复合管混凝土组合结构制造技术

一种复合管混凝土组合结构，其特征在于该结构包括内部混凝土(1)、钢管(2)、横向预应力钢丝(3)、纤维增强塑料(4)；其中，横向预应力钢丝(3)通过对钢丝施加预应力横向连续均匀缠绕于钢管(2)的外壁，纤维增强塑料(4)粘贴于最外层横向预应力钢丝(3)的外表面，内部混凝土(1)填充于钢管(2)的内部；横向预应力钢丝(3)的缠绕间距不大于40mm。本发明专利技术克服了公知的钢管混凝土、FRP-钢复合管混凝土结构所存在的缺陷，具有屈服荷载高、承载力储备大、延性好、破坏模式缓和、耐久性好等优点，尤其是其具有稳定、连续的下降阶段，同时，结构具有较低的造价。本发明专利技术结构适用于新建结构中的桩、柱、桥墩、拱肋，以及现有钢筋混凝土结构、钢管混凝土结构中以受压为主的构件加固。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种混凝土结构，尤其是一种复合管混凝土组合结构，属于土木建筑结构

技术介绍
多年来国内外学者对钢管混凝土结构进行了大量的研究与应用，其具有抗震性能好和施工方便等优点，同时也认识到钢管混凝土结构具有以下缺陷与不足钢管既要承受弯矩和轴向荷载产生的竖向应力，又要承受剪力和混凝土膨胀产生的横向应力，双向应力状态将降低钢管的约束效应，提前钢管的局部屈曲，低周反复荷载试验表明，这种局部屈曲将导致不稳定的滞回循环，降低构件的延性，并且这种失效难以修复；由于钢的弹塑性应力-应变关系，一旦钢管屈服其约束力将限于定值，构件承载力不再增加，安全储备低；钢管采用的钢材强度较低，对于大型的高轴力混凝土结构，必须采用厚壁钢管，用钢量大，加工困难，不经济；钢管面临锈蚀、耐久性难题。纤维增强塑料(FRP)具有轻质、高强、耐腐蚀的优良特性，在土木工程抗震加固、 补强领域得到了普遍应用，根据纤维增强体的不同，FRP可分为玻璃纤维增强塑料(GFRP)、 碳纤维增强塑料(CFRP)、芳纶纤维增强塑料(AFRP)、玄武岩纤维增强塑料(BFRP)等， 无论何种纤维增强塑料，其拉伸极限断裂都为脆性断裂，并表现为线性的应力-应变关系，简单的将FRP缠绕在钢管混凝土外以期改善钢管混凝土结构的性能，如中国专利第 “201120387820. 2”号，公开了一种“一种纤维-钢复合管钢筋混凝土桥墩”，虽然一定程度地克服了钢管混凝土桥墩的缺陷，但其仍然存在以下应用难题由于FRP的应变滞后，FRP 丝毫不能改变结构的屈服荷载；由于FRP的极限应变能力低，结构屈服后至FRP断裂所经历的变形很小，与结构延性要求不相符；由于FRP的断裂脆性，达到峰值荷载FRP断裂时，破坏模式剧烈，承载能力下降速度快；由于FRP的造价高昂，常规缠绕量的FRP难以获得大的承载力的提闻。本专利技术提供一种复合管混凝土组合结构，以克服现有技术中存在的缺陷，满足工程的应用需要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种复合管混凝土组合结构，以期解决现有钢管混凝土结构、FRP-钢复合管混凝土结构的缺陷，使得结构具有较高的屈服荷载、足够的承载力储备、 延性和缓和的破坏模式。此结构同时适用于新建结构中的桩、柱、桥墩、拱肋，以及现有钢筋混凝土结构、钢管混凝土结构中以受压为主的构件加固。为此，本专利技术提供一种复合管混凝土组合结构，该结构包括内部混凝土、钢管、横向预应力钢丝、纤维增强塑料；其中，横向预应力钢丝通过对钢丝施加预应力横向连续均匀缠绕于钢管的外壁，纤维增强塑料粘贴于最外层横向预应力钢丝的外表面，内部混凝土填充于钢管的内部；横向预应力钢丝和纤维增强塑料各为I层及I层以上，其钢丝或纤维方向与钢管横向倾角在-30°至30°之间，各层钢丝及纤维方向可以相同或不同，横向预应力钢丝的缠绕间距不大于40mm ;横向预应力钢丝通过环氧树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂或环氧砂浆实现与钢管的粘结。在本专利技术的结构中，内部混凝土在受压时，由于横向预应力钢丝在缠绕过程中建立了一定的预拉应力，横向预应力钢丝与钢管之间不存在应变滞后，横向预应力钢丝与钢管同时发挥约束作用，因此结构的屈服荷载得到了有效地大幅度提高，在结构屈服后，纤维增强塑料对核心混凝土的约束作用逐渐产生，核心混凝土的承载力得到进一步的提高，在纤维增强塑料发生断裂后，作为约束增强主体的横向预应力钢丝继续产生约束作用，仍然能够维持结构持续的承载力增长，由于弹塑性钢丝的极限应变很大，结构屈服后至对应最大荷载横向预应力钢丝首次断裂时，结构具备发生较大变形的能力，同时，由于横向预应力钢丝的缠绕间距不大于40mm，可保证各环横向预应力钢丝断裂过程相互独立，也即各环横向预应力钢丝在承载过程中相继依次断裂，每一环横向预应力钢丝断裂产生结构承载力的一个小幅度下降，从而使得结构由最大承载力下降至残余承载力缓慢发生，实现了结构缓和的破坏模式，在因大量横向预应力钢丝断裂而失去对钢管的有效约束时，依然有钢管对内部混凝土约束，从而保证结构具有一定的残余承载力。在本专利技术的结构中，可根据需要，顺着钢管的轴向沿钢管四周均匀设置纵向钢丝， 纵向钢丝的层数不受限制，可为O层、I层或I层以上，设置于横向预应力钢丝与钢管之间或横向预应力钢丝的各层之间，通过纵向钢丝的增强，以实现对结构纵向抗弯承载力的提高。所述的横向预应力钢丝中的有效预应力不小于lOOMPa，以防止横向预应力钢丝的应变滞后，并提高在日常使用荷载下横向预应力钢丝的作用发挥。所述的钢丝为抗拉强度大于等于IOOOMPa的普通钢丝、镀锌钢丝或不锈钢钢丝， 单束钢丝的结构形式为1(根)X1(股)、1(根)Xn(股)或m(根)Xn(股)中的一种，单束钢丝直径为O. Imm 5mm，由于单束钢丝直径较小，预应力建立过程简单易行。所述的纤维增强塑料的纤维增强体为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维或聚酯纤维中的一种或是其中的几种混杂而成，并浸溃环氧树脂、乙烯基树脂或聚氨酯树脂实现与横向预应力钢丝外壁的粘结。所述的内部混凝土内部设置有钢筋骨架或型钢骨架，钢筋骨架由纵、横向钢筋绑扎或焊接形成。所述的内部混凝土为自密实微膨胀混凝土。本专利技术克服了公知的钢管混凝土、FRP-钢复合管混凝土结构所存在的缺陷，具有屈服荷载高、承载力储备大、延性好、破坏模式缓和、耐久性好等优点，尤其是其具有稳定、 连续的下降阶段，同时，结构具有较低的造价。具体有益效果如下(I)屈服荷载高。由于横向预应力钢丝预先建立的预拉应力，使得横向预应力钢丝与钢管能够同时发挥约束作用，相对普通钢管混凝土结构，屈服荷载得到大大提高，从而降低钢管的设计厚度，另外，相对于常规FRP-钢复合管混凝土结构，纤维增强体在浸胶之前的强度极低，在纤维增强塑料内是无法实现预应力的。(2)承载力储备大。横向预应力钢丝的抗拉强度大于等于lOOOMPa，远远大于钢管材料的屈服强度，承载力提高效果极其显著，屈服后结构承载力继续上升的空间大，安全储备大。(3)延性好。由于横向预应力钢丝的弹塑性、大应变等力学特点以及内部钢管的高延性，使得结构在屈服后至最大荷载以及最终下降至残余承载力，结构具备发生较大变形的能力，从而表现良好的延性。(4)破坏模式缓和。小间距(不大于40mm)、小直径(O. Imm 5mm)的横向预应力钢丝约束从根本上转变了常规FRP-钢复合管混凝土结构的脆性破坏模式，各环横向预应力钢丝相继依次断裂并相互独立，获得了最大荷载之后的稳定的、连续的下降阶段，破坏模式缓和。(5)耐久性好。由于纤维增强塑料的抗腐蚀性，为横向预应力钢丝、纵向钢丝、钢管等提供了耐久性保护。(6)造价低。充分利用了传统材料——钢丝，获得较高的性能的同时，具有较低的成本。本专利技术结构，充分利用了混凝土、钢管、钢丝、纤维增强塑料等多种材料的优势特点，取得了较好的综合性能。附图说明图I是无纵向钢丝的复合管混凝土组合结构的横截面示意图2是无纵向钢丝的复合管混凝土组合结构的构造示意 阅图3是I层纵向钢丝、I层横向预应力钢丝的复合管混凝土组合结构的横截面示意图; 阅图4是I层纵向钢丝、I层横向预应力钢丝的复合管混凝土组合结构的构造示意图; 阅图5是2层纵向钢丝、2层横向预应力钢丝的复合管混凝土组合结构的横截面示意图; 阅图6是2本文档来自技高网...

【技术保护点】
复合管混凝土组合结构，其特征在于该结构包括内部混凝土(1)、钢管(2)、横向预应力钢丝(3)、纤维增强塑料(4)；其中，横向预应力钢丝(3)通过对钢丝施加预应力横向连续均匀缠绕于钢管(2)的外壁，纤维增强塑料(4)粘贴于最外层横向预应力钢丝(3)的外表面，内部混凝土(1)填充于钢管(2)的内部；横向预应力钢丝(3)和纤维增强塑料(4)各为1层及1层以上，其钢丝或纤维方向与钢管横向倾角在？30°至30°之间，各层钢丝及纤维方向可以相同或不同，横向预应力钢丝(3)的缠绕间距不大于40mm；横向预应力钢丝(3)通过环氧树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂或环氧砂浆实现与钢管(2)的粘结。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：魏洋，吴刚，吴智深，蒋剑彪，张敏，
申请(专利权)人：南京林业大学，东南大学，北京特希达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：