矩形鋼管?gfrp管混凝土組合柱的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種矩形鋼管?GFRP管混凝土組合柱，包括矩形鋼管，同軸套設于所述矩形鋼管中的GFRP管，一端與所述GFRP管固定、另一端穿過所述矩形鋼管的側壁并通過螺帽固定的錨桿，以及填充于矩形鋼管與GFRP管之間的混凝土。本發明利用GFRP代替核心區混凝土，一方面利用GFRP高彈模、高強度、低密度的優勢來降低自重；另一方面，在三向應力狀態下，GFRP管不會如混凝土一樣發生塑性流變，進而能夠繼續承受外部混凝土的擠壓作用，保證外部混凝土處于三向應力狀態，提高了結構的承載力和延性。
【專利說明】
矩形鋼管-GFRP管混凝土組合柱
技術領域
[0001] 本發明涉及一種固定建筑構件，特別涉及一種建筑用組合結構柱。
【背景技術】
[0002] 鋼與混凝土組合結構能夠充分發揮鋼與混凝土兩種材料各自的優勢，具有承載力 高、剛度和韌性大、抗震性能好的優點。鋼管混凝土結構是組合結構的一種，是指在鋼管中 填充混凝土的一種構件，按截面可分為圓形、矩形和異形。鋼管混凝土利用鋼和混凝土間的 相互作用，即鋼管對核心混凝土的約束作用，使混凝土處于復雜應力狀態下，從而使混凝土 強度提高，塑性和韌性得到改善。同時，由于混凝土的存在，可以延緩鋼管過早的屈曲，保證 其強度的發揮。
[0003] 但是現有鋼管混凝土柱還存在一些技術缺陷，需要進一步進行改進。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于，提供一種矩形鋼管-GFRP管混凝土組合柱。
[0005] 本發明的核心內容是，一種矩形鋼管-GFRP管混凝土組合柱，包括矩形鋼管，同軸 套設于所述矩形鋼管中的GFRP管，一端與所述GFRP管（外壁）固定、另一端穿過所述矩形鋼 管的側壁并通過螺帽固定的錨桿，以及填充于矩形鋼管與GFRP管之間的混凝土。
[0006] 優選的，所述錨桿為FRP錨桿，所述FRP錨桿的一端與GFRP管粘接、另一端穿過矩形 鋼管的側壁后與螺帽固定。所述錨桿為4組，沿GFRP管的周向均勻排布。
[0007] 優選的，以重量份數計，所述混凝土包括如下組分:水泥380-420，中砂500-700，玻 璃纖維15-25,水180-200,粗骨料800-1000,粉煤灰20-40,減水增效劑3-5,膨脹劑10-25。所 述減水增效劑的結構式為：
[0009]式中，a:b:c = l:1.2:l，n為45 ~50，m 為45 ~50，d為 50 ~80。
[0010]本發明的工作原理和優點是：本發明利用GFRP代替核心區混凝土，一方面利用 GFRP高彈模、高強度、低密度的優勢來降低自重；另一方面，在三向應力狀態下，GFRP管不會 如混凝土一樣發生塑性流變，進而能夠繼續承受外部混凝土的擠壓作用，保證外部混凝土 處于三向應力狀態，提高了結構的承載力和延性。
【附圖說明】
[0011] 圖1是本發明的結構示意圖。
[0012] 圖2a、圖2b分別為理想狀態下和實際狀態下矩形鋼管混凝柱土鋼與混凝土相互作 用不意圖。
[0013] 圖2c為矩形鋼管-GFRP管混凝土組合柱鋼、GFRP管、混凝土的相互作用示意圖。
【具體實施方式】
[0014] 經研究，
【申請人】發現矩形鋼管混凝土結構具有以下技術缺陷:首先，矩形鋼管板的 寬厚比較大，鋼板在達到強度前易發生屈曲，使結構承載力被削弱，矩形鋼管對混凝土的約 束能力不強;其次，混凝土在澆筑結束后存在收縮，混凝土與鋼管的粘結作用下降，二者出 現縫隙導致鋼管對混凝土的約束作用失效;如圖2a和圖2b所示，混凝土在多向應力狀態下， 核心區會發生塑性流變，內部的混凝土呈塑性狀態不再擠壓外部混凝土，導致外部混凝土 并非三向應力狀態，外圍混凝土的承載力、延性、塑性均低于理論值。鋼管混凝土結構與鋼 結構比較自重依然較大。
[0015]為此，
【申請人】提出了如下技術方案：
[0016] 如圖1所示，本發明的矩形鋼管-GFRP管混凝土組合柱主要由矩形鋼管1、GFRP管2、 FRP錨桿3、FRP螺帽4和微膨脹混凝土 5構成。矩形鋼管包裹在柱的最外層，GFRP管位于柱中 心，與所述矩形鋼管同軸設置，在橫截面的方向上，GFRP管為4組，堆成分布于GFRP管的周向 上，在GFRP管的軸線方向上，GFRP管間隔分布。或者說，沿GFRP管軸線的方向上，均勻分布有 多組拉桿，每組拉桿為4個，沿GFRP管的周向均勻分布。亦或沿GFRP管的周向上分布4排拉 桿，每排拉桿有多個，沿GFRP管的軸線方向間隔分布。矩形鋼管與GFRP管同時兼做施工澆筑 混凝土的模板使用。FRP錨桿穿過矩形鋼管上的通孔，一端利用高強工程粘合劑粘貼在GFRP 管表面。在混凝土凝固后，露在矩形鋼管外的FRP錨桿上旋緊FRP螺帽。FRP錨桿在豎向間距 為150mm~250mm。微膨脹混凝土饒筑在矩形鋼管與GFRP管圍成的區域內。GFRP是一種無機 非金屬纖維材料，可根據需要制作成各種板材和管材。GFRP的彈性模量為70GPa，是混凝土 的3倍以上;GFRP的受拉強度在lOOOMPa以上，強度密度比為混凝土的60倍，并且造價低廉。 [0017]在承受豎向荷載時：1、矩形鋼管、GFRP管、微膨脹混凝土三者共同承擔豎向荷載。
[0018] 2、微膨脹混凝土在承受豎向荷載時會發生橫向擴張，此時由外部的矩形鋼管和 GFRP管共同約束其橫向變形，使微膨脹混凝土處于三向受壓狀態。
[0019] 3、FRP錨桿和FRP螺帽為矩形鋼管提供橫向變形約束，提高其抗鼓曲能力和對混凝 土的約束效果。
[0020] 本發明的工作過程如下：首先，將FRP錨桿與GFRP管利用高強度工程粘合劑進行連 接。然后利用FRP錨桿和GFRP管對預先打好孔的鋼板進行定位拼裝。將拼裝好的鋼板焊接為 矩形鋼管。利用FRP螺帽對矩形鋼管的位置進行水平面上的調節與固定后將預制好的整體 運至工程施工位置進行安裝。完成安裝后以矩形鋼管和GFRP管為模板在二者之間澆筑微膨 脹混凝土。對構件進行澆水養護至混凝土完全凝固。
[0021 ]在進一步的實施例中，對混凝土進行優化設計。
[0022] 以重量份數計，再生混凝土包括如下組分:水泥380-420，中砂500-700，玻璃纖維 15-25,水180-200,粗骨料800-1000,粉煤灰20-40,減水增效劑3-5,膨脹劑10-25。其中，所 述減水增效劑的結構式為：
[0024] 式中，a:b:c = l:1.2:l，n為45 ~50，m 為45 ~50，d為 50 ~80。
[0025] 實驗 1-8
[0028] 注:對照組為采用普通減水劑的混凝土，其3d強度為130Mpa，28d強度為135Mpa。所 述膨脹劑為UEA或AEA。
【主權項】
1. 一種矩形鋼管-GFRP管混凝±組合柱，其特征在于，包括矩形鋼管，同軸套設于所述 矩形鋼管中的GFRP管，一端與所述GFRP管固定、另一端穿過所述矩形鋼管的側壁并通過螺 帽固定的錯桿，W及填充于矩形鋼管與GFRP管之間的混凝±。2. 根據權利要求1所述的矩形鋼管-GFRP管混凝±組合柱，其特征在于，所述錯桿為FRP 錯桿，所述FRP錯桿的一端與GFRP管粘接、另一端穿過矩形鋼管的側壁后與螺帽固定。3. 根據權利要求2所述的矩形鋼管-GFRP管混凝±組合柱，其特征在于，所述錯桿為4 組，沿GFRP管的周向均勻排布。4. 根據權利要求1所述的矩形鋼管-GFRP管混凝±組合柱，其特征在于，W重量份數計， 所述混凝±包括如下組分:水泥380-420，中砂500-700，玻璃纖維15-25，水180-200，粗骨料 800-1000，粉煤灰20-40，減水增效劑3-5，膨脹劑10-25。5. 根據權利要求4所述的矩形鋼管-GFRP管混凝±組合柱，其特征在于，所述減水增效 劑的結構式為：式中，a:b:c = l:1.2:l，n為45 ~50，m 為45 ~50，d為 50 ~80。
【文檔編號】E04C3/36GK106088474SQ201610393793
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月3日 公開號201610393793.7, CN 106088474 A, CN 106088474A, CN 201610393793, CN-A-106088474, CN106088474 A, CN106088474A, CN201610393793, CN201610393793.7
【發明人】張賀, 曹平周, 伍凱, 陳 峰, 毛范燊
【申請人】河海大學