專利名稱：一種基于cfrp布加固的scs方形鋼管混凝土柱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種鋼管混凝土柱，尤其是涉及一種基于CFRP布加固的SCS方形鋼管混凝土柱。
背景技術(shù)：
鋼管混凝土是指在鋼管中填充混凝土后形成的結(jié)構(gòu)。鋼和混凝土兩種材料相互彌補彼此的弱點，充分發(fā)揮彼此的長處，使鋼管混凝土具有很高的承載力，并具有優(yōu)良的力學(xué)性能?，F(xiàn)如今，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在海洋平臺與大跨、重載、輕型橋梁等結(jié)構(gòu)中有著越來越廣泛的應(yīng)用，且所采用的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)主要有圓形、方形、矩形等截面形式。但是，目前所使用的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)件普遍存在結(jié)構(gòu)自重大、施工不便等缺陷，因而在很大程度上限制了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展應(yīng)用。其中，方鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點:第一、方鋼管混凝土梁柱節(jié)點形式簡單，易于施工，尤其在框架結(jié)構(gòu)中，這種節(jié)點的優(yōu)勢可以得到很好地發(fā)揮；第二、截面的相對慣性矩較大，整體穩(wěn)定性及抗壓彎性能較好；第三、具有良好的抗震性能和延性性能。但是，方鋼管對核心混凝土的約束作用較差，易發(fā)生局部屈曲，且用鋼量較大，結(jié)構(gòu)自重大，因而使得方鋼管混凝土的發(fā)展應(yīng)用受到限制。綜上，現(xiàn)如今所采用的方鋼管混凝土柱普遍存在幾個問題:第一、方鋼管對混凝土的套箍作用較弱，易發(fā)生局部屈曲，且組合結(jié)構(gòu)的整體性不夠；第二、方鋼管混凝土柱的自重偏大，因而限制了柱體的結(jié)構(gòu)尺寸；第三、鋼材的耐火性能較差。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于CFRP布加固的SCS方形鋼管混凝土柱，其結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理、施工方便且施工成本較低、力學(xué)性能優(yōu)良、使用效果好，能解決現(xiàn)有方形鋼管混凝柱存在的自重大、鋼管與混凝土間連接性能差、鋼管對混凝土的套箍作用小、耐久性較差等問題。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是:一種基于CFRP布加固的SCS方形鋼管混凝土柱，其特征在于:包括方形鋼管、套裝于方形鋼管內(nèi)部的圓形鋼管、由填充于方形鋼管與圓形鋼管之間空腔內(nèi)的混凝土澆筑成型的混凝土結(jié)構(gòu)和由纏繞在所述方形鋼管外側(cè)壁上的CFRP布形成的外部整體加固層，所述外部整體加固層與所述方形鋼管的外側(cè)壁之間以粘接方式進行緊固連接，且所述圓形鋼管布設(shè)于方形鋼管的內(nèi)側(cè)中部；所述方形鋼管和圓形鋼管呈同軸布設(shè)；所述圓形鋼管的外徑為Φ102ι πι Φ2000ι πι,所述方形鋼管和圓形鋼管的壁厚均為4mm 100mm，且Al: A2=l: (0.6 0.8)，其中Al=al+bl, al為方形鋼管的橫截面積且bl為方形鋼管內(nèi)側(cè)中空部的橫截面積，A2= Ji.r2且r為圓形鋼管的外徑。上述一種基于CFRP布加固的SCS方形鋼管混凝土柱，其特征是:所述混凝土結(jié)構(gòu)為碳纖維混凝土結(jié)構(gòu)。[0008]上述一種基于CFRP布加固的SCS方形鋼管混凝土柱，其特征是:所述方形鋼管和圓形鋼管的壁厚均優(yōu)選為18mm 25mm,且Al優(yōu)選為4m2 10m2。上述一種基于CFRP布加固的SCS方形鋼管混凝土柱，其特征是:所述方形鋼管的橫截面為正方形。上述一種基于CFRP布加固的SCS方形鋼管混凝土柱，其特征是:所述方形鋼管和圓形鋼管均呈豎直向布設(shè)。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:1、結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理且施工成本較低。2、結(jié)構(gòu)輕盈且抗震與抗扭性能良好。3、施工方便且使用效果好，所施工成型的SCS方形鋼管混凝柱的力學(xué)性能好且結(jié)構(gòu)輕盈，內(nèi)外兩層鋼管之間通過所澆注的混凝土連接成為一個整體。實際使用時，本實用新型能充分改善鋼管混凝土結(jié)構(gòu)自重大、施工不便等缺陷，其利用方形鋼管較大的截面積來提供較大的截面抗扭與抗彎慣性矩，利用圓形鋼管有效減小混凝土體積來減輕自重，并且夾層混凝土處于三向受壓狀態(tài)并將內(nèi)方形鋼管連成整體。因而，本實用新型能充分發(fā)揮方鋼管混凝土結(jié)構(gòu)所具有的形式簡單、易于施工等優(yōu)點，截面的相對慣性矩較大，抗震、抗扭性能好，能有效克服鋼管與其內(nèi)部混凝土之間的連接性能差、外側(cè)鋼管對內(nèi)部混凝土的套箍作用小等缺點，本實用新型利用內(nèi)置的圓鋼管增強對混凝土的套箍作用，并利用圓形鋼管有效混凝土體積來減輕自重的目的。4、內(nèi)方形鋼管之間所澆注的混凝土既可以采用普通混凝土，也可以采用碳纖維混凝土。并且，所采用的碳纖維混凝土中所添加碳纖維的含量為質(zhì)量百分含量在0.6%左右，可將混凝土的抗拉強度和抗拉延性分別提高30%和25%。碳纖維是由碳纖維長絲經(jīng)過短切機械切制而成，長度一般以mm為單位，外形為一定長度的絨須，具有輕質(zhì)、高強、高模、耐腐蝕、導(dǎo)電、屏蔽性能好、吸波性高等特點，且具有分散均勻，喂料方式多樣，工藝簡單的優(yōu)點?；炷林屑尤脒m量的短切碳纖維，可以提高混凝土的抗拉強度、抗強度和抗沖擊性能，降低干縮，改善耐磨性能，且這種混凝土較普通混凝土質(zhì)量輕，具有一定的隔熱性能和減震性能。5、采用鋼管混凝土柱所受荷載較大，構(gòu)件截面比較大。造成用鋼量偏大?；贑FRP(碳纖維復(fù)合材料)布對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)進行整體加固后，外鋼筒便形成外壁為CFRP布且內(nèi)壁為鋼材的復(fù)合套筒，該復(fù)合套筒能使得其內(nèi)部所澆注混凝土的強度得以充分發(fā)揮，尤其是能將纖維混凝土中纖維的高強度特點進出充分發(fā)揮，所采用的CFRP布能有效減少外側(cè)鋼管的壁厚，因而能有效減輕鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的重量，同時也能起到防腐作用，進一步提高了鋼管混凝土的耐久性。6、適用范圍廣，能有效適用至橋梁、房屋建筑等施工與后期加固過程中。綜上所述，本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理、施工方便且施工成本較低、力學(xué)性能優(yōu)良、使用效果好，能有效解決現(xiàn)有方形鋼管混凝柱存在的自重大、鋼管與混凝土間連接性能差、鋼管對混凝土的套箍作用小、耐久性較差等多種問題。下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。

[0020]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型的頂部結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標記說明:I一方形鋼管；2—圓形鋼管；3—混凝土結(jié)構(gòu)；4 一外部整體加固層。
具體實施方式
如圖1、圖2所示，本實用新型包括方形鋼管1、套裝于方形鋼管I內(nèi)部的圓形鋼管
2、由填充于方形鋼管I與圓形鋼管2之間空腔內(nèi)的混凝土澆筑成型的混凝土結(jié)構(gòu)3和由纏繞在所述方形鋼管I外側(cè)壁上的CFRP布形成的外部整體加固層4，所述外部整體加固層4與所述方形鋼管I的外側(cè)壁之間以粘接方式進行緊固連接，且所述圓形鋼管2布設(shè)于方形鋼管I的內(nèi)側(cè)中部。所述方形鋼管I和圓形鋼管2呈同軸布設(shè)；所述圓形鋼管2的外徑為Φ 102mm C>2000mm,所述方形鋼管I和圓形鋼管2的壁厚均為4mm 100mm,且Al:A2=l: (0.6 0.8)，其中Al=al+bl，al為方形鋼管I的橫截面積且bl為方形鋼管I內(nèi)側(cè)中空部的橫截面積，Α2=π.r2且r為圓形鋼管2的外徑。本實施例中，所述混凝土結(jié)構(gòu)3為碳纖維混凝土結(jié)構(gòu)。所述圓形鋼管2的 外徑為Φ200πιπι且其壁厚為15mm。實際使用時，可根據(jù)具體需要，將所述圓形鋼管2的外徑在Φ 102mm Φ2000πιπι的范圍內(nèi)進行相應(yīng)調(diào)整，并將圓形鋼管2的壁厚在4_ IOOmm的范圍內(nèi)進行相應(yīng)調(diào)整。實際加工時，所述方形鋼管I和圓形鋼管2的壁厚均優(yōu)選為18mm 25mm,且Al優(yōu)選為4m2 10m2。本實施例中，所述方形鋼管I的橫截面積為6m2，所述方形鋼管I的壁厚為20mm。實際使用時，可根據(jù)具體需要將Al在4m2 IOm2的范圍內(nèi)進行相應(yīng)調(diào)整，并將方形鋼管I的壁厚在4_ 100_的范圍內(nèi)進行相應(yīng)調(diào)整。本實施例中，Al: A2=l: 0.7。實際使用時，可根據(jù)具體需要，將Al: A2的比例值在1: (0.6 0.8)的范圍內(nèi)進行相應(yīng)調(diào)整。本實施例中，所述方形鋼管I的橫截面為正方形。也就是說，Al=D2,其中D為所述方形鋼管I的外側(cè)壁邊長。實際使用時，所述方形鋼管I的橫截面也可以為矩形。本實施例中，所述方形鋼管I和圓形鋼管2均呈豎直向布設(shè)。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實用新型技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于CFRP布加固的SCS方形鋼管混凝土柱，其特征在于:包括方形鋼管(I)、套裝于方形鋼管(I)內(nèi)部的圓形鋼管(2)、由填充于方形鋼管(I)與圓形鋼管(2)之間空腔內(nèi)的混凝土澆筑成型的混凝土結(jié)構(gòu)(3)和由纏繞在所述方形鋼管(I)外側(cè)壁上的CFRP布形成的外部整體加固層(4)，所述外部整體加固層(4)與所述方形鋼管(I)的外側(cè)壁之間以粘接方式進行緊固連接，且所述圓形鋼管(2)布設(shè)于方形鋼管(I)的內(nèi)側(cè)中部；所述方形鋼管(I)和圓形鋼管(2)呈同軸布設(shè)；所述圓形鋼管(2)的外徑為Φ102ι πι Φ2000ι πι,所述方形鋼管(I)和圓形鋼管(2)的壁厚均為4mm 100_，且Al: A2=l: (0.6 0.8)，其中Al=al+bl，al為方形鋼管(I)的橫截面積且bl為方形鋼管(I)內(nèi)側(cè)中空部的橫截面積，A2=n *r2且r為圓形鋼管(2)的外徑。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種基于CFRP布加固的SCS方形鋼管混凝土柱，其特征在于:所述混凝土結(jié)構(gòu)(3)為碳纖維混凝土結(jié)構(gòu)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的一種基于CFRP布加固的SCS方形鋼管混凝土柱，其特征在于:所述方形鋼管(I)和圓形鋼管(2)的壁厚均優(yōu)選為18mm 25mm,且Al優(yōu)選為4m2 10m2。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的一種基于CFRP布加固的SCS方形鋼管混凝土柱，其特征在于:所述方形鋼管(I)的橫截面為正方形。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的一種基于CFRP布加固的SCS方形鋼管混凝土柱，其特征在于:所述方形鋼管(I)和圓形鋼管(2)均呈豎直向布設(shè)。
專利摘要本實用新型公開了一種基于CFRP布加固的SCS方形鋼管混凝土柱，包括方形鋼管、圓形鋼管、由填充于方形鋼管與圓形鋼管之間的混凝土結(jié)構(gòu)和由纏繞在方形鋼管外側(cè)壁上的CFRP布形成的外部整體加固層，方形鋼管和圓形鋼管呈同軸布設(shè)；方形鋼管和圓形鋼管的壁厚均為4～100mm，A1︰A2=1︰(0.6～0.8)，其中A1=a1+b1，a1為方形鋼管的橫截面積且b1為方形鋼管內(nèi)側(cè)中空部的橫截面積，A2=π·r2且r為圓形鋼管的外徑。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理、施工方便且施工成本較低、力學(xué)性能優(yōu)良、使用效果好，能解決現(xiàn)有方形鋼管混凝柱存在的自重大、鋼管與混凝土間連接性能差、鋼管對混凝土的套箍作用小、耐久性較差等問題。
文檔編號E04C3/34GK203008234SQ20122073423
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者高小育, 王旭, 楊光輝, 劉永健, 樊小林, 張俊光, 黃月超, 李志立, 裴會成 申請人:長安大學(xué)