一种复合柱、复合柱的制作方法及复合加固方法
【专利摘要】本发明公开一种复合柱、复合柱的制作方法及复合加固方法，属于建筑【技术领域】。所述复合柱包括薄钢管及套装于薄钢管内的防火涂料层、CFRP布和混凝土，所述薄钢管与CFRP布之间为防火涂料层，CFRP布内浇注混凝土，形成复合柱。本发明防火抗震。本发明中的复合加固方法可广泛用于各种柱子的加固，强化了建筑结构的防火抗震抵御自然灾害的性能；在不改变建筑结构外形基础上提高建筑结构的美观适用性；且复合加固方法在施工上操作简单方便，经济可行，避免了建筑结构因为部分受损而拆卸重盖的繁琐过程，极大降低了成本，防火抗震性能得到极大的提升，延长了建筑结构的使用寿命，提高经济效益。
【专利说明】一种复合柱、复合柱的制作方法及复合加固方法
【技术领域】
[0001]本发明属于建筑【技术领域】，特别是涉及一种复合柱、复合柱的制作方法及加固方法。
【背景技术】
[0002]针对世界各国技术发展，各种建筑层出不穷，从考虑城市人口土地资源有效利用以及建筑经济美观适用性能出发，大跨度、多层数、大空间、高耗能建筑不断涌现，针对层数多的建筑其优缺点非常明显，对于能源需求尤其突出，消防措施因为能源需求量增加而格外引人注意，高层超高层建筑，火灾发生对建筑影响严重，而针对不同建筑承重结构柱的利用则成为重要课题。
[0003]我国属于人口大国，随着经济快速发展，城市化水平不断提高，城市人口急剧增加并且呈现持续增长趋势，为了满足城市化人口增长需求，同时兼顾土地资源合理利用与经济可持续发展；城市建筑结构逐渐向着多层高层超高层发展，尤其在大中型城市建筑特征更为突出，伴随着高层建筑发展，其电器设备用量极大，电路装配也愈加复杂化，大功率用电设备出现在各个家庭，耗能量稳步提升，电能供应量首屈一指，电路设施不完善引起火灾数不胜数；民用建筑居民对电能以及明火需求更甚，火灾在近年来的发生现象也日益增加，火灾情况也越来越引起外界关注。并且城市繁华的交通，因此引起的交通事故对建筑结构的撞击，由于撞击引起的火灾事故；以及城市中居民对火的不合理利用，如烟花爆竹，燃烧垃圾，吸烟等引起的火灾事故；自然因素如地震，强风等引起的结构破坏变形，结构破坏引起的火灾现象时有发生；现行建筑结构为了其美观多样先进性能，更多采用可燃易燃材料进行室内装修，木质地板，化纤沙发，可燃吊顶等等加剧了火灾发生的可能性；都对结构造成重大的损失，因此建筑结构的防火抗震问题成为建筑结构的关键问题。
【发明内容】
[0004]针对上述存在的技术问题，解决建筑结构火灾地震等因素下所出现的安全隐患，本发明的目的在于提供一种复合柱、复合柱的制作方法及加固方法。通过利用簿钢管与CFRP布添加防火涂料，延长CFRP布受火作用时间，延长其火灾情况下的持续约束性能，最终达到显著提高建筑结构抗火性能，同时薄钢管CFRP布混凝土三者共同作用也极大提高了建筑结构的抗震性能。
[0005]为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下:
一种复合柱，包括薄钢管及套装于薄钢管内的防火涂料层、CFRP布和混凝土，所述薄钢管与CFRP布之间为防火涂料层，CFRP布内浇注混凝土，形成复合柱。
[0006]进一步地，所述薄钢管为卷制钢管，且多段焊接构成。
[0007]本发明一种复合柱的制作方法，包括如下步骤:
(I)基础施工:在钢筋混凝土基础上确定薄钢管浇筑位置，选取不大于200mm高度的预埋薄钢管，在底部焊接钢板安置于基础上，预埋薄钢管内浇筑混凝土，预埋薄钢管四周按照构造要求配加强筋，并浇筑钢筋混凝土，钢筋混凝土截面尺寸与承台顶面尺寸相同，混凝土高于预埋薄钢管高度50-100_，围绕预埋薄钢管周围预留环形槽道，所述环形槽道的宽度为100-120mm，高度与混凝土高出预埋薄钢管的高度相同；
(2)清理模具:根据建筑结构要求，选择钢管模具，模具内径为所述复合柱薄钢管内径减去防火材料层厚度，支模前清洗模具，保证模具内没有任何混凝土残留物；
(3)卷制CFRP布:在模具内侧壁喷洒清水，湿润内壁，然后涂抹建筑材料粘合剂，粘贴一层塑料薄膜，在薄膜上涂抹粘合剂，将CFRP布浸透整个粘合剂，均匀贴塑料薄膜处理，排出空气泡，CFRP布至少卷制两层，卷制CFRP布的末端留有便于黏合的长度；
(4)烧筑混凝土；
(5)浇筑完成后拆模具；
(6)拆模后进行养护；
(7)吊装薄钢管:待浇筑的混凝土柱强度达到100%，分段吊装薄钢管，第一段钢管吊装与预埋薄钢管相对应焊接，焊接前清除预埋钢管表面的混凝土残留物，焊接完成混凝土填充预留环形槽道；吊装相邻两段薄钢管进行对接焊接，焊接完成要进行超声波检测自检，分段焊接口部位预先涂抹防火涂料；
(8)各段薄钢管吊装焊接完毕，填充膨胀性防火涂料；形成复合柱。
[0008]本发明的复合加固方法，包括如下步骤:
(1)对建筑结构柱加固前，先在建筑结构柱周围搭设脚手架，操作层铺设悬挑板或者木跳板，采用1:1:4混合砂浆将受损部位磨平，然后用电动砂轮将建筑结构表面打磨平整；
(2)在建筑结构柱表面涂抹建筑粘合剂，将完全浸透的CFRP布包裹建筑结构柱，按压排出空气，同时将CFRP布贴建筑结构壁约束紧固；
(3)CFRP布在缠制过程中末端伸出40-100mm，在CFRP布表面涂抹厚涂型防火涂料；
(4)根据加固的建筑结构柱截面尺寸，选择相应尺寸两半圆薄钢管，进行薄钢管拼接；
(5)整体薄钢管结构顶端与建筑结构柱上部结构通过角焊缝进行焊接；底部置于混凝土基础上，通过法兰盘及混凝土基础上的环形钢板固定；同时在底部法兰盘上焊接加强肋，加固底部约束；
(6)施工结束。
[0009]本发明的有益效果如下:
本发明充分考虑了建筑结构的抗火防震等自然因素，通过添加防火涂料做到不损害其建筑结构适用性美观性能基础上提高建筑结构的强度，韧性更是极大优化了建筑结构的防火抗震性能；该结构技术可以作为两种施工方案使用:其一；直接作为薄钢管一防火涂料一CFRP布一混凝土柱应用于实际建筑结构工程中，直接做到抗火防震，从而有效的降低因为火灾引起的重大人员伤亡和财广损失；其二 ；薄钢板一防火涂料一CFRP布复合加固方法也可广泛用于柱子的加固范畴，通过复合加固方法极大强化了建筑结构的防火抗震抵御自然灾害的性能；同时也可以在不改变建筑结构外形基础上提高建筑结构的美观适用性；应用复合加固方法在施工上操作简单方便，经济可行，避免了建筑结构因为部分受损而拆卸重盖的繁琐过程，极大降低了成本，使得经过外界因素作用而仍可修复使用的建筑结构强度韧性，防火抗震性能得到极大的提升，延长了建筑结构的使用寿命，提高经济效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明的结构示意图。
[0011]图2为本发明的剖面示意图。
[0012]图3为本发明复合柱成型结构示意图。
[0013]图4为本发明复合加固方法施工简易图。
[0014]图中:①.薄钢管，②.防火涂料，③.CFRP布，④.混凝土，⑤.环形槽道，⑥.预埋薄钢管，⑦.钢板，⑧.基础，⑨.环形钢板，⑩.法兰盘，(11).地脚螺栓，(12).预留螺栓孔。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和实施例来进一步说明本发明的技术方案。
[0016]实施例:如图1、图2所示，本发明复合柱，包括①及套装于①内的②、③和④，所述①与③之间为②，③内浇筑④，形成复合柱。
[0017]所述①为卷制钢管，且多段焊接构成。
[0018]如图3所示，所述复合柱的制作方法:
(1)基础施工:选取不大于200mm高度的⑥(本例选取200mm)，在底部焊接⑦安置于⑧上，⑥内浇筑④，⑥四周按照构造要求配加强筋，并浇筑钢筋混凝土，钢筋混凝土截面尺寸与承台顶面尺寸相同，混凝土高于⑥高度50-100mm (本例选取50mm),围绕⑥周围预留⑤，所述⑤的宽度为100-120mm (本例选取100mm)，高度与混凝土高出⑥的高度相同(本例选取50mm),方便安装模具；
(2)清理模具:根据建筑结构要求，选择钢管模具，模具内径为所述复合柱薄钢管内径减去防火材料层厚度，支模前清洗模具，保证模具内没有任何混凝土残留物；清洗方法:用电动钢丝刷对模具进行打磨清扫，用空气压力喷枪对模具进行吹洗清理，保证模具内没有任何混凝土残留物；
(3)卷制CFRP布:在模具内侧壁喷洒清水，湿润内壁，然后涂抹建筑材料粘合剂，粘贴一层塑料薄膜，在薄膜上涂抹粘合剂，将CFRP布浸透整个粘合剂，均匀贴塑料薄膜处理，排出空气泡，CFRP布至少卷制两层，卷制CFRP布的末端留有便于黏合的长度；
(4)浇筑混凝土:按照常规方法浇注:预拌混凝土在浇筑过程中可采用泵送顶升浇灌法、高位抛落免振捣法或手工逐段浇捣法，泵送混凝土水灰比宜为0.4?0.6 ;砂率宜为38%?45% ;最小水泥用量宜为300Kg/m3 ;泵送混凝土应添加适量外加剂，外加剂根据试验确定；
(5)浇筑完成后拆模具；
(6)拆模后进行养护；
(7)吊装薄钢管:待浇筑混凝土强度达到100%，为了避免薄钢管过长在套管过程中毁坏浇筑好的混凝土柱，分段吊装薄钢管，填充防火涂料也更容易控制；第一段①吊装与⑥相对应焊接，焊接前清除⑥表面的混凝土残留物，焊接完成混凝土填充预留⑤；吊装相邻两段薄钢管进行对接焊接，焊接采用气弧焊，焊接完成要进行超声波检测自检，分段焊接口部位预先涂抹防火涂料；
(8)①各段吊装完毕，需填充膨胀性防火涂料(火灾发生时膨胀将将缝隙和较小的空洞封堵严密，有效阻止火灾蔓延和热气传播)；形成复合柱。
[0019]如图4所示，本发明所述的复合加固方法，包括如下步骤:
(1)对建筑结构柱加固前，先在建筑结构柱周围搭设脚手架，操作层铺设悬挑板或者木跳板，采用1:1:4混合砂浆将受损部位磨平，然后用电动砂轮将建筑结构表面打磨平整；
(2)在建筑结构柱表面涂抹建筑粘合剂，将完全浸透的CFRP布包裹建筑结构柱，按压排出空气，同时将CFRP布贴建筑结构壁约束紧固；
(3)CFRP布在缠制过程中末端伸出40-100mm(本例选择40mm)，在CFRP布表面涂抹厚涂型防火涂料；防火涂料厚度根据建筑结构的耐火时间来确定；
(4)根据加固的建筑结构截面尺寸，选择相应尺寸两半圆薄钢管，进行薄钢管拼接；
(5)整体薄钢管结构顶端与建筑结构柱上部结构通过角焊缝进行焊接；底部置于混凝土基础上，通过⑩及混凝土基础上的⑨固定；同时在底部⑩上焊接加强肋，加固底部约束，如图3所示；
(6)施工结束。
[0020]本发明在焊接钢管过程中的工艺要求为:
焊接前准备工作:清除接口及接口两边20-30mm内壁、外壁上的杂物及氧化皮，②采用火焰加热器预热，保证管口加热均匀，焊前用钢丝刷清除加热产生的氧化皮及烟尘，预热温度为100-200°C，冬季实际操作时应高于该温度20-30°C，以保证施焊时所需温度，预热范围为接口两侧各大于50mm;
钢管纵缝，对接环缝采用自动和半自动焊接，全焊透，具体根据焊接工艺试验评定结果确定；
焊接材料使用过程应追踪控制，产品使用焊接材料应与工艺评定报告一致；
焊条或焊剂从烘箱或保温桶中取出并在大气中放置4个小时以上，需放回烘箱从新烘培，重复烘培次数不得超过两次；
对接口在制作过程中会遇到各种因素影响，卷制钢管椭圆度误差客观存在，椭圆接口形态不一致。施工对接前，可在起吊前进行预接整圆，相互对应者设计标号，方便重新吊装;
几何尺寸允许偏差:钢管轴线，安装阶段允许偏差± 5mm,成型后允许偏差± 1mm或者L/1500 ;横截面外形，钢管椭圆度允许偏差±5mm或L/1000，整体允许偏差O?5mm ;
焊缝外观:表面不得有裂缝，断弧，烧穿，弧坑和气孔夹杂等缺陷，并不得有未焊透或未熔合等现象；
对接接头焊缝应100%进行超声波探伤。
【权利要求】
1.一种复合柱，其特征在于:包括薄钢管及套装于薄钢管内的防火涂料层、CFRP布和混凝土，所述薄钢管与CFRP布之间为防火涂料层，CFRP布内浇注混凝土，形成复合柱。
2.如权利要求1所述的复合柱，其特征在于:所述薄钢管为卷制钢管，且多段焊接构成。
3.—种如权利要求1所述的复合柱的制作方法，其特征在于:包括如下步骤: (1)基础施工:在钢筋混凝土基础上确定薄钢管浇筑位置，选取不大于200mm高度的预埋薄钢管，在底部焊接钢板安置于基础上，预埋薄钢管内浇筑混凝土，预埋薄钢管四周按照构造要求配加强筋，并浇筑钢筋混凝土，钢筋混凝土截面尺寸与承台顶面尺寸相同，混凝土高于预埋薄钢管高度50-100_，围绕预埋薄钢管周围预留环形槽道，所述环形槽道的宽度为100-120mm，高度与混凝土高出预埋薄钢管的高度相同； (2)清理模具:根据建筑结构要求，选择钢管模具，模具内径为所述复合柱薄钢管内径减去防火材料层厚度，支模前清洗模具，保证模具内没有任何混凝土残留物； (3)卷制CFRP布:在模具内侧壁喷洒清水，湿润内壁，然后涂抹建筑材料粘合剂，粘贴一层塑料薄膜，在薄膜上涂抹粘合剂，将CFRP布浸透整个粘合剂，均匀贴塑料薄膜处理，排出空气泡，CFRP布至少卷制两层，卷制CFRP布的末端留有便于黏合的长度； (4)烧筑混凝土； (5)浇筑完成后拆模具； (6)拆模后进行养护； (7)吊装薄钢管:待浇筑的混凝土柱强度达到100%，分段吊装薄钢管，第一段钢管吊装与预埋薄钢管相对应焊接，焊接前清除预埋钢管表面的混凝土残留物，焊接完成混凝土填充预留环形槽道；吊装相邻两段薄钢管进行对接焊接，焊接完成要进行超声波检测自检，分段焊接口部位预先涂抹防火涂料； (8)各段薄钢管吊装焊接完毕，填充膨胀性防火涂料；形成复合柱。
4.一种复合加固方法，其特征在于:包括如下步骤: (1)对建筑结构柱加固前，先在建筑结构柱周围搭设脚手架，操作层铺设悬挑板或者木跳板，采用1:1:4混合砂浆将受损部位磨平，然后用电动砂轮将建筑结构表面打磨平整； (2)在建筑结构柱表面涂抹建筑粘合剂，将完全浸透的CFRP布包裹建筑结构柱，按压排出空气，同时将CFRP布贴建筑结构壁约束紧固； (3)CFRP布在缠制过程中末端伸出40-100mm，在CFRP布表面涂抹厚涂型防火涂料； (4)根据加固的建筑结构柱截面尺寸，选择相应尺寸两半圆薄钢管，进行薄钢管拼接； (5)整体薄钢管结构顶端与建筑结构柱上部结构通过角焊缝进行焊接；底部置于混凝土基础上，通过法兰盘及混凝土基础上的环形钢板固定；同时在底部法兰盘上焊接加强肋，加固底部约束； (6)施工结束。
【文档编号】B32B1/08GK104389381SQ201410680523
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月24日 优先权日:2014年11月24日
【发明者】刘永军, 王会会, 李锡鑫 申请人:沈阳建筑大学