鋼-frp-環(huán)境友好型混凝土組合柱及其建造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種鋼-FRP-環(huán)境友好型混凝土組合柱及其建造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著建筑高度和橋梁跨度的不斷增加，組合柱受到了工程領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。目前，框架結(jié)構(gòu)、超高層建筑和大跨橋梁的主要構(gòu)件有鋼筋混凝土柱、鋼管混凝土柱、復(fù)合鋼管混凝凝土柱等柱截面形式，這些組合柱均在結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著各自的優(yōu)勢(shì)，但不乏存在改進(jìn)的地方。
[0003]例如鋼筋混凝土柱存在工期長(zhǎng)、難度大、效率低的缺點(diǎn)，而且普通鋼筋混凝土柱也難以滿足高軸壓比情況下的承載力要求。為此，工程上出現(xiàn)了鋼管混凝土柱，且鋼管混凝土柱逐步成為超高層、大跨結(jié)構(gòu)體的重要組成構(gòu)件，它充分利用了其高承載力和良好延性等特點(diǎn)。但在較大軸向位移情況下，鋼管混凝土柱的鋼管易屈服，隨后整個(gè)柱截面進(jìn)入軟化階段，承載力逐漸下降。
[0004]針對(duì)鋼管混凝土柱的上述缺點(diǎn)，F(xiàn)RP約束混凝土柱得到了廣泛研宄。FRP約束混凝土柱的特點(diǎn)在于其力-位移曲線呈雙線性，即截面屈服之后承載力繼續(xù)上升，因此這種柱截面具有了更為優(yōu)越的承載能力。
[0005]然而，F(xiàn)RP約束混凝土柱最終破壞模式為脆性，不利于抗震需求。因此，有人提出了將FRP、鋼管、混凝土三種材料組合的新型柱截面，其截面形式為內(nèi)部圓鋼管、外部纏繞FRP,FRP與圓鋼管之間的夾層灌入混凝土。這種柱截面盡管在承載力和延性方面都得到了很大的改善，但是在實(shí)際工程施工中，不利于梁柱節(jié)點(diǎn)連接，施工困難較大。
[0006]如何改善FRP、鋼管、混凝土組合的新型柱的結(jié)構(gòu)，成為未來(lái)建筑領(lǐng)域亟待解決的一個(gè)重要課題。
[0007]另外，隨著大量新型結(jié)構(gòu)的建設(shè)以及傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的拆除，衍生出大批建筑垃圾，因此如何以降低成本獲得高性能構(gòu)件也逐步成為了未來(lái)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題。為此，本發(fā)明旨在提供一種鋼-FRP-環(huán)境友好型混凝土組合柱，該鋼-FRP-環(huán)境友好型混凝土組合柱節(jié)點(diǎn)連接容易，降低了工程施工難度，且利用了儲(chǔ)量豐富的環(huán)境友好型混凝土，可緩解傳統(tǒng)資源衰竭危機(jī)，經(jīng)濟(jì)效益良好。
[0009]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種上述鋼-FRP-環(huán)境友好型混凝土組合柱的建造方法。
[0010]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的鋼-FRP-環(huán)境友好型混凝土組合柱，包括至少一個(gè)豎直段，所述豎直段包括:方鋼管，所述方鋼管的橫截面形成為方形；圓FRP管，所述圓FRP管的橫截面形成為圓形，所述圓FRP管設(shè)在所述方鋼管內(nèi)，所述方鋼管和所述圓FRP管之間填充有普通混凝土，所述圓FRP管內(nèi)填充有環(huán)境友好型混凝土。
[0011]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的鋼-FRP-環(huán)境友好型混凝土組合柱，該組合柱利用了 FRP材料輕質(zhì)高強(qiáng)、防腐性好的優(yōu)勢(shì)，采用了環(huán)境友好型混凝土作為圓FRP管的內(nèi)填充物，不僅可采用新型可持續(xù)發(fā)展材料來(lái)節(jié)約成本，而且保證了組合柱具有高承載力、高延性、重量輕等特點(diǎn)。同時(shí)，外部設(shè)置的方鋼管增加了組合柱的剛度和延性，提高抗震、抗沖擊能力，利于節(jié)點(diǎn)連接，降低施工難度，從而使鋼-FRP-環(huán)境友好型混凝土組合柱成為低成本的高性能構(gòu)件，獲得了較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，可用于超高層、大跨橋梁等工程結(jié)構(gòu)中。
[0012]具體地，所述豎直段為多個(gè)，多個(gè)所述方鋼管在豎直方向上疊加設(shè)置，多個(gè)所述圓FRP管在豎直方向上疊加設(shè)置，除去最上方的其余每個(gè)豎直段的所述圓FRP管的上端超出相應(yīng)的所述方鋼管的上端，除去最下方的其余每個(gè)所述豎直段的所述方鋼管的下端超出相應(yīng)的所述圓FRP管的下端。由此，可保證組合柱在多段連接時(shí)，每一段豎直段的方鋼管接縫與圓FRP管接縫錯(cuò)開(kāi)，為下一段豎直段的圓FRP管纏繞連接和方鋼管的焊接留出一定的施工空間。
[0013]有利地，每個(gè)所述豎直段的所述方鋼管和所述圓FRP管的幾何中心重合。由此，可保證整體結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)、性能穩(wěn)定，且鋼-FRP-環(huán)境友好型混凝土組合柱的重心位于其幾何中心處，方便了鋼-FRP-環(huán)境友好型混凝土組合柱應(yīng)用的工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、計(jì)算。
[0014]可選地，所述方鋼管的相鄰側(cè)壁之間設(shè)有倒角。由此，便于去除毛刺，提高整體美觀度，而且避免了鋼-FRP-環(huán)境友好型混凝土組合柱在方鋼管的拐角處應(yīng)力過(guò)于集中。另夕卜，在填充普通混凝土?xí)r，普通混凝土也較容易注滿方鋼管的拐角處，避免產(chǎn)生空隙。
[0015]更具體地，所述環(huán)境友好型混凝土為再生骨料混凝土或者建筑垃圾混凝土。由此，不僅方便了城市建設(shè)，而且有利于解決廢棄物處理、石灰石資源和有效利用能源的問(wèn)題，減輕了環(huán)境負(fù)荷，緩解了傳統(tǒng)資源衰竭的危機(jī)，同時(shí)，也降低了成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。
[0016]可選地，所述方鋼管為由熱軋鋼板彎曲、焊接而成的管件。由此，方鋼管加工容易、成本不尚。
[0017]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的鋼-FRP-環(huán)境友好型混凝土組合柱的建造方法，包括如下步驟:S1:預(yù)制方鋼管和圓FRP管；S2:將所述圓FRP管豎向放置，往所述圓FRP管內(nèi)填充環(huán)境友好型混凝土 ；S3:將所述方鋼管套在所述圓FRP管外，所述圓FRP管的高度高于所述方鋼管；S4:往所述圓FRP管和所述方鋼管之間填充普通混凝土，組裝完成第一段豎直段；S5:將第二段豎直段的所述圓FRP管豎向設(shè)在所述第一段豎直段的所述圓FRP管上，在兩個(gè)所述圓FRP管的連接處纏繞FRP布；S6:往所述第二段豎直段的所述圓FRP管內(nèi)填充環(huán)境友好型混凝土 ；S7:將所述第二段豎直段的所述方鋼管豎向設(shè)在所述第一段豎直段的所述方鋼管上，在兩個(gè)所述方鋼管的連接處進(jìn)行焊接；S8:往所述第二段豎直段的所述方鋼管和所述圓FRP管之間填充普通混凝土 ；S9 ;重復(fù)步驟S5至S8直到所述組合柱的高度達(dá)到設(shè)計(jì)需求，其中，最后一段豎直段的所述方鋼管的上端與所述圓FRP管的上端平齊。
[0018]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的鋼-FRP-環(huán)境友好型混凝土組合柱的建造方法，可實(shí)施性強(qiáng)，且利用了新型可持續(xù)發(fā)展材料來(lái)節(jié)約成本，且獲得了高性能構(gòu)件，為未來(lái)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了一種有效途徑。
[0019]有利地，每段所述豎直段的所述方鋼管和所述圓FRP管的幾何中心重合。
[0020]具體地，在步驟S2和S6中，從所述圓FRP管的頂部灌入所述環(huán)境友好型混凝土，每灌入150mm后，振搗30秒，之后將得到的由所述圓FRP管約束的環(huán)境友好型混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。
[0021]具體地，在步驟S4和S8中，從所述方鋼管的頂部灌入所述普通混凝土，每灌入150mm后，振搗30秒，之后將得到的組合柱進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。
[0022]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說(shuō)明】
[0023]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0024]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的鋼-FRP-環(huán)境友好型混凝土組合柱的截面布置圖；
[0025]圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的鋼-FRP-環(huán)境友好型混凝土組合柱中單個(gè)豎直段的局部剖視示意圖；
[0026]圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的鋼-FRP-環(huán)境友好型混凝土組合柱包括多個(gè)豎直段時(shí)的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0027]圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的鋼-FRP-環(huán)境友好型混凝土組合柱的建