混雜frp管高強(qiáng)鋼筋活性粉末混凝土柱及制備方法
【專利摘要】混雜FRP管高強(qiáng)鋼筋活性粉末混凝土柱及制備方法，屬于建筑領(lǐng)域。包括混雜FRP管和填充混雜FRP管內(nèi)的活性粉末混凝土，所述的混雜FRP管內(nèi)的活性粉末混凝土內(nèi)設(shè)有箍筋和縱向高強(qiáng)鋼筋，箍筋纏繞在縱向高強(qiáng)鋼筋外形成一個(gè)鋼筋籠子，鋼筋籠子與混雜FRP管之間有空隙，該構(gòu)件與傳統(tǒng)鋼管高強(qiáng)混凝土組合柱、單一纖維FRP管高強(qiáng)混凝土相比，可提高承載力、變形能力、抗震性能和耐久性。該發(fā)明適用于混凝土組合柱結(jié)構(gòu)【技術(shù)領(lǐng)域】，既可用于新建結(jié)構(gòu)，也可以用于對活性粉末混凝土組合柱的加固提升工程。
【專利說明】混雜FRP管高強(qiáng)鋼筋活性粉末混凝土柱及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種混雜FRP管高強(qiáng)鋼筋活性粉末混凝土(RPC)組合柱及制備方法，適用于混凝土組合柱結(jié)構(gòu)【技術(shù)領(lǐng)域】，屬于建筑領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]FRP管采用濕法纏繞成型，由牽引輪將經(jīng)過聚酯樹脂浸泡后的連續(xù)纖維絲束引到小車上，使纖維與芯軸搭接，隨著芯模轉(zhuǎn)動，小車往復(fù)運(yùn)動，纖維絲均勻布滿芯模表面，由計(jì)算機(jī)控制纖維纏繞角，確保纖維纏繞不重疊、不離縫，將制作好的FRP管在工廠切割成指定的長度。
[0003]FRP管約束RPC，形成了一種新型組合柱:混雜FRP管活性粉末混凝土柱。
[0004]RPC由水泥、石英砂、娃粉、聞效減水劑等組成，是繼聞強(qiáng)、聞性能混凝土之后，研制出的一種高強(qiáng)度、高韌性、高耐久的超高強(qiáng)混凝土。其基本配制原理是:通過提高組分的細(xì)度與活性、最大程度地減少材料內(nèi)部的缺陷，以獲得超高強(qiáng)度與高耐久性。但未摻微細(xì)鋼纖維的RPC脆性大、變形能力差，在高應(yīng)力或復(fù)雜受力狀態(tài)下，易產(chǎn)生爆裂性脆性破壞，其安全性大大降低。摻入纖維，雖然在一定程度上改善了 RPC的韌性，但脆性仍然較大，影響了其在實(shí)際工程中的應(yīng)用。為解決RPC變形能力不足、易發(fā)生脆性破壞的問題，國內(nèi)外學(xué)者采用鋼管約束活性粉末混凝土，提高延性，防止RPC發(fā)生脆性破壞。但由于鋼的泊松比大于RPC的初始泊松比，所以鋼管活性粉末混凝土構(gòu)件在加載初期，約束力小，出現(xiàn)RPC和鋼管的脫離的現(xiàn)象。
[0005]為了克服鋼管約束RPC存在的問題，人們提出單一 FRP約束RPC的設(shè)計(jì)思路，用單一的FRP約束RPC雖然提高了韌性和承載力，但由于單一 FRP的拉伸-變形為直線的，破壞屬于脆性，破壞突然。
[0006]采用混雜纖維制備的FRP，具有偽屈服現(xiàn)象，即具有應(yīng)變硬化特征、多級延性破壞、延性高等特點(diǎn)，類似于鋼材一樣的屈服，且有應(yīng)變硬化特點(diǎn)，可以克服單一 FRP約束RPC的不足，實(shí)現(xiàn)了不但可以提高柱承載力、變形能力，而且可以提高組合柱耐久性。如果用混雜FRP管代單一 FRP，將RPC灌入混雜FRP管內(nèi)形成混雜FRP管活性粉末混凝土構(gòu)件，混雜FRP管不但能夠更加有效地約束內(nèi)部RPC，防止RPC發(fā)生脆性破壞，顯著改善其變形性能，而且可以提高結(jié)構(gòu)耐久性；相比鋼管RPC，F(xiàn)RP管RPC自重降低。另外混雜FRP約束RPC是可以按照設(shè)計(jì)者的意圖調(diào)整混雜纖維品種、比例和纏繞方向，最大限度的發(fā)揮混雜FRP的約束效果，使得FRP的彈性模量、泊松比、強(qiáng)度和約束力、變形能力等按照設(shè)計(jì)要求制備?；祀sFRP管可以在加載初期就對內(nèi)部RPC進(jìn)行有效地約束。同時(shí)，F(xiàn)RP管還可以作為RPC的保護(hù)外殼，提高結(jié)構(gòu)耐久性。因此，混雜FRP管活性粉末混凝土柱比鋼管活性粉末混凝土柱和單一 FRP約束RPC柱，具有更高的強(qiáng)度、更好的變形性能和抗震性能，可用在鹽度大、濕度高等不利環(huán)境下。
[0007]混雜FRP管混凝土構(gòu)件是一種十分合理的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，外圍的混雜FRP管既可以有效地約束核心混凝土，提高承載力和變形能力；又可以保護(hù)核心RPC，提高結(jié)構(gòu)耐久性；還可以用作施工時(shí)的模板，加快施工速度，縮短工期。
[0008]混雜FRP管活性粉末混凝土柱具有特點(diǎn):RPC是一種超高強(qiáng)材料；另外，混雜FRP管對核心RPC產(chǎn)生約束，使核心RPC處于三向受力狀態(tài)，更增強(qiáng)了構(gòu)件的承載力。FRP管是核心RPC的保護(hù)外殼，F(xiàn)RP管具有良好的耐腐蝕性，F(xiàn)RP管RPC構(gòu)件可用在鹽度大、濕度高等不利環(huán)境下，從而解決了鋼管混凝土構(gòu)件的腐蝕問題?；祀sFRP管不但具有極強(qiáng)的套箍作用，而且具有良好的變形性能，能顯著降低核心RPC的脆性，顯著改善了活性粉末混凝土的變形能力和耗能能力，大幅度提高柱的延性和滯回特性，使得混雜FRP管活性粉末混凝土柱具有良好的抗震性能。
[0009]因此，混雜FRP管活性粉末混凝土柱綜合了混雜FRP管混凝土柱和鋼管活性混凝土柱的優(yōu)點(diǎn)，具有很高的承載力、良好的變形性能及耐腐蝕性能，將在橋梁、超高層建筑、大跨結(jié)構(gòu)等工程，或在海洋環(huán)境、受化學(xué)腐蝕的結(jié)構(gòu)工程中具有推廣應(yīng)用價(jià)值。
[0010]混雜FRP管活性粉末混凝土組合柱是活性粉末混凝土與混雜FRP管的有機(jī)結(jié)合?；祀sFRP管使核心活性粉末混凝土處于三向受力狀態(tài)，從而提高混凝土強(qiáng)度、變形，防止RPC發(fā)生脆性破壞?；祀sFRP管約束不僅可以提高混凝土組合柱承載力和耐久性，而且延性好的混雜FRP管可以提高柱延性和抗震耗能?；祀sFRP管活性粉末混凝土組合柱可以用于新建結(jié)構(gòu)，也可以用于對混凝土組合柱的加固提升工程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于提供了一種混雜FRP管高強(qiáng)鋼筋RPC柱，該構(gòu)件與傳統(tǒng)鋼管高強(qiáng)混凝土組合柱、單一纖維FRP管RPC柱相比，可提高承載力、變形能力和抗震性能。
[0012]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案:
[0013]本發(fā)明包括混雜FRP管和填充在混雜FRP管中的活性粉末混凝土。
[0014]所述的混雜FRP管內(nèi)的活性粉末混凝土內(nèi)設(shè)有箍筋和縱向高強(qiáng)鋼筋，高強(qiáng)鋼筋優(yōu)選HRB500或HRB600 ;箍筋纏繞在縱向高強(qiáng)鋼筋外形成一個(gè)鋼筋籠子，鋼筋籠子與混雜FRP管之間有空隙，優(yōu)選鋼筋籠子與混雜FRP管平行同軸。
[0015]所述的混雜FRP管為采用纖維布纏繞制備而成，混雜FRP管優(yōu)選多種纖維布形成層間混雜。纖維布為雙向纖維布。雙向纖維布夾角為多種。
[0016]纖維布優(yōu)選雙向碳纖維布、芳綸纖維布、高強(qiáng)玻璃纖維布、玄武巖纖維布。進(jìn)一步優(yōu)選的內(nèi)層為碳纖維，外層為芳綸纖維。
[0017]所述的混凝土柱體截面的形狀為圓形(見圖1)、橢圓形(見圖2)。
[0018]混雜FRP管高強(qiáng)鋼筋活性粉末混凝土柱的制備方法，具體制作步驟包括如下:
[0019]I)按照設(shè)計(jì)要求用纏繞工藝在工廠制備好混雜FRP管；
[0020]2)將FRP管作為模板；
[0021]3)將綁扎好的箍筋和縱向高強(qiáng)鋼筋形成的鋼筋籠子放入FRP管內(nèi)；
[0022]4)在管內(nèi)澆筑活性粉末混凝土，并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。
[0023]混雜FRP管活性粉末混凝土柱繼承并整合了活性粉末混凝土與混雜FRP管約束的優(yōu)點(diǎn):
[0024]該組合柱中采用混雜FRP管約束混凝土，內(nèi)置高強(qiáng)鋼筋，提高柱子承載力、延性和抗震耗能，且混雜纖維管約束效果優(yōu)于單一纖維FRP管，構(gòu)件外層的混雜FRP管對構(gòu)件具有保護(hù)作用，延長了混凝土的耐久性，從而增加了構(gòu)件的使用年限。
[0025]混雜FRP管活性粉末混凝土組合柱通過混雜FRP、活性粉末混凝土和高強(qiáng)鋼筋的合理搭配，充分利用了各類材料的性能，增加了材料的利用率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1圓形混雜FRP管約束活性粉末混凝土柱示意圖；
[0027]圖2橢圓形混雜FRP管活性粉末混凝土柱示意圖；
[0028]圖3實(shí)施例1的截面示意圖；
[0029]圖4實(shí)施例1的斷面示意圖；
[0030]圖5實(shí)施例2的截面示意圖；
[0031]圖6實(shí)施例2的斷面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
[0033]實(shí)施例1:
[0034]現(xiàn)對本發(fā)明作進(jìn)一步說明:首先按照設(shè)計(jì)要求工廠制備混雜FRP管；綁扎縱向鋼筋和箍筋，將綁扎好的鋼筋籠子放入FRP管，在FRP管內(nèi)澆筑活性粉末混凝土。
[0035]本實(shí)施例中的柱體采用直徑350mm的圓柱，柱體長度為2.lm。
[0036]8根HRB500縱筋，直徑20mm，沿圓周均勻布置。螺旋箍筋的間距200mm，直徑8mm。
[0037]活性粉末混凝土抗壓強(qiáng)度150MPa。
[0038]3層混雜FRP材料形成混雜FRP管，混雜方式為層間混雜，由內(nèi)向外包裹I層碳纖維布、I層玻璃纖維布和I層芳綸纖維布，截面示意圖見圖3，斷面示意圖見圖4。其中碳纖維布厚度0.167mm,抗拉強(qiáng)度4420MPa，彈性模量2.0X IO5MPa,延伸率1.7% ;芳綸纖維布厚
0.21mm，抗拉強(qiáng)度3420MPa，彈性模量1.8 X IO5MPa,延伸率2.9% ;玻璃纖維布厚度0.18mm,抗拉強(qiáng)度3000MPa，彈性模量0.51 X IO5MPa,延伸率3.2%。
[0039]纖維布纏繞角度為+55°。
[0040]FRP管壁厚度為40mm。
[0041]采用實(shí)例I的材料和構(gòu)件，在壓彎下，混雜FRP管約束活性粉末混凝土的承載力相對于單一玻璃纖維管，提高52.8%，抗彎變形能力提高179.6%。
[0042]實(shí)施例2:
[0043]除了混雜FRP管不同于實(shí)施例1以夕卜，其余相同。見圖5和6。
[0044]4種混雜纖維形成混雜FRP管，混雜方式為層間混雜，由內(nèi)向外依次為包裹I層碳纖維布、I層玄武巖纖維、I層玻璃纖維布和I層芳綸纖維布。其中碳纖維厚度0.2mm,抗拉強(qiáng)度4420MPa，彈性模量2.0X IO5MPa,延伸率1.7% ;芳綸纖維布0.22mm,抗拉強(qiáng)度3420MPa，彈性模量1.8 X IO5MPa,延伸率2.9% ;玄武巖纖維厚度0.22mm，抗拉強(qiáng)度2420MPa，彈性模量1.0 X IO5MPa,延伸率2.4% ;玻璃纖維布厚度0.18mm,抗拉強(qiáng)度3000MPa，彈性模量
0.51 X IO5MPa,延伸率 3.2%。
[0045]纖維布纏繞角度為+55°。
[0046]FRP管壁厚度為40mm。[0047]最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.混雜FRP管高強(qiáng)鋼筋活性粉末混凝土柱，其特征在于，包括混雜FRP管和填充在混雜FRP管中的活性粉末混凝土 ； 所述的混雜FRP管內(nèi)的活性粉末混凝土內(nèi)設(shè)有箍筋和縱向高強(qiáng)鋼筋，箍筋纏繞在縱向高強(qiáng)鋼筋外形成一個(gè)鋼筋籠子，鋼筋籠子與混雜FRP管之間有空隙； 所述的混雜FRP管為采用雙向纖維布纏繞制備而成，混雜FRP管優(yōu)選多種纖維布形成層間混雜；纖維布為雙向纖維布，纖維布優(yōu)選雙向碳纖維布、芳綸纖維布、高強(qiáng)玻璃纖維布、玄武巖纖維布。
2.按照權(quán)利要求1的混雜FRP管高強(qiáng)鋼筋活性粉末混凝土柱，其特征在于，內(nèi)層為碳纖維布，外層為芳綸纖維布。
3.按照權(quán)利要求1的混雜FRP管高強(qiáng)鋼筋活性粉末混凝土柱，其特征在于，高強(qiáng)鋼筋優(yōu)選 HRB500 或 HRB600。
4.按照權(quán)利要求1的混雜FRP管高強(qiáng)鋼筋活性粉末混凝土柱，其特征在于，優(yōu)選鋼筋籠子與混雜FRP管平行同軸。
5.按照權(quán)利要求1的混雜FRP管高強(qiáng)鋼筋活性粉末混凝土柱，其特征在于，所述的混凝土柱體截面的形狀為圓形、橢圓形。
6.制備權(quán)利要求1-5所述的任一一種混雜FRP管高強(qiáng)鋼筋活性粉末混凝土柱的方法，其特征在于，包括如下: O按照設(shè)計(jì)要求用纏繞工藝制備好混雜FRP管； 2)將混雜FRP管作為模板； 3)將綁扎好的箍筋和縱向高強(qiáng)鋼筋形成的鋼筋籠子放入FRP管內(nèi)； 4)在管內(nèi)澆筑活性粉末混凝土，并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。
【文檔編號】E04C3/34GK103669725SQ201310421734
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】鄧宗才 申請人:北京工業(yè)大學(xué)