专利名称：一种空心纤维-钢复合管混凝土组合结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种空心纤维-钢复合管混凝土组合结构，可广泛应用于土木建筑结构技术领域。
背景技术：
一般的钢管混凝土结构是由混凝土填入钢管内而形成的一种组合结构。由于钢管混凝土结构能够更有效地发挥钢材和混凝土两种材料各自的优点，同时克服了钢管结构容易发生局部屈曲的缺点，工程应用日益广泛。但钢管混凝土结构的防腐蚀性能及防火性能较差，对于截面尺寸、体积较大的结构由于需在钢管内灌注大量混凝土使得工程造价相对较高，且大荷载情况对钢管厚度需求大，造成钢管加工困难。纤维增强复合材料(FRP)是由纤维材料与基体材料经过一定工艺复合制成的高性能新型材料，目前常用的纤维增强复合材料有碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维等增强的树脂基体，纤维增强树脂复合材料不仅具有轻质、高强的特点，其对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂又有较好的抵抗能力。纤维管混凝土作为类似于钢管混凝土的一种新型结构，具有一定的应用前景；然而，由于纤维增强复合材料的特点，纤维管混凝土在应用上具有一定的缺陷与不足，如由于纤维管截面较低的刚度，其施工阶段承载力差，由于纤维的极限应变较低，纤维管混凝土的破坏具有明显的脆性，纤维管的价格高，经济性差，这都严重影响了纤维管混凝土在土木工程中的应用推广。针对以上结构，研究者也在不断开发新的结构形式，力求克服钢管混凝土和纤维管混凝土的缺点与不足。如中国专利第“200910248425. 3”号，公开了一种“圆截面钢-混凝土 -FRP实心组合柱”，该结构外层为钢管，内层为FRP管，于两管之间和FRP管内均填充有混凝土，该结构虽然具有钢管混凝土和纤维管混凝土的一些共同优点，但该结构钢管处于结构外壁，其耐腐蚀性和防火性能差，且FRP管内实心，增加了混凝土用量，在大尺寸结构构件的应用方面不能满足经济性要求。
发明内容本实用新型的目的是提供一种空心纤维-钢复合管混凝土组合结构，该结构承载力高、刚度好，延性好，抗震性能优良，具有良好的施工性能与耐久性能，截面惯性矩大，混凝土用量节省，工程造价经济，尤其适合恶劣环境下的大尺寸结构构件。本实用新型所采用的解决方案是一种空心纤维-钢复合管混凝土组合结构，由纤维-钢复合管、混凝土或钢筋混凝土和内钢管由外向内共同构成，纤维-钢复合管由纤维层通过树脂浸渍粘结于钢管的外壁，内钢管位于截面内部，混凝土或钢筋混凝土填充于纤维-钢复合管与内钢管之间，内钢管的内部空心，纤维层为一层或一层以上的玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种或其中的几种混杂而成。在本实用新型结构中，纤维-钢复合管、内钢管具有一定的刚度，分别为混凝土浇筑提供外侧和内侧模板，并承担施工过程中的竖向荷载，在结构使用阶段，纤维-钢复合管为内部混凝土防止碳化及碱骨料反应提供保护，纤维层为纤维-钢复合管灵活的性能设计提供方便，降低了钢管厚度，减小厚钢管的加工难度，内钢管的内部空心降低了混凝土用量，增大了截面的惯性矩，使其应用于大荷载情况成为可能。所述的纤维层中的纤维方向与柱夹角介于0 90°之间，其采用纤维束或纤维织物缠绕浸渍。所述的纤维-钢复合管和内钢管均为圆形截面、正方形截面、长方形截面、椭圆形截面或圆端形截面中的一种；或纤维-钢复合管为圆形截面、内钢管为正方形截面；或纤维-钢复合管为正方形截面、内钢管为圆形截面；或纤维-钢复合管为圆形截面、内钢管为长方形截面；或纤维-钢复合管为正方形截面、内钢管为长方形截面。所述的纤维-钢复合管为正方形截面或长方形截面时，其截面棱角可作一种倒角变换，倒角半径R大于等于25mm。所述的树脂是环氧树脂胶、乙烯基树脂、聚氨酯树脂中的一种。本实用新型克服了公知的钢管混凝土结构、FRP管混凝土结构所存在的缺陷，具有如下有益效果(1)纤维-钢复合管实现了纤维与钢管的力学性能互补，纤维提供了钢管屈服后的后继承载力，钢管的延性弥补了纤维脆性破坏模式的不足，纤维层为纤维-钢复合管灵活的性能设计提供方便。(2)纤维-钢复合管降低了普通钢管的厚度，减小其厚钢管的加工难度，纤维材料外覆于钢管外壁，可解决组合结构腐蚀及特殊不利环境下的工作问题，避免内部混凝土碳化及碱骨料反应。(3)内部混凝土的存在阻止了纤维-钢复合管和内钢管的局部屈曲，提高其稳定性。(4)内钢管提供结构的抗弯承载力，内部空心可有效扩大截面尺寸，提高其抗弯刚度，节省材料，降低工程造价。(5)内钢管和纤维-钢复合管为其夹层内混凝土浇筑提供内、外模板，节省模板， 并承担施工过程中的竖向荷载，方便施工。
图1是纤维-钢复合管、内钢管均为圆形截面的空心纤维-钢复合管混凝土组合结构的截面构造示意图；图2是纤维-钢复合管、内钢管均为正方形截面的空心纤维-钢复合管混凝土组合结构的截面构造示意图；图3是纤维-钢复合管、内钢管均为长方形截面的空心纤维-钢复合管混凝土组合结构的截面构造示意图；图4是纤维-钢复合管、内钢管均为椭圆形截面的空心纤维-钢复合管混凝土组合结构的截面构造示意图；图5是纤维-钢复合管、内钢管均为圆端形截面的空心纤维-钢复合管混凝土组合结构的截面构造示意图；图6是纤维-钢复合管为圆形截面、内钢管为正方形截面的空心纤维-钢复合管混凝土组合结构的截面构造示意图；图7是纤维-钢复合管为正方形截面、内钢管为圆形截面的空心纤维-钢复合管混凝土组合结构的截面构造示意图；图8是纤维-钢复合管为圆形截面、内钢管为长方形截面的空心纤维-钢复合管混凝土组合结构的截面构造示意图；图9是纤维-钢复合管为正方形截面、内钢管为长方形截面的空心纤维-钢复合管混凝土组合结构的截面构造示意图；图10是纤维-钢复合管为倒圆角正方形截面、内钢管为正方形截面的空心纤维-钢复合管混凝土组合结构的截面构造示意图；图11是纤维-钢复合管为倒圆角长方形截面、内钢管为长方形截面的空心纤维-钢复合管混凝土组合结构的截面构造示意图；图12是纤维-钢复合管为倒圆角正方形截面、内钢管为圆形截面的空心纤维-钢复合管混凝土组合结构的截面构造示意图。在附图1 附图12中，1为纤维-钢复合管；11为纤维层；12为钢管；2为混凝土或钢筋混凝土；3为内钢管。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式
。本实用新型提供一种空心纤维-钢复合管混凝土组合结构， 由纤维-钢复合管1、混凝土或钢筋混凝土 2和内钢管3由外向内共同构成，纤维-钢复合管1由纤维层11通过树脂浸渍粘结于钢管12的外壁，内钢管3位于截面内部，混凝土或钢筋混凝土 2填充于纤维-钢复合管1与内钢管3之间，内钢管3的内部空心，纤维层11为一层或一层以上的玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种或其中的几种混杂而成。实施例图1 图12分别是纤维-钢复合管和内钢管均为圆形截面、正方形截面、长方形截面、椭圆形截面或圆端形截面中的一种；纤维-钢复合管为圆形截面、内钢管为正方形截面；纤维-钢复合管为正方形截面、内钢管为圆形截面；纤维-钢复合管为圆形截面、内钢管为长方形截面；纤维-钢复合管为正方形截面、内钢管为长方形截面；纤维-钢复合管为倒圆角正方形截面、内钢管为正方形截面；纤维-钢复合管为倒圆角长方形截面、内钢管为长方形截面；纤维-钢复合管为倒圆角正方形截面、内钢管为圆形截面的空心纤维-钢复合管混凝土组合结构的截面构造示意图。具体实施中，先按预定截面形状与尺寸加工纤维-钢复合管1和内钢管3，钢管12 和内钢管3采用卷制焊接工艺制作成型，在钢管12外壁缠绕、浸渍粘贴预定层数纤维，纤维可采用纤维束或纤维织物，纤维浸渍粘贴树脂可采用环氧树脂、乙烯基树脂或聚氨酯树脂， 纤维方向与柱夹角介于0 90°之间，纤维材料可以是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种或其中的几种，在纤维-钢复合管1和内钢管3制作完成后进行其现场安装固定，纤维-钢复合管1和内钢管3固定于基础，内钢管3位于纤维-钢复合管1截面内， 其几何形心重合，随后，在纤维-钢复合管1和内钢管3之间浇筑混凝土或钢筋混凝土 2，内钢管3内部空心，即形成一种空心纤维-钢复合管混凝土组合结构。 本实用新型中，纤维-钢复合管、普通钢管、混凝土及空心截面的组合应用，得到
了一种经济、耐久、性能优良的新型结构，尤其适合恶劣环境下的大尺寸结构构件。
权利要求1.一种空心纤维-钢复合管混凝土组合结构，由纤维-钢复合管(1)、混凝土或钢筋混凝土⑵和内钢管⑶由外向内共同构成，纤维-钢复合管⑴由纤维层(11)通过树脂浸渍粘结于钢管(12)的外壁，内钢管(3)位于截面内部，混凝土或钢筋混凝土(2)填充于纤维-钢复合管⑴与内钢管⑶之间，内钢管⑶的内部空心，纤维层(11)为一层或一层以上的玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种或其中的几种混杂而成。
2.根据权利要求1所述的一种空心纤维-钢复合管混凝土组合结构，其特征在于，纤维层(11)中的纤维方向与柱夹角介于0 90°之间，其采用纤维束或纤维织物缠绕浸渍。
3.根据权利要求1或2所述的一种空心纤维-钢复合管混凝土组合结构，其特征在于，纤维-钢复合管(1)和内钢管(3)均为圆形截面、正方形截面、长方形截面、椭圆形截面或圆端形截面中的一种；或纤维-钢复合管(1)为圆形截面、内钢管为正方形截面；或纤维-钢复合管(1)为正方形截面、内钢管(3)为圆形截面；或纤维-钢复合管(1)为圆形截面、内钢管(3)为长方形截面；或纤维-钢复合管(1)为正方形截面、内钢管(3)为长方形截面。
4.根据权利要求3所述的一种空心纤维-钢复合管混凝土组合结构，其特征在于，纤维-钢复合管(1)为正方形截面或长方形截面时，其截面棱角可作一种倒角变换，倒角半径 R大于等于25mm。
专利摘要一种空心纤维-钢复合管混凝土组合结构，由纤维-钢复合管(1)、混凝土或钢筋混凝土(2)和内钢管(3)由外向内共同构成，纤维-钢复合管(1)由纤维层(11)通过树脂浸渍粘结于钢管(12)的外壁，内钢管(3)位于截面内部，混凝土或钢筋混凝土(2)填充于纤维-钢复合管(1)与内钢管(3)之间，内钢管(3)的内部空心，纤维层(11)为一层或一层以上的玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种或其中的几种混杂而成。该结构承载力高、刚度好，延性好，抗震性能优良，具有良好的施工性能与耐久性能，截面惯性矩大，混凝土用量节省，工程造价经济，尤其适合恶劣环境下的大尺寸结构构件。
文档编号E04B1/30GK202248269SQ20112038780
公开日2012年5月30日 申请日期2011年10月13日 优先权日2011年10月13日
发明者吴刚, 吴智深, 张敏, 蒋剑彪, 魏洋, 魏洪昌 申请人:东南大学, 北京特希达技术研发有限公司, 南京林业大学