能承受部分施工時的荷載，也更加便于梁柱節(jié)點或與基礎(chǔ)的連接；構(gòu)件中空部分可以作為管線通道，并且由于截面空心率(混凝土部分內(nèi)徑與外徑之比)通常可取0.6～0.8，大大減輕了構(gòu)件自身的質(zhì)量。
文檔編號E04C3/34GK202831403SQ20122053016
公開日2013年3月27日 申請日期2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月16日
發(fā)明者姚諫, 盧哲剛, 金小群, 盛黎, 許平, 張行強 申請人:浙江樹人大學(xué), 浙江大學(xué)