[發(fā)明專利]一種纖維－竹材復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710045330.6
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN106760215A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魏洋;程勛煜;李國芬
• 申請（專利權(quán)）人: 南京林業(yè)大學(xué)
• 主分類號: E04C3/36
• 分類號: E04C3/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于土木建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種混凝土組合結(jié)構(gòu)，尤其是一種纖維-竹材復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有可模型好、耐久性好、造價低等優(yōu)點，經(jīng)常作為工程結(jié)構(gòu)中的主要受力構(gòu)件，對于鋼筋混凝土豎向承載構(gòu)件，如橋塔、橋墩、立柱、樁基礎(chǔ)等，其受力性能對保障結(jié)構(gòu)的安全使用及地震等偶然荷載下的屹立不倒具有決定性的作用。普通鋼筋混凝土豎向構(gòu)件的極限破壞常常呈現(xiàn)出不期望的脆性特征，而不同的管約束混凝土豎向結(jié)構(gòu)經(jīng)常具有施工方便、承載力高、延性好、抗震性能好等優(yōu)點，常用的管約束混凝土有鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、FRP管混凝土結(jié)構(gòu)。

以鋼管混凝土為例，在鋼管中填充混凝土形成鋼管混凝土后，其受力性能優(yōu)于這兩種材料性能的簡單疊加，隨著軸心受壓荷載的增大，兩者之間產(chǎn)生了漸增的相互作用力，使得核心混凝土處于三向受壓狀態(tài)，延緩了受壓時的縱向開裂，從而使鋼管混凝土具有很高的承載力，核心混凝土在鋼管的約束下，不但在使用階段改善了它的彈性性質(zhì)，而且在破壞時具有很大的塑性變形。然而，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)雖剛度大、承載力高，但在缺少相應(yīng)防腐措施的情況下，外部鋼管極易銹蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力下降，使用壽命縮減，養(yǎng)護成本高。目前，已經(jīng)有研究人員提出纖維增強塑料(FRP)管混凝土結(jié)構(gòu)，由于FRP材料具有很高的抗拉強度，在FRP管中內(nèi)填混凝土可起到與鋼管混凝土同樣的效果，尤其是FRP材料具有輕質(zhì)、耐腐蝕和可設(shè)計性強等特性，近些年來在土木工程中得到了越來越多的關(guān)注，F(xiàn)RP管混凝土結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)為橋墩、樁基、公路高架標(biāo)識等結(jié)構(gòu)的耐久性問題提出了有效的解決方案，使其在土木工程領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，普通FRP管采用主要原料為高能耗的纖維，產(chǎn)品及廢料不可回收、不環(huán)保，消耗著大量的礦產(chǎn)資源，資源不可再生。因此，為滿足工程需要，急需發(fā)明一種自然、生態(tài)、抗腐蝕、承載能力高的混凝土組合結(jié)構(gòu)。

在自然界中，竹材具有優(yōu)良的力學(xué)性能，尤其是抗拉強度可到達140MPa以上，被認為是自然界中效能最高的材料之一，竹子優(yōu)異的力學(xué)性能主要來源于竹纖維，竹纖維天然中空，具有較高的長徑比、強重比，同時生長快速，可自然降解，價格低廉。竹材作為結(jié)構(gòu)材料已經(jīng)在土木工程領(lǐng)域成功應(yīng)用，如原竹、竹材集成材等，但如果竹材與混凝土等材料組合，可望發(fā)揮出更加突出的效益。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種纖維-竹材復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)，作為傳統(tǒng)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、FRP管混凝土結(jié)構(gòu)某些應(yīng)用場合下的替代，克服傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的缺陷，滿足工程的可持續(xù)發(fā)展及應(yīng)用需要。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種纖維-竹材復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括核心混凝土、纖維-竹材復(fù)合管，其中，纖維-竹材復(fù)合管由內(nèi)向外依次由隔離層、竹材增強層、纖維增強層組成，竹材增強層由縱向竹纖維層、橫向竹纖維層或二者復(fù)合構(gòu)成，縱向竹纖維層和橫向竹纖維層由復(fù)合竹材或原竹分層纏繞制作而成，其采用的復(fù)合竹材或原竹的單層厚度為0.2～2.0mm，寬度為10～150mm，纖維增強層纏繞于竹材增強層的外表面，纖維增強層為竹材提供耐環(huán)境侵蝕保護的同時，與竹材增強層共同約束核心混凝土，纖維增強層的環(huán)向拉伸斷裂應(yīng)變大于等于橫向竹纖維層的環(huán)向拉伸斷裂應(yīng)變，纖維增強層在竹材增強層斷裂時，為荷載突降起到延緩的作用，隔離層、縱向竹纖維層、橫向竹纖維層和纖維增強層相互之間通過膠黏劑粘結(jié)，核心混凝土填充于纖維-竹材復(fù)合管的內(nèi)部，其為自密實微膨脹混凝土，膨脹率為0.01％～0.04％。

所述的縱向竹纖維層的竹材纖維方向沿著纖維-竹材復(fù)合管的軸線方向，提供纖維-竹材復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)的縱向抗彎、抗拉承載力，橫向竹纖維層的竹材纖維方向沿著纖維-竹材復(fù)合管的環(huán)向方向，提供纖維-竹材復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)的環(huán)向約束力，縱向竹纖維層和橫向竹纖維層的纏繞層數(shù)不受限制，可分別為0層、1層或1層以上。

所述的膠黏劑為環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂、聚氨酯樹脂或環(huán)氧砂漿其中的一種。

所述的隔離層為竹纖維氈、玻璃纖維氈、玄武巖纖維氈或竹纖維無紡布其中的一種，為竹材與混凝土界面提供保護，減小竹材增強層的吸水率。

所述的于纖維增強層的纖維增強體為碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維或聚酯纖維中的一種或是其中的幾種混雜而成。

所述的核心混凝土的內(nèi)部可根據(jù)需要設(shè)置縱向鋼筋和箍筋。