本发明专利技术公开了一种钢‑FRP‑环境友好型混凝土组合柱及其建造方法。组合柱包括至少一个竖直段，竖直段包括方钢管和圆FRP管。圆FRP管设在方钢管内，方钢管和圆FRP管之间填充有普通混凝土，圆FRP管内填充有环境友好型混凝土。根据本发明专利技术的钢‑FRP‑环境友好型混凝土组合柱，利用了FRP材料轻质高强、防腐性好的优势，不仅可采用新型可持续发展材料来节约成本，而且保证了组合柱具有高承载力、高延性、重量轻等特点。同时，设置的方钢管增加了组合柱的刚度和延性，提高抗震、抗冲击能力，利于节点连接，降低施工难度，从而使组合柱成为低成本高性能构件，获得了较高的技术经济效益，可用于超高层、大跨桥梁等工程结构中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及建筑结构
，尤其是涉及一种钢-FRP-环境友好型混凝土组合柱及其建造方法。
技术介绍
随着建筑高度和桥梁跨度的不断增加，组合柱受到了工程领域的广泛关注。目前，框架结构、超高层建筑和大跨桥梁的主要构件有钢筋混凝土柱、钢管混凝土柱、复合钢管混凝凝土柱等柱截面形式，这些组合柱均在结构中发挥着各自的优势，但不乏存在改进的地方。例如钢筋混凝土柱存在工期长、难度大、效率低的缺点，而且普通钢筋混凝土柱也难以满足高轴压比情况下的承载力要求。为此，工程上出现了钢管混凝土柱，且钢管混凝土柱逐步成为超高层、大跨结构体的重要组成构件，它充分利用了其高承载力和良好延性等特点。但在较大轴向位移情况下，钢管混凝土柱的钢管易屈服，随后整个柱截面进入软化阶段，承载力逐渐下降。针对钢管混凝土柱的上述缺点，FRP约束混凝土柱得到了广泛研宄。FRP约束混凝土柱的特点在于其力-位移曲线呈双线性，即截面屈服之后承载力继续上升，因此这种柱截面具有了更为优越的承载能力。然而，FRP约束混凝土柱最终破坏模式为脆性，不利于抗震需求。因此，有人提出了将FRP、钢管、混凝土三种材料组合的新型柱截面，其截面形式为内部圆钢管、外部缠绕FRP,FRP与圆钢管之间的夹层灌入混凝土。这种柱截面尽管在承载力和延性方面都得到了很大的改善，但是在实际工程施工中，不利于梁柱节点连接，施工困难较大。如何改善FRP、钢管、混凝土组合的新型柱的结构，成为未来建筑领域亟待解决的一个重要课题。另外，随着大量新型结构的建设以及传统结构的拆除，衍生出大批建筑垃圾，因此如何以降低成本获得高性能构件也逐步成为了未来可持续发展的关键。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题。为此，本专利技术旨在提供一种钢-FRP-环境友好型混凝土组合柱，该钢-FRP-环境友好型混凝土组合柱节点连接容易，降低了工程施工难度，且利用了储量丰富的环境友好型混凝土，可缓解传统资源衰竭危机，经济效益良好。本专利技术的另一个目的在于提供一种上述钢-FRP-环境友好型混凝土组合柱的建造方法。根据本专利技术实施例的钢-FRP-环境友好型混凝土组合柱，包括至少一个竖直段，所述竖直段包括:方钢管，所述方钢管的横截面形成为方形；圆FRP管，所述圆FRP管的横截面形成为圆形，所述圆FRP管设在所述方钢管内，所述方钢管和所述圆FRP管之间填充有普通混凝土，所述圆FRP管内填充有环境友好型混凝土。根据本专利技术实施例的钢-FRP-环境友好型混凝土组合柱，该组合柱利用了 FRP材料轻质高强、防腐性好的优势，采用了环境友好型混凝土作为圆FRP管的内填充物，不仅可采用新型可持续发展材料来节约成本，而且保证了组合柱具有高承载力、高延性、重量轻等特点。同时，外部设置的方钢管增加了组合柱的刚度和延性，提高抗震、抗冲击能力，利于节点连接，降低施工难度，从而使钢-FRP-环境友好型混凝土组合柱成为低成本的高性能构件，获得了较高的技术经济效益，可用于超高层、大跨桥梁等工程结构中。具体地，所述竖直段为多个，多个所述方钢管在竖直方向上叠加设置，多个所述圆FRP管在竖直方向上叠加设置，除去最上方的其余每个竖直段的所述圆FRP管的上端超出相应的所述方钢管的上端，除去最下方的其余每个所述竖直段的所述方钢管的下端超出相应的所述圆FRP管的下端。由此，可保证组合柱在多段连接时，每一段竖直段的方钢管接缝与圆FRP管接缝错开，为下一段竖直段的圆FRP管缠绕连接和方钢管的焊接留出一定的施工空间。有利地，每个所述竖直段的所述方钢管和所述圆FRP管的几何中心重合。由此，可保证整体结构对称、性能稳定，且钢-FRP-环境友好型混凝土组合柱的重心位于其几何中心处，方便了钢-FRP-环境友好型混凝土组合柱应用的工程结构的设计、计算。可选地，所述方钢管的相邻侧壁之间设有倒角。由此，便于去除毛刺，提高整体美观度，而且避免了钢-FRP-环境友好型混凝土组合柱在方钢管的拐角处应力过于集中。另夕卜，在填充普通混凝土时，普通混凝土也较容易注满方钢管的拐角处，避免产生空隙。更具体地，所述环境友好型混凝土为再生骨料混凝土或者建筑垃圾混凝土。由此，不仅方便了城市建设，而且有利于解决废弃物处理、石灰石资源和有效利用能源的问题，减轻了环境负荷，缓解了传统资源衰竭的危机，同时，也降低了成本，提高了经济效益。可选地，所述方钢管为由热轧钢板弯曲、焊接而成的管件。由此，方钢管加工容易、成本不尚。根据本专利技术实施例的钢-FRP-环境友好型混凝土组合柱的建造方法，包括如下步骤:S1:预制方钢管和圆FRP管；S2:将所述圆FRP管竖向放置，往所述圆FRP管内填充环境友好型混凝土 ；S3:将所述方钢管套在所述圆FRP管外，所述圆FRP管的高度高于所述方钢管；S4:往所述圆FRP管和所述方钢管之间填充普通混凝土，组装完成第一段竖直段；S5:将第二段竖直段的所述圆FRP管竖向设在所述第一段竖直段的所述圆FRP管上，在两个所述圆FRP管的连接处缠绕FRP布；S6:往所述第二段竖直段的所述圆FRP管内填充环境友好型混凝土 ；S7:将所述第二段竖直段的所述方钢管竖向设在所述第一段竖直段的所述方钢管上，在两个所述方钢管的连接处进行焊接；S8:往所述第二段竖直段的所述方钢管和所述圆FRP管之间填充普通混凝土 ；S9 ;重复步骤S5至S8直到所述组合柱的高度达到设计需求，其中，最后一段竖直段的所述方钢管的上端与所述圆FRP管的上端平齐。根据本专利技术实施例的钢-FRP-环境友好型混凝土组合柱的建造方法，可实施性强，且利用了新型可持续发展材料来节约成本，且获得了高性能构件，为未来建筑行业的可持续发展提供了一种有效途径。有利地，每段所述竖直段的所述方钢管和所述圆FRP管的几何中心重合。具体地，在步骤S2和S6中，从所述圆FRP管的顶部灌入所述环境友好型混凝土，每灌入150mm后，振捣30秒，之后将得到的由所述圆FRP管约束的环境友好型混凝土进行养护。具体地，在步骤S4和S8中，从所述方钢管的顶部灌入所述普通混凝土，每灌入150mm后，振捣30秒，之后将得到的组合柱进行养护。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。【附图说明】本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:图1是根据本专利技术实施例的钢-FRP-环境友好型混凝土组合柱的截面布置图；图2是根据本专利技术实施例的钢-FRP-环境友好型混凝土组合柱中单个竖直段的局部剖视示意图；图3是根据本专利技术实施例的钢-FRP-环境友好型混凝土组合柱包括多个竖直段时的结构不意图；图4是根据本专利技术实施例的钢-FRP-环境友好型混凝土组合柱的建当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种钢‑FRP‑环境友好型混凝土组合柱，其特征在于，包括至少一个竖直段，所述竖直段包括：方钢管，所述方钢管的横截面形成为方形；圆FRP管，所述圆FRP管的横截面形成为圆形，所述圆FRP管设在所述方钢管内，所述方钢管和所述圆FRP管之间填充有普通混凝土，所述圆FRP管内填充有环境友好型混凝土。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：冯鹏，程实，王杰，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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