复材管约束混凝土与管外混凝土界面锚固结构

1.本实用新型涉及土木工程新型结构与新材料结构技术领域，尤其是涉及一种复材管约束混凝土与管外混凝土界面锚固结构。


背景技术：

2.纤维增强复合材料(简称“复材”)是由碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等增强材料与树脂基体复合而成的非金属材料，具有轻质高强、耐腐蚀、抗疲劳性能好等优点。在土木工程领域，通常将新型材料复材与传统材料混凝土进行合理组合，以充分发挥两种材料的优点，从而形成力学性能良好、造价相对较低、耐久性较好的组合构件。其中，复材约束混凝土便是一种受到广泛关注并有在工程结构中大量应用潜力的新型复材-混凝土组合构件。这种组合构件由纤维缠绕工艺制成的复材管以及复材管内部混凝土组成。复材管纤维为环向或近似环向布置。大量研究表明，采用复材管约束混凝土可以显著提升混凝土的抗压强度以及延性性能。基于此，研究人员提出将复材约束混凝土放置于其他混凝土结构构件中，形成复材管约束核心，以提升结构的承载力、抗震性能以及抗倒塌能力。除此以外，还有研究人员将复材管约束混凝土作为压弯构件(复材管混凝土柱)单独使用。对于复材管约束核心，为保持外围混凝土的完整性、阻止混凝土的剥落，使复材管约束核心的力学性能得到充分发挥，需要保证复材管和管外周围混凝土之间具有良好的界面性能；对于复材管混凝土柱，其发挥良好力学性能的前提则是复材管在基础中得到良好的锚固，同样需要保证复材管和基础中混凝土具有良好的界面性能。然而，复材管表面较光滑，与混凝土自然粘结比较差，界面锚固性能往往难以满足使用需求，这成为了本领域亟待解决的关键技术难题。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种复材管约束混凝土与管外混凝土界面锚固结构，可以显著增强复材管约束混凝土与管外混凝土界面锚固性能，提高复材管与管外混凝土连接界面在法向和切向的锚固承载力，，对于推动复材管约束混凝土在工程结构中的应用具有积极作用。
4.根据本实用新型实施例的复材管约束混凝土与管外混凝土界面锚固结构，包括：
5.复材管约束混凝土；
6.预制纤维板，所述预制纤维板整体呈环状粘固包覆在所述复材管约束混凝土的外周面上。
7.根据本实用新型实施例的复材管约束混凝土与管外混凝土界面锚固结构，由于预制纤维板是用于复材管约束混凝土与管外混凝土界面锚固性能增强的预制纤维板，利用该预制纤维板可以显著增强复材管约束混凝土与管外混凝土界面在法向和切向的锚固强度，避免内置复材约束核心组合构件外围混凝土的剥落，从而减小复材管与管外混凝土的界面相对滑移。综合来讲，本实用新型实施例可提升配置复材约束混凝土的组合结构的承载力和抗震性能，对于推动复材管约束混凝土在工程结构中的应用具有积极作用。
8.根据本实用新型的一个实施例，所述预制纤维板包括纤维布层、胶砂混合层、多个钢纤维和浸渍环氧树脂胶层，其中，所述胶砂混合层位于所述纤维布层的一侧面上；多个所述钢纤维间隔开地与所述纤维布层连接且沿垂直于所述预制纤维板的法向经过所述胶砂混合层而伸出所述胶砂混合层，所述浸渍环氧树脂胶层位于所述纤维布层的另一侧面上且所述浸渍环氧树脂胶层粘固于所述复材管约束混凝土的外周面上。
9.根据本实用新型进一步的实施例，所述浸渍环氧树脂胶层由流动性强的环氧树脂胶固化形成。
10.根据本实用新型进一步的实施例，所述浸渍环氧树脂胶层内掺加有乱向分布的短纤维。
11.根据本实用新型进一步的实施例，所述纤维布层为单轴向或多轴向的碳纤维布层，或所述纤维布层为单轴向或多轴向的玻璃纤维布层。
12.根据本实用新型进一步的实施例，所述胶砂混合层中的砂粒为细砂、中砂或粗砂。
13.根据本实用新型进一步的实施例，多个所述钢纤维为u形钢纤维或一端呈钩形的钩形钢纤维，其中，所述u形钢纤维的封闭端卡在所述纤维布层上且所述u形钢纤维的敞开端外露，所述钩形钢纤维的一端钩住所述纤维布层且所述钩形钢纤维的另一端外露。
14.根据本实用新型进一步的实施例，所述复材管约束混凝土中的复材管为纤维增强复合材料缠绕管。
15.根据本实用新型进一步的实施例，所述纤维布层的纤维主方向与所述复材管的环向方向一致。
16.根据本实用新型进一步的实施例，所述预制纤维板还包括结构胶层，所述结构胶层直接粘固于所述浸渍环氧树脂胶层与所述复材管约束混凝土的外周面之间。
17.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
18.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
19.图1为本实用新型实施例的复材管约束混凝土与管外混凝土界面锚固结构的立体示意图。
20.图2为本实用新型实施例的复材管约束混凝土与管外混凝土界面锚固结构的断面示意图。
21.附图标记：
22.复材管约束混凝土与管外混凝土界面锚固结构1000
23.复材管约束混凝土1复材管101复材管内部混凝土102
24.预制纤维板2
25.纤维布层201胶砂混合层202钢纤维203浸渍环氧树脂胶层204结构胶层205
具体实施方式
26.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始
至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
27.下面结合图1至图2来描述本实用新型实施例的复材管约束混凝土与管外混凝土界面锚固结构1000。
28.如图1和图2所示，根据本实用新型实施例的复材管约束混凝土与管外混凝土界面锚固结构1000，包括复材管约束混凝土1和预制纤维板2，预制纤维板2整体呈环状粘固包覆在复材管约束混凝土1的外周面上，预制纤维板2是用于复材管约束混凝土1与管外混凝土界面锚固性能增强的预制纤维板2。
29.具体地，复材管约束混凝土1为纤维缠绕工艺制成的复材管101以及复材管内部混凝土102组成，复材管101的纤维为环向或近似环向布置；复材管约束混凝土1可以显著提升混凝土的抗压强度以及延性性能。预制纤维板2是用于复材管约束混凝土1与管外混凝土界面锚固性能增强的预制纤维板2，预制纤维板2呈环状粘固包覆在复材管约束混凝土1的外周面上，其粘固方式可以利用高强环氧树脂类结构胶层205将预制纤维板2安装于打毛处理后的复材管约束混凝土1的复材管101的外表面上。
30.根据本实用新型实施例的复材管约束混凝土与管外混凝土界面锚固结构1000，由于预制纤维板是用于复材管约束混凝土1与管外混凝土界面锚固性能在法向和切向的增强的预制纤维板2，利用该预制纤维板2可以显著增强复材管约束混凝土1与管外混凝土界面在法向和切向的锚固强度，避免内置复材约束核心组合构件外围混凝土的剥落，从而减小复材管101与管外混凝土的界面相对滑移。综合来讲，本实用新型实施例可提升配置复材约束混凝土的组合结构的承载力和抗震性能，对于推动复材管约束混凝土1在工程结构中的应用具有积极作用。
31.根据本实用新型的一个实施例，预制纤维板2包括纤维布层201、胶砂混合层202、多个钢纤维203和浸渍环氧树脂胶层204，其中，胶砂混合层202位于纤维布层201的一侧面上；多个钢纤维203间隔开地与纤维布层201连接且沿垂直于预制纤维板2的法向经过胶砂混合层202而伸出胶砂混合层202，浸渍环氧树脂胶层204位于纤维布层201的另一侧面上且浸渍环氧树脂胶层204胶粘固定于复材管约束混凝土1的外周面上。可以理解的是，采用该结构的预制纤维板2可以显著增强复材管约束混凝土1与管外混凝土界面的竖向和水平锚固强度。
32.根据本实用新型进一步的实施例，浸渍环氧树脂胶层204由流动性强的环氧树脂胶固化形成。由此，可以更好地制作预制纤维板2。
33.根据本实用新型进一步的实施例，浸渍环氧树脂胶层204内掺加有乱向分布的短纤维。
34.根据本实用新型进一步的实施例，纤维布层201为单轴向或多轴向的碳纤维布层201或纤维布层201为单轴向或多轴向的玻璃纤维布层201。可以理解的是，纤维布层201可以根据实际需要进行选择。
35.根据本实用新型进一步的实施例，胶砂混合层202中的砂粒为细砂、中砂、粗砂或其他抗压强度高的颗粒物。可以理解的是，胶砂混合层202中可以根据实际需要选择细砂、中砂或粗砂或其他抗压强度高的颗粒物中的一种或多种，以满足胶砂混合层202的抗压强
度。
36.根据本实用新型进一步的实施例，多个钢纤维203为u形钢纤维203或一端呈钩形的钩形钢纤维203，其中，u形钢纤维203的封闭端卡在纤维布层201上且u形钢纤维203的敞开端外露，钩形钢纤维203的一端钩住纤维布层201且钩形钢纤维203的另一端外露。
37.根据本实用新型进一步的实施例，复材管约束混凝土1中的复材管101为纤维增强复合材料缠绕管。可以理解的是，复材管101具有轻质高强、耐腐蚀、抗疲劳性能好等优点。
38.根据本实用新型进一步的实施例，纤维布层201的纤维主方向与复材管101的环向方向一致。
39.根据本实用新型进一步的实施例，预制纤维板2还包括结构胶层205，结构胶层205直接粘固于浸渍环氧树脂胶层204与复材管约束混凝土1的外周面之间。由于结构胶例如高强环氧树脂类结构胶，其强度及粘稠度均高于浸渍环氧树脂胶，因此，采用结构胶层205粘固可以保证预制纤维板2与复材管约束混凝土1之间良好的粘固性能，保证预制纤维板2牢固地固定在复材管约束混凝土1的外周面上。
40.下面以一个具体的例子来描述本实用新型实施例的复材管约束混凝土与管外混凝土界面锚固结构1000的加工方法。该方法加工方便，具体包括如下步骤：
41.步骤一：对作为纤维布层201的单层或多层纤维布两端张拉，使之处于绷紧状态；
42.步骤二：将张紧后的纤维布置于筛分过的中砂层上面，并且保持中砂层上面和纤维布层的下表面处于基本接触状态；
43.步骤三：将u形钢纤维203每隔一定间距骑跨于张紧后的纤维布上，u形钢纤维203的两肢插入中砂层中；
44.步骤四：释放纤维布两端张力；
45.步骤五：将表面平整的钢板置于插满u形钢纤维的纤维布上并锤击，将下部中砂层压实并保证纤维布表面平整无凹凸；
46.步骤六：将流动性较强并且拌和均匀的浸渍环氧树脂胶灌注于纤维布表面，用胶量约为0.8g/cm2，以便后续固化形成胶砂混合层202及浸渍环氧树脂胶204；
47.步骤七：浸渍环氧树脂胶完全固化前，将高强环氧树脂类结构胶涂覆于浸渍环氧树脂胶层的上表面，从而便于后续形成高强环氧树脂类结构胶层205，将下部砂粒清除，得到非完全固化预制纤维板2；
48.步骤八：将预制纤维板2进行适当弯折并紧紧贴敷于复材管101外表面，其中纤维布纤维方向与复材管101环向相同。浸渍环氧树脂胶以及高强环氧树脂类结构胶充分固化后即可得到复材管约束混凝土与管外混凝土界面锚固结构1000。
49.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
50.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。