[發明專利]一種高強鋼管約束內置FRP管的高強混凝土組合柱

在審

• 申請號: 202110013845.4
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112726959A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 康瀾;陳志邦
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: E04C3/34
• 分類號: E04C3/34;E04B1/98;E04H9/02;E04B1/64
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明涉及一種高強鋼管約束內置FRP管的高強混凝土組合柱，包括位于最外側的高強鋼管、位于高強鋼管內的至少一個FRP管和填充在FRP管外壁和高強鋼管內壁之間的高強混凝土層，每個FRP管內均固定設置有高強混凝土核心柱，FRP管延伸方向與高強混凝土層延伸方向平行。高強鋼管位于截面最外側，具有較大的剛度和塑性耗能能力，能夠提供抗壓和受彎時的抗拉，還可以使構件具有良好的抗震性能；而內部由FRP管包裹的核心混凝土柱則充分發揮了復材抗拉強度大，各向異性的優勢，不受軸壓的影響，對核心混凝土形成很強且持續的約束，為構件提供了較高的軸向承載力和延性。將圓FRP管配置在混凝土中，可以較好的解決復材防火性能差的問題。

技術領域

本發明屬于建筑結構領域，特別是涉及一種高強鋼管約束內置FRP管的高強混凝土組合柱。

背景技術

目前我國已進入城鎮化快速發展期，對于大跨結構、超高層結構等重載結構的需求急劇增大，傳統的建筑材料及結構難以滿足要求。于是各種高性能材料的推廣應用迅速發展，例如：高強鋼、高強混凝土以及纖維增強復合材料，從而建立低消耗、低碳排放的節約型社會，實現人與自然和諧發展和社會可持續發展。

然而，高強鋼、高強混凝土以及FRP復材都具有先天的缺陷，嚴重制約著其在土木工程中作為柱構件的應用和發展。隨著鋼材屈服強度的提高，屈強比增大而斷后伸長率減小，屈服平臺長度縮短甚至消失，高強鋼的應變強化效應并不明顯；另外，高強純鋼結構中，高強鋼由于強度高，鋼板比普通鋼更薄，在受壓無約束的條件下，更加容易發生局部屈曲，從而導致材料強度無法得到充分利用；高強混凝土雖然強度高，但是其脆性高、延性差的缺點也嚴重限制了其作為柱子的應用；復材成型后不便于進行梁柱節點連接并且防火性能很差，也不利于實際工程中的推廣應用。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種高強鋼管約束內置FRP管的高強混凝土組合柱，克服了在柱子的應用中高強鋼受壓狀態下容易發生局部屈曲和鋼管混凝土柱中混凝土所受約束不足的缺點，顯著提升了構件承載力及延性，在相同的受力條件下可以采用更小的截面尺寸，用鋼量和自重大大降低，不僅能夠進一步提高結構的安全性和可靠性，而且可以創造更大的建筑使用空間，實現更靈活的建筑表現。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種高強鋼管約束內置FRP管的高強混凝土組合柱，包括位于最外側的高強鋼管、位于高強鋼管內的至少一個FRP管和填充在FRP管外壁和高強鋼管內壁之間的高強混凝土層，其中，每個FRP管內均固定設置有高強混凝土核心柱，FRP管延伸方向與高強混凝土層延伸方向平行。

進一步地，FRP管的截面可為圓形、方形和矩形中的任一種。

進一步地，FRP管采用碳纖維、玻璃纖維和芳綸纖維任一材質制成。

進一步地，高強鋼管均為高強方鋼管。相比配置圓鋼管、型鋼等截面形式，可以實現更小的截面面積、耗鋼量及自重，獲得更優的承載能力、延性和抗震性能。

進一步地，高強鋼管均采用Q690或以上鋼材強度等級的鋼材制成。

進一步地，高強混凝土采用C50或以上混凝土強度等級的混凝土制成。

進一步地，高強混凝土核心柱采用建筑垃圾混凝土、回收骨料混凝土和海水海砂混凝土中的任一種制成。

與現有技術相比，本發明至少有以下有益效果：

1、在高強鋼管內設置至少一個FRP管，將纖維增強復合材料FRP引入結構工程領域，充分發揮FRP抗拉強度大、各向異性的優勢，不受軸壓的影響，對核心混凝土形成很強且持續的約束，為構件提供較高的軸向承載力和延性，解決了傳統方鋼管混凝土中混凝土缺少約束和圓鋼管約束混凝土在三軸受力狀態下易屈服的問題。