FRP管约束高强钢筋增强超高韧性纤维增强水泥基复合材料空心柱构件制造技术

本实用新型专利技术是FRP管约束高强钢筋增强超高韧性纤维增强水泥基复合材料空心柱构件，尤其适用于重载、大跨度结构的墩柱构件领域。该构件包括FRP管、ECC材料、浇筑在ECC材料内的钢筋骨架及空腔；本实用新型专利技术不仅整合了FRP管、ECC材料和高强钢筋的优点，使得各自的优点得以充分发挥，而且它们之间的相互作用使单个材料的性能得到了有效提高，有效提高了构件的承载力、延性、抗震性、抗疲劳性及耐久性，延长了构件的生命周期，降低了后期养护、维修及加固成本。本实用新型专利技术施工工艺成熟，无需特殊养护，可预制生产，也可现场浇注施工，不受施工方法的制约，符合节能、环保、新型的设计理念。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术是FRP管约束高强钢筋增强超高韧性纤维增强水泥基复合材料空心柱构件，尤其适用于高层、重载、大跨度墩柱构件领域。
技术介绍
超高韧性纤维增强水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,简称ECC)是通过去除粗骨料，优化基体、纤维以及纤维与基体界面的基本性能以及三者之间的相互作用，使之具有高抗裂性、高韧性、高能量吸收能力的一种新型水泥基复合材料。ECC材料的极限压应变可达0. 5% _0.7%，是普通混凝土的3倍左右；极限拉应变可达3%以上，是普通混凝土的300倍以上；尤其突出的是其裂缝分散能力，极限拉应变时裂缝间距I 2_，平均裂缝宽度可控制在100 m以内，远远小于目前国内外混凝土结构规范中规定 的混凝土最大裂缝限值。由于ECC材料优越的抗拉性能、卓越的微细裂缝分散能力和良好的高能量吸收能力，因此该材料对提高结构的耐久性具有显著作用，特别适用于对结构有止裂、阻裂及抗震要求较高的结构工程领域。高强钢筋在我国的代表是400MPa、500MPa级热轧带肋钢筋，具有强度高、延伸性好、可焊性和可塑性好、强度价格比高、安全储备大、抗震性好等优点，同ECC材料配合使用可充分发挥其性能，尤其适用于重载、大跨结构的梁柱构件。采用高强钢筋会带来良好的经济、社会效益，促进建筑业的科技进步，并可节约大量的能源、电力、运输和加工等费用，减少烟气、粉尘和污染物的排放，促进钢筋产品升级换代、减少资源消耗、推进技术进步，符合环保和可持续发展的理念，但由于推广力度不足、研究成果不成熟等原因在国内应用较少。钢筋混凝土柱在面对重载、大跨结构时，具有如下缺陷由于混凝土和钢筋的强度均较低，在高层、大跨结构中，荷载较大，只有依靠增大柱截面尺寸和配筋的方法提高其承载力，不仅造成材料的极大损耗，增加建筑成本和施工难度，而且严重压缩了可利用空间；混凝土材料抗拉强度低，在较低的荷载下受拉区已经开裂，且裂缝以较宽的主裂缝形式出现，裂缝过大不仅引起柱刚度降低，且内部钢筋容易锈蚀，承载力及耐久性降低，日后维护困难且维修成本大。若采用高强钢筋，则由于混凝土的极限压应变较小，当混凝土压碎时高强钢筋尚未屈服，无法充分发挥高强钢筋的作用，且造成构件延性严重不足，会出现无征兆的脆性破坏。钢管混凝土可部分避免上述缺陷，但柱子所处的下部结构通常环境潮湿，不良介质较多，而钢管容易遭受腐蚀，一旦出现问题维修困难，且日常维护频繁，维护费用大。
技术实现思路
本技术的目的在于克服了钢筋混凝土及钢管混凝土柱构件的上述缺陷，提供了一种FRP管约束高强钢筋增强超高韧性纤维增强水泥基复合材料空心柱构件。ECC材料的抗压强度与高强混凝土相当，极限压应变是普通混凝土的3倍左右，与高强钢筋配合时，混凝土压碎前高强钢筋已进入屈服阶段，二者可以较好的协同工作，充分发挥各自的性能；ECC材料卓越的微裂缝分散能力则保证了裂缝为微细无害裂缝，有效保护了内部钢筋免受锈蚀。构件外部的FRP管不仅对ECC材料施加了环向约束，大幅提高了 ECC材料的抗压强度，提高了构件的承载力，而且FRP管耐腐蚀性极强，进ー步保护了内部结构免受腐蚀。空心构造则提高了构件的抗弯刚度和稳定性，提高了抗震性能。另外该构件具有良好的延性、抗疲劳性和抗震性能等优点。本技术符合节能、环保、新型的设计理念。为了实现上述目的，本技术采取了如下技术方案本技术包括FRP管I、ECC材料2、浇筑在ECC材料内的钢筋骨架以及空腔5 ；所述的钢筋骨架由纵向钢筋3和箍筋4组成，箍筋4置于纵向钢筋3的外侧，形成限制纵向钢筋3位移的封闭环形；构件中间留有空腔5 ;所述的纵向钢筋3及箍筋4均采用高强钢筋。所述的高强钢筋是指屈服強度500MPa及以上的钢筋；所述的FRP管I的截面形状包括圆形、矩形、多边形、圆端形；所述的FRP管I沿长度方向是等截面或变截面直管。所述的FRP管I与空腔5同轴布置；所述的空腔5采用采用圆形截面或与FRP管I形状相同截面，且其截面沿柱长度变化趋势同FRP管I相一致。本技术的制作步骤如下I)对FRP管进行选型制作；2)绑扎钢筋骨架；3)制作内模板；4)将FRP管、钢筋骨架、内模板按照图纸安装就位；5)浇筑ECC材料，同时进行养护。FRP管约束高强钢筋增强超高韧性纤维增强水泥基复合材料空心柱构件不仅整合了 FRP管、ECC材料和高强钢筋的优点，使得各自的优点得以充分发挥，而且它们之间的相互作用使单个材料的性能得到了有效提高，主要有以下优点ECC材料和高强钢筋的组合使得二者性能得到充分发挥，钢筋得到有效保护，构件具有较高的承载力，良好的延性、抗震性和耐久性；FRP管一则可作为模板使用，简化了施工エ艺；ニ则对ECC材料形成有效环向约束，提高了其抗压强度，増大了构件承载カ；三则对管内构件形成进ー步的抗腐蚀保护，增加构件的耐久性；空心构造提高了抗弯刚度，増加了构件受压稳定性；附图说明图I为圆形FRP管约束高强钢筋增强超高韧性纤维增强水泥基复合材料空心柱构件横截面示意图；图2为矩形FRP管约束高强钢筋增强超高韧性纤维增强水泥基复合材料空心柱构件横截面示意图；图3为六边形FRP管约束高强钢筋增强超高韧性纤维增强水泥基复合材料空心柱构件横截面示意图；；图4为圆端形FRP管约束高强钢筋增强超高韧性纤维增强水泥基复合材料空心柱构件横截面示意图；图中1、FRP管，2、ECC材料，3、纵向钢筋，4、箍筋，5、空腔。具体实施方式以下结合附图对本技术作进一步说明。如图所示，一种FRP管约束高强钢 筋增强超高韧性纤维增强水泥基复合材料空心柱构件，其包括FRP管I、FRP管I内的钢筋骨架以及浇筑在FRP管内表面包裹钢筋骨架的空腔ECC材料2 ；构件的制作过程如下首先对FRP管I进行选型并制作，同时制作好内模板，绑扎好钢筋骨架，将三者按照设计图纸安装就位，然后将ECC材料浇筑于FRP管中，同时进行养护，内模板可拆除也可留在空腔内。FRP管的选型应考虑构件受力特点。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本技术的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本技术的权利要求范围当中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种FRP管约束高强钢筋增强超高韧性纤维增强水泥基复合材料空心柱构件，其特征在于：包括FRP管(1)、FRP管内的钢筋骨架以及浇筑在FRP管内表面包裹钢筋骨架的空腔ECC材料(2)；所述的钢筋骨架由纵向钢筋(3)和箍筋(4)组成，箍筋(4)置于纵向钢筋(3)的外侧，形成限制纵向钢筋(3)位移的封闭环形；构件中间留有空腔(5)；所述的纵向钢筋(3)及箍筋(4)均采用高强钢筋，所述的高强钢筋是指屈服强度500MPa及以上的钢筋。

【技术特征摘要】
1.一种FRP管约束高强钢筋增强超高韧性纤维增强水泥基复合材料空心柱构件，其特征在于包括FRP管(I)、FRP管内的钢筋骨架以及浇筑在FRP管内表面包裹钢筋骨架的空腔ECC材料⑵；所述的钢筋骨架由纵向钢筋(3)和箍筋⑷组成，箍筋⑷置于纵向钢筋(3)的外侧，形成限制纵向钢筋(3)位移的封闭环形；构件中间留有空腔(5);所述的纵向钢筋(3)及箍筋(4)均采用高强钢筋， 所述的高强钢筋是指屈服强度500MPa及以上的钢筋。2.根据权利要求I所述的一种FRP管约束高强钢筋增强超高韧性纤维增强水泥基复合材料空心柱构件，其特征在于所述的FRP管(I)的截面...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐海宾，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：实用新型
国别省市：