混雜frp管高強鋼筋活性粉末混凝土柱及製備方法
2023-05-17 20:32:16 1
混雜frp管高強鋼筋活性粉末混凝土柱及製備方法
【專利摘要】混雜FRP管高強鋼筋活性粉末混凝土柱及製備方法，屬於建築領域。包括混雜FRP管和填充混雜FRP管內的活性粉末混凝土，所述的混雜FRP管內的活性粉末混凝土內設有箍筋和縱向高強鋼筋，箍筋纏繞在縱向高強鋼筋外形成一個鋼筋籠子，鋼筋籠子與混雜FRP管之間有空隙，該構件與傳統鋼管高強混凝土組合柱、單一纖維FRP管高強混凝土相比，可提高承載力、變形能力、抗震性能和耐久性。該發明適用於混凝土組合柱結構【技術領域】，既可用於新建結構，也可以用於對活性粉末混凝土組合柱的加固提升工程。
【專利說明】混雜FRP管高強鋼筋活性粉末混凝土柱及製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種混雜FRP管高強鋼筋活性粉末混凝土(RPC)組合柱及製備方法，適用於混凝土組合柱結構【技術領域】，屬於建築領域。
技術背景
[0002]FRP管採用溼法纏繞成型，由牽引輪將經過聚酯樹脂浸泡後的連續纖維絲束引到小車上，使纖維與芯軸搭接，隨著芯模轉動，小車往復運動，纖維絲均勻布滿芯模表面，由計算機控制纖維纏繞角，確保纖維纏繞不重疊、不離縫，將製作好的FRP管在工廠切割成指定的長度。
[0003]FRP管約束RPC，形成了一種新型組合柱:混雜FRP管活性粉末混凝土柱。
[0004]RPC由水泥、石英砂、娃粉、聞效減水劑等組成，是繼聞強、聞性能混凝土之後，研製出的一種高強度、高韌性、高耐久的超高強混凝土。其基本配製原理是:通過提高組分的細度與活性、最大程度地減少材料內部的缺陷，以獲得超高強度與高耐久性。但未摻微細鋼纖維的RPC脆性大、變形能力差，在高應力或複雜受力狀態下，易產生爆裂性脆性破壞，其安全性大大降低。摻入纖維，雖然在一定程度上改善了 RPC的韌性，但脆性仍然較大，影響了其在實際工程中的應用。為解決RPC變形能力不足、易發生脆性破壞的問題，國內外學者採用鋼管約束活性粉末混凝土，提高延性，防止RPC發生脆性破壞。但由於鋼的泊松比大於RPC的初始泊松比，所以鋼管活性粉末混凝土構件在加載初期，約束力小，出現RPC和鋼管的脫離的現象。
[0005]為了克服鋼管約束RPC存在的問題，人們提出單一 FRP約束RPC的設計思路，用單一的FRP約束RPC雖然提高了韌性和承載力，但由於單一 FRP的拉伸-變形為直線的，破壞屬於脆性，破壞突然。
[0006]採用混雜纖維製備的FRP，具有偽屈服現象，即具有應變硬化特徵、多級延性破壞、延性高等特點，類似於鋼材一樣的屈服，且有應變硬化特點，可以克服單一 FRP約束RPC的不足，實現了不但可以提高柱承載力、變形能力，而且可以提高組合柱耐久性。如果用混雜FRP管代單一 FRP，將RPC灌入混雜FRP管內形成混雜FRP管活性粉末混凝土構件，混雜FRP管不但能夠更加有效地約束內部RPC，防止RPC發生脆性破壞，顯著改善其變形性能，而且可以提高結構耐久性；相比鋼管RPC，FRP管RPC自重降低。另外混雜FRP約束RPC是可以按照設計者的意圖調整混雜纖維品種、比例和纏繞方向，最大限度的發揮混雜FRP的約束效果，使得FRP的彈性模量、泊松比、強度和約束力、變形能力等按照設計要求製備。混雜FRP管可以在加載初期就對內部RPC進行有效地約束。同時，FRP管還可以作為RPC的保護外殼，提高結構耐久性。因此，混雜FRP管活性粉末混凝土柱比鋼管活性粉末混凝土柱和單一 FRP約束RPC柱，具有更高的強度、更好的變形性能和抗震性能，可用在鹽度大、溼度高等不利環境下。
[0007]混雜FRP管混凝土構件是一種十分合理的結構構件，外圍的混雜FRP管既可以有效地約束核心混凝土，提高承載力和變形能力；又可以保護核心RPC，提高結構耐久性；還可以用作施工時的模板，加快施工速度，縮短工期。
[0008]混雜FRP管活性粉末混凝土柱具有特點:RPC是一種超高強材料；另外，混雜FRP管對核心RPC產生約束，使核心RPC處於三向受力狀態，更增強了構件的承載力。FRP管是核心RPC的保護外殼，FRP管具有良好的耐腐蝕性，FRP管RPC構件可用在鹽度大、溼度高等不利環境下，從而解決了鋼管混凝土構件的腐蝕問題。混雜FRP管不但具有極強的套箍作用，而且具有良好的變形性能，能顯著降低核心RPC的脆性，顯著改善了活性粉末混凝土的變形能力和耗能能力，大幅度提高柱的延性和滯回特性，使得混雜FRP管活性粉末混凝土柱具有良好的抗震性能。
[0009]因此，混雜FRP管活性粉末混凝土柱綜合了混雜FRP管混凝土柱和鋼管活性混凝土柱的優點，具有很高的承載力、良好的變形性能及耐腐蝕性能，將在橋梁、超高層建築、大跨結構等工程，或在海洋環境、受化學腐蝕的結構工程中具有推廣應用價值。
[0010]混雜FRP管活性粉末混凝土組合柱是活性粉末混凝土與混雜FRP管的有機結合。混雜FRP管使核心活性粉末混凝土處於三向受力狀態，從而提高混凝土強度、變形，防止RPC發生脆性破壞。混雜FRP管約束不僅可以提高混凝土組合柱承載力和耐久性，而且延性好的混雜FRP管可以提高柱延性和抗震耗能。混雜FRP管活性粉末混凝土組合柱可以用於新建結構，也可以用於對混凝土組合柱的加固提升工程。
【發明內容】
[0011]本發明的目的在於提供了一種混雜FRP管高強鋼筋RPC柱，該構件與傳統鋼管高強混凝土組合柱、單一纖維FRP管RPC柱相比，可提高承載力、變形能力和抗震性能。
[0012]為實現上述目的，本發明採取了如下技術方案:
[0013]本發明包括混雜FRP管和填充在混雜FRP管中的活性粉末混凝土。
[0014]所述的混雜FRP管內的活性粉末混凝土內設有箍筋和縱向高強鋼筋，高強鋼筋優選HRB500或HRB600 ;箍筋纏繞在縱向高強鋼筋外形成一個鋼筋籠子，鋼筋籠子與混雜FRP管之間有空隙，優選鋼筋籠子與混雜FRP管平行同軸。
[0015]所述的混雜FRP管為採用纖維布纏繞製備而成，混雜FRP管優選多種纖維布形成層間混雜。纖維布為雙向纖維布。雙向纖維布夾角為多種。
[0016]纖維布優選雙向碳纖維布、芳綸纖維布、高強玻璃纖維布、玄武巖纖維布。進一步優選的內層為碳纖維，外層為芳綸纖維。
[0017]所述的混凝土柱體截面的形狀為圓形(見圖1)、橢圓形(見圖2)。
[0018]混雜FRP管高強鋼筋活性粉末混凝土柱的製備方法，具體製作步驟包括如下:
[0019]I)按照設計要求用纏繞工藝在工廠製備好混雜FRP管；
[0020]2)將FRP管作為模板；
[0021]3)將綁紮好的箍筋和縱向高強鋼筋形成的鋼筋籠子放入FRP管內；
[0022]4)在管內澆築活性粉末混凝土，並進行養護。
[0023]混雜FRP管活性粉末混凝土柱繼承並整合了活性粉末混凝土與混雜FRP管約束的優點:
[0024]該組合柱中採用混雜FRP管約束混凝土，內置高強鋼筋，提高柱子承載力、延性和抗震耗能，且混雜纖維管約束效果優於單一纖維FRP管，構件外層的混雜FRP管對構件具有保護作用，延長了混凝土的耐久性，從而增加了構件的使用年限。
[0025]混雜FRP管活性粉末混凝土組合柱通過混雜FRP、活性粉末混凝土和高強鋼筋的合理搭配，充分利用了各類材料的性能，增加了材料的利用率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1圓形混雜FRP管約束活性粉末混凝土柱示意圖；
[0027]圖2橢圓形混雜FRP管活性粉末混凝土柱示意圖；
[0028]圖3實施例1的截面示意圖；
[0029]圖4實施例1的斷面示意圖；
[0030]圖5實施例2的截面示意圖；
[0031]圖6實施例2的斷面示意圖。
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖對本發明作進一步說明:
[0033]實施例1:
[0034]現對本發明作進一步說明:首先按照設計要求工廠製備混雜FRP管；綁紮縱向鋼筋和箍筋，將綁紮好的鋼筋籠子放入FRP管，在FRP管內澆築活性粉末混凝土。
[0035]本實施例中的柱體採用直徑350mm的圓柱，柱體長度為2.lm。
[0036]8根HRB500縱筋，直徑20mm，沿圓周均勻布置。螺旋箍筋的間距200mm，直徑8mm。
[0037]活性粉末混凝土抗壓強度150MPa。
[0038]3層混雜FRP材料形成混雜FRP管，混雜方式為層間混雜，由內向外包裹I層碳纖維布、I層玻璃纖維布和I層芳綸纖維布，截面示意圖見圖3，斷面示意圖見圖4。其中碳纖維布厚度0.167mm,抗拉強度4420MPa，彈性模量2.0X IO5MPa,延伸率1.7% ;芳綸纖維布厚
0.21mm，抗拉強度3420MPa，彈性模量1.8 X IO5MPa,延伸率2.9% ;玻璃纖維布厚度0.18mm,抗拉強度3000MPa，彈性模量0.51 X IO5MPa,延伸率3.2%。
[0039]纖維布纏繞角度為+55°。
[0040]FRP管壁厚度為40mm。
[0041]採用實例I的材料和構件，在壓彎下，混雜FRP管約束活性粉末混凝土的承載力相對於單一玻璃纖維管，提高52.8%，抗彎變形能力提高179.6%。
[0042]實施例2:
[0043]除了混雜FRP管不同於實施例1以夕卜，其餘相同。見圖5和6。
[0044]4種混雜纖維形成混雜FRP管，混雜方式為層間混雜，由內向外依次為包裹I層碳纖維布、I層玄武巖纖維、I層玻璃纖維布和I層芳綸纖維布。其中碳纖維厚度0.2mm,抗拉強度4420MPa，彈性模量2.0X IO5MPa,延伸率1.7% ;芳綸纖維布0.22mm,抗拉強度3420MPa，彈性模量1.8 X IO5MPa,延伸率2.9% ;玄武巖纖維厚度0.22mm，抗拉強度2420MPa，彈性模量1.0 X IO5MPa,延伸率2.4% ;玻璃纖維布厚度0.18mm,抗拉強度3000MPa，彈性模量
0.51 X IO5MPa,延伸率 3.2%。
[0045]纖維布纏繞角度為+55°。
[0046]FRP管壁厚度為40mm。[0047]最後說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
【權利要求】
1.混雜FRP管高強鋼筋活性粉末混凝土柱，其特徵在於，包括混雜FRP管和填充在混雜FRP管中的活性粉末混凝土 ； 所述的混雜FRP管內的活性粉末混凝土內設有箍筋和縱向高強鋼筋，箍筋纏繞在縱向高強鋼筋外形成一個鋼筋籠子，鋼筋籠子與混雜FRP管之間有空隙； 所述的混雜FRP管為採用雙向纖維布纏繞製備而成，混雜FRP管優選多種纖維布形成層間混雜；纖維布為雙向纖維布，纖維布優選雙向碳纖維布、芳綸纖維布、高強玻璃纖維布、玄武巖纖維布。
2.按照權利要求1的混雜FRP管高強鋼筋活性粉末混凝土柱，其特徵在於，內層為碳纖維布，外層為芳綸纖維布。
3.按照權利要求1的混雜FRP管高強鋼筋活性粉末混凝土柱，其特徵在於，高強鋼筋優選 HRB500 或 HRB600。
4.按照權利要求1的混雜FRP管高強鋼筋活性粉末混凝土柱，其特徵在於，優選鋼筋籠子與混雜FRP管平行同軸。
5.按照權利要求1的混雜FRP管高強鋼筋活性粉末混凝土柱，其特徵在於，所述的混凝土柱體截面的形狀為圓形、橢圓形。
6.製備權利要求1-5所述的任一一種混雜FRP管高強鋼筋活性粉末混凝土柱的方法，其特徵在於，包括如下: O按照設計要求用纏繞工藝製備好混雜FRP管； 2)將混雜FRP管作為模板； 3)將綁紮好的箍筋和縱向高強鋼筋形成的鋼筋籠子放入FRP管內； 4)在管內澆築活性粉末混凝土，並進行養護。
【文檔編號】E04C3/34GK103669725SQ201310421734
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月16日 優先權日:2013年9月16日
【發明者】鄧宗才 申請人:北京工業大學