专利名称：一种纤维增强塑料-钢复合管约束钢筋高强混凝土柱的制作方法
技术领域：
本发明属于一种土木工程结构构件，特别涉及一种钢筋高强混凝土柱，尤其适用 于海洋、潮湿和盐碱地等恶劣环境下的高层建筑、桥梁工程、地下工程及港口工程等。
背景技术：
高强混凝土具有强度高、变形小和耐久性好等优点，能适应现代工程结构向大跨、 重载和高耸发展的需要，混凝土的高强化是现代混凝土结构发展的重要趋势。在高层结构 中采用高强混凝土框架柱，可以有效的减少柱子截面，增加房屋的使用面积，提高框架柱的 抗震性能等优点。优越的性能使得高强混凝土的应用范围不断扩大。然而，高强混凝土也有其致命的弱点，那就是高强混凝土的延性很差，很容易产生 脆性破坏。而且，我国80%的国土面积属于抗震设防区(6度以上)，特别是高层建筑结构集 中的城市，绝大多数处于抗震设防区，部分还处于高烈度地区，不宜采用高强混凝土结构。 我国的《混凝土结构设计规范GB 50010》规定当设防烈度为9度时，混凝土强度等级不宜 超过C60，当设防烈度为8度时，混凝土强度等级不宜超过C70。这些规定限制了高强混凝 土在地震区高层结构中的应用。目前工程中通常采用密排箍筋高强混凝土柱的结构形式来提高高强混凝土柱的 抗震性能。然而，密排箍筋高强混凝土柱存有以下不足1.轴压比限值低。对于密排箍筋高强混凝土柱，随着箍筋加密，抗震性能增加，轴 压比限值有所增大。但我国的抗震设计规范中给出了混凝土强度等级为C60以下时钢筋混 凝土框架柱较低的轴压比限值，而对于混凝土强度等级为C60以上时却没有给出轴压比限 值，其轴压比限值将更低。轴压比限值较低，将导致混凝土柱的截面不能有效地减小，柱子 长细比增大不明显，抗震性能的提高不明显。2.地震荷载作用下易产生保护层脱落和纵筋失稳，承载力降低，震后难修复。密排 箍筋高强混凝土柱在地震荷载作用下容易产生保护层脱落和纵筋失稳的现象，导致承载力 降低，抗震性能较差，且震后难以修复。3.抗剪承载力低，不能保证柱子的破坏模式为“强剪弱弯”。对于密排箍筋高强混 凝土柱，当配箍率达到一定限值时，继续增加配箍率，却不能继续提高柱子的抗剪强度，因 此对于密排箍筋高强混凝土柱无法随意达到柱子的“强剪弱弯”要求。4.施工麻烦。普通密排箍筋高强混凝土柱在施工过程中的箍筋绑扎量很大；在混 凝土的浇筑过程中，由于箍筋很密，混凝土的振捣难度较大。为了克服密排箍筋高强混凝土柱的上述不足，在钢筋高强混凝土柱中引入钢管， 形成钢管高强混凝土柱可提高钢筋高强混凝土柱的轴压比限值，使钢筋高强混凝土柱在 应用中不再限制轴压比；可提高钢筋高强混凝土柱的抗震性能，使钢筋高强混凝土柱能够 在高烈度地震区的高层结构中应用；可提高抗剪能力，满足“强剪弱弯”的要求；可保护钢 筋高强混凝土柱的保护层，阻止纵筋失稳的过早出现；可减少箍筋的用量，降低施工难度。然而，钢管高强混凝土柱却存在着钢管易屈曲、用钢量大、与钢筋混凝土梁连接麻烦、施工难度大等问题。为了解决钢管高强混凝土柱的上述问题，可采用钢管约束钢筋高强混凝土柱，即 其外包钢管不再承受竖向荷载(不承受轴力和弯矩)，只对核心钢筋高强混凝土柱提供横 向的约束作用并承受水平剪力。钢管约束钢筋高强混凝土柱所带来的效果是由于外包钢 管不再承受竖向荷载，因此用钢量会减少，同时也改善了钢管容易屈曲的问题；由于外包钢 管在柱子两端末处断开，于是解决了与钢筋混凝土梁连接麻烦、施工难度大的问题。然而，在海洋、潮湿和盐碱地等恶劣环境中应用钢管高强混凝土柱和钢管约束钢 筋高强混凝土柱时，其外包钢管都需要刷防腐涂料或采用特殊的防腐蚀措施，这样极大地 增加了工程造价和技术难度，同时后期维护费用也比较高。因此，亟须要发展低成本、高耐 久性的高强混凝土柱结构。
发明内容
为了克服现有密排箍筋高强混凝土柱、钢管高强混凝土柱和钢管约束钢筋高强混 凝土柱的上述缺点和不足，本发明要设计一种具有抗震性能好、施工方便和高耐久性，特别 适用于海洋、潮湿和盐碱地等恶劣环境下的高层建筑、桥梁工程、地下工程及港口工程等的 纤维增强塑料-钢复合管约束钢筋高强混凝土柱。本发明通过以下技术方案实现一种纤维增强塑料-钢复合管约束钢筋高强混凝土柱，包括纵筋、箍筋和高强混 凝土，还包括纤维增强塑料-钢复合管，所述的纵筋沿柱子高度方向布设，在纵筋的高度方 向上套设有环向箍筋，在箍筋外沿柱子高度方向套设有纤维增强塑料-钢复合管，所述的 纤维增强塑料-钢复合管由作为内壁的钢管和作为外壁的纤维增强塑料管复合而成，纤维 增强塑料-钢复合管内浇筑实心高强混凝土，纤维增强塑料-钢复合管在柱子两端末处断 开。本发明所述的纤维增强塑料-钢复合管为圆管、方管或矩形管。本发明所述的纤维增强塑料是玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料、玄武岩纤维 增强塑料或芳纶纤维增强塑料。本发明所述的纤维增强塑料是玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维和芳纶纤维这四种 纤维按一定比例混杂的混合纤维增强塑料。与现有技术相比，本发明的核心是采用纤维增强塑料-钢复合管替换钢管来约束 钢筋高强混凝土柱，提高钢管约束钢筋高强混凝土柱的耐久性能，且其外包复合管不承受 轴向荷载，只对核心钢筋高强混凝土柱提供横向的约束作用并承受水平剪力。本发明与密排箍筋高强混凝土柱相比，具有以下优点和效果 1、纤维增强塑料-钢复合管约束钢筋高强混凝土柱可不限制轴压比。由于纤维增 强塑料-钢复合管对高强混凝土的有效约束作用，钢筋高强混凝土柱在高轴压比条件下的 破坏模式发生了质的改变，由脆性破坏转化为延性破坏，显著提高了钢筋高强混凝土柱的 抗震性能，使钢筋高强混凝土柱在应用中不再受限于轴压比，即在高轴压比条件下钢筋高 强混凝土柱依然具有良好的抗震性能。 2、防止地震荷载作用下高强混凝土保护层剥落和纵筋失稳，震后易修复。地震荷 载作用下，钢筋高强混凝土柱的端部混凝土被压溃、纵筋失稳，震后很难修复；而复合管的约束能够有效地防止混凝土保护层脱落和纵筋失稳，震后易修复。3、抗剪承载力高。由于纤维增强塑料-钢复合管在柱子的最外层连续布设，因此 复合管可作为高强混凝土柱的腹板来抵抗水平剪力。当纵筋配筋率增大时，复合管可随意 加厚以保证柱子“强剪弱弯”的要求。4、施工方便，降低模板用量。在纤维增强塑料-钢复合管约束钢筋高强混凝土柱 中，箍筋只需要按照构造措施设立架立钢筋即可，因此减少了箍筋绑扎的工作量，箍筋的间 距增大也有利于混凝土的振捣；而且复合管还可作为混凝土施工的永久模板，减少了模板 的用量和施工量。5、耐久性能好。由于纤维增强塑料具有优异的耐久性能，因此纤维增强塑料-钢 复合管约束钢筋高强混凝土柱的耐久性能良好。本发明与钢管高强混凝土柱相比，具有以下优点和效果1、防止钢管屈曲。对于纤维增强塑料-钢复合管约束钢筋高强混凝土柱，由于复 合管不承受纵向荷载，而且纤维增强塑料外包层还对钢管提供约束，因此避免了钢管的屈 曲问题。2、用钢量低。达到相同的抗震效果，纤维增强塑料-钢复合管约束钢筋高强混凝 土柱的用钢量低于钢管高强混凝土柱。3、与钢筋混凝土梁连接方便，降低施工难度。因纤维增强塑料-钢复合管在连接 处断开，在与钢筋混凝土梁连接时，纤维增强塑料-钢复合管约束钢筋高强混凝土柱仍可 看作普通钢筋混凝土构件，因此几乎可直接采用普通钢筋混凝土结构连接节点的设计和施 工方法，降低了施工难度，也有利于这一新结构形式的推广。4、耐久性能好。由于纤维增强塑料具有优异的耐久性能，因此纤维增强塑料-钢 复合管约束钢筋高强混凝土柱的耐久性能良好。本发明与钢管约束钢筋高强混凝土柱相比，具有以下优点和效果1、耐久性能好。由于纤维增强塑料具有优异的耐久性能，在钢管外表面复合纤维 增强塑料管，使纤维增强塑料-钢复合管约束钢筋高强混凝土柱具有良好的耐久性能，特 别适用于海洋、潮湿和盐碱地等恶劣环境下的工程应用。2、纤维增强塑料管的外包约束不仅能减少钢管的用钢量，还可有效延缓钢管焊缝 的开裂等破坏形式。
本发明共有附图7张，其中图1为本发明的结构示意图。图2为本发明的圆形结构钢筋骨架示意图。图3为本发明的圆形结构示意图。图4为本发明的方形结构钢筋骨架示意图。图5为本发明的方形结构示意图。图6为本发明的矩形结构钢筋骨架示意图。图7为本发明的矩形结构示意图。图中1、纵筋；2、箍筋；3、高强混凝土 ；4、钢管；5、纤维增强塑料管。
具体实施例方式下面参照附图对本发明进行详细说明。本发明的纤维增强塑料-钢复合管约束钢筋高强混凝土柱是由纵筋1、箍筋2、高 强混凝土 3和纤维增强塑料-钢复合管组成，其中柱截面可分为圆形、方形和矩形结构。实施例1如图1-3所示，本发明给出的纤维增强塑料-钢复合管约束钢筋高强混凝土柱截 面为圆形结构，主要由纵筋1、箍筋2、高强混凝土 3和圆形纤维增强塑料-钢复合管组成。 本实施例的具体制作方法如下A、纵筋1沿柱子高度方向布设；B、在纵筋1的高度方向上套设有环向箍筋2 ；C、在箍筋2外沿柱子高度方向套设有纤维增强塑料-钢复合管，复合管在柱子两 端末处断开，该复合管由作为内壁的钢管4和作为外壁的纤维增强塑料管5复合而成，钢管 4由钢板焊接而成，纤维增强塑料管5由缠绕工艺制作，将钢管4作为缠绕模具，采用连续纤 维纱经缠绕工艺制作纤维增强塑料管5，所用纤维是玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤 维或这四种纤维按一定比例混杂的混合纤维；D、纤维增强塑料-钢复合管内浇筑实心高强混凝土 3，混凝土宜采用标号大于C60 的高强混凝土 3。实施例2如图4和5所示，本发明的这种纤维增强塑料-钢复合管约束钢筋高强混凝土柱 截面为方形结构，主要由纵筋1、箍筋2、高强混凝土 3和方形纤维增强塑料-钢复合管组 成，其具体制作方法与实施例1相同。实施例3如图6和7所示，本发明的这种纤维增强塑料-钢复合管约束钢筋高强混凝土柱 截面为矩形结构，主要由纵筋1、箍筋2、高强混凝土 3和矩形纤维增强塑料-钢复合管组 成，其具体制作方法与实施例1相同。由于纤维增强塑料-钢复合管在柱子两端末断开，本发明的纤维增强塑料-钢复 合管约束钢筋高强混凝土柱与钢筋混凝土梁或其它结构形式梁的连接采用已有规范规定 的连接方式即可。
权利要求
1.一种纤维增强塑料-钢复合管约束钢筋高强混凝土柱，包括纵筋(1)、箍筋( 和高 强混凝土(3)，其特征在于还包括纤维增强塑料-钢复合管，所述的纵筋(1)沿柱子高度 方向布设，在纵筋(1)的高度方向上套设有环向箍筋0)，在箍筋( 外沿柱子高度方向套 设有纤维增强塑料-钢复合管，所述的纤维增强塑料-钢复合管由作为内壁的钢管(4)和 作为外壁的纤维增强塑料管( 复合而成，纤维增强塑料-钢复合管内浇筑实心高强混凝 土(3)，纤维增强塑料-钢复合管在柱子两端末处断开。
2.根据权利要求1所述的一种纤维增强塑料-钢复合管约束钢筋高强混凝土柱，其特 征在于所述的纤维增强塑料-钢复合管为圆管、方管或矩形管。
3.根据权利要求1或2所述的一种纤维增强塑料-钢复合管约束钢筋高强混凝土柱， 其特征在于所述的纤维增强塑料是玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料、玄武岩纤维增强 塑料或芳纶纤维增强塑料。
4.根据权利要求1或2所述的一种纤维增强塑料-钢复合管约束钢筋高强混凝土柱， 其特征在于所述的纤维增强塑料是玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维和芳纶纤维这四种纤维 按一定比例混杂的混合纤维增强塑料。
全文摘要
本发明公开了一种纤维增强塑料-钢复合管约束钢筋高强混凝土柱，包括纵筋、箍筋、高强混凝土和纤维增强塑料-钢复合管，纵筋沿柱子高度方向布设，在纵筋的高度方向上套设有环向箍筋，在箍筋外沿柱子高度方向套设有纤维增强塑料-钢复合管，纤维增强塑料-钢复合管由作为内壁的钢管和作为外壁的纤维增强塑料管复合而成，纤维增强塑料-钢复合管内浇筑实心高强混凝土，纤维增强塑料-钢复合管在柱子两端末处断开。本发明提高了钢筋高强混凝土柱的抗震性能和钢管约束钢筋高强混凝土柱的耐久性能，解决了钢筋高强混凝土柱中箍筋布设太多导致的施工量大等问题和钢管高强混凝土柱用钢量大、与钢筋混凝土梁连接麻烦的问题。
文档编号E01D19/02GK102108760SQ20111005020
公开日2011年6月29日 申请日期2011年3月2日 优先权日2011年3月2日
发明者李惠, 欧进萍, 王言磊, 郝庆多 申请人:大连理工大学