[發(fā)明專利]復合管混凝土組合結構

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210413496.6
• 申請日: 2012-10-24
• 公開（公告）號: CN102936941A
• 公開（公告）日: 2013-02-20
• 發(fā)明（設計）人: 魏洋;吳剛;吳智深;蔣劍彪;張敏
• 申請（專利權）人: 南京林業(yè)大學;東南大學;北京特希達科技有限公司
• 主分類號: E04C3/34
• 分類號: E04C3/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

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

背景技術

多年來國內外學者對鋼管混凝土結構進行了大量的研究與應用，其具有抗震性能好和施工方便等優(yōu)點，同時也認識到鋼管混凝土結構具有以下缺陷與不足：鋼管既要承受彎矩和軸向荷載產生的豎向應力，又要承受剪力和混凝土膨脹產生的橫向應力，雙向應力狀態(tài)將降低鋼管的約束效應，提前鋼管的局部屈曲，低周反復荷載試驗表明，這種局部屈曲將導致不穩(wěn)定的滯回循環(huán)，降低構件的延性，并且這種失效難以修復；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，構件承載力不再增加，安全儲備低；鋼管采用的鋼材強度較低，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，加工困難，不經濟；鋼管面臨銹蝕、耐久性難題。

纖維增強塑料(FRP)具有輕質、高強、耐腐蝕的優(yōu)良特性，在土木工程抗震加固、補強領域得到了普遍應用，根據纖維增強體的不同，FRP可分為玻璃纖維增強塑料(GFRP)、碳纖維增強塑料(CFRP)、芳綸纖維增強塑料(AFRP)、玄武巖纖維增強塑料(BFRP)等，無論何種纖維增強塑料，其拉伸極限斷裂都為脆性斷裂，并表現為線性的應力-應變關系，簡單的將FRP纏繞在鋼管混凝土外以期改善鋼管混凝土結構的性能，如中國專利第“201120387820.2”號，公開了一種“一種纖維-鋼復合管鋼筋混凝土橋墩”，雖然一定程度地克服了鋼管混凝土橋墩的缺陷，但其仍然存在以下應用難題：由于FRP的應變滯后，FRP絲毫不能改變結構的屈服荷載；由于FRP的極限應變能力低，結構屈服后至FRP斷裂所經歷的變形很小，與結構延性要求不相符；由于FRP的斷裂脆性，達到峰值荷載FRP斷裂時，破壞模式劇烈，承載能力下降速度快；由于FRP的造價高昂，常規(guī)纏繞量的FRP難以獲得大的承載力的提高。

本發(fā)明提供一種復合管混凝土組合結構，以克服現有技術中存在的缺陷，滿足工程的應用需要。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種復合管混凝土組合結構，以期解決現有鋼管混凝土結構、FRP-鋼復合管混凝土結構的缺陷，使得結構具有較高的屈服荷載、足夠的承載力儲備、延性和緩和的破壞模式。此結構同時適用于新建結構中的樁、柱、橋墩、拱肋，以及現有鋼筋混凝土結構、鋼管混凝土結構中以受壓為主的構件加固。

為此，本發(fā)明提供一種復合管混凝土組合結構，該結構包括內部混凝土、鋼管、橫向預應力鋼絲、纖維增強塑料；其中，橫向預應力鋼絲通過對鋼絲施加預應力橫向連續(xù)均勻纏繞于鋼管的外壁，纖維增強塑料粘貼于最外層橫向預應力鋼絲的外表面，內部混凝土填充于鋼管的內部；橫向預應力鋼絲和纖維增強塑料各為1層及1層以上，其鋼絲或纖維方向與鋼管橫向傾角在-30°至30°之間，各層鋼絲及纖維方向可以相同或不同，橫向預應力鋼絲的纏繞間距不大于40mm；橫向預應力鋼絲通過環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂、聚氨酯樹脂或環(huán)氧砂漿實現與鋼管的粘結。

在本發(fā)明的結構中，內部混凝土在受壓時，由于橫向預應力鋼絲在纏繞過程中建立了一定的預拉應力，橫向預應力鋼絲與鋼管之間不存在應變滯后，橫向預應力鋼絲與鋼管同時發(fā)揮約束作用，因此結構的屈服荷載得到了有效地大幅度提高，在結構屈服后，纖維增強塑料對核心混凝土的約束作用逐漸產生，核心混凝土的承載力得到進一步的提高，在纖維增強塑料發(fā)生斷裂后，作為約束增強主體的橫向預應力鋼絲繼續(xù)產生約束作用，仍然能夠維持結構持續(xù)的承載力增長，由于彈塑性鋼絲的極限應變很大，結構屈服后至對應最大荷載橫向預應力鋼絲首次斷裂時，結構具備發(fā)生較大變形的能力，同時，由于橫向預應力鋼絲的纏繞間距不大于40mm，可保證各環(huán)橫向預應力鋼絲斷裂過程相互獨立，也即各環(huán)橫向預應力鋼絲在承載過程中相繼依次斷裂，每一環(huán)橫向預應力鋼絲斷裂產生結構承載力的一個小幅度下降，從而使得結構由最大承載力下降至殘余承載力緩慢發(fā)生，實現了結構緩和的破壞模式，在因大量橫向預應力鋼絲斷裂而失去對鋼管的有效約束時，依然有鋼管對內部混凝土約束，從而保證結構具有一定的殘余承載力。

在本發(fā)明的結構中，可根據需要，順著鋼管的軸向沿鋼管四周均勻設置縱向鋼絲，縱向鋼絲的層數不受限制，可為0層、1層或1層以上，設置于橫向預應力鋼絲與鋼管之間或橫向預應力鋼絲的各層之間，通過縱向鋼絲的增強，以實現對結構縱向抗彎承載力的提高。

所述的橫向預應力鋼絲中的有效預應力不小于100MPa，以防止橫向預應力鋼絲的應變滯后，并提高在日常使用荷載下橫向預應力鋼絲的作用發(fā)揮。