本實(shí)用新型涉及一種具有減壓槽的纖維-鋼復(fù)合管混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于各類橋梁、建筑的柱型結(jié)構(gòu)，屬于土木工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(FRP)是由纖維材料與樹脂基體組成，具有很強(qiáng)的耐腐蝕能力，同時(shí)還有輕質(zhì)、高強(qiáng)、成型方便等優(yōu)點(diǎn)，它可與傳統(tǒng)材料(混凝土、鋼材、木材等)通過合理的組合形式共同受力。

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有很高的強(qiáng)度和良好的塑性，這主要得益于外部的鋼管對(duì)核心混凝土變形的約束作用。但是鋼管混凝土柱的鋼管不但要約束混凝土，而且還要承受豎向壓力，豎向壓力的存在降低了鋼管能夠?qū)炷两Y(jié)構(gòu)提供的約束能力。

傳統(tǒng)的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)傾向于加強(qiáng)鋼管與混凝土的整體性，例如通過剪力釘增強(qiáng)鋼管與核心混凝土的粘結(jié)或在鋼管內(nèi)部焊接螺紋鋼筋條提高鋼管和混凝土的粘結(jié)力，這些技術(shù)都使得鋼管更加側(cè)重于發(fā)揮豎向承載的作用，而不是環(huán)向約束作用。

鋼套混凝土結(jié)構(gòu)是將鋼管的端部截?cái)嗷蛘唛_孔，形成薄弱截面，以減小鋼管承受的豎向壓力，但由于鋼套管截?cái)嗷蛘唛_孔以后，澆筑混凝土?xí)r會(huì)出現(xiàn)漏漿，增加了施工難度，直接影響工程的應(yīng)用效果，而且簡(jiǎn)單地在鋼管表面開孔，鋼管由于其與核心混凝土的粘結(jié)與摩擦作用，其仍然承受很大的豎向應(yīng)力，且開槽處的鋼管無疑會(huì)提前屈曲，形成薄弱面。為此，如中國專利第“201220153717.6”號(hào)，公開了一種“切槽式鋼套管混凝土柱”，它是在鋼管混凝土柱的鋼管外壁上加工出多條圓形或螺旋形的凹槽后形成的一種承壓為主的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，但該結(jié)構(gòu)是通過在鋼管外壁切槽來增強(qiáng)對(duì)核心混凝土的約束作用，被切槽處的鋼管局部約束也會(huì)變小，且鋼管切槽加工難度大，不能一次性成型，導(dǎo)致成本費(fèi)用高，加工效率低，不適宜工程實(shí)踐。

為克服上述不足，本實(shí)用新型提出一種具有減壓槽的纖維-鋼復(fù)合管混凝土結(jié)構(gòu)，其充分利用了鋼管良好的延展性，通過預(yù)制的沖壓模具系統(tǒng)，一次性在鋼板上沖壓出一條或一條以上間隔布置的減壓槽，并進(jìn)一步在鋼管外表面粘結(jié)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)核心混凝土的約束并提供耐腐蝕保護(hù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種具有減壓槽的纖維-鋼復(fù)合管混凝土結(jié)構(gòu)，通過施工工藝的創(chuàng)新，一次性在鋼板上沖壓出一條或一條以上間隔布置的深度小于鋼板厚度的減壓槽，提高了工作效率，降低了建造成本，可作為澆筑混凝土的模板；通過構(gòu)造的創(chuàng)新，提高了纖維-鋼復(fù)合管對(duì)核心混凝土的橫向膨脹約束作用，提高了構(gòu)件的整體承載性。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：一種具有減壓槽的纖維-鋼復(fù)合管混凝土結(jié)構(gòu)，其特征在于該結(jié)構(gòu)由鋼管、界面層、核心混凝土、減壓槽、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料組成，將鋼板沖壓出減壓槽，減壓槽與鋼板的側(cè)邊l方向夾角呈0～60°，減壓槽深度大于鋼板厚度的80％且小于鋼板厚度，將具有一條或一條以上減壓槽的鋼板沿側(cè)邊l方向卷制焊接成鋼管，減壓槽朝向鋼管的內(nèi)部凹陷，在減壓槽內(nèi)嵌入填充條，填充條充滿減壓槽，外表面與鋼管的外表面齊平，采用手糊壓層工藝或纏繞工藝粘結(jié)一層或一層以上的浸漬樹脂的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，固化后形成纖維-鋼復(fù)合管，將纖維-鋼復(fù)合管立于基礎(chǔ)中，并將鋼管的內(nèi)表面清理干凈，在鋼管的內(nèi)表面均勻涂抹界面層，在鋼管內(nèi)部澆筑核心混凝土，養(yǎng)護(hù)成型。

在實(shí)施方法上，本實(shí)用新型包括以下步驟：

1)預(yù)先制作沖壓模具系統(tǒng)，包括下凹模和上凸模，下凹模作為沖壓時(shí)底板支撐，上凸模作為沖壓模具，下凹模開設(shè)有一條或一條以上間隔布置的凹陷槽口，凹陷槽口的槽口朝上，上凸模布置有與下凹模的凹陷槽口的位置、尺寸及數(shù)量相對(duì)應(yīng)的一條或一條以上凸棱條；

2)將鋼板水平放置于下凹模的上表面，再將上凸模放置于鋼板的上部，其凸棱條朝下，與下凹模的凹陷槽口相互對(duì)應(yīng)，沖壓機(jī)械施力于上凸模上表面，將鋼板沖壓出減壓槽，減壓槽與鋼板的側(cè)邊l方向夾角呈0～60°，減壓槽深度大于鋼板厚度的80％且小于鋼板厚度；

3)將具有一條或一條以上減壓槽的鋼板沿側(cè)邊l方向卷制焊接成鋼管，減壓槽朝向鋼管的內(nèi)部凹陷；

4)在減壓槽內(nèi)嵌入填充條，填充條充滿減壓槽，外表面與鋼管的外表面齊平；

5)將鋼管表面清理干凈，采用手糊壓層工藝或纏繞工藝粘結(jié)一層或一層以上的浸漬樹脂的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，固化后形成纖維-鋼復(fù)合管；

6)將纖維-鋼復(fù)合管立于基礎(chǔ)中，并將鋼管的內(nèi)表面清理干凈，在鋼管的內(nèi)表面均勻涂抹界面層；

7)在鋼管內(nèi)部澆筑核心混凝土，養(yǎng)護(hù)成型，即形成一種具有減壓槽的纖維-鋼復(fù)合管混凝土結(jié)構(gòu)。

所述的減壓槽寬度c的總和不小于構(gòu)件長度的2％，一條或一條以上減壓槽間隔布置于鋼管表面，一條以上減壓槽相互平行，布置間距s宜均勻，其截面形式是倒梯形、矩形、U形、半圓形中的一種。

所述的界面層采用潤滑油、聚四氟乙烯、石蠟、瀝青、瀝青砂漿中的一種。

所述的填充條為橡膠、瀝青砂漿、纖維增強(qiáng)塑料中的一種。

所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料為玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維中一種或其中幾種混雜而成，且纖維方向與構(gòu)件軸線方向夾角介于0～90°之間。

所述的結(jié)構(gòu)的截面形式是圓形、橢圓形、正方形、長方形、邊數(shù)大于等于5的等邊多邊形中的一種，其截面棱角可作一種倒角變換，倒角半徑R大于等于25mm。

所述的凸棱條、凹陷槽口的位置、尺寸及數(shù)量與減壓槽的位置、尺寸與數(shù)量相一致。

所述的核心混凝土宜采用自密實(shí)微膨脹混凝土，膨脹率為0.01％～0.04％。

在本實(shí)用新型的一種具有減壓槽的纖維-鋼復(fù)合管混凝土結(jié)構(gòu)中，通過預(yù)制的沖壓模具系統(tǒng)，可一次性在鋼板上沖壓出一條或一條以上間隔布置的減壓槽，簡(jiǎn)化了加工工藝，提高了加工效率，由于沖壓模具系統(tǒng)可多次重復(fù)利用，降低了工程造價(jià)；由于采用了沖壓工藝而不是切削工藝形成減壓槽，減壓槽的形成未削弱減壓槽位置處的鋼管材料，未減小減壓槽處的環(huán)向約束效應(yīng)。由于控制減壓槽的深度小于鋼管厚度，鋼管在減壓槽處沒有被壓斷，因此在施工時(shí)不會(huì)漏漿，可直接作為施工現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制混凝土構(gòu)件的模板；間隔布置的減壓槽隔斷了豎向荷載在鋼管的豎向傳遞，同時(shí)在鋼管內(nèi)表面涂抹界面層，使得鋼管與核心混凝土之間的粘結(jié)與摩擦力大大減小，進(jìn)一步避免或減小了鋼管所承受的豎向荷載作用；減壓槽內(nèi)嵌入的填充條為單向材料，不會(huì)傳遞豎向應(yīng)力。在本實(shí)用新型的一種具有減壓槽的纖維-鋼復(fù)合管混凝土結(jié)構(gòu)中，減壓槽寬度c的總和不小于構(gòu)件長度的2％，為構(gòu)件提供受壓過程中足夠的豎向變形空間；在鋼管外表面粘結(jié)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)核心混凝土的約束并提供耐腐蝕保護(hù)。

本實(shí)用新型適用于新建結(jié)構(gòu)中的樁、柱、橋墩等以受豎向荷載為主的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)加工工藝簡(jiǎn)單、效率高，工程造價(jià)低。

(2)消除了約束材料的豎向受力，避免了復(fù)合管過早的局部屈曲。

(3)材料發(fā)揮效率高，結(jié)構(gòu)承載力高、延性好。

(4)最大程度的發(fā)揮了鋼、復(fù)合材料、混凝土組合作用的綜合性能。

附圖說明：

圖1是一種具有減壓槽的纖維-鋼復(fù)合管混凝土結(jié)構(gòu)制作方法的工藝流程圖；

圖2是待沖壓減壓槽的鋼板示意圖；

圖3是沖壓模具系統(tǒng)示意圖；

圖4是采用沖壓模具系統(tǒng)沖壓鋼板制作減壓槽的示意圖；

圖5A是具有一條以上間隔布置的水平式減壓槽鋼板示意圖；

圖5B是具有一條以上間隔布置的傾斜式減壓槽鋼板示意圖；

圖6A是圓形截面具有一條以上間隔布置的水平式減壓槽鋼管示意圖；

圖6B是圓形截面具有一條以上間隔布置的傾斜式減壓槽鋼管示意圖；

圖7是減壓槽內(nèi)嵌入填充條后具有減壓槽鋼管的縱斷面示意圖；

圖8是鋼管外部粘結(jié)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料形成具有減壓槽的纖維-鋼復(fù)合管的縱斷面圖；

圖9是一種具有減壓槽的纖維-鋼復(fù)合管立于基礎(chǔ)并涂抹界面層的縱斷面示意圖；

圖10是澆筑核心混凝土并養(yǎng)護(hù)成型示意圖；

圖11A是矩形截面減壓槽局部示意圖；

圖11B是倒梯形截面減壓槽局部示意圖；

圖11C是U形截面減壓槽局部示意圖；

圖11D是半圓形截面減壓槽局部示意圖；

圖12是圓形截面的具有減壓槽的纖維-鋼復(fù)合管混凝土結(jié)構(gòu)橫斷面示意圖；

圖13是橢圓形截面的具有減壓槽的纖維-鋼復(fù)合管混凝土結(jié)構(gòu)橫斷面示意圖；

圖14是倒圓角正方形截面的具有減壓槽的纖維-鋼復(fù)合管混凝土結(jié)構(gòu)橫斷面示意圖；

圖15是倒圓角長方形截面的具有減壓槽的纖維-鋼復(fù)合管混凝土結(jié)構(gòu)橫斷面示意圖；

圖16是圓端形截面的具有減壓槽的纖維-鋼復(fù)合管混凝土結(jié)構(gòu)橫斷面示意圖；

圖17是倒圓角多邊形截面的具有減壓槽的纖維-鋼復(fù)合管混凝土結(jié)構(gòu)橫斷面示意圖。

在附圖1～附圖17中，1為鋼管；2為界面層；3為核心混凝土；4為減壓槽；5為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料；6為纖維-鋼復(fù)合管；7為沖壓模具系統(tǒng)；8為鋼板；41為填充條；71為下凹模；72為上凸模；711為凹陷槽口；721為凸棱條。

具體實(shí)施方式：

為了對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式。本實(shí)用新型提供一種具有減壓槽的纖維-鋼復(fù)合管混凝土結(jié)構(gòu)，其特征在于該結(jié)構(gòu)由鋼管1、界面層2、核心混凝土3、減壓槽4、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料5組成，將鋼板8沖壓出減壓槽4，減壓槽4與鋼板8的側(cè)邊l方向夾角呈0～60°，減壓槽4深度大于鋼板8厚度的80％且小于鋼板8厚度，將具有一條或一條以上減壓槽4的鋼板8沿側(cè)邊l方向卷制焊接成鋼管1，減壓槽4朝向鋼管1的內(nèi)部凹陷，在減壓槽4內(nèi)嵌入填充條41，填充條41充滿減壓槽4，外表面與鋼管1的外表面齊平，采用手糊壓層工藝或纏繞工藝粘結(jié)一層或一層以上的浸漬樹脂的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料5，固化后形成纖維-鋼復(fù)合管6，將纖維-鋼復(fù)合管6立于基礎(chǔ)中，并將鋼管1的內(nèi)表面清理干凈，在鋼管1的內(nèi)表面均勻涂抹界面層2，在鋼管1內(nèi)部澆筑核心混凝土3，養(yǎng)護(hù)成型。

在實(shí)施方法上，本實(shí)用新型包括以下步驟：

1)預(yù)先制作沖壓模具系統(tǒng)7，如圖3所示，包括下凹模71和上凸模72，下凹模71作為沖壓時(shí)底板支撐，上凸模72作為沖壓模具，下凹模71開設(shè)有一條或一條以上間隔布置的凹陷槽口711，凹陷槽口711的槽口朝上，上凸模72布置有與下凹模71的凹陷槽口711的位置、尺寸及數(shù)量相對(duì)應(yīng)的一條或一條以上凸棱條721；

2)將鋼板8水平放置于下凹模71的上表面，再將上凸模72放置于鋼板8的上部，其凸棱條721朝下，與下凹模71的凹陷槽口711相互對(duì)應(yīng)，如圖4所示，沖壓機(jī)械施力于上凸模72上表面，將鋼板8沖壓出減壓槽4，減壓槽4與鋼板8的側(cè)邊l方向夾角呈0～60°，當(dāng)減壓槽4與鋼板8的側(cè)邊l方向夾角呈0°時(shí)，如圖5A所示，當(dāng)減壓槽4與鋼板8的側(cè)邊l方向夾角呈30°時(shí)，如圖5B所示；減壓槽4深度大于鋼板8厚度的80％且小于鋼板8厚度；

3)將具有一條或一條以上減壓槽4的鋼板8沿側(cè)邊l方向卷制焊接成鋼管1，減壓槽4朝向鋼管1的內(nèi)部凹陷；

4)在減壓槽4內(nèi)嵌入填充條41，填充條41充滿減壓槽4，外表面與鋼管1的外表面齊平；

5)將鋼管1表面清理干凈，采用手糊壓層工藝或纏繞工藝粘結(jié)一層或一層以上的浸漬樹脂的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料5，固化后形成纖維-鋼復(fù)合管6；

6)將纖維-鋼復(fù)合管6立于基礎(chǔ)中，并將鋼管1的內(nèi)表面清理干凈，在鋼管1的內(nèi)表面均勻涂抹界面層2；

7)在鋼管1內(nèi)部澆筑核心混凝土3，養(yǎng)護(hù)成型，即形成一種具有減壓槽的纖維-鋼復(fù)合管混凝土結(jié)構(gòu)。

所述的減壓槽4寬度c的總和不小于構(gòu)件長度的2％，一條或一條以上減壓槽4間隔布置于鋼管1表面，一條以上減壓槽4相互平行，布置間距s宜均勻，其截面形式是倒梯形、矩形、U形、半圓形中的一種。

所述的界面層2采用潤滑油、聚四氟乙烯、石蠟、瀝青、瀝青砂漿中的一種。

所述的填充條41為橡膠、瀝青砂漿、纖維增強(qiáng)塑料中的一種。

所述的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料5為玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維中一種或其中幾種混雜而成，且纖維方向與構(gòu)件軸線方向夾角介于0～90°之間。

所述的結(jié)構(gòu)的截面形式是圓形、橢圓形、正方形、長方形、邊數(shù)大于等于5的等邊多邊形中的一種，其截面棱角可作一種倒角變換，倒角半徑R大于等于25mm。

所述的凸棱條721、凹陷槽口711的位置、尺寸及數(shù)量與減壓槽4的位置、尺寸與數(shù)量相一致。

所述的核心混凝土3宜采用自密實(shí)微膨脹混凝土，膨脹率為0.01％～0.04％。

圖12～圖17分別是圓形截面、橢圓形截面、倒圓角正方形截面、倒圓角長方形截面、圓端形截面、倒圓角多邊形截面的具有減壓槽的纖維-鋼復(fù)合管混凝土結(jié)構(gòu)橫斷面示意圖。