[發明專利]一種FRP-UHPFRC-混凝土復合柱

在審

• 申請號: 202110553543.6
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113565264A
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 楊貞軍;彭程明;李雅祺
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: E04C3/36
• 分類號: E04C3/36
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 李煒

本發明公開了一種FRP?UHPFRC?混凝土復合柱，其采用超高性能纖維混凝土(UHPFRC)管約束混凝土柱，UHPFRC管外粘FRP層，形成復合混凝土柱。UHPFRC管內放置襯子，以防止澆筑時對UHPFRC管造成損傷。混凝土柱中，可以根據需要配置鋼筋。根據不同的結構設計要求，UHPFRC管既可起環向約束的作用，也可承受豎向荷載，復合柱端部采用相應的不同約束，采用FRP布對UHPC管約束混凝土進行進一步約束，可極大地提高混凝土柱的承載力。與傳統鋼管混凝土相比，UHPFRC管與混凝土內柱的界面力學性能更好，結構整體性佳，該復合柱具有更好的耐久性和耐火性，能很好的抵御地震、沖擊、爆炸等災害。此外，UHPFRC管可采用離心法預制生產，施工方便，工序簡單，造價低。

技術領域

本發明涉及建筑材料及結構工程領域，具體涉及一種FRP-UHPFRC-混凝土復合柱。

背景技術

混凝土因其較低的成本和良好的力學性能，成為了使用最廣泛的人造建筑材料。目前全球每年的混凝土使用量超過了100億噸，預計到2050年將增至180億噸，其中，中國消耗了全球所有混凝土產量的50％以上。但是，混凝土產業對環境具有嚴重的影響，每年釋放超過16億噸的二氧化碳，占每年全球人類活動二氧化碳排放量的7％。大多數混凝土產品是由普通強度的鋼筋混凝土制成，由于材料劣化及鋼筋銹蝕，使得建筑設計壽命僅為50年。因此，建筑行業仍然需要新的建筑材料和結構體系，從而向更安全，更綠色，更耐用和可持續的方向發展。這對于中國的可持續發展來說尤其迫切，因為低質量的建筑材料和技術，導致大多數建筑的使用壽命只有30年左右。

鋼管混凝土柱已被廣泛應用，特別是在中國，在高層建筑、橋梁和工廠等大跨度結構中，由于鋼管對混凝土的約束作用，使得鋼管混凝土柱比傳統的鋼筋混凝土柱具有更高的承載能力，延展性和耐久性。然而，鋼管混凝土構件存在一些問題：(1)混凝土和鋼材具有不同的模量和熱膨脹系數，導致兩者的不協調變形，且經常在界面處破壞，這對結構完整性是有害的。而且，這些缺陷隱藏在管內，很難測量和監測；(2)鋼材的高強度性能通常沒有被充分利用；(3)鋼管容易被腐蝕和銹蝕，特別是在苛刻條件下環境(例如化工廠，海上平臺，核電站)，其耐火性不如混凝土。額外的保護措施會增加成本和結構復雜性。

現今，FRP已大量應用于建筑結構增強及修復加固、海洋工程等；與鋼材相比，FRP的強度可高出10倍不止，而質量卻僅僅占其五分之一；FRP不僅可明顯提高約束構件承載力，而且其耐腐蝕性優異。因此，FRP-UHPFRC-混凝土柱具有承載力高、耐腐蝕性好、耐久性好等特點。

發明內容

為了克服上述技術問題，本發明提供了一種全新的復合柱，采用超高性能鋼纖維混凝土(UHPFRC)管來替代鋼管，用來約束新拌混凝土，UHPFRC管外覆FRP層。該復合柱具有優異的強度，延展性，耐久性和可持續性。

超高性能鋼纖維混凝土UHPFRC為一種將高強度鋼/聚合物纖維隨機分布于致密的高強砂漿中制成的材料，具有優異的抗滲透性，侵蝕性，耐腐蝕性和耐火性。UHPFRC的抗壓強度超過150MPa。由于纖維的橋聯作用，其拉伸和彎曲強度可分別達到12MPa和40MPa，斷裂韌性達到40kJ/m²，使其具有與金屬一樣的韌性。此外，其密度、模量和熱膨脹系數非常接近普通強度的混凝土。這將大大提高UHPFRC管與約束混凝土之間的變形協調性。與傳統鋼管混凝土相比，這種混合混凝土填充UHPFRC管柱具有更高的耐久性和耐火性，同時充分利用了UHPFRC的高強度，韌性和延展性，能夠很好地抵御地震，沖擊和爆炸等災害。本發明在UHPFRC材料的基礎上，復合FRP層，形成FRP-UHPFRC復合結構層，進一步提高結構的整體性、耐久性，力學性能尤其是承載力。

本發明所采用的具體技術方案如下：

一種FRP-UHPFRC-混凝土復合柱，其特征在于，包括FRP層、UHPFRC管、混凝土柱；所述FRP層和UHPFRC管作為混凝土柱的外部環向約束，UHPFRC管外覆FRP層，混凝土澆筑填充于UHPFRC管內形成混凝土柱，UHPFRC管作為永久模板與內部的混凝土連接成一體。