一种外套方形钢管混凝土纤维复材复合加固钢管柱的方法技术

本发明专利技术提供一种外套方形钢管混凝土纤维复材复合加固钢管柱的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、在原有钢管柱表面打磨除锈；步骤二、在原有钢管柱外围设置外套方形钢管，所述外套方形钢管将原有钢管柱包覆在内；步骤三、在外套方形钢管外缠绕纤维增强复合材料；步骤四、待纤维增强复合材料的胶黏剂固化后，在原有钢管柱和外套方形钢管之间浇筑填充料。本发明专利技术将钢管混凝土结构应用到钢管柱的加固工程中，提出一种外包钢管混凝土对受损钢管柱进行局部或整体加固的方法，局部加固时外套钢管主要起套箍作用，整体加固时外套钢管既可共同承受外力，又能产生套箍作用，为钢管柱加固方法提供了新的思路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种建筑结构补强加固方法，具体涉及一种外套方形钢管混凝土纤维复材复合加固钢管柱的方法。
技术介绍
钢管混凝土能够充分发挥钢管与核心混凝土的优点，又可以弥补这两种材料各自的缺点。具有承载能力高、延性好、耗能好、抗震性能好等优点，现阶段在多层、高层与超高层建筑、大跨度桥梁、大型工业厂房等结构中广泛应用，施工方便，缩短工期，降低造价，取得良好的经济效果。现有的钢管混凝土是在钢管内浇筑混凝土，形成实心复合结构，以加大钢管的强度和刚度。专利公开号为CN1538012A的专利“空心钢管混凝土”中提出了一种利用两根不等径的同轴钢管组合，在内外管间隙内填充混凝土，形成空心夹层钢管混凝土柱，达到保证柱子强度的同时，增加断面面积、减轻结构自重的目的，该结构在新建工程中具有良好的应用前景，通常是将两个长度相等的的钢管固定后浇筑混凝土，形成的一种新型组合结构。但本专利涉及一种建筑结构补强加固方法，该服役结构在加固前可能会因其不能完全卸载而处于受力状态，导致原有构件和新加部分之间存在应变滞后、新加部分材料利用率降低问题，目前关于这种结构增强方式还没有较为深入的受力机理研究。近年来，随着钢结构形式和设计的改进和创新，钢管柱的应用得到了迅速的发展。例如在输电、通讯等基础设施建设中；在工业厂房、车间等建筑中都大量的使用了钢管柱，然而在长期服役过程中，钢管柱会出现腐蚀生锈、开裂等问题，尤其是在沿海地区、工业区和酸雨多发地区。作为一类重要的支撑结构，其结构性能直接影响到服役或生产安全性和经济性。如果整体更换，安装、运输费用较高、尤其是在偏远地区。此外，施工期间需要停止输电或生产，会影响正常的生活和生产。针对受损的钢管柱，目前常用的加固方法有增大截面法，外包钢加固法，外贴FRP加固法。本专利拟将钢管混凝土结构应用到钢管柱的加固工程中，提出一种外包钢管混凝土对受损钢管柱进行局部或整体加固的方法，局部加固时外套钢管主要起套箍作用，整体加固时外套钢管既可共同承受外力，又能产生套箍作用，为钢管柱加固方法提供了新的思路。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：一种外套方形钢管混凝土纤维复材复合加固钢管柱的方法，包括如下步骤：步骤一、在原有钢管柱表面打磨除锈；步骤二、在原有钢管柱外围设置外套方形钢管，所述外套方形钢管将原有钢管柱包覆在内；步骤三、在外套方形钢管外缠绕纤维增强复合材料；步骤四、待纤维增强复合材料的胶黏剂固化后，在原有钢管柱和外套方形钢管之间浇筑填充料。所述的填充料为自应力自密实混凝土，该混凝土按重量份计，由以下配比的组分组成：水泥：水：砂：石=1：0.23~0.33：0.85~1.08:0.92~1.09。所述的填充料还包括重量份为0.8-2.5%的减水剂。所述的自应力自密实混凝土，以重量份计，由以下配比的组分组成：水泥：水：砂：石=1:0.33:0.85:0.97，还包括重量份为0.8%的减水剂。所述的自应力自密实混凝土，以重量份计，由以下配比的组分组成：水泥：水：砂：石=1:0.28:0.90:1.01，还包括重量份为1.2%的减水剂。所述的自应力自密实混凝土，以重量份计，由以下配比的组分组成：水泥：水：砂：石=1:0.23:1.08:1.09，还包括重量份为2.5%的减水剂。所述的外套钢管与原有钢管柱几何中心重合，或根据承载情况进行偏心设置。所述的纤维增强复合材料是碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维中的至少一种，是一种轻质高强的材料，可以弥补钢管抗腐蚀性能差的缺点，也可以发挥自身的抗拉性能，为钢管混凝土提供更强的约束。所述的钢管柱的截面形状为圆形或多边形结构。所述的外套方形钢管由两块“[”形钢板现场对缝焊接成为套管，所述的外套方形钢管厚度为3~10mm，以方便套箍和减少自重。本专利提出一种外套方形钢管混凝土加固钢管柱的方法，利用钢管混凝土的优点，来解决锈蚀、开裂等老旧受损钢管柱存在的安全隐患问题，以及钢管柱整体更换成本高的问题；同时内部中空钢管柱仍可以铺设电线，管道等，不影响正常使用，具体优点如下：1.用本方法加固的钢管柱与整体更换相比，既可减少自然资源和社会资源的浪费，又能提高承载力和变形能力，延长其服役寿命，具有工期短、费用低等优点。2.该加固方法的思路在于将增大截面加固法中的纵筋与箍筋用量转化为外套钢管，利用外套钢管，在不增加用钢量的前提下，以达到对原有的钢管柱良好的套箍作用，提高其承载力与延性。3.外套钢管加固结构相对其他加固方法可适度减小截面面积，减轻自重，节约工程造价。4.创造性的将自应力混凝土、自密实混凝土的技术相结合，得到一种自应力自密实新型混凝土，使这种新型高性能混凝土具有良好的流动性、稳定性、均匀性和密实度，并将其引入到钢管混凝土结构当中用于工程加固。5.外套钢管可作为浇筑填充料的模板，操作简单、施工方便，缩短工期，降低工程成本，且加固可靠性高。6.该组合加固结构属于一种新型钢管混凝土结构，其综合了钢管混凝土结构与增大截面加固法二者的优势，能够大幅提高原有钢管柱的承载力与延性，相比现有加固方法具有很强的技术优势。7.相关资料表明，采用加固、改造结构与新建结构相比，可节约40%的投资额，缩短约50%的工期，加固的投资回收速度也是新建结构的3-4倍，经济效益显著，同时对现有结构进行加固修复，可以避免自然资源和社会资源的浪费，具有很高的社会效益。8.本专利中外套钢管采用外套方形钢管结构，该结构相对于圆形钢管，具有更强的抗弯和抗剪能力；其结点设计更为简单，具有良好的外观而满足容易建筑要求，便于与其他构件连接；其外套钢管制作简便，可以由两块冷弯的钢板对接连续施焊加工而成，也可以由四块矩形钢板拼接对焊而成，相对卷制而成的圆形钢管，方形钢管制作方法更为简便，而且便于运输，施工工期短、成本低；其平整的表面既便于除锈刷漆，又能选用价格更便宜的平板式防火板材以节省造价。9.纤维增强复合材料（FRP）因其强度高、耐腐蚀、抗疲劳、施工灵活等优点而被广泛关注，在既有结构改造加固中有较大经济和工程优势。在钢管混凝土柱中，核心混凝土能延缓或避免钢管局部向内屈曲，提高钢管的稳定性和承载力，但是钢管局部向外屈曲会导致钢管约束性能、强度、延性的退化等问题。通过在钢管外粘贴纤维增强复合材料，附加横向约束，不仅使混凝土在FRP与钢管的约束下处于更有效的三向受压应力状态，而且核心混凝土和FRP使钢管处于三向应力状态，延缓钢管向外屈曲。同时粘贴FRP可以延缓钢管锈蚀。附图说明图1为本专利技术钢管柱加固部位截面结构示意图；其中：1-外套方形钢管，2-钢管柱，3-填充料，4-纤维增强复合材料。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明，一种外套方形钢管混凝土纤维复材复合加固钢管柱的方法，包括如下步骤：步骤一、在原有钢管柱2表面打磨除锈；步骤二、在原有钢管柱外围设置外套方形钢管1，所述外套方形钢管1将原有钢管柱2包覆在内；步骤三、在外套方形钢管1外缠绕纤维增强复合材料4；步骤四、待纤维增强复合材料4的胶黏剂固化后，在原有钢管柱2和外套方形钢管1之间浇筑填充料3。填充料3为自应力自密实混凝土，外套钢管能够对原钢管柱提供良好的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种外套方形钢管混凝土纤维复材复合加固钢管柱的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、在原有钢管柱表面打磨除锈；步骤二、在原有钢管柱外围设置外套方形钢管，所述外套方形钢管将原有钢管柱包覆在内；步骤三、在外套方形钢管外缠绕纤维增强复合材料；步骤四、待纤维增强复合材料的胶黏剂固化后，在原有钢管柱和外套方形钢管之间浇筑填充料。

【技术特征摘要】
1.一种外套方形钢管混凝土纤维复材复合加固钢管柱的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、在原有钢管柱表面打磨除锈；步骤二、在原有钢管柱外围设置外套方形钢管，所述外套方形钢管将原有钢管柱包覆在内；步骤三、在外套方形钢管外缠绕纤维增强复合材料；步骤四、待纤维增强复合材料的胶黏剂固化后，在原有钢管柱和外套方形钢管之间浇筑填充料。2.如权利要求1所述的一种外套方形钢管混凝土纤维复材复合加固钢管柱的方法，其特征在于：所述的填充料为自应力自密实混凝土，该混凝土按重量份计，由以下配比的组分组成：水泥：水：砂：石=1：0.23~0.33：0.85~1.08:0.92~1.09。3.如权利要求1所述的一种外套方形钢管混凝土纤维复材复合加固钢管柱的方法，其特征在于：所述的填充料还包括重量份为0.8-2.5%的减水剂。4.如权利要求1所述的一种外套方形钢管混凝土纤维复材复合加固钢管柱的方法，其特征在于：所述的自应力自密实混凝土，以重量份计，由以下配比的组分组成：水泥：水：砂：石=1:0.33:0.85:0.97，还包括重量份为0.8%的减水剂。5.如权利要求1所述的一种外套方形钢管混凝土纤维复材复合加固钢管柱的方法，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李杉，卢亦焱，祝涛，邱剑，李伟捷，刘真真，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42