矩形钢管?gfrp管混凝土组合柱的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种矩形钢管?GFRP管混凝土组合柱，包括矩形钢管，同轴套设于所述矩形钢管中的GFRP管，一端与所述GFRP管固定、另一端穿过所述矩形钢管的侧壁并通过螺帽固定的锚杆，以及填充于矩形钢管与GFRP管之间的混凝土。本发明利用GFRP代替核心区混凝土，一方面利用GFRP高弹模、高强度、低密度的优势来降低自重；另一方面，在三向应力状态下，GFRP管不会如混凝土一样发生塑性流变，进而能够继续承受外部混凝土的挤压作用，保证外部混凝土处于三向应力状态，提高了结构的承载力和延性。
【专利说明】
矩形钢管-GFRP管混凝土组合柱
技术领域
[0001] 本发明涉及一种固定建筑构件，特别涉及一种建筑用组合结构柱。
【背景技术】
[0002] 钢与混凝土组合结构能够充分发挥钢与混凝土两种材料各自的优势，具有承载力 高、刚度和韧性大、抗震性能好的优点。钢管混凝土结构是组合结构的一种，是指在钢管中 填充混凝土的一种构件，按截面可分为圆形、矩形和异形。钢管混凝土利用钢和混凝土间的 相互作用，即钢管对核心混凝土的约束作用，使混凝土处于复杂应力状态下，从而使混凝土 强度提高，塑性和韧性得到改善。同时，由于混凝土的存在，可以延缓钢管过早的屈曲，保证 其强度的发挥。
[0003] 但是现有钢管混凝土柱还存在一些技术缺陷，需要进一步进行改进。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于，提供一种矩形钢管-GFRP管混凝土组合柱。
[0005] 本发明的核心内容是，一种矩形钢管-GFRP管混凝土组合柱，包括矩形钢管，同轴 套设于所述矩形钢管中的GFRP管，一端与所述GFRP管（外壁）固定、另一端穿过所述矩形钢 管的侧壁并通过螺帽固定的锚杆，以及填充于矩形钢管与GFRP管之间的混凝土。
[0006] 优选的，所述锚杆为FRP锚杆，所述FRP锚杆的一端与GFRP管粘接、另一端穿过矩形 钢管的侧壁后与螺帽固定。所述锚杆为4组，沿GFRP管的周向均匀排布。
[0007] 优选的，以重量份数计，所述混凝土包括如下组分:水泥380-420，中砂500-700，玻 璃纤维15-25,水180-200,粗骨料800-1000,粉煤灰20-40,减水增效剂3-5,膨胀剂10-25。所 述减水增效剂的结构式为：
[0009]式中，a:b:c = l:1.2:l，n为45 ~50，m 为45 ~50，d为 50 ~80。
[0010]本发明的工作原理和优点是：本发明利用GFRP代替核心区混凝土，一方面利用 GFRP高弹模、高强度、低密度的优势来降低自重；另一方面，在三向应力状态下，GFRP管不会 如混凝土一样发生塑性流变，进而能够继续承受外部混凝土的挤压作用，保证外部混凝土 处于三向应力状态，提高了结构的承载力和延性。
【附图说明】
[0011] 图1是本发明的结构示意图。
[0012] 图2a、图2b分别为理想状态下和实际状态下矩形钢管混凝柱土钢与混凝土相互作 用不意图。
[0013] 图2c为矩形钢管-GFRP管混凝土组合柱钢、GFRP管、混凝土的相互作用示意图。
【具体实施方式】
[0014] 经研究，
【申请人】发现矩形钢管混凝土结构具有以下技术缺陷:首先，矩形钢管板的 宽厚比较大，钢板在达到强度前易发生屈曲，使结构承载力被削弱，矩形钢管对混凝土的约 束能力不强;其次，混凝土在浇筑结束后存在收缩，混凝土与钢管的粘结作用下降，二者出 现缝隙导致钢管对混凝土的约束作用失效;如图2a和图2b所示，混凝土在多向应力状态下， 核心区会发生塑性流变，内部的混凝土呈塑性状态不再挤压外部混凝土，导致外部混凝土 并非三向应力状态，外围混凝土的承载力、延性、塑性均低于理论值。钢管混凝土结构与钢 结构比较自重依然较大。
[0015]为此，
【申请人】提出了如下技术方案：
[0016] 如图1所示，本发明的矩形钢管-GFRP管混凝土组合柱主要由矩形钢管1、GFRP管2、 FRP锚杆3、FRP螺帽4和微膨胀混凝土 5构成。矩形钢管包裹在柱的最外层，GFRP管位于柱中 心，与所述矩形钢管同轴设置，在横截面的方向上，GFRP管为4组，堆成分布于GFRP管的周向 上，在GFRP管的轴线方向上，GFRP管间隔分布。或者说，沿GFRP管轴线的方向上，均匀分布有 多组拉杆，每组拉杆为4个，沿GFRP管的周向均匀分布。亦或沿GFRP管的周向上分布4排拉 杆，每排拉杆有多个，沿GFRP管的轴线方向间隔分布。矩形钢管与GFRP管同时兼做施工浇筑 混凝土的模板使用。FRP锚杆穿过矩形钢管上的通孔，一端利用高强工程粘合剂粘贴在GFRP 管表面。在混凝土凝固后，露在矩形钢管外的FRP锚杆上旋紧FRP螺帽。FRP锚杆在竖向间距 为150mm~250mm。微膨胀混凝土饶筑在矩形钢管与GFRP管围成的区域内。GFRP是一种无机 非金属纤维材料，可根据需要制作成各种板材和管材。GFRP的弹性模量为70GPa，是混凝土 的3倍以上;GFRP的受拉强度在lOOOMPa以上，强度密度比为混凝土的60倍，并且造价低廉。 [0017]在承受竖向荷载时：1、矩形钢管、GFRP管、微膨胀混凝土三者共同承担竖向荷载。
[0018] 2、微膨胀混凝土在承受竖向荷载时会发生横向扩张，此时由外部的矩形钢管和 GFRP管共同约束其横向变形，使微膨胀混凝土处于三向受压状态。
[0019] 3、FRP锚杆和FRP螺帽为矩形钢管提供横向变形约束，提高其抗鼓曲能力和对混凝 土的约束效果。
[0020] 本发明的工作过程如下：首先，将FRP锚杆与GFRP管利用高强度工程粘合剂进行连 接。然后利用FRP锚杆和GFRP管对预先打好孔的钢板进行定位拼装。将拼装好的钢板焊接为 矩形钢管。利用FRP螺帽对矩形钢管的位置进行水平面上的调节与固定后将预制好的整体 运至工程施工位置进行安装。完成安装后以矩形钢管和GFRP管为模板在二者之间浇筑微膨 胀混凝土。对构件进行浇水养护至混凝土完全凝固。
[0021 ]在进一步的实施例中，对混凝土进行优化设计。
[0022] 以重量份数计，再生混凝土包括如下组分:水泥380-420，中砂500-700，玻璃纤维 15-25,水180-200,粗骨料800-1000,粉煤灰20-40,减水增效剂3-5,膨胀剂10-25。其中，所 述减水增效剂的结构式为：
[0024] 式中，a:b:c = l:1.2:l，n为45 ~50，m 为45 ~50，d为 50 ~80。
[0025] 实验 1-8
[0028] 注:对照组为采用普通减水剂的混凝土，其3d强度为130Mpa，28d强度为135Mpa。所 述膨胀剂为UEA或AEA。
【主权项】
1. 一种矩形钢管-GFRP管混凝±组合柱，其特征在于，包括矩形钢管，同轴套设于所述 矩形钢管中的GFRP管，一端与所述GFRP管固定、另一端穿过所述矩形钢管的侧壁并通过螺 帽固定的错杆，W及填充于矩形钢管与GFRP管之间的混凝±。2. 根据权利要求1所述的矩形钢管-GFRP管混凝±组合柱，其特征在于，所述错杆为FRP 错杆，所述FRP错杆的一端与GFRP管粘接、另一端穿过矩形钢管的侧壁后与螺帽固定。3. 根据权利要求2所述的矩形钢管-GFRP管混凝±组合柱，其特征在于，所述错杆为4 组，沿GFRP管的周向均匀排布。4. 根据权利要求1所述的矩形钢管-GFRP管混凝±组合柱，其特征在于，W重量份数计， 所述混凝±包括如下组分:水泥380-420，中砂500-700，玻璃纤维15-25，水180-200，粗骨料 800-1000，粉煤灰20-40，减水增效剂3-5，膨胀剂10-25。5. 根据权利要求4所述的矩形钢管-GFRP管混凝±组合柱，其特征在于，所述减水增效 剂的结构式为：式中，a:b:c = l:1.2:l，n为45 ~50，m 为45 ~50，d为 50 ~80。
【文档编号】E04C3/36GK106088474SQ201610393793
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月3日 公开号201610393793.7, CN 106088474 A, CN 106088474A, CN 201610393793, CN-A-106088474, CN106088474 A, CN106088474A, CN201610393793, CN201610393793.7
【发明人】张贺, 曹平周, 伍凯, 陈 峰, 毛范燊
【申请人】河海大学