碳纤维复合钢管混凝土柱及其建造方法技术

本发明专利技术公开了一种碳纤维复合钢管混凝土柱及其建造方法，该混凝土柱包括混凝土柱本体，在所述混凝土柱本体端部包覆有碳纤维布形成碳纤维布约束区，在所述混凝土柱本体的外部还包覆有钢管形成钢管约束区，所述碳纤维布约束区与所述钢管约束区相邻。位于混凝土柱本体端部的碳纤维布约束区对混凝土柱提供环向约束力，碳纤维布具有良好的抗拉、抗剪和抗震加固作用，但其不能受压，阻断了轴力传递到钢管约束区，从而能够抑制压力对钢管的作用。混凝土柱本体部分及钢管约束区可在浇筑时完成，再通过粘贴碳纤维布形成碳纤维布约束区能够适应不同的形状，能够适应钢管混凝土柱节点结构复杂、施工困难等缺点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及土建工程
，尤其是指一种碳纤维复合钢管混凝土柱及其建造方法。
技术介绍
现有的钢管混凝土柱有效地利用了钢管和混凝土两者之间的相互约束而产生的增强作用，具有承重能力高、延性好、抗爆抗冲击性能优良等特点。但由于钢管和混凝土同时受压，在强震作用下钢管受压会造成钢管压屈而无法有效约束混凝土，因此无法发挥钢材的全部能力。且节点构造复杂，施工困难，节点耗材，成本高成为困扰工程应用的主要问题。
技术实现思路
基于此，本专利技术在于提供一种碳纤维复合钢管混凝土柱及其建造方法，其能克服现有技术的不足，其解决了钢管受压屈曲时无法有效约束混凝土的问题，提高了混凝土柱的强度和抗变形能力。其技术方案如下：一种碳纤维复合钢管混凝土柱，包括混凝土柱本体，在所述混凝土柱本体端部包覆有碳纤维布形成碳纤维布约束区，在所述混凝土柱本体的外部还包覆有钢管形成钢管约束区，所述碳纤维布约束区与所述钢管约束区相邻。下面对进一步技术方案进行说明：进一步的，在所述碳纤维布约束区内设有纵筋，并在所述纵筋外部设有环向箍筋，所述环向箍筋位于所述纵筋与所述碳纤维布之间。进一步的，所述钢管或所述碳纤维布的厚度t，其满足如下公式：NC＝fccAc＝(fc+4fτ)Ac  (1)fτ=2tfydcor---(2)]]>其中：NC——受压承载力；fc——素混凝土抗压强度；fcc——约束混凝土抗压强度；>Ac——被约束混凝土的截面积；dcor——被约束混凝土的直径；fy——钢管或碳纤维布的抗拉强度；fτ——钢管或碳纤维布提供的约束力。进一步的，所述碳纤维布的长度不小于所述混凝土柱本体的横截面周长。进一步的，所述碳纤维布的宽度为80mm-150mm。还公开了一种如以上任意一项所述的碳纤维复合钢管混凝土柱的建造方法，该建造方法包括：(1)在钢管约束区以钢管为模板，在碳纤维布约束区支模，进行浇筑形成混凝土柱本体；(2)对混凝土柱本体上碳纤维布约束区对应的区域进行清理；(3)对混凝土柱本体上碳纤维布约束区对应的区域涂底胶、涂结构胶，再粘贴碳纤维布形成碳纤维布约束区。进一步的，还包括步骤(4)24h-48h后，在所述碳纤维布上涂环氧树脂浸渍剂。进一步的，还包括步骤(5)对钢管进行防锈、防火处理。进一步的，所述步骤(2)包括打磨去除混凝土表面的浮浆，直到打磨至粗骨料裸露，去浮沉，干燥。进一步的，在步骤(3)中，确保所述碳纤维布对混凝土柱本体提供的环向约束力与所述钢管对混凝土柱本体提供的环向约束力相等，且与满足如下关系式：NC＝fccAc＝(fc+4fτ)Ac  (1)fτ=2tfydcor---(2)]]>其中：NC——受压承载力；fc——素混凝土抗压强度；fcc——约束混凝土抗压强度；Ac——被约束混凝土的截面积；dcor——被约束混凝土的直径；fy——钢管或碳纤维布的抗拉强度；t——钢管或所述碳纤维布的厚度t；fτ——钢管或碳纤维布提供的约束力。进一步的，在步骤(1)中还包括在所述碳纤维布约束区设置纵筋及环向箍筋，再进行浇筑。进一步的，所述底胶的厚度为0.05mm-0.2mm。进一步的，所述结构胶的厚度为0.2mm-0.5mm。下面对前述技术方案的原理、效果等进行说明：上述碳纤维复合钢管混凝土柱通过钢管约束区和碳纤维布约束区对混凝土柱本体进行约束，位于混凝土柱本体端部的碳纤维布约束区对混凝土柱提供环向约束力，碳纤维布具有良好的抗拉、抗剪和抗震加固作用，但其不能受压，因此，所述碳纤维区阻断了轴力传递到钢管约束区，从而能够抑制压力对钢管的作用，提高钢管的受压能力。上述碳纤维复合钢管混凝土柱可按照现有的钢管混凝土柱的建造方式进行施工，混凝土柱本体部分及钢管约束区可在浇筑时完成，之后再通过粘贴碳纤维布形成碳纤维布约束区，施工方便，且柔软的碳纤维布能够适应不同的形状，能够适应钢管混凝土柱节点结构复杂、施工困难等缺点。附图说明图1是本专利技术实施例所述的碳纤维复合钢管混凝土柱的结构示意图；图2是图1中N-N处的剖视图；图3是图1中M-M处的剖视图。附图标记说明：10、混凝土柱本体，12、碳纤维布，14、碳纤维布约束区，16、纵筋，18、环向箍筋，20、钢管，22、钢管约束区，24、梁。具体实施方式下面对本专利技术的实施例进行详细说明：如图1至图3所示，一种碳纤维复合钢管混凝土柱，包括混凝土柱本体10，在所述混凝土柱本体10端部包覆有碳纤维布12形成碳纤维布约束区14，在所述混凝土柱本体10的外部还包覆有钢管20形成钢管约束区22，所述碳纤维布约束区14与所述钢管约束区22相邻。通过所述钢管约束区22和碳纤维布约束区14均能有效约束混凝土柱本体10，钢管20并没有一直延伸至节点中，使用碳纤维布12替代一部分钢管，碳纤维布12具有较大的抗拉承载力，可使混凝土一直处于三轴受压状态，同时保证钢管不压屈；并且由于碳纤维布12是单向受力的柔性材料而无法承受压力，阻断了压力在钢管20中的传递，避免了钢管20的压屈。如图1所示，在梁24的上下两个面分别设有所述混凝土柱本体10，所述碳纤维布约束区14设于所述混凝土柱本体10的下端端部和上端端部(即靠近所述梁24的区域)。如图2所示，在所述碳纤维布约束区14内设有纵筋16，并在所述纵筋16外部设有环向箍筋18，所述环向箍筋18位于所述纵筋16与所述碳纤维布12之间。在所述碳纤维布约束区14设置环向箍筋18用于弥补碳纤维布12的抗剪能力的不足，同时通过纵筋16应满足规范的锚固长度，保证拉力的有效传递，使得碳纤维布约束区14和钢管约束区22可按照普通混凝土结构进行整体浇注，从而避免现有的钢管混凝土柱复杂节点处理的难题。所述碳纤维布12环向包裹所述混凝土柱本体10，绕混凝土柱本体10表面一整圈，碳纤维布12的长度不小于所述混凝土柱本体10的横截面周长。所述碳纤维布12的宽度h为80-150mm，本实施例优选h为100mm。在施工时，应使碳纤维布12的环向约束力与钢管20的环向约束力相当，保证混凝土柱全高度不存在约束薄弱区，碳纤维布12的厚度t可由以下计算式(1)、(2)算出。NC＝fccAc＝(fc+4fτ)Ac  (1)fτ=2tfydcor---(2)]]>其中：NC——受压承载力；fc——素混凝土抗压强度；...

【技术保护点】
一种碳纤维复合钢管混凝土柱，其特征在于，包括混凝土柱本体，在所述混凝土柱本体端部包覆有碳纤维布形成碳纤维布约束区，在所述混凝土柱本体的外部还包覆有钢管形成钢管约束区，所述碳纤维布约束区与所述钢管约束区相邻。

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维复合钢管混凝土柱，其特征在于，包括混凝土柱本体，在所
述混凝土柱本体端部包覆有碳纤维布形成碳纤维布约束区，在所述混凝土柱本
体的外部还包覆有钢管形成钢管约束区，所述碳纤维布约束区与所述钢管约束
区相邻。
2.根据权利要求1所述的碳纤维复合钢管混凝土柱，其特征在于，在所述
碳纤维布约束区内设有纵筋，并在所述纵筋外部设有环向箍筋，所述环向箍筋
位于所述纵筋与所述碳纤维布之间。
3.根据权利要求1所述的碳纤维复合钢管混凝土柱，其特征在于，所述钢
管或所述碳纤维布的厚度t，其满足如下公式：
NC＝fccAc＝(fc+4fτ)Ac  (1)
fτ=2tfydcor---(2)]]>其中：NC——受压承载力；
fc——素混凝土抗压强度；
fcc——约束混凝土抗压强度；
Ac——被约束混凝土的截面积；
dcor——被约束混凝土的直径；
fy——钢管或碳纤维布的抗拉强度；
fτ——钢管或碳纤维布提供的约束力。
4.根据权利要求1所述的碳纤维复合钢管混凝土柱，其特征在于，所述碳
纤维布的长度不小于所述混凝土柱本体的横截面周长。
5.根据权利要求1所述的碳纤维复合钢管混凝土柱，其特征在于，所述碳
纤维布的宽度为80-150mm。
6.一种如权利要求1至5任意一项所述的碳纤维复合钢管混凝土柱的建造
方法，其特征在于，该建造方法包括：
(1)在钢管约束区以钢管为模板，在碳纤维布约束区支模，进行浇筑形成
混凝土柱本体；
(2)对混凝土柱本体上碳纤维布约束区对应的区域进行清理；
(3)对混凝土柱本体上碳纤维布约束区对应的区域涂底胶、涂结构胶，再
粘贴碳纤维布形成碳纤维布约...

【专利技术属性】
技术研发人员：戚永乐，张春文，周新显，彭雪平，尹春明，周玉，
申请(专利权)人：中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44