專利名稱：一種纖維增強塑料-鋼復合管約束鋼筋高強混凝土柱的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于一種土木工程結構構件，特別涉及一種鋼筋高強混凝土柱，尤其適用 于海洋、潮濕和鹽堿地等惡劣環(huán)境下的高層建筑、橋梁工程、地下工程及港口工程等。
背景技術：
高強混凝土具有強度高、變形小和耐久性好等優(yōu)點，能適應現(xiàn)代工程結構向大跨、 重載和高聳發(fā)展的需要，混凝土的高強化是現(xiàn)代混凝土結構發(fā)展的重要趨勢。在高層結構 中采用高強混凝土框架柱，可以有效的減少柱子截面，增加房屋的使用面積，提高框架柱的 抗震性能等優(yōu)點。優(yōu)越的性能使得高強混凝土的應用范圍不斷擴大。然而，高強混凝土也有其致命的弱點，那就是高強混凝土的延性很差，很容易產生 脆性破壞。而且，我國80%的國土面積屬于抗震設防區(qū)(6度以上)，特別是高層建筑結構集 中的城市，絕大多數處于抗震設防區(qū)，部分還處于高烈度地區(qū)，不宜采用高強混凝土結構。 我國的《混凝土結構設計規(guī)范GB 50010》規(guī)定當設防烈度為9度時，混凝土強度等級不宜 超過C60，當設防烈度為8度時，混凝土強度等級不宜超過C70。這些規(guī)定限制了高強混凝 土在地震區(qū)高層結構中的應用。目前工程中通常采用密排箍筋高強混凝土柱的結構形式來提高高強混凝土柱的 抗震性能。然而，密排箍筋高強混凝土柱存有以下不足1.軸壓比限值低。對于密排箍筋高強混凝土柱，隨著箍筋加密，抗震性能增加，軸 壓比限值有所增大。但我國的抗震設計規(guī)范中給出了混凝土強度等級為C60以下時鋼筋混 凝土框架柱較低的軸壓比限值，而對于混凝土強度等級為C60以上時卻沒有給出軸壓比限 值，其軸壓比限值將更低。軸壓比限值較低，將導致混凝土柱的截面不能有效地減小，柱子 長細比增大不明顯，抗震性能的提高不明顯。2.地震荷載作用下易產生保護層脫落和縱筋失穩(wěn)，承載力降低，震后難修復。密排 箍筋高強混凝土柱在地震荷載作用下容易產生保護層脫落和縱筋失穩(wěn)的現(xiàn)象，導致承載力 降低，抗震性能較差，且震后難以修復。3.抗剪承載力低，不能保證柱子的破壞模式為“強剪弱彎”。對于密排箍筋高強混 凝土柱，當配箍率達到一定限值時，繼續(xù)增加配箍率，卻不能繼續(xù)提高柱子的抗剪強度，因 此對于密排箍筋高強混凝土柱無法隨意達到柱子的“強剪弱彎”要求。4.施工麻煩。普通密排箍筋高強混凝土柱在施工過程中的箍筋綁扎量很大；在混 凝土的澆筑過程中，由于箍筋很密，混凝土的振搗難度較大。為了克服密排箍筋高強混凝土柱的上述不足，在鋼筋高強混凝土柱中引入鋼管， 形成鋼管高強混凝土柱可提高鋼筋高強混凝土柱的軸壓比限值，使鋼筋高強混凝土柱在 應用中不再限制軸壓比；可提高鋼筋高強混凝土柱的抗震性能，使鋼筋高強混凝土柱能夠 在高烈度地震區(qū)的高層結構中應用；可提高抗剪能力，滿足“強剪弱彎”的要求；可保護鋼 筋高強混凝土柱的保護層，阻止縱筋失穩(wěn)的過早出現(xiàn)；可減少箍筋的用量，降低施工難度。然而，鋼管高強混凝土柱卻存在著鋼管易屈曲、用鋼量大、與鋼筋混凝土梁連接麻煩、施工難度大等問題。為了解決鋼管高強混凝土柱的上述問題，可采用鋼管約束鋼筋高強混凝土柱，即 其外包鋼管不再承受豎向荷載(不承受軸力和彎矩)，只對核心鋼筋高強混凝土柱提供橫 向的約束作用并承受水平剪力。鋼管約束鋼筋高強混凝土柱所帶來的效果是由于外包鋼 管不再承受豎向荷載，因此用鋼量會減少，同時也改善了鋼管容易屈曲的問題；由于外包鋼 管在柱子兩端末處斷開，于是解決了與鋼筋混凝土梁連接麻煩、施工難度大的問題。然而，在海洋、潮濕和鹽堿地等惡劣環(huán)境中應用鋼管高強混凝土柱和鋼管約束鋼 筋高強混凝土柱時，其外包鋼管都需要刷防腐涂料或采用特殊的防腐蝕措施，這樣極大地 增加了工程造價和技術難度，同時后期維護費用也比較高。因此，亟須要發(fā)展低成本、高耐 久性的高強混凝土柱結構。

發(fā)明內容
為了克服現(xiàn)有密排箍筋高強混凝土柱、鋼管高強混凝土柱和鋼管約束鋼筋高強混 凝土柱的上述缺點和不足，本發(fā)明要設計一種具有抗震性能好、施工方便和高耐久性，特別 適用于海洋、潮濕和鹽堿地等惡劣環(huán)境下的高層建筑、橋梁工程、地下工程及港口工程等的 纖維增強塑料-鋼復合管約束鋼筋高強混凝土柱。本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)一種纖維增強塑料-鋼復合管約束鋼筋高強混凝土柱，包括縱筋、箍筋和高強混 凝土，還包括纖維增強塑料-鋼復合管，所述的縱筋沿柱子高度方向布設，在縱筋的高度方 向上套設有環(huán)向箍筋，在箍筋外沿柱子高度方向套設有纖維增強塑料-鋼復合管，所述的 纖維增強塑料-鋼復合管由作為內壁的鋼管和作為外壁的纖維增強塑料管復合而成，纖維 增強塑料-鋼復合管內澆筑實心高強混凝土，纖維增強塑料-鋼復合管在柱子兩端末處斷 開。本發(fā)明所述的纖維增強塑料-鋼復合管為圓管、方管或矩形管。本發(fā)明所述的纖維增強塑料是玻璃纖維增強塑料、碳纖維增強塑料、玄武巖纖維 增強塑料或芳綸纖維增強塑料。本發(fā)明所述的纖維增強塑料是玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維和芳綸纖維這四種 纖維按一定比例混雜的混合纖維增強塑料。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的核心是采用纖維增強塑料-鋼復合管替換鋼管來約束 鋼筋高強混凝土柱，提高鋼管約束鋼筋高強混凝土柱的耐久性能，且其外包復合管不承受 軸向荷載，只對核心鋼筋高強混凝土柱提供橫向的約束作用并承受水平剪力。本發(fā)明與密排箍筋高強混凝土柱相比，具有以下優(yōu)點和效果 1、纖維增強塑料-鋼復合管約束鋼筋高強混凝土柱可不限制軸壓比。由于纖維增 強塑料-鋼復合管對高強混凝土的有效約束作用，鋼筋高強混凝土柱在高軸壓比條件下的 破壞模式發(fā)生了質的改變，由脆性破壞轉化為延性破壞，顯著提高了鋼筋高強混凝土柱的 抗震性能，使鋼筋高強混凝土柱在應用中不再受限于軸壓比，即在高軸壓比條件下鋼筋高 強混凝土柱依然具有良好的抗震性能。 2、防止地震荷載作用下高強混凝土保護層剝落和縱筋失穩(wěn)，震后易修復。地震荷 載作用下，鋼筋高強混凝土柱的端部混凝土被壓潰、縱筋失穩(wěn)，震后很難修復；而復合管的約束能夠有效地防止混凝土保護層脫落和縱筋失穩(wěn)，震后易修復。3、抗剪承載力高。由于纖維增強塑料-鋼復合管在柱子的最外層連續(xù)布設，因此 復合管可作為高強混凝土柱的腹板來抵抗水平剪力。當縱筋配筋率增大時，復合管可隨意 加厚以保證柱子“強剪弱彎”的要求。4、施工方便，降低模板用量。在纖維增強塑料-鋼復合管約束鋼筋高強混凝土柱 中，箍筋只需要按照構造措施設立架立鋼筋即可，因此減少了箍筋綁扎的工作量，箍筋的間 距增大也有利于混凝土的振搗；而且復合管還可作為混凝土施工的永久模板，減少了模板 的用量和施工量。5、耐久性能好。由于纖維增強塑料具有優(yōu)異的耐久性能，因此纖維增強塑料-鋼 復合管約束鋼筋高強混凝土柱的耐久性能良好。本發(fā)明與鋼管高強混凝土柱相比，具有以下優(yōu)點和效果1、防止鋼管屈曲。對于纖維增強塑料-鋼復合管約束鋼筋高強混凝土柱，由于復 合管不承受縱向荷載，而且纖維增強塑料外包層還對鋼管提供約束，因此避免了鋼管的屈 曲問題。2、用鋼量低。達到相同的抗震效果，纖維增強塑料-鋼復合管約束鋼筋高強混凝 土柱的用鋼量低于鋼管高強混凝土柱。3、與鋼筋混凝土梁連接方便，降低施工難度。因纖維增強塑料-鋼復合管在連接 處斷開，在與鋼筋混凝土梁連接時，纖維增強塑料-鋼復合管約束鋼筋高強混凝土柱仍可 看作普通鋼筋混凝土構件，因此幾乎可直接采用普通鋼筋混凝土結構連接節(jié)點的設計和施 工方法，降低了施工難度，也有利于這一新結構形式的推廣。4、耐久性能好。由于纖維增強塑料具有優(yōu)異的耐久性能，因此纖維增強塑料-鋼 復合管約束鋼筋高強混凝土柱的耐久性能良好。本發(fā)明與鋼管約束鋼筋高強混凝土柱相比，具有以下優(yōu)點和效果1、耐久性能好。由于纖維增強塑料具有優(yōu)異的耐久性能，在鋼管外表面復合纖維 增強塑料管，使纖維增強塑料-鋼復合管約束鋼筋高強混凝土柱具有良好的耐久性能，特 別適用于海洋、潮濕和鹽堿地等惡劣環(huán)境下的工程應用。2、纖維增強塑料管的外包約束不僅能減少鋼管的用鋼量，還可有效延緩鋼管焊縫 的開裂等破壞形式。


本發(fā)明共有附圖7張，其中圖1為本發(fā)明的結構示意圖。圖2為本發(fā)明的圓形結構鋼筋骨架示意圖。圖3為本發(fā)明的圓形結構示意圖。圖4為本發(fā)明的方形結構鋼筋骨架示意圖。圖5為本發(fā)明的方形結構示意圖。圖6為本發(fā)明的矩形結構鋼筋骨架示意圖。圖7為本發(fā)明的矩形結構示意圖。圖中1、縱筋；2、箍筋；3、高強混凝土 ；4、鋼管；5、纖維增強塑料管。
具體實施例方式下面參照附圖對本發(fā)明進行詳細說明。本發(fā)明的纖維增強塑料-鋼復合管約束鋼筋高強混凝土柱是由縱筋1、箍筋2、高 強混凝土 3和纖維增強塑料-鋼復合管組成，其中柱截面可分為圓形、方形和矩形結構。實施例1如圖1-3所示，本發(fā)明給出的纖維增強塑料-鋼復合管約束鋼筋高強混凝土柱截 面為圓形結構，主要由縱筋1、箍筋2、高強混凝土 3和圓形纖維增強塑料-鋼復合管組成。 本實施例的具體制作方法如下A、縱筋1沿柱子高度方向布設；B、在縱筋1的高度方向上套設有環(huán)向箍筋2 ；C、在箍筋2外沿柱子高度方向套設有纖維增強塑料-鋼復合管，復合管在柱子兩 端末處斷開，該復合管由作為內壁的鋼管4和作為外壁的纖維增強塑料管5復合而成，鋼管 4由鋼板焊接而成，纖維增強塑料管5由纏繞工藝制作，將鋼管4作為纏繞模具，采用連續(xù)纖 維紗經纏繞工藝制作纖維增強塑料管5，所用纖維是玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維、芳綸纖 維或這四種纖維按一定比例混雜的混合纖維；D、纖維增強塑料-鋼復合管內澆筑實心高強混凝土 3，混凝土宜采用標號大于C60 的高強混凝土 3。實施例2如圖4和5所示，本發(fā)明的這種纖維增強塑料-鋼復合管約束鋼筋高強混凝土柱 截面為方形結構，主要由縱筋1、箍筋2、高強混凝土 3和方形纖維增強塑料-鋼復合管組 成，其具體制作方法與實施例1相同。實施例3如圖6和7所示，本發(fā)明的這種纖維增強塑料-鋼復合管約束鋼筋高強混凝土柱 截面為矩形結構，主要由縱筋1、箍筋2、高強混凝土 3和矩形纖維增強塑料-鋼復合管組 成，其具體制作方法與實施例1相同。由于纖維增強塑料-鋼復合管在柱子兩端末斷開，本發(fā)明的纖維增強塑料-鋼復 合管約束鋼筋高強混凝土柱與鋼筋混凝土梁或其它結構形式梁的連接采用已有規(guī)范規(guī)定 的連接方式即可。
權利要求
1.一種纖維增強塑料-鋼復合管約束鋼筋高強混凝土柱，包括縱筋(1)、箍筋( 和高 強混凝土(3)，其特征在于還包括纖維增強塑料-鋼復合管，所述的縱筋(1)沿柱子高度 方向布設，在縱筋(1)的高度方向上套設有環(huán)向箍筋0)，在箍筋( 外沿柱子高度方向套 設有纖維增強塑料-鋼復合管，所述的纖維增強塑料-鋼復合管由作為內壁的鋼管(4)和 作為外壁的纖維增強塑料管( 復合而成，纖維增強塑料-鋼復合管內澆筑實心高強混凝 土(3)，纖維增強塑料-鋼復合管在柱子兩端末處斷開。
2.根據權利要求1所述的一種纖維增強塑料-鋼復合管約束鋼筋高強混凝土柱，其特 征在于所述的纖維增強塑料-鋼復合管為圓管、方管或矩形管。
3.根據權利要求1或2所述的一種纖維增強塑料-鋼復合管約束鋼筋高強混凝土柱， 其特征在于所述的纖維增強塑料是玻璃纖維增強塑料、碳纖維增強塑料、玄武巖纖維增強 塑料或芳綸纖維增強塑料。
4.根據權利要求1或2所述的一種纖維增強塑料-鋼復合管約束鋼筋高強混凝土柱， 其特征在于所述的纖維增強塑料是玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維和芳綸纖維這四種纖維 按一定比例混雜的混合纖維增強塑料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種纖維增強塑料-鋼復合管約束鋼筋高強混凝土柱，包括縱筋、箍筋、高強混凝土和纖維增強塑料-鋼復合管，縱筋沿柱子高度方向布設，在縱筋的高度方向上套設有環(huán)向箍筋，在箍筋外沿柱子高度方向套設有纖維增強塑料-鋼復合管，纖維增強塑料-鋼復合管由作為內壁的鋼管和作為外壁的纖維增強塑料管復合而成，纖維增強塑料-鋼復合管內澆筑實心高強混凝土，纖維增強塑料-鋼復合管在柱子兩端末處斷開。本發(fā)明提高了鋼筋高強混凝土柱的抗震性能和鋼管約束鋼筋高強混凝土柱的耐久性能，解決了鋼筋高強混凝土柱中箍筋布設太多導致的施工量大等問題和鋼管高強混凝土柱用鋼量大、與鋼筋混凝土梁連接麻煩的問題。
文檔編號E01D19/02GK102108760SQ20111005020
公開日2011年6月29日 申請日期2011年3月2日 優(yōu)先權日2011年3月2日
發(fā)明者李惠, 歐進萍, 王言磊, 郝慶多 申請人:大連理工大學