专利名称：一种基于cfrp布加固的scs方形钢管混凝土柱的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种钢管混凝土柱，尤其是涉及一种基于CFRP布加固的SCS方形钢管混凝土柱。
背景技术：
钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土后形成的结构。钢和混凝土两种材料相互弥补彼此的弱点，充分发挥彼此的长处，使钢管混凝土具有很高的承载力，并具有优良的力学性能。现如今，钢管混凝土结构在海洋平台与大跨、重载、轻型桥梁等结构中有着越来越广泛的应用，且所采用的钢管混凝土结构主要有圆形、方形、矩形等截面形式。但是，目前所使用的钢管混凝土结构件普遍存在结构自重大、施工不便等缺陷，因而在很大程度上限制了钢管混凝土结构的发展应用。其中，方钢管混凝土结构具有以下优点:第一、方钢管混凝土梁柱节点形式简单，易于施工，尤其在框架结构中，这种节点的优势可以得到很好地发挥；第二、截面的相对惯性矩较大，整体稳定性及抗压弯性能较好；第三、具有良好的抗震性能和延性性能。但是，方钢管对核心混凝土的约束作用较差，易发生局部屈曲，且用钢量较大，结构自重大，因而使得方钢管混凝土的发展应用受到限制。综上，现如今所采用的方钢管混凝土柱普遍存在几个问题:第一、方钢管对混凝土的套箍作用较弱，易发生局部屈曲，且组合结构的整体性不够；第二、方钢管混凝土柱的自重偏大，因而限制了柱体的结构尺寸；第三、钢材的耐火性能较差。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于CFRP布加固的SCS方形钢管混凝土柱，其结构简单、设计合理、施工方便且施工成本较低、力学性能优良、使用效果好，能解决现有方形钢管混凝柱存在的自重大、钢管与混凝土间连接性能差、钢管对混凝土的套箍作用小、耐久性较差等问题。为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种基于CFRP布加固的SCS方形钢管混凝土柱，其特征在于:包括方形钢管、套装于方形钢管内部的圆形钢管、由填充于方形钢管与圆形钢管之间空腔内的混凝土浇筑成型的混凝土结构和由缠绕在所述方形钢管外侧壁上的CFRP布形成的外部整体加固层，所述外部整体加固层与所述方形钢管的外侧壁之间以粘接方式进行紧固连接，且所述圆形钢管布设于方形钢管的内侧中部；所述方形钢管和圆形钢管呈同轴布设；所述圆形钢管的外径为Φ102ι πι Φ2000ι πι,所述方形钢管和圆形钢管的壁厚均为4mm 100mm，且Al: A2=l: (0.6 0.8)，其中Al=al+bl, al为方形钢管的横截面积且bl为方形钢管内侧中空部的横截面积，A2= Ji.r2且r为圆形钢管的外径。上述一种基于CFRP布加固的SCS方形钢管混凝土柱，其特征是:所述混凝土结构为碳纤维混凝土结构。[0008]上述一种基于CFRP布加固的SCS方形钢管混凝土柱，其特征是:所述方形钢管和圆形钢管的壁厚均优选为18mm 25mm,且Al优选为4m2 10m2。上述一种基于CFRP布加固的SCS方形钢管混凝土柱，其特征是:所述方形钢管的横截面为正方形。上述一种基于CFRP布加固的SCS方形钢管混凝土柱，其特征是:所述方形钢管和圆形钢管均呈竖直向布设。本实用新型与现有技术相比具有以下优点:1、结构简单、设计合理且施工成本较低。2、结构轻盈且抗震与抗扭性能良好。3、施工方便且使用效果好，所施工成型的SCS方形钢管混凝柱的力学性能好且结构轻盈，内外两层钢管之间通过所浇注的混凝土连接成为一个整体。实际使用时，本实用新型能充分改善钢管混凝土结构自重大、施工不便等缺陷，其利用方形钢管较大的截面积来提供较大的截面抗扭与抗弯惯性矩，利用圆形钢管有效减小混凝土体积来减轻自重，并且夹层混凝土处于三向受压状态并将内方形钢管连成整体。因而，本实用新型能充分发挥方钢管混凝土结构所具有的形式简单、易于施工等优点，截面的相对惯性矩较大，抗震、抗扭性能好，能有效克服钢管与其内部混凝土之间的连接性能差、外侧钢管对内部混凝土的套箍作用小等缺点，本实用新型利用内置的圆钢管增强对混凝土的套箍作用，并利用圆形钢管有效混凝土体积来减轻自重的目的。4、内方形钢管之间所浇注的混凝土既可以采用普通混凝土，也可以采用碳纤维混凝土。并且，所采用的碳纤维混凝土中所添加碳纤维的含量为质量百分含量在0.6%左右，可将混凝土的抗拉强度和抗拉延性分别提高30%和25%。碳纤维是由碳纤维长丝经过短切机械切制而成，长度一般以mm为单位，外形为一定长度的绒须，具有轻质、高强、高模、耐腐蚀、导电、屏蔽性能好、吸波性高等特点，且具有分散均匀，喂料方式多样，工艺简单的优点。混凝土中加入适量的短切碳纤维，可以提高混凝土的抗拉强度、抗强度和抗冲击性能，降低干缩，改善耐磨性能，且这种混凝土较普通混凝土质量轻，具有一定的隔热性能和减震性能。5、采用钢管混凝土柱所受荷载较大，构件截面比较大。造成用钢量偏大。基于CFRP(碳纤维复合材料)布对钢管混凝土结构进行整体加固后，外钢筒便形成外壁为CFRP布且内壁为钢材的复合套筒，该复合套筒能使得其内部所浇注混凝土的强度得以充分发挥，尤其是能将纤维混凝土中纤维的高强度特点进出充分发挥，所采用的CFRP布能有效减少外侧钢管的壁厚，因而能有效减轻钢管混凝土结构的重量，同时也能起到防腐作用，进一步提高了钢管混凝土的耐久性。6、适用范围广，能有效适用至桥梁、房屋建筑等施工与后期加固过程中。综上所述，本实用新型结构简单、设计合理、施工方便且施工成本较低、力学性能优良、使用效果好，能有效解决现有方形钢管混凝柱存在的自重大、钢管与混凝土间连接性能差、钢管对混凝土的套箍作用小、耐久性较差等多种问题。下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
[0020]图1为本实用新型的结构示意图。图2为本实用新型的顶部结构示意图。附图标记说明:I一方形钢管；2—圆形钢管；3—混凝土结构；4 一外部整体加固层。
具体实施方式
如图1、图2所示，本实用新型包括方形钢管1、套装于方形钢管I内部的圆形钢管
2、由填充于方形钢管I与圆形钢管2之间空腔内的混凝土浇筑成型的混凝土结构3和由缠绕在所述方形钢管I外侧壁上的CFRP布形成的外部整体加固层4，所述外部整体加固层4与所述方形钢管I的外侧壁之间以粘接方式进行紧固连接，且所述圆形钢管2布设于方形钢管I的内侧中部。所述方形钢管I和圆形钢管2呈同轴布设；所述圆形钢管2的外径为Φ 102mm C>2000mm,所述方形钢管I和圆形钢管2的壁厚均为4mm 100mm,且Al:A2=l: (0.6 0.8)，其中Al=al+bl，al为方形钢管I的横截面积且bl为方形钢管I内侧中空部的横截面积，Α2=π.r2且r为圆形钢管2的外径。本实施例中，所述混凝土结构3为碳纤维混凝土结构。所述圆形钢管2的 外径为Φ200πιπι且其壁厚为15mm。实际使用时，可根据具体需要，将所述圆形钢管2的外径在Φ 102mm Φ2000πιπι的范围内进行相应调整，并将圆形钢管2的壁厚在4_ IOOmm的范围内进行相应调整。实际加工时，所述方形钢管I和圆形钢管2的壁厚均优选为18mm 25mm,且Al优选为4m2 10m2。本实施例中，所述方形钢管I的横截面积为6m2，所述方形钢管I的壁厚为20mm。实际使用时，可根据具体需要将Al在4m2 IOm2的范围内进行相应调整，并将方形钢管I的壁厚在4_ 100_的范围内进行相应调整。本实施例中，Al: A2=l: 0.7。实际使用时，可根据具体需要，将Al: A2的比例值在1: (0.6 0.8)的范围内进行相应调整。本实施例中，所述方形钢管I的横截面为正方形。也就是说，Al=D2,其中D为所述方形钢管I的外侧壁边长。实际使用时，所述方形钢管I的横截面也可以为矩形。本实施例中，所述方形钢管I和圆形钢管2均呈竖直向布设。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
权利要求1.一种基于CFRP布加固的SCS方形钢管混凝土柱，其特征在于:包括方形钢管(I)、套装于方形钢管(I)内部的圆形钢管(2)、由填充于方形钢管(I)与圆形钢管(2)之间空腔内的混凝土浇筑成型的混凝土结构(3)和由缠绕在所述方形钢管(I)外侧壁上的CFRP布形成的外部整体加固层(4)，所述外部整体加固层(4)与所述方形钢管(I)的外侧壁之间以粘接方式进行紧固连接，且所述圆形钢管(2)布设于方形钢管(I)的内侧中部；所述方形钢管(I)和圆形钢管(2)呈同轴布设；所述圆形钢管(2)的外径为Φ102ι πι Φ2000ι πι,所述方形钢管(I)和圆形钢管(2)的壁厚均为4mm 100_，且Al: A2=l: (0.6 0.8)，其中Al=al+bl，al为方形钢管(I)的横截面积且bl为方形钢管(I)内侧中空部的横截面积，A2=n *r2且r为圆形钢管(2)的外径。
2.按照权利要求1所述的一种基于CFRP布加固的SCS方形钢管混凝土柱，其特征在于:所述混凝土结构(3)为碳纤维混凝土结构。
3.按照权利要求1或2所述的一种基于CFRP布加固的SCS方形钢管混凝土柱，其特征在于:所述方形钢管(I)和圆形钢管(2)的壁厚均优选为18mm 25mm,且Al优选为4m2 10m2。
4.按照权利要求1或2所述的一种基于CFRP布加固的SCS方形钢管混凝土柱，其特征在于:所述方形钢管(I)的横截面为正方形。
5.按照权利要求1或2所述的一种基于CFRP布加固的SCS方形钢管混凝土柱，其特征在于:所述方形钢管(I)和圆形钢管(2)均呈竖直向布设。
专利摘要本实用新型公开了一种基于CFRP布加固的SCS方形钢管混凝土柱，包括方形钢管、圆形钢管、由填充于方形钢管与圆形钢管之间的混凝土结构和由缠绕在方形钢管外侧壁上的CFRP布形成的外部整体加固层，方形钢管和圆形钢管呈同轴布设；方形钢管和圆形钢管的壁厚均为4～100mm，A1︰A2=1︰(0.6～0.8)，其中A1=a1+b1，a1为方形钢管的横截面积且b1为方形钢管内侧中空部的横截面积，A2=π·r2且r为圆形钢管的外径。本实用新型结构简单、设计合理、施工方便且施工成本较低、力学性能优良、使用效果好，能解决现有方形钢管混凝柱存在的自重大、钢管与混凝土间连接性能差、钢管对混凝土的套箍作用小、耐久性较差等问题。
文档编号E04C3/34GK203008234SQ20122073423
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者高小育, 王旭, 杨光辉, 刘永健, 樊小林, 张俊光, 黄月超, 李志立, 裴会成 申请人:长安大学