[發明專利]一種FRP-橡膠-鋼復合管混凝土結構

有效

• 申請號: 201010282512.3
• 申請日: 2010-09-16
• 公開（公告）號: CN101967853A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發明（設計）人: 魏洋;吳剛;吳智深;李國芬;王立彬
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: E04B1/30
• 分類號: E04B1/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種混凝土結構，尤其是一種復合管混凝土結構，屬于土木建筑結構技術領域。

背景技術

傳統的鋼管混凝土結構，具有施工方便、耗能性能好、剛度大等優點，其核心混凝土在鋼管的約束下，承載能力和變形能力得到了很大提高，尤其是其具有良好的延性，被廣泛應用于高層、大跨及橋梁結構。但是，由于鋼的彈塑性應力-應變關系，一旦鋼管屈服其約束力將限于定值，對混凝土的約束效果不再增加，而且鋼管的強度較低，對于大型的高軸力混凝土結構，必須采用厚壁鋼管，用鋼量大，此外，鋼管很容易發生銹蝕，耐久性較差。

FRP(纖維增強樹脂復合材料)由于其輕質、高強、耐腐蝕的優良特性，在土木工程抗震加固、補強領域得到了普遍應用，考慮到FRP在特殊環境中的應用優勢，FRP管混凝土作為新建結構的橋墩、柱結構，具有廣闊的應用空間，由于FRP的高強及線彈性力學特性，約束量充足的FRP管混凝土表現為雙線性強化型的應力-應變關系，FRP能夠為核心混凝土提供強勁的約束，然而由于FRP的極限應變較低，FRP管混凝土的失效破壞模式具有明顯的“脆性破壞”特征，破壞突然，延性較差，峰值荷載后殘余承載力低，這嚴重影響了其抗震性能。

地震頻發，如何最大程度降低地震帶來的人員傷亡和財產損失，提高土木工程結構抵抗地震災害的能力是對各種結構的必然要求。在罕遇地震作用下，普通鋼管混凝土結構難以避免地會進入塑性階段，屈服后的二次剛度接近于零，承載力儲備低；FRP管混凝土結構盡管具有強化型的應力-應變關系，但破壞模式脆、殘余承載力低；簡單地將FRP纏繞在鋼管外形成復合管混凝土，由于FRP較低的極限應變能力，在鋼管屈服后不久，FRP即會發生斷裂，達不到我國現行抗震規范的“多水準設防”和性能化設計的目的，更有甚者，傳統觀點，將FRP施加預應力用于約束混凝土柱，這將更加提前FRP的破壞，降低結構的延性。

針對以往結構，研究者也開發了相關技術力求提供結構足夠的延性，賦予結構屈服后一定的強化剛度，提高結構的承載力儲備，減輕強震荷載下截面損傷程度。如針對普通鋼筋混凝土柱，通過合理地弱化鋼筋與混凝土粘結性能來提高結構的延性，弱粘結的破壞過程為結構提供延性的增加；通過混合配置無粘結鋼筋和有粘結鋼筋，提供結構屈服后的強化剛度，提高結構的承載力儲備，在正常荷載下，有粘結鋼筋提供使用階段的承載力，此時，無粘結鋼筋尚未工作，在罕遇地震下，無粘結鋼筋才進入工作，提供屈服后第二階段的承載力；又如中國專利第“200620040250.9”號，公開了一種“部分粘結預應力纖維塑料(FRP)筋混凝土梁”，預應力FRP筋在梁端部與混凝土采用有粘結結構形式，在梁跨中區段與混凝土采用無粘結結構形式，無粘結措施大大改善結構的變形并提高延性性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種FRP-橡膠-鋼復合管混凝土結構，以期結構在地震荷載及強烈振動荷載作用下，保證結構具有足夠的承載力儲備、延性和良好的吸收振動荷載能量的能力，實現結構罕遇地震下的良好抗震性能。此結構特別適于作為對抗震有特殊要求(如生命線工程)的新建樁、柱、橋墩、海洋平臺等構件。

為此，本發明提供一種FRP-橡膠-鋼復合管混凝土結構，該結構包括FRP層、橡膠層、鋼管和核心混凝土四個部分由外向內共同構成；其中，FRP層、橡膠層和鋼管三個部分通過樹脂粘結形成一個復合管整體，核心混凝土填充于復合管內部，復合管對內部核心混凝土施加約束增強作用。