一种防屈曲钢管-FRP约束混凝土组合构件及施工方法技术

本发明专利技术公开一种防屈曲钢管

A buckling resistant steel tube FRP restrained concrete composite member and its construction method

【技术实现步骤摘要】
一种防屈曲钢管
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FRP约束混凝土组合构件及施工方法


[0001]本专利技术涉及建筑结构
，特别是涉及一种防屈曲钢管
‑
FRP约束混凝土组合构件及施工方法。

技术介绍

[0002]FRP材料因其出色的轻质高强、耐腐蚀与可设计性性能，在海洋结构工程中，可以与海水、海砂制成的混凝土结合，从而有效解决了钢筋腐蚀、淡水与河砂资源短缺的问题，以及在近海地区建筑结构的选材、运输和维护成本高的问题。
[0003]目前，在土木工程结构领域中，关于FRP
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钢复合管约束混凝土的组合结构成为了研究热点，这种构件可以进一步延缓钢管的屈曲问题，从而提高延性和极限承载能力，将纤维布包裹在钢管的外壁表面上，虽能进一步提高结构的约束作用，但纤维布布本身纵向抗压刚度极低；将FRP管通过环氧树脂与钢管粘结一体，FRP管与钢管的界面协同能力有待提高，在压力或压弯荷载作用下，构件破坏往往会发生在FRP管与钢管的界面脱离，钢管通常过早向外屈曲而导致组合结构承载能力失效。
[0004]因此需要提出一种既能充分利用海水海砂资源，又能使得FRP管与钢管界面协同能力进一步增强，进一步延缓钢管向内外屈曲的防屈曲钢管
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FRP约束混凝土组合构件，适用近海地区与抗震地区的工程建设。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种防屈曲钢管
‑
FRP约束混凝土组合构件及施工方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现通过设置高强拌合物层，便于设置加强键，从而提供钢管、高强拌合物层和FRP缠绕成型管复合约束的协同作用，避免各层界面处提前进入脱离状态，增强对核心混凝土的约束作用，进一步防止钢管过早向内外屈曲导致组合构件的极限承载力降低和刚度退化，同时也促进环向纤维FRP层与钢管更能一体化协作约束，提高组合柱的力学性能，并可适用于防震地区以及近海地区的工程建设。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种防屈曲钢管
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FRP约束混凝土组合构件，包括FRP缠绕成型管，还包括，
[0007]钢管，设置在所述FRP缠绕成型管内，所述钢管与所述FRP缠绕成型管之间浇筑有高强拌合物层；
[0008]环向纤维FRP层，纤维方向沿管环向布置，固定在所述钢管内壁，所述钢管内浇筑有核心混凝土层，所述环向纤维FRP层位于所述核心混凝土与所述钢管内壁之间；
[0009]加强键，设置有若干个，若干所述加强键的一侧固定在所述钢管外壁，所述加强键伸入所述高强拌合物层内，且所述加强键与所述高强拌合物层固接，所述加强键的另外一侧固定在所述环向纤维FRP层的外壁，所述加强键伸入所述核心混凝土层内，且所述加强键与所述核心混凝土层固接，或所述加强键只存在以上一侧。
[0010]优选的，所述FRP缠绕成型管横截面为圆形或矩形，所述钢管位于所述FRP缠绕成
型管中心位置或偏心位置，所述钢管横截面为圆形或矩形。
[0011]优选的，所述加强键沿所述钢管横截面方向周向与延伸方向均匀分布。
[0012]优选的，所述加强键包括弯钩型加强键、螺钉型加强键和板片型加强键，所述弯钩型加强键与所述钢管外壁固接，所述弯钩型加强键伸入所述高强拌合物层内并与所述高强拌合物层固接，所述螺钉型加强键贯穿所述环向纤维FRP层和所述钢管，所述螺钉型加强键与所述环向纤维FRP层和钢管固结一体，所述螺钉型加强键两侧伸入所述高强拌合物层和核心混凝土层，所述板片型加强键与所述钢管外壁固接，所述板片型加强键与所述高强拌合物层固接。
[0013]优选的，所述加强键不与所述FRP缠绕成型管的内壁接触。
[0014]优选的，所述核心混凝土层的混凝土组分可选用海水、海砂和珊瑚骨料，所述高强拌合物层为超高性能混凝土层，高韧性纤维混凝土层和自密实混凝土层中的一种，所述加强键的材质在与所述高强拌合物层固接的一侧为钢材，所述加强键的材质在与所述核心混凝土层固接的一侧为FRP材。
[0015]优选的，所述FRP缠绕成型管和所述环向纤维FRP层的材质为碳纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料、玄武岩纤维增强复合材料、芳纶纤维增强复合材料和大应变纤维增强复合材料中的一种。
[0016]优选的，所述高强拌合物层轴心抗压强度不低于所述核心混凝土层。
[0017]一种防屈曲钢管
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FRP约束混凝土组合构件的施工方法，
[0018]S1、选取材料：根据防屈曲钢管
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FRP约束混凝土组合构件的FRP类型、高径比、FRP缠绕成型管与钢管的横截面形状、高强拌合物层的厚度与类型、环向纤维FRP层的成型类型及厚度、加强键的形状、材料、连接方式与布置密度，核心混凝土层的类型，选择适合的FRP缠绕成型管、高强拌合物层、环向纤维FRP层、钢管、加强键和核心混凝土层；
[0019]S2、铺设环向纤维FRP层：向钢管内壁铺设环向纤维FRP层，并使环向纤维FRP层与钢管内壁胶粘固接；
[0020]S3、安装加强键：将加强键固定在钢管外壁和环向纤维FRP层外壁；
[0021]S4、定位钢管：根据在FRP缠绕成型管内的中心或偏心位置需要对钢管进行定位；
[0022]S5、浇筑高强拌合物层：向钢管与FRP缠绕成型管之间浇筑高强拌合物，形成钢管、FRP缠绕成型管和加强键固接的预制复合管；
[0023]S6、浇筑核心混凝土层：向预制复合管内浇筑核心混凝土。
[0024]优选的，所述FRP缠绕成型管和所述环向纤维FRP层的纤维缠绕方向为单向，步骤S2中，将所述环向纤维FRP层通过湿粘法与所述钢管内壁固接或所述环向纤维FRP层为工厂预制FRP缠绕成型管，所述环向纤维FRP层通过环氧树脂与所述钢管内壁固接。
[0025]本专利技术公开了以下技术效果：
[0026]1.通过将高强拌合物层放置于钢管和FRP缠绕成型管之间，并通过钢管外壁上的的加强键与高强拌合物层紧固，高强拌合物层对于钢管和FRP缠绕成型管具有更大的界面粘结强度，使三种材料为组合一个稳固的复合整体，减缓钢管的屈曲并且防止在荷载作用下发生界面脱离状态。
[0027]2.通过设置加强键，在轴向荷载作用和地震作用下，可以延缓钢管局部和整体向外屈曲，提供足够的侧向刚度，有效耗散震动能量，大幅提高防屈曲钢管
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FRP约束混凝土组
合构件的整体刚度与极限承载能力。此外，加强键安装较为容易，其实用性高。
[0028]3、钢管具有提高整体约束作用，发挥大幅提高组合构件的轴向承载力和抗弯作用。
[0029]4、环向纤维FRP层和FRP缠绕成型管不仅对高强拌合物层和核心混凝土有约束作用，而且对钢管防腐蚀的作用和避免外界对组合构件的腐蚀作用。
[0030]5.本专利技术实用性广，美观性好，施工方便，能适用于不同长径比、环向纤维FRP层的类型、FRP缠绕成型管与钢管的横截面形状与相对位置、加强键的形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种防屈曲钢管
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FRP约束混凝土组合构件，包括FRP缠绕成型管(1)，其特征在于：还包括，钢管(2)，设置在所述FRP缠绕成型管(1)内，所述钢管(2)与所述FRP缠绕成型管(1)之间浇筑有高强拌合物层(3)；环向纤维FRP层(4)，纤维方向沿管环向布置，固定在所述钢管(2)内壁，所述钢管(2)内浇筑有核心混凝土层(5)，所述环向纤维FRP层(4)位于所述核心混凝土与所述钢管(2)内壁之间；加强键，设置有若干个，若干所述加强键的一侧固定在所述钢管(2)外壁，所述加强键伸入所述高强拌合物层(3)内，且所述加强键与所述高强拌合物层(3)固接，所述加强键的另外一侧固定在所述环向纤维FRP层(4)的外壁，所述加强键伸入所述核心混凝土层(5)内，且所述加强键与所述核心混凝土层(5)固接，或所述加强键只存在以上一侧。2.根据权利要求1所述的防屈曲钢管
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FRP约束混凝土组合构件，其特征在于：所述FRP缠绕成型管(1)横截面为圆形或矩形，所述钢管(2)位于所述FRP缠绕成型管(1)中心位置或偏心位置，所述钢管(2)横截面为圆形或矩形。3.根据权利要求1所述的防屈曲钢管
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FRP约束混凝土组合构件，其特征在于：所述加强键沿所述钢管(2)横截面方向周向与延伸方向均匀分布。4.根据权利要求1所述的防屈曲钢管
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FRP约束混凝土组合构件，其特征在于：所述加强键包括弯钩型加强键(6)、螺钉型加强键(7)和板片型加强键(8)，所述弯钩型加强键(6)与所述钢管(2)外壁固接，所述弯钩型加强键(6)伸入所述高强拌合物层(3)内并与所述高强拌合物层(3)固接，所述螺钉型加强键(7)贯穿所述环向纤维FRP层(4)和所述钢管(2)，所述螺钉型加强键(7)与所述环向纤维FRP层(4)和钢管(2)固结一体，所述螺钉型加强键(7)两侧伸入所述高强拌合物层(3)和核心混凝土层(5)，所述板片型加强键(8)与所述钢管(2)外壁固接，所述板片型加强键(8)与所述高强拌合物层(3)固接。5.根据权利要求4所述的防屈曲钢管
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FRP约束混凝土组合构件，其特征在于：所述加强键不与所述FRP缠绕成型管(1)的内壁接触。6.根据权利要求1所述的防屈曲钢管
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FRP约束混凝土组合构件，其特征在于：所述核心混凝土层(5)的混凝土组分可选用海水、海砂和珊瑚骨料，所述高强拌合物层(3)为超高性能混凝土层，高韧性纤维混凝土层和自密实混凝土...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾岚，李柏钦，陆华强，刘祖瑞，范军委，莫子永，李国铿，凌雪仪，袁鸿，黄世清，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：