[發明專利]一種FRP筋?鋼筋復合增強ECC/混凝土組合柱

在審

• 申請號: 201710926799.0
• 申請日: 2017-10-08
• 公開（公告）號: CN107605103A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 袁方;陳利平;陳夢成;周豐流
• 申請（專利權）人: 華東交通大學
• 主分類號: E04C3/36
• 分類號: E04C3/36
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所36122
• 代理人: 姚伯川

技術領域

本發明涉及一種FRP筋-鋼筋復合增強ECC/混凝土組合柱，屬建筑結構技術領域。

背景技術

傳統的鋼筋混凝土結構中，裂縫問題導致的工程事故經常發生；混凝土抗拉強度低、容易產生裂縫，并且一旦開裂，裂縫寬度便迅速增長，加快了有害物質侵入混凝土內部的速度，最終導致鋼筋的銹蝕，促使了結構的劣化，降低了結構的耐久性。通過控制裂縫寬度的增長可以有效阻隔內部鋼筋與腐蝕物質發生反應，從而降低鋼筋銹蝕的速度，增加結構的耐久性。

ECC是的一種纖維增強水泥基復合材料，在拉伸和剪切負荷下呈現高延性特征。ECC作為一種具備拉伸應變硬化性能和多裂縫開展特性的新型建筑材料，已經開始在建筑行業中使用，將ECC替代塑性鉸區混凝土能夠有效提高構件的裂縫控制能力。由于ECC價格較混凝土高，鋼筋混凝土柱整體使用ECC顯得不經濟。

纖維增強復合材料(Fiber Reinforced Polymer/Plastic，簡稱FRP)是由纖維材料與基體材料按一定的比例混合并經一定工藝復合形成的高性能材料。FRP筋具有強度高、密度低和耐腐蝕等優點，FRP筋混凝土構件具有抗彎承載力高、耐久性好以及震后變形恢復能力強等優點。然而，FRP筋彈性模量低、延性差等缺點制約了其在混凝土結構中的運用。

發明內容

本發明的目的是，針對FRP筋-鋼筋復合增強混凝土構件混凝土裂縫控制能力差及由此導致的FRP筋壓彎承載力穩定性差的特點，本發明提供一種FRP筋-鋼筋復合增強ECC/混凝土組合柱。

本發明實現的技術方案如下，一種FRP筋-鋼筋復合增強ECC/混凝土組合柱，所述組合柱包括ECC層、普通混凝土層、箍筋、鋼筋和FRP筋；所述ECC層位于柱底易受破壞的柱底塑性鉸區，所述普通混凝土層澆注在ECC層上；所述FRP筋與鋼筋復合使用，FRP筋置于構件中易受腐蝕的邊角，鋼筋置于FRP筋之間。

所述ECC是一種高韌性纖維增強水泥基復合材料，由水、水泥、石英砂、高效減水劑、一級粉煤灰和PVA纖維組成；所述一級粉煤灰的含量占復合材料總質量的80％；PVA纖維的體積摻量為2％。

所述ECC用于柱底部的塑性鉸區域，為彎矩最大、容易破壞處。

所述ECC層由ECC復合材料澆筑而成；所述ECC層澆筑時不需要振搗。

所述普通混凝土層由普通的混凝土澆筑而成。

本發明的有益效果在于，本發明將ECC替代柱塑性鉸區混凝土，充分發揮ECC損傷容限能力強及裂縫控制能力強的優點，確保構件具有良好的抗震性能；本發明是通過運用ECC材料充分利用其細微裂縫能力，同時將FRP筋-鋼筋復合使用減少因FRP彈性模量低、延性差導致構件的撓度大延性差的影響，形成一種新的FRP筋-鋼筋復合增強ECC/混凝土組合柱。

附圖說明

圖1為本發明專利組合柱的結構示意圖；

圖2為a-a截面FRP筋和鋼筋復合使用的示意圖；

圖3為b-b截面FRP筋和鋼筋復合使用的示意圖；

圖4為1-1截面在偏壓狀態下的受力分析圖；

圖5為2-2截面在偏壓狀態下的受力分析圖；

圖6為ECC受拉時應力應變曲線及裂縫寬度發展圖；

圖中，a-a截面為混凝土截面；b-b截面為ECC截面；3為普通混凝土；4為FRP筋和鋼筋；5為箍筋；6為ECC層；7為FRP筋；8為鋼筋。

具體實施方式

本實施例混凝土組合柱的結構如圖1所示。

本實施例為了充分利用ECC的裂縫控制能力，需要保證的是柱的破壞截面發生在ECC層，其細密裂縫開展機制能夠避免腐蝕環境下FRP筋承載力退化及鋼筋銹蝕從而達到較好的耐久性。圖6所示為ECC受拉時應力應變曲線及裂縫寬度發展。

由于ECC的成本約為混凝土的四倍，為了進一步達到綠色經濟的目的，在控制ECC的厚度l_e的同時不影響發揮其性能，將對ECC層厚度l_e大小進行討論，分析在固定軸力N下分析柱所能承受的最大彎矩M，分析如下：

F(l-l_c)＝M₁ Fl＝M₂