一種拼接式預應力碳纖維板承重柱的製作方法

2023-06-20 08:19:16 1

本發明涉及建築領域承重體系，具體涉及一種拼接式預應力碳纖維板承重柱。
背景技術：
：由於高層建築的荷載比較大，對抗震性能要求比較高，因此對於高層建築而言，承重柱的設計尤為重要，若承重柱設計不能符合上述要求，對高層建築的消極影響非常大，因此，正確選擇承重柱材料類型與性能直接影響到承重柱使用效果，尤其是荷載能力、強度的影響特別大。現有技術中最為常見的承重柱為型鋼高強混凝土柱、鋼管混凝土柱，其製作材料一般選擇鋼管、高強混凝土材料，因為鋼管具有一定的韌性，而混凝土性能也比較突出，使用這兩種類型的材料符合工程要求。但是該結構存在承載力和耐久性差、工程造價較高的問題，申請號為201410146798.0的中國發明專利申請公布了一種圓形截面輕鋼-小徑木材-碳纖維組合承重柱及作法，其芯部為由圓鋼管和填充在圓鋼管內的混凝土組成的鋼管混凝土，通過把輕鋼-小徑木材-碳纖維進行優勢組合，提高了柱結構的耐久性和承載能力，另外利用小徑木材降低了工程造價。上述承重柱雖然通過使用小徑木材解決了工程造價高的技術問題，但是還存在下述問題：1.所述承重柱的承重部分依靠其芯部設置的圓鋼管及填充在圓鋼管內的混凝土，由於圓鋼管為一體式設置，鋼管內部存在一定內應力，當遇到地震等情況發生時，承重柱很容易在內應力的作用下發生整體損毀，對大跨度結構、高層建築結構以及抗震性不利；2.一體式結構的鋼管佔用空間較大，運輸非常不方便，運輸成本高，施工難度大，由於採用了芯層為鋼管混凝土柱、外部填充小徑木材並用碳纖維材料包裹的結構，該結構承重柱的現場施工比較複雜，工期較長。技術實現要素：本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種承載力高、安裝和運輸方便、抗震性能強的拼接式預應力碳纖維板承重柱。本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種拼接式預應力碳纖維板承重柱，包括底座、柱身，其特徵在於，柱身的一端與底座相連，所述柱身包括由均勻設置的至少四個支撐單元圍合形成的中空柱體以及灌注在柱體中空部的混凝土柱，相鄰支撐單元之間設置為榫鉚插層結構，所述支撐單元的橫截面呈圓弧形，所述支撐單元的兩端設置有榫卯插層接口，支撐單元的外表面的兩端設置有錨固肋，相鄰支撐單元相近端的錨固肋相接觸形成肋單元，相鄰肋單元之間採用多層沿柱體圓周方向設置的碳纖維板進行錨固，縱向相鄰的碳纖維板錯位設置。進一步的，所述錨固肋中部設置有用於穿插碳纖維板的預留插孔，所述碳纖維板兩端穿過肋單元並通過錨具與支撐單元連接固定。進一步的，所述錨具中部沿垂直於碳纖維板的方向設置有預留螺栓孔，所述錨具通過高強度螺栓將碳纖維板和支撐單元固定。進一步的，所述碳纖維板採用後張法無粘接預應力碳纖維板。進一步的，相鄰支撐單元之間無縫拼接。進一步的，所述混凝土柱採用高流態自密實混凝土。進一步的，所述高流態自密實混凝土為由水泥、粗細集料和隨機分布的短切碳纖維組合而成的複合材料。進一步的，所述高流態自密實混凝土的塌落度為20-22cm，高流態自密實混凝土的強度不低於c40。進一步的，所述支撐單元和底座採用樹脂基碳纖維複合材料rtm一體化成型工藝。進一步的，所述底座和柱身通過法蘭固定連接。本發明的有益效果是：設置的拼接式管狀支撐由多片式支撐單元拼接而成，可以在安裝現場拼裝，減少了運輸時佔用的空間，運輸方便，節省了運輸成本；由於柱體拼接式結構無內應力，當有地震等情況發生時，支撐單元之間能夠發生一定程度的交錯，極大程度地減輕了柱體的損毀，抗震性能大大提高；碳纖維複合材料支撐單元和預應力碳纖維布上下交錯錨固，提高了抗剪和抗拉強度，從而有效提高了支撐承重結構的承載力，強度和剛度更高，與一般管狀及桁架結構相比，可抵抗更大的彎矩；同時支撐單元橫向採用榫卯插層連接，無粘接預應力緊固，省去了焊接環節，施工方便快捷，有效縮短了生產安裝周期，可在現場拼裝，具有構造簡單、生產、運輸、吊裝、安裝方便的優點。附圖說明圖1是本發明的結構示意圖；圖2是本發明柱身的橫截面結構示意圖；圖3是本發明的錨固展開示意圖；圖4是本發明錨具的結構示意圖。圖中：1.底座，2.柱身，3.支撐單元，4.混凝土柱，5.錨固肋，6.肋單元，7.碳纖維板，8.錨具，81.預留螺栓孔，82.高強度螺栓，9.千斤頂。具體實施方式下面結合附圖對本發明進一步詳細描述，以便公眾更好地掌握本發明的實施方法。在本發明的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「長度」、「寬度」、「厚度」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」「內」、「外」、「順時針」、「逆時針」、「軸向」、「徑向」、「周向」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。在本發明的描述中，「多個」、「多層」的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」、「固定」等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係，除非另有明確的限定。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。在本發明中，除非另有明確的規定和限定，第一特徵在第二特徵「上」或「下」可以是第一和第二特徵直接接觸，或第一和第二特徵通過中間媒介間接接觸。而且，第一特徵在第二特徵「之上」、「上方」和「上面」可是第一特徵在第二特徵正上方或斜上方，或僅僅表示第一特徵水平高度高於第二特徵。第一特徵在第二特徵「之下」、「下方」和「下面」可以是第一特徵在第二特徵正下方或斜下方，或僅僅表示第一特徵水平高度小於第二特徵。在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特徵進行結合和組合。如圖1所示，本發明一種拼接式預應力碳纖維板承重柱，包括底座1、柱身2，柱身2的一端通過法蘭與底座1固定連接；如圖2所示，柱身2包括由八個同規格的支撐單元3圍合形成的中空柱體，柱體內灌注混凝土形成混凝土柱4加固，柱身2採用分片式的豎向支撐單元3來作為主要架構，作用是防止柱身2的柱狀失衡，相鄰支撐單元3之間設置為榫鉚插層結構，所述支撐單元3的橫截面呈圓弧形，所述支撐單元3的兩端設置有榫卯插層接口，支撐單元3的外表面的兩端設置有錨固肋5，相鄰支撐單元3相近端的錨固肋5相接觸形成肋單元6；如圖1和圖3所示，相鄰肋單元6之間採用多層沿柱體圓周方向設置的碳纖維板7進行錨固，縱向相鄰的碳纖維板7錯位設置，即上下碳纖維板7錯位環繞錨固；本發明所述的錨固肋5中部設置有用於穿插碳纖維板7的預留插孔，所述碳纖維板7兩端穿過肋單元6並通過錨具8與支撐單元3連接固定。如圖4所示，本發明所述的錨具8中部沿垂直於碳纖維板7的方向設置有預留螺栓孔81，所述錨具8通過高強度螺栓82將碳纖維板7和支撐單元3固定。本發明所述的碳纖維板7採用後張法無粘接預應力碳纖維板。本發明中相鄰支撐單元3之間無縫拼接。本發明所述的混凝土柱4採用高流態自密實混凝土。本發明所述的高流態自密實混凝土為由水泥、粗細集料和隨機分布的短切碳纖維組合而成的複合材料。本發明所述的高流態自密實混凝土的塌落度為20-22cm，高流態自密實混凝土的強度不低於c40。本發明所述的支撐單元3和底座1採用樹脂基碳纖維複合材料rtm一體化成型工藝。本發明所述的底座1和柱身2通過法蘭固定連接。本發明為克服
背景技術：
的缺點，採用豎直狀的碳纖維複合材料板構成的圓筒來代替原有的單純的鋼板結構的圓筒，以拼裝的方式來進行安裝，從左至右，片與片以及節與節之間用榫卯扣接，並採用無粘接預應力碳纖維板7後張法錨固，每節上有水平設置的碳纖維板7繞柱身做圓周上下交錯纏繞（數量可根據需求選擇）；單元拼接完成後內部注入高流態自密實混凝土灌實，與底座1形成結構柱體。預應力碳纖維板7的張拉和錨固如圖3所示，根據設計尺寸裁剪預應力碳纖維板7，並將裁剪好的預應力碳纖維板7穿插入錨固肋5預留插孔，布置千斤頂9，逐級張拉千斤頂9至張拉控制應力，張拉完成後，用錨具8和預留螺栓孔81穿插高強度螺栓82固定，用扳手擰緊固定螺母，卸除千斤頂9。本發明設置的拼接式管狀支撐由多片式支撐單元拼接而成，可以在安裝現場拼裝，減少了運輸時佔用的空間，運輸方便，節省了運輸成本；由於柱體拼接式結構無內應力，當有地震等情況發生時，支撐單元之間能夠發生一定程度的交錯，形成支撐單元的部分損毀，從而極大程度地減輕了柱體的損毀，抗震性能大大提高；碳纖維複合材料支撐單元和預應力碳纖維布上下交錯錨固，提高了抗剪和抗拉強度，從而有效提高了支撐承重結構的承載力，強度和剛度更高，與一般管狀及桁架結構相比，可抵抗更大的彎矩；同時支撐單元橫向採用榫卯插層連接，無粘接預應力緊固，省去了焊接環節，施工方便快捷，有效縮短了生產安裝周期，可在現場拼裝，具有構造簡單、生產、運輸、吊裝、安裝方便的優點。其中，支撐單元做成圓弧板形，其厚度、弧徑可根據工程需要設計。為驗證本發明拼接式預應力碳纖維板承重柱的載荷能力，發明人進行了相關計算，並以現有技術鋼管混凝土柱結構為對比例進行載荷能力的對比，演算過程如下：採用esi有限元模擬分析和實驗結果對比的方法得到載荷結果。建立一個八節拼裝模型樣件，榫卯插層結構，每節沿徑向用5個5mm厚碳纖維板圈做加強，施加的荷載只考慮徑向的載荷壓力和側面風力。軸壓測試數據見表1（表中d（b）表示柱截面直徑，l表示柱長，e/r表示荷載偏心率）。表1軸壓測試數據實驗對象:碳纖維板承重柱軸壓試件序號d（b）（mm）l（mm）e/r實驗平均值n（kn）esi模擬值n（kn）備註110030001475.514552組22006000464545112組續表1軸壓測試數據實驗對象:鋼管混凝土柱軸壓試件序號d（b）（mm）l（mm）e/r實驗平均值n（kn）esi模擬值n（kn）備註310030007977662組420060002319.522142組由表1數據可知，相對於現有技術鋼管混凝土柱，本發明的拼接式預應力碳纖維板承重柱的載荷能力提高了約2倍，即載荷能力遠大於現有技術的載荷能力，能夠滿足當前的建築業需求，具有顯著的創造性特徵。儘管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。當前第1頁12