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      Frp管-再生混凝土-鋼管雙壁空心組合構(gòu)件的制作方法

      文檔序號(hào):5305528閱讀:208來源:國知局
      Frp管-再生混凝土-鋼管雙壁空心組合構(gòu)件的制作方法
      【專利摘要】本發(fā)明公開了一種FRP管-再生混凝土-鋼管雙壁空心組合構(gòu)件,該組合構(gòu)件由外層的FRP管,內(nèi)層的鋼管,以及兩層之間的再生骨料混凝土三部分組成;該組合構(gòu)件提高了再生骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度與變形能力,從而提高構(gòu)件整體承載力及延性,減小構(gòu)件徐變的不利影響;由于再生骨料混凝土被耐腐蝕的FRP管包裹起來,克服了再生骨料混凝土在耐久性方面的不穩(wěn)定性及其他不足;是一種抗震及受力性能良好、自重輕、耐久性好、適用性廣泛、施工方便、成本合理、美觀實(shí)用的環(huán)保型組合構(gòu)件,有較大的推廣價(jià)值。
      【專利說明】FRP管-再生混凝土 -鋼管雙壁空心組合構(gòu)件【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域,具體涉及一種FRP管-再生混凝土 -鋼管雙壁空心組合構(gòu)件。
      【背景技術(shù)】
      [0002]纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Fiber Reinforced Polymer,簡(jiǎn)稱FRP)因其輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕的特點(diǎn)已被大量應(yīng)用于舊有結(jié)構(gòu)的維修加固,并開始在新建結(jié)構(gòu)中應(yīng)用。本發(fā)明組合構(gòu)件中FRP管對(duì)混凝土提供環(huán)向應(yīng)力約束,使混凝土具有很好的延性,同時(shí)FRP管及混凝土對(duì)內(nèi)層的鋼管的向外變形有約束作用,使鋼管不存在受壓屈曲的問題,組合構(gòu)件的共同工作性能良好。同時(shí),F(xiàn)RP材料因其耐腐蝕性能強(qiáng),能有效保護(hù)鋼管及被約束混凝土,提高了該新型組合構(gòu)件的耐久性及使用壽命。
      [0003]鋼管作為傳統(tǒng)建筑材料,應(yīng)用范圍廣。本發(fā)明組合構(gòu)件中的鋼管能有效支承施工階段荷載,可采用現(xiàn)有的鋼管混凝土柱的節(jié)點(diǎn)技術(shù),通過內(nèi)層的鋼管,使該新型柱和梁易于連接。內(nèi)層的鋼管與外層的FRP管一起,可以在施工階段作為澆筑混凝土的模版,不僅施工方便還可以節(jié)約模版費(fèi)用。必要時(shí)可以在鋼管內(nèi)部空隙部分填充混凝土,以提高構(gòu)件整體受力性能(抗壓及抗彎)。
      [0004]再生骨料混凝土是對(duì)廢舊混凝土經(jīng)過一系列破碎、篩選、清洗等工序,進(jìn)行回收利用,部分或全部替代作為混凝土骨料而使用的混凝土。隨著我國城市化的不斷推進(jìn),建筑原生骨料來源日益枯竭,有效回收廢舊混凝土可以重復(fù)利用建筑原材料,同時(shí)可以節(jié)省固體垃圾填埋用地,減少環(huán)境污染,不僅具有經(jīng)濟(jì)意義,還具有重要的社會(huì)意義及環(huán)保價(jià)值。由于再生骨料的表面性 能與天然骨料有較大差異,再生骨料的孔隙率和吸水率比天然骨料要大等自身因素,再生骨料混凝土的耐久性較普通混凝土有所降低。另一方面,在相同配合比條件下,再生骨料混凝土的強(qiáng)度和變形能力略低于普通混凝土。因而再生骨料混凝土單獨(dú)應(yīng)用的層次較低、范圍較窄,在實(shí)際工程中主要應(yīng)用于道路工程、空心砌塊等非受力或受力較小的結(jié)構(gòu),或作為輔助結(jié)構(gòu)的填充材料。采用FRP管-再生混凝土 -鋼管雙壁空心組合構(gòu)件,不僅可以充分發(fā)揮傳統(tǒng)鋼材及新型FRP材料的優(yōu)良特性,還可以改善混凝土的受力性能及耐久性,從而可以充分、高效地利用再生骨料混凝土,促進(jìn)再生骨料混凝土在受力結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用,達(dá)到了變廢為寶的效果,為實(shí)現(xiàn)廢棄混凝土資源化提供一條有效的途徑。
      [0005]上述論述內(nèi)容目的在于介紹可能與下面將被描述和/或主張的本發(fā)明的相關(guān)技術(shù)問題,有助于更好地理解本發(fā)明的各個(gè)方面。因此,應(yīng)了解以這個(gè)角度來閱讀這些論述,而不是承認(rèn)現(xiàn)有技術(shù)。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0006]本發(fā)明的目的是:改善現(xiàn)有再生骨料混凝土受力性能及耐久性方面的不足,提供一種FRP管-再生混凝土 -鋼管雙壁空心組合構(gòu)件,該組合構(gòu)件提高了再生骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度與變形能力,從而提高構(gòu)件整體承載力及延性,減小構(gòu)件徐變的不利影響;由于再生骨料混凝土被耐腐蝕的FRP管包裹起來,克服了再生骨料混凝土在耐久性方面的不穩(wěn)定性及其他不足。該構(gòu)件能夠充分發(fā)揮鋼材及FRP管的受力特性,組合效應(yīng)明顯,使該構(gòu)件具有良好的抗震性能及延性。同時(shí),內(nèi)置鋼管及外置FRP管可以作為澆筑混凝土的模版,縮短工期,節(jié)省模版費(fèi)用。
      本發(fā)明提供的一種FRP管-再生混凝土 -鋼管雙壁空心組合構(gòu)件,由外層的FRP管1,內(nèi)層的鋼管2,以及兩層之間的再生骨料混凝土 3三部分組成。
      [0007]所述的FRP管I與鋼管2的縱向中心軸線重合或經(jīng)過平移后重合。
      [0008]所述的FRP管I和鋼管2均為直管或均為彎管。
      [0009]所述的FRP管I和鋼管2沿長(zhǎng)度方向是等截面或變截面。
      [0010]所述的FRP管I的截面形狀包括但不限于圓形、橢圓形、帶導(dǎo)角的正方形、帶導(dǎo)角的矩形或帶導(dǎo)角的其它多邊形。
      [0011]所述的鋼管2的截面形狀包括但不限于為圓形、橢圓形、帶導(dǎo)角的正方形、帶導(dǎo)角的矩形或帶導(dǎo)角的其它多邊形。
      [0012]所述的FRP管I采用碳纖維、玄武巖纖維、芳綸纖維或玻璃纖維不同纖維種類的FRP材料,根據(jù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件中縱向受力構(gòu)件的構(gòu)造規(guī)定,F(xiàn)RP管I的截面積占組合構(gòu)件全部截面積的0.6?5%。
      [0013]所述的FRP管I是FRP型材管或直接纏繞粘貼在再生骨料混凝土外表面的纖維布。
      [0014]所述的再生骨料混凝土 3包括含不同替代率的再生粗骨料、再生細(xì)骨料或再生粗細(xì)骨料按不同配合比配制的混凝土。
      [0015]當(dāng)FRP管-再生混凝土 -鋼管雙壁空心組合構(gòu)件作為梁式構(gòu)件時(shí),鋼管的位置可靠近受拉區(qū)。需要指出的,對(duì)于由兩個(gè)同心放置的管組成的新型組合構(gòu)件,當(dāng)構(gòu)件內(nèi)可能出現(xiàn)較大范圍的受拉區(qū)時(shí),構(gòu)件內(nèi)可配置一定的縱向鋼筋或FRP筋以防止產(chǎn)生過大的拉伸裂縫。
      [0016]本發(fā)明的一種FRP管-再生混凝土-鋼管雙壁空心組合構(gòu)件,由外層的FRP (FiberReinforced Polymer,纖維增強(qiáng)復(fù)合材料)管,內(nèi)層的鋼管,以及中間的再生骨料混凝土三部分組成的,具有良好的延性及抗震性能、且耐腐蝕、自重輕、施工方便且環(huán)保的組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件。本發(fā)明所使用的FRP管所涉及的纖維類型,可以根據(jù)構(gòu)件受力、使用環(huán)境、及造價(jià)要求,合理選擇如碳纖維、玄武巖纖維、芳綸纖維或玻璃纖維。
      [0017]根據(jù)外層的FRP管的不同情況,本發(fā)明可以采取如下兩種不同的制作步驟:
      方案一具體制作步驟如下:
      (1)對(duì)鋼管進(jìn)行選型并確定構(gòu)件外邊緣的模板形狀;
      (2)將鋼管套入模板,并封固鋼管和模板的同一端;
      (3)將再生骨料混凝土澆筑于鋼管與模板之間,并進(jìn)行養(yǎng)護(hù);
      (4)養(yǎng)護(hù)完成后,拆除|旲板;
      (5)在構(gòu)件外側(cè)纏繞粘貼FRP材料,層數(shù)應(yīng)滿足使用要求,并使其包裹在構(gòu)件外側(cè)。
      [0018]方案二具體制作步驟如下:
      (1)對(duì)鋼管和FRP管進(jìn)行選型;
      (2)將鋼管套入外層的FRP管,并封固鋼管和FRP管的同一端;(3)將再生骨料混凝土澆筑于FRP管與鋼管之間,進(jìn)行養(yǎng)護(hù)完成后無需拆模板。
      [0019]本發(fā)明的有益效果:
      (O自重較輕。本組合構(gòu)件采用輕質(zhì)的FRP材料,其質(zhì)量一般僅為同強(qiáng)度鋼材的20%;同時(shí)鋼管內(nèi)部的空隙有效地減輕了結(jié)構(gòu)自重。
      [0020](2)力學(xué)性能優(yōu)越。鋼管的向外變形被混凝土及FRP管有效約束,而外層的FRP管主要包含環(huán)向纖維,不存在屈曲問題;外層的FRP管和內(nèi)層的鋼管對(duì)中間的再生骨料混凝土起約束作用,使核心再生骨料混凝土處于三向受壓狀態(tài),從而提高核心再生骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度和變形能力,并且提高構(gòu)件的整體延性。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以了解到:對(duì)于不同的FRP厚度的組合構(gòu)件,其承載力隨著外包FRP層數(shù)的增加而提高,而且提高的幅度也更明顯,甚至比相應(yīng)混凝土及鋼管單獨(dú)承載力之和提高58%,延性比填充普通骨料混凝土的同種類型構(gòu)件的延性提高61%。
      [0021](3)應(yīng)用范圍廣。內(nèi)填充的再生骨料混凝土處于三向約束狀態(tài),使構(gòu)件具有很好的延性及抗震性能,因而,該構(gòu)件在有抗震設(shè)防要求地區(qū)的建筑及橋梁結(jié)構(gòu)中具有廣闊的應(yīng)用前景;同時(shí),利用FRP管保護(hù)內(nèi)部的再生骨料混凝土和鋼管免受外部環(huán)境的侵蝕,提高構(gòu)件的耐久性,因此,該組合構(gòu)件亦特別適用于戶外結(jié)構(gòu),如橋墩、樁、梁或其它侵蝕性環(huán)境中的壓彎構(gòu)件等。
      [0022](4)利廢節(jié)能。我國每年因拆除建筑和新建建筑產(chǎn)生的固體廢棄物達(dá)3億噸以上,其中50?60%為廢棄混凝土 ;僅廣州市建筑廢棄物平均年產(chǎn)生量達(dá)4000萬噸。而目前利用率卻不到2.5%。這種新型組合構(gòu)件,將能很大程度地提高建筑廢棄物的循環(huán)利用,并且能有效改善再生骨料混凝土自身應(yīng)用的局限性,促進(jìn)再生骨料混凝土在受力結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用和發(fā)展,從而為廢棄混凝土資源化利用提供一條有效的途徑,符合可持續(xù)發(fā)展的要求。
      [0023](5)便于線路布置。在建筑結(jié)構(gòu)中使用時(shí),本組合構(gòu)件鋼管內(nèi)部存在的空隙,方便于安放管道和布置線路,不僅增加了使用面積,而且美化了建筑外觀,提高因線路布置而影響建筑的安全性和整潔性。
      [0024](6)施工方便、成本低。FRP管和鋼管可作為施工時(shí)澆筑混凝土的模板,從而避免了傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)制作模板及拆模的工序,減少施工周期;從造價(jià)的角度來看,雖然該雙壁空心組合構(gòu)件初始建造費(fèi)用略高,但如考慮后期維護(hù)成本及使用情況,該雙壁空心管柱在全壽命周期的經(jīng)濟(jì)性更具優(yōu)勢(shì)。
      [0025]綜上所述FRP管-再生混凝土 -鋼管雙壁空心組合構(gòu)件是一種抗震及受力性能良好、自重輕、耐久性好、適用性廣泛、施工方便、成本合理、美觀實(shí)用的環(huán)保型組合構(gòu)件。
      【專利附圖】

      【附圖說明】
      [0026]本發(fā)明組合構(gòu)件:FRP管-再生混凝土 -鋼管雙壁空心組合構(gòu)件的水平橫截面圖如下。
      [0027]圖1為本發(fā)明組合構(gòu)件典型的截面形式示意圖;
      圖2為本發(fā)明組合構(gòu)件外層的FRP管為帶導(dǎo)角的正方形方管,內(nèi)層的鋼管為圓管的截面形式示意圖;
      圖3為本發(fā)明組合構(gòu)件外層的FRP管和內(nèi)層的鋼管均為帶導(dǎo)角的正方形的截面形式示意圖; 圖4為本發(fā)明組合構(gòu)件作為受彎構(gòu)件的截面形式示意圖。
      [0028]圖中標(biāo)號(hào)說明:1 一再生骨料混凝土 ;2 — FRP管;3 —鋼管。
      [0029]【具體實(shí)施方式】:
      為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案,下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述,需要說明的是,在不沖突的情況下,本申請(qǐng)的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
      [0030]本實(shí)施例選用該組合構(gòu)件典型的截面形式,內(nèi)層的鋼管為圓形,外層的FRP管亦為圓形。組合構(gòu)件尺寸,包括內(nèi)外管的直徑、厚度需要根據(jù)實(shí)際承載力需要來確定。本實(shí)例中柱高度為300mm,直徑為150mm ;鋼管的厚度為3.5mm,外直徑為72mm ;外管采用GFRP布,厚度為0.177_,層數(shù)為I層,采用濕粘法纏繞粘貼在再生骨料混凝土外表面。再生骨料混凝土需要在實(shí)驗(yàn)室配制。例如,按《JGJ_55-2011_普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》,C35普通混凝土設(shè)計(jì)配合比為水泥:砂:石:水=399:619:1177:215,由于所需混凝土強(qiáng)度不高,未添加外加劑。再生骨料為環(huán)保公司生產(chǎn)的工業(yè)成品,是對(duì)原廢棄混凝土進(jìn)行簡(jiǎn)單破碎所得。測(cè)得普通骨料密度為1459.lkg/m3,再生骨料密度為1391.8kg/m3。普通粗骨料為5?20mm碎石;細(xì)骨料均為普通河砂,細(xì)度模數(shù)為2.9,屬中砂;水泥強(qiáng)度為PO 42.5早強(qiáng)型水泥;水為自來水。再生骨料對(duì)混凝土粗骨料進(jìn)行等體積替代相應(yīng)的普通粗骨料,設(shè)計(jì)再生骨料替代率30%、50%、70%和100%。,再生骨料混凝土中,水泥、砂、水用量均與普通混凝土的相同,每立方米用量分別為399kg,619kg, 215kg,而對(duì)于混凝土的粗骨料(石),替代率30%、50%、70%和100%的再生混凝土每立方米用量(普通骨料:再生骨料)依次為:824:337 ;589:561 ;353:786 以及 O:1123o
      [0031]當(dāng)外管選用纖維布時(shí),選擇方案一進(jìn)行制作組合構(gòu)件:先用PVC管及木板制作構(gòu)件外邊緣模板,將圓鋼管放于PVC圓筒模板正中,并固定于木板上;按設(shè)計(jì)的不同再生骨料替代率進(jìn)行再生骨料混凝土澆筑于鋼管和模板之間,并按要求養(yǎng)護(hù);養(yǎng)護(hù)完成后,拆除PVC模板;根據(jù)受力要求及使用環(huán)境要求,選擇適當(dāng)?shù)腇RP布種類(如碳纖維、玄武巖纖維、芳綸纖維或玻璃纖維)及層數(shù)。待環(huán)氧樹脂完全干透,該組合構(gòu)件便能發(fā)揮建筑結(jié)構(gòu)作用。
      [0032]最后說明的是,以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制,盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換,而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍,其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
      【權(quán)利要求】
      1.一種FRP管-再生混凝土 -鋼管雙壁空心組合構(gòu)件,其特征在于:由外層的FRP管(1),內(nèi)層的鋼管(2),以及兩層之間的再生骨料混凝土(3)三部分組成。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙壁空心組合構(gòu)件,其特征在于:所述的FRP管(I)與鋼管(2)的縱向中心軸線重合或經(jīng)過平移后重合。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙壁空心組合構(gòu)件,其特征在于:所述的FRP管(I)和鋼管(2)均為直管或均為彎管。
      4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙壁空心組合構(gòu)件,其特征在于:所述的FRP管(I)和鋼管(2)沿長(zhǎng)度方向是等截面或變截面。
      5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙壁空心組合構(gòu)件,其特征在于:所述的FRP管(I)的截面形狀包括但不限于圓形、橢圓形、帶導(dǎo)角的正方形、帶導(dǎo)角的矩形或帶導(dǎo)角的其它多邊形。
      6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙壁空心組合構(gòu)件,其特征在于:所述的鋼管(2)的截面形狀包括但不限于為圓形、橢圓形、帶導(dǎo)角的正方形、帶導(dǎo)角的矩形或帶導(dǎo)角的其它多邊形。
      7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙壁空心組合構(gòu)件,其特征在于:所述的FRP管(I)采用碳纖維、玄武巖纖維、芳綸纖維或玻璃纖維不同纖維種類的FRP材料;FRP管(I)的截面積占組合構(gòu)件全部截面積的0.6?5%。
      8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙壁空心組合構(gòu)件,其特征在于:所述的FRP管(I)是FRP型材管或直接纏繞粘貼在再生骨料混凝土外表面的纖維布。
      9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙壁空心組合構(gòu)件,其特征在于:所述的再生骨料混凝土(3)包括含不同替代率的再生粗骨料、再生細(xì)骨料或再生粗細(xì)骨料按不同配合比配制的混凝土。
      【文檔編號(hào)】E02D5/24GK103967205SQ201410192231
      【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月8日
      【發(fā)明者】謝猛, 陳光明, 李麗娟, 何泓臻, 胡曉泓, 韓文冠, 崔家杰, 曾嵐, 韋冰琳, 潘珠峰 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)
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