带ECC增强保护层及FRP约束混凝土芯柱的钢管混凝土柱制造技术

本实用新型专利技术涉及带ECC增强保护层及FRP约束混凝土芯柱的钢管混凝土柱，包括从外向内依次设置的ECC层、钢管层、混凝土层、FRP管层、核心混凝土芯柱；混凝土层的材料为普通混凝土、高强混凝土、膨胀混凝土、粉煤灰混凝土、轻骨料混凝土等；核心混凝土芯柱的材料为普通混凝土、高强混凝土、膨胀混凝土、粉煤灰混凝土、轻骨料混凝土等。本实用新型专利技术可提高受力性能、耐火性能、耐久性，属于建筑结构技术领域。属于建筑结构技术领域。属于建筑结构技术领域。

【技术实现步骤摘要】
带ECC增强保护层及FRP约束混凝土芯柱的钢管混凝土柱


[0001]本技术涉及建筑结构，具体涉及一种带ECC增强保护层及FRP约束混凝土芯柱的钢管混凝土柱。

技术介绍

[0002]近年来，钢管混凝土结构以其承载力高、自重轻、施工方便等优点被广泛应用于工程实践当中。然而，当钢管径厚比较大时，尤其当钢管截面为非圆形时，钢管对内部核心混凝土的约束能力相对较弱。针对此不足，有学者提出将钢管混凝土柱与FRP约束混凝土柱相结合，形成带FRP约束芯柱的钢管混凝柱，利用FRP约束芯柱优越的受压承载力及变形能力，提升钢管混凝土柱的受压性能。然而，上述带FRP约束芯柱钢管混凝柱依然存在如下不足：钢管容易发生局部屈曲破坏；此外，由于钢管外露，其耐腐蚀性能及耐火性能存在不足。
[0003]ECC(Engineered Cementitious Composite)是近几十年快速发展的纤维增韧水泥基复合材料之一，具有超强的裂缝控制能力、抗弯韧性、抗疲劳性及耐久性。目前，ECC已经成功应用到世界各国的多个工程实践当中并取得了较好的效果。由于材料中含有短切纤维，能够起到很好的桥联作用，不仅提供了超高的拉伸应变能力，还保证了材料的整体传力性能不被削弱。除此之外，研究还表明，ECC中的PVA纤维在火灾高温下逐渐熔融形成联通孔隙，有利于内部水蒸气压力的释放，使材料不易发生爆裂，保持其完整性。因此，ECC的使用不但能增强结构的安全性，还能增强结构的耐久性及耐火性能。此外，配制ECC 所需要的材料中大量使用了工业废料，因此ECC是一种绿色、环保的建筑材料。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的技术问题，本技术的目的是：提供一种提高受力性能、耐火性能、耐久性的带ECC增强保护层及FRP约束混凝土芯柱的钢管混凝土柱。
[0005]为了达到上述目的，本技术采用如下技术方案：
[0006]带ECC增强保护层及FRP约束混凝土芯柱的钢管混凝土柱，包括从外向内依次设置的ECC层、钢管层、混凝土层、FRP管层、核心混凝土芯柱。优选的，ECC层的厚度为5
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50mm，钢管层的厚度为2
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30mm，混凝土层的厚度为 20
‑
200mm，FRP管层的厚度为1
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20mm，核心混凝土芯柱的外径为50
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1000mm。
[0007]作为一种优选，ECC层通过浇筑的方式设置在钢管层的外侧，混凝土层通过浇筑的方式设置在钢管层和FRP管层之间，核心混凝土芯柱通过浇筑的方式设置在FRP管层的内侧。
[0008]作为一种优选，ECC层内设置增强网格；增强网格为纤维编织网、FRP(Fiberreinforced polymer)网格、钢丝网中的一种或者多种组合。
[0009]作为一种优选，钢管层的外侧固定焊钉，焊钉成矩形阵列排列，焊钉之间的距离为增强网格的格间距的整数倍；增强网格通过铁丝绑在焊钉上。
[0010]作为一种优选，ECC层等厚度的包裹在钢管层的外侧，或ECC层变厚度的包裹在钢
管层的外侧。
[0011]作为一种优选，钢管层的横截面为圆形、椭圆形、长方形或正多边形；FRP 管层的横截面为圆形、椭圆形、长方形或正多边形。
[0012]作为一种优选，ECC层、钢管层、FRP管层的横截面的几何形心重合。
[0013]带ECC增强保护层及FRP约束混凝土芯柱的钢管混凝土柱的建造方法，包括如下步骤，第一步，将FRP管层和钢管层定位，浇筑FRP管层内的核心混凝土芯柱，浇筑FRP管层与钢管层之间的混凝土层；第二步，在钢管层的外侧固定焊钉；第三步，将增强网格固定在焊钉上；第四步，在钢管层外侧设置模板并临时固定；第五步，将ECC层浇筑在钢管层与模板之间；第六步，脱模。
[0014]带ECC增强保护层及FRP约束混凝土芯柱的钢管混凝土柱应用在桥梁结构、建筑结构、水工结构、滨海结构或海洋结构中。
[0015]本技术具有如下优点：
[0016]1.对比于由内到外结构为水泥基材料、钢管、纵筋和箍筋的组合柱，及对比于由内到外结构为高强混凝土柱芯、钢管及外部ECC浇筑层的组合防撞桩，本技术的结构为从外向内依次设置的ECC层、钢管层、混凝土层、FRP管层、核心混凝土芯柱。本技术在钢管内布置了FRP管。FRP约束混凝土芯柱能提升混凝土芯柱的强度、变形能力；被FRP约束混凝土有一定的后期刚度，在地震时可以形成恢复力，因此FRP管可以使柱具有抗震韧性。布置FRP管还能够有效约束芯柱部分混凝土的横向膨胀，减轻ECC层的约束负担，减小ECC 层的变形，使ECC的功能(如约束钢管、耐腐蚀、耐火性能)得到更加充分发挥；因此，FRR管与ECC层形成了功能的彼此支持，具有1+1>2的效果。此外， ECC层、钢管、FRP管对芯柱部分混凝土形成了三重约束，可极大增强上述部位混凝土的强度与变形能力，具有1+1+1>3的效果。上述的组合防撞桩和组合柱均无所述有利效果。
[0017]2.提升了带FRP约束芯柱的钢管混凝柱的受力性能。ECC层具有优越的变形能力及较大的抗弯刚度，能有效约束钢管混凝土向外变形，与钢管内侧的混凝土一起共同抑制钢管局部屈曲，使钢管的强度得到更加充分利用，提升其受力性能。
[0018]3.提高了带FRP约束芯柱的钢管混凝柱的耐火性能。ECC中的PVA纤维能够在高温下熔融形成联通孔隙，有利于ECC内部水蒸气压力的释放，确保了 ECC在高温下不会发生爆裂，ECC层起到了防火保护层的作用。
[0019]4.提高了带FRP约束芯柱的钢管混凝柱的耐久性。将ECC层外包于钢管外部，由于ECC材料的微裂缝(一般100微米以内)发展特征可以有效延缓大部分有害介质的侵蚀，延缓或避免了其与钢管的接触，提高了钢管的耐腐蚀性。
[0020]5.结构简单，制作方便，在桥梁结构、建筑结构、水工结构、滨海结构或海洋结构中有广泛的应用前景。
附图说明
[0021]图1为带ECC增强保护层及FRP约束混凝土芯柱的钢管混凝土柱的截面示意图。
[0022]图2为带ECC增强保护层及FRP约束混凝土芯柱的钢管混凝土柱的立体图。
[0023]图3a
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3e为钢管或FRP管的截面示意图。
[0024]图4a
‑
4g为带ECC增强保护层及FRP约束混凝土芯柱的钢管混凝土柱的施工过程
图。
[0025]图5为增强网格与焊钉连接的立体图。
[0026]图6为增强网格与焊钉连接的俯视图。
[0027]图7为增强网格与焊钉通过铁丝绑扎的局部放大图。
[0028]其中，1为ECC层，2为增强网格，3为钢管层，4为混凝土层，5为FRP 管层，6为核心混凝土芯柱，7为焊钉，8为连接节点，9为铁丝。
具体实施方式
[0029]下面将结合具体实施方式来对本技术做进一步详本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.带ECC增强保护层及FRP约束混凝土芯柱的钢管混凝土柱，其特征在于：包括从外向内依次设置的ECC层、钢管层、混凝土层、FRP管层、核心混凝土芯柱。2.按照权利要求1所述的带ECC增强保护层及FRP约束混凝土芯柱的钢管混凝土柱，其特征在于：ECC层通过浇筑的方式设置在钢管层的外侧，混凝土层通过浇筑的方式设置在钢管层和FRP管层之间，核心混凝土芯柱通过浇筑的方式设置在FRP管层的内侧。3.按照权利要求2所述的带ECC增强保护层及FRP约束混凝土芯柱的钢管混凝土柱，其特征在于：ECC层内设置增强网格；增强网格为纤维编织网、FRP网格、钢丝网中的一种或者多种组合。4.按照权利要求3所述的带ECC增强保护层及FRP约束混凝土芯柱的钢管混凝土...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈光明，熊焱，许国忠，李宁景，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：