本发明属于土木工程、建筑工程和路桥工程技术领域，尤其涉及一种混凝土柱及其制备方法。
背景技术：
钢筋混凝土结构已经广泛地应用于隧道桥梁、民用建筑等工程领域之中，已成为我们生活中最常见的建筑材料。其中，混凝土柱作为结构的承重体系中最关键的部位，其安全性能影响整个结构的整体性能。建筑设计师需要保证柱在极端工况下不能发生脆性破坏，不能有太大的形变和位移。
在地震作用下，传统钢筋混凝土柱破坏的主要原因是钢筋混凝土柱侧向约束能力不足，最常出现的是弯曲塑性铰破坏，其特征是混凝土保护层脱落、箍筋拉断及纵向钢筋屈曲。
因此，研发出一种混凝土柱及其制备方法，用于解决现有技术中，传统钢筋混凝土柱在地震等极端破坏下容易发生混凝土强度不足、保护层脱落、箍筋拉断及纵向钢筋屈曲等情况。传统的混凝土柱存在较大的人身安全风险的技术缺陷，研发超高性能混凝土柱成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供了一种混凝土柱及其制备方法，用于解决现有技术中，传统钢筋混凝土柱在地震等极端破坏下容易发生混凝土强度不足、保护层脱落、箍筋拉断及纵向钢筋屈曲等情况，存在较大的人身安全风险的技术缺陷。
本发明提供了一种混凝土柱，所述混凝土柱的结构为：frp管、超高性能混凝土以及普通性能混凝土；
所述frp管围成一中空圆柱体，所述超高性能混凝土浇入所述中空圆柱体的底部，所述普通性能混凝土浇入所述中空圆柱体的剩余部分，所述超高性能混凝土的高度为所述中空圆柱体外径的1.5～3倍。
优选地，所述混凝土柱还包括：抗剪构件，所述抗剪构件安装在所述中空圆柱体的下部外侧。
优选地，所述抗剪构件为钢筋。
优选地，所述超高性能混凝土的轴心抗压强度为150～170mpa。
优选地，所述普通性能混凝土的轴心抗压强度为20～40mpa。
优选地，所述中空圆柱体由：无碱玻璃纤维按照正50～60°角缠绕15～20层组成。
优选地，所述无线玻璃纤维之间设置有粘合层。
优选地，所述粘合层为热固性环氧树脂粘合层。
优选地，所述混凝土柱嵌入梁或基础中的深度大于300mm。
本发明还提供了一种包括以上任意一项所述的混凝土柱的制备方法，所述制备方法为：frp管围成中空圆柱体后，将中空圆柱体嵌入梁或基础中，向所述中空圆柱体的底部浇有超高性能混凝土，其余部分浇入普通性能混凝土，经常温养护后，得frp超高性能混凝土柱。
综上所述，本发明提供了一种混凝土柱，所述混凝土柱的结构为：frp管、超高性能混凝土以及普通性能混凝土；所述frp管围成一中空圆柱体，所述超高性能混凝土浇入所述中空圆柱体的底部，所述普通性能混凝土浇入所述中空圆柱体的剩余部分，所述超高性能混凝土的高度为所述中空圆柱体外径的1.5～3倍。本发明还提供了一种上述混凝土柱的制备方法。本发明提供的技术方案中，frp管形成的中空圆柱体横向约束力增加；能有效约束内部混凝土形成三向受压状态，提高混凝土抗压强度；而且内部的混凝土不会漏出脱落，有效保障了安全。本发明提供的一种混凝土柱及其制备方法，解决了现有技术中，传统钢筋混凝土柱在地震等极端破坏下容易发生混凝土强度不足、保护层脱落、箍筋拉断及纵向钢筋屈曲等安全风险的技术缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种混凝土柱的立面结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种混凝土柱的剖面结构示意图；
其中，frp管1、超高性能混凝土2、普通性能混凝土3、梁或基础4以及抗剪构件5。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种混凝土柱及其制备方法，用于解决现有技术中，传统钢筋混凝土柱在地震等极端破坏下容易发生混凝土强度不足、保护层脱落、箍筋拉断及纵向钢筋屈曲等情况全风险的技术缺陷。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了更详细说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种混凝土柱及其制备方法，进行具体地描述。
请参阅图1和图2，本发明实施例提供了一种混凝土柱，结构为：frp管1、超高性能混凝土2以及普通性能混凝土3梁或基础4；frp管1围成一中空圆柱体，超高性能混凝土2浇入中空圆柱体的底部，普通性能混凝土3角度中空圆柱体的剩余部分，超高性能混凝土2的高度为中空圆柱体外径的1.5～3倍。本发明实施例提供的一种混凝土柱，解决现有技术中，钢筋混凝土柱在地震等极端破坏下容易发生混凝土强度不足、保护层脱落、箍筋拉断及纵向钢筋屈曲等安全风险的技术缺陷。
本发明实施例提供的技术方案中，由frp管1围成的中空圆柱体，给内部的超高性能混凝土2以及混普通凝土提供更大的横向约束力，这样，在受到外界巨大的瞬间外力时，frp管能提供足够的抗弯刚度强度以及提高混凝土柱的韧性和延性，使得中空圆柱体结构不容易发生破坏，进一步地，内部的混凝土也就不会脱落，有效提高了混凝土柱结构的稳定性，提高了安全性。
进一步地优化技术方案，本发明实施例提供的一种混凝土柱还包括：抗剪构件5，抗剪构件5夹角安装在中空圆柱体的下部外侧。在设置有抗剪构件5后，能增强混凝土柱与基础或梁的抗剪连接，有效防止在竖向地震作用力中混凝土柱出现拉拔破坏。
在确保抗剪构件5良好性能的基础上，同时，兼顾以抗剪构件5成本低廉、使用寿命长以及抗剪构件5安装方便，便于其稳固的插入中空圆柱体的下部，本发明实施例提供的技术方案中，抗剪构件5为钢筋。
进一步地优化技术方案，提高混凝土柱的强度，本发明实施例提供的一种混凝土柱中，超高性能混凝土2的轴心抗压强度为150～170mpa。
同理，在确保混凝土柱足够强度的基础上，同时，兼顾以降低混凝土柱的制备成本，本发明实施例提供的技术方案中，普通性能混凝土的轴心抗压强度为20～40mpa。
为确保混凝土柱具有足够的横向约束力，本发明实施例提供的一种混凝土柱中，中空圆柱体由：无碱玻璃纤维按照正50～60°角缠绕15～20层组成。
为将抗拉强度高的无碱玻璃纤维按照上述角度和层数缠绕粘结成管状产品，本发明实施例提供的技术方案中，无线玻璃纤维之间设置有粘合层。
进一步地优化技术方案，在确保粘合层良好的粘合效果以及耐候性的基础上，同时，兼顾以粘合层价格低廉、不造成环境污染的施工需求，本发明实施例提供的技术方案中，粘合层为热固性环氧树脂粘合层。
为有效确保混凝土柱与梁或基础4的连接稳定，不发生倒塌，本发明实施例提供的一种混凝土柱中，混凝土柱嵌入梁或基础4中的深度大于300mm。
本发明实施例还提供了一种上述混凝土柱的制备方法，为：frp管1围成中空圆柱体后，将中空圆柱体嵌入梁或基础4中，向中空圆柱体的底部浇有超高性能混凝土2，其余部分浇入普通性能混凝土3，经常温养护后，得frp超高性能混凝土柱。
进一步地，在制备时，还需在中空圆柱体的底部嵌入抗剪构件5，进一步地增加混凝土柱的结构稳定性。同时，抗剪构件5可以是钢筋等强度高、成本低的材料，当然，也可设置有多个抗剪构件5。
从上述技术方案可以得出，本发明实施例提供的一种混凝土柱及其制备方法，具有以下优点：
(1)、由于采用frp管约束混凝土柱的方法，使得保护层(即frp管围成的中空圆柱体)脱落破坏的情况不会发生；而且，特定的纤维编织角度的frp管不仅有优越的抗拉性能，还能够比常规的钢筋结构提供更大的环向约束力，使得混凝土处于三向受压状态，提高核心混凝土的承载能力约15％以上，同时还可提高延性。
(2)、由于本发明实施例提供的一种混凝土柱内部无钢筋，不会出现由于钢筋拉断而突然发生的脆性破坏，而且不必担忧氯离子腐蚀钢筋，可以使用海水海砂作为混凝土的原材料，因此，可以在资源缺乏的海岛上进行施工，同时，制备成本也可进一步地得到降低。
(3)、由于frp管比钢筋自重轻，能够有效减轻自重，因而，在地震等极端情况下，混凝土柱受到地震作用的破坏作用也相应降低。
(4)、由于frp管具有抗老化、耐腐蚀、绝缘性好等特点，可以更好的保护内部混凝土不受到自然环境的腐蚀，有效延长混凝土柱的使用寿命。
(5)、由于frp管可同时兼作模具，能有效提高施工效率，同时frp管价格比钢筋低，能够降低施工成本，因此具有施工可行性。
(6)、超高性能混凝土具有高抗压强度、高抗剪强度、韧性大、延性大、断裂能高等特点，能有有效降低柱端部的残余变形约60％，同时还可减小混凝土柱的直径并提高耗散能，从而降低地震带来的破坏。
(7)、由于超高性能混凝土的造价高，自重大的缺点，只在端部采用，余下复合柱仍为普通性能混凝土，综合成本低廉，适合于大规模推广。
综上所述，本发明提供了一种混凝土柱，所述混凝土柱的结构为：frp管、超高性能混凝土以及普通性能混凝土；所述frp管围成一中空圆柱体，所述超高性能混凝土浇入所述中空圆柱体的底部，所述普通性能混凝土浇入所述中空圆柱体的剩余部分，所述超高性能混凝土的高度为所述中空圆柱体外径的1.5～3倍。本发明还提供了一种上述混凝土柱的制备方法。本发明提供的技术方案中，frp管形成的中空圆柱体横向约束力增加；能有效约束内部混凝土形成三向受压状态，提高混凝土抗压强度；而且内部的混凝土不会漏出脱落，有效保障了安全。本发明提供的一种混凝土柱及其制备方法，解决了现有技术中，钢筋混凝土柱在地震等极端破坏下容易发生混凝土强度不足、保护层脱落、箍筋拉断及纵向钢筋屈曲等安全风险的技术缺陷。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。