一种FRP管约束自应力混凝土组合柱

摘要

本发明涉及结构工程和桥梁工程技术领域，一种FRP管约束自应力混凝土组合柱，包括外部的FRP管和内部的自应力混凝土，所述FRP管将自应力混凝土包裹，由混凝土的膨胀和FRP的约束在FRP管和混凝土中产生自应力，所述自应力混凝土中安放有钢管或型钢，并贯穿于自应力混凝土的顶部至底部，或在靠近自应力混凝土的周边安放有均匀分布的纵向受力筋，并贯穿于自应力混凝土的顶部至底部。本发明可通过混凝土的膨胀在FRP和混凝土中建立预应力，避免FRP的应力滞后,充分发挥FRP高强的作用，同时使混凝土更加密实，改善FRP约束混凝土柱的力学性能，且施工简单，成本低廉，可用于桥梁和民用建筑。

说明书

技术领域

本发明涉及一种FRP管约束自应力混凝土组合柱，属于结构工程和桥梁工程技术领域。

背景技术

纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,简称为FRP)以其轻质高强、耐腐蚀等优势被越来越多的应用到土木工程当中。混凝土是一种约束敏感性材料，侧向的约束可以有效地提高混凝土的强度和延性。FRP约束混凝土柱使用FRP对混凝土施加侧向约束，可以有效地提高混凝土柱的承载能力和延性，在最近20多年中受到了国内外学者的大量研究。但在FRP约束混凝土柱中，FRP对混凝土的作用是一种被动的约束，FRP的约束作用只有在混凝土受压膨胀甚至产生微裂缝之后才能发挥出来，要调动FRP的作用需要很大的变形，甚至十倍于钢管约束混凝土柱调动钢管的约束作用所需的变形。已有研究表明对于GFRP约束混凝土柱内部混凝土的破坏发生在GFRP材料强度发挥到40％-50％的时候。FRP约束作用的滞后性无疑限制了FRP作用的发挥，同时发挥FRP作用所需的大变形更加限制了FRP约束混凝土柱的使用。而且当使用自密实混凝土时，养护过程中自密实混凝土的收缩量大的特性更加剧了这一现象。为了解决这个问题，有人通过张拉FRP的方式来对核心混凝土施加预应力的方式解决，但这种方法不但施工复杂，而且预应力锚具及施工成本较高，给实际应用带来一定的困难。

发明内容

为了克服已有技术存在的问题，本发明目的是提供一种FRP管约束自应力混凝土组合柱。该组合柱使用自应力混凝土不仅可以通过混凝土的膨胀补偿混凝土的收缩和徐变，而且能够在FRP和混凝土中建立预应力，避免FRP的应力滞后,充分发挥FRP高强的作用，另外，混凝土中的预应力也能使混凝土内部更加密实。

为了实现上述发明目的，解决已有技术中所存在的问题，本发明采取的技术方案是：一种FRP管约束自应力混凝土组合柱，包括外部的FRP管和内部的自应力混凝土，所述FRP管将自应力混凝土包裹，由混凝土的膨胀和FRP的约束在FRP管和混凝土中产生自应力，所述自应力混凝土中安放有钢管或型钢，并贯穿于自应力混凝土的顶部至底部，或在靠近自应力混凝土的周边安放有均匀分布的纵向受力筋，并贯穿于自应力混凝土的顶部至底部。

所述FRP管约束自应力混凝土组合柱的截面选自圆形、矩形或正方形中的一种。

所述型钢选自工字型、H型或十字型钢中的一种。

所述FRP管选自玻璃纤维增强塑料管、碳纤维增强塑料管、芳纶纤维增强塑料管或FRP复合管中的一种。

所述纵向受力筋选自钢筋或FRP筋中的一种。

所述FRP复合管选自FRP-PVC复合管或FRP-钢复合管中的一种。

本发明有益效果是：一种FRP管约束自应力混凝土组合柱，包括外部的FRP管和内部的自应力混凝土，所述FRP管将自应力混凝土包裹，由混凝土的膨胀和FRP的约束在FRP管和混凝土中产生自应力，所述自应力混凝土中安放有钢管或型钢，并贯穿于自应力混凝土的顶部至底部，或在靠近自应力混凝土的周边安放有均匀分布的纵向受力筋，并贯穿于自应力混凝土的顶部至底部。与已有技术相比，本发明可通过混凝土的膨胀在FRP和混凝土中建立预应力，避免FRP的应力滞后,充分发挥FRP高强的作用，同时使混凝土更加密实，改善FRP约束混凝土柱的力学性能，且施工简单，成本低廉，可用于桥梁和民用建筑。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是带有钢筋的本发明截面示意图。

图3是带有钢管的本发明截面示意图。

图4是带有工字型钢的本发明截面示意图。

图5是采用FRP-PVC复合管或FRP-钢复合管的本发明截面示意图。

图中：1、FRP管，2、自应力混凝土，3、钢筋，4、钢管，5、工字型钢，6、FRP-PVC复合管或FRP-钢复合管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种FRP管约束自应力混凝土组合柱，包括外部的FRP管1和内部的自应力混凝土2，所述FRP管1将自应力混凝土2包裹，由混凝土的膨胀和FRP的约束在FRP管和混凝土中产生自应力，所述FRP管约束自应力混凝土组合柱的截面选自圆形、矩形或正方形中的一种，所述FRP管1选自玻璃纤维增强塑料管、碳纤维增强塑料管或芳纶纤维增强塑料管中的一种。

如图2所示，这是一个带有钢筋的本发明截面示意图。在靠近自应力混凝土2的周边安放有均匀分布的钢筋3，并贯穿于自应力混凝土2的顶部至底部，用于增强构件的抗弯能力，再用FRP管1将自应力混凝土2包裹。

如图3所示，这是一个带有钢管的本发明截面示意图。在自应力混凝土2中安放有钢管4，并贯穿于自应力混凝土2的顶部至底部，再用FRP管1将自应力混凝土2包裹，外部的FRP管1和内部的钢管4共同约束自应力混凝土2，内置的钢管4，一方面可以增强构件的抗弯能力提高构件的整体延性，另一方面可以减轻结构的自重，而且还方便与其他构件连接，便于施工。

如图4所示，这是一个带有工字型钢的本发明截面示意图。在自应力混凝土2中安放有工字型钢5，并贯穿于自应力混凝土2的顶部至底部，用于提高组合柱的轴向和抗弯承载力及抗震性能，再用FRP管1将自应力混凝土2包裹。

如图5所示，这是一个采用FRP-PVC复合管或FRP-钢复合管的本发明截面示意图。采用FRP-PVC复合管或FRP-钢复合管6将自应力混凝土2包裹，用于提高组合柱的延性及轴向和抗弯承载力。

本发明优点在于：一种FRP管约束自应力混凝土组合柱，可在FRP管和混凝土中建立预应力，避免FRP应力滞后，同时使混凝土更加密实、施工简单、成本 低廉，可显著提高组合柱的轴向抗弯承载力及抗震性能。