本發(fā)明屬于土木建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種混凝土組合結(jié)構(gòu)，尤其是一種纖維-竹材復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有可模型好、耐久性好、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)常作為工程結(jié)構(gòu)中的主要受力構(gòu)件，對(duì)于鋼筋混凝土豎向承載構(gòu)件，如橋塔、橋墩、立柱、樁基礎(chǔ)等，其受力性能對(duì)保障結(jié)構(gòu)的安全使用及地震等偶然荷載下的屹立不倒具有決定性的作用。普通鋼筋混凝土豎向構(gòu)件的極限破壞常常呈現(xiàn)出不期望的脆性特征，而不同的管約束混凝土豎向結(jié)構(gòu)經(jīng)常具有施工方便、承載力高、延性好、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)，常用的管約束混凝土有鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、FRP管混凝土結(jié)構(gòu)。

以鋼管混凝土為例，在鋼管中填充混凝土形成鋼管混凝土后，其受力性能優(yōu)于這兩種材料性能的簡(jiǎn)單疊加，隨著軸心受壓荷載的增大，兩者之間產(chǎn)生了漸增的相互作用力，使得核心混凝土處于三向受壓狀態(tài)，延緩了受壓時(shí)的縱向開(kāi)裂，從而使鋼管混凝土具有很高的承載力，核心混凝土在鋼管的約束下，不但在使用階段改善了它的彈性性質(zhì)，而且在破壞時(shí)具有很大的塑性變形。然而，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)雖剛度大、承載力高，但在缺少相應(yīng)防腐措施的情況下，外部鋼管極易銹蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力下降，使用壽命縮減，養(yǎng)護(hù)成本高。目前，已經(jīng)有研究人員提出纖維增強(qiáng)塑料(FRP)管混凝土結(jié)構(gòu)，由于FRP材料具有很高的抗拉強(qiáng)度，在FRP管中內(nèi)填混凝土可起到與鋼管混凝土同樣的效果，尤其是FRP材料具有輕質(zhì)、耐腐蝕和可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等特性，近些年來(lái)在土木工程中得到了越來(lái)越多的關(guān)注，F(xiàn)RP管混凝土結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)為橋墩、樁基、公路高架標(biāo)識(shí)等結(jié)構(gòu)的耐久性問(wèn)題提出了有效的解決方案，使其在土木工程領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，普通FRP管采用主要原料為高能耗的纖維，產(chǎn)品及廢料不可回收、不環(huán)保，消耗著大量的礦產(chǎn)資源，資源不可再生。因此，為滿足工程需要，急需發(fā)明一種自然、生態(tài)、抗腐蝕、承載能力高的混凝土組合結(jié)構(gòu)。

在自然界中，竹材具有優(yōu)良的力學(xué)性能，尤其是抗拉強(qiáng)度可到達(dá)140MPa以上，被認(rèn)為是自然界中效能最高的材料之一，竹子優(yōu)異的力學(xué)性能主要來(lái)源于竹纖維，竹纖維天然中空，具有較高的長(zhǎng)徑比、強(qiáng)重比，同時(shí)生長(zhǎng)快速，可自然降解，價(jià)格低廉。竹材作為結(jié)構(gòu)材料已經(jīng)在土木工程領(lǐng)域成功應(yīng)用，如原竹、竹材集成材等，但如果竹材與混凝土等材料組合，可望發(fā)揮出更加突出的效益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種纖維-竹材復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)，作為傳統(tǒng)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、FRP管混凝土結(jié)構(gòu)某些應(yīng)用場(chǎng)合下的替代，克服傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的缺陷，滿足工程的可持續(xù)發(fā)展及應(yīng)用需要。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種纖維-竹材復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括核心混凝土、纖維-竹材復(fù)合管，其中，纖維-竹材復(fù)合管由內(nèi)向外依次由隔離層、竹材增強(qiáng)層、纖維增強(qiáng)層組成，竹材增強(qiáng)層由縱向竹纖維層、橫向竹纖維層或二者復(fù)合構(gòu)成，縱向竹纖維層和橫向竹纖維層由復(fù)合竹材或原竹分層纏繞制作而成，其采用的復(fù)合竹材或原竹的單層厚度為0.2～2.0mm，寬度為10～150mm，纖維增強(qiáng)層纏繞于竹材增強(qiáng)層的外表面，纖維增強(qiáng)層為竹材提供耐環(huán)境侵蝕保護(hù)的同時(shí)，與竹材增強(qiáng)層共同約束核心混凝土，纖維增強(qiáng)層的環(huán)向拉伸斷裂應(yīng)變大于等于橫向竹纖維層的環(huán)向拉伸斷裂應(yīng)變，纖維增強(qiáng)層在竹材增強(qiáng)層斷裂時(shí)，為荷載突降起到延緩的作用，隔離層、縱向竹纖維層、橫向竹纖維層和纖維增強(qiáng)層相互之間通過(guò)膠黏劑粘結(jié)，核心混凝土填充于纖維-竹材復(fù)合管的內(nèi)部，其為自密實(shí)微膨脹混凝土，膨脹率為0.01％～0.04％。

所述的縱向竹纖維層的竹材纖維方向沿著纖維-竹材復(fù)合管的軸線方向，提供纖維-竹材復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)的縱向抗彎、抗拉承載力，橫向竹纖維層的竹材纖維方向沿著纖維-竹材復(fù)合管的環(huán)向方向，提供纖維-竹材復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)的環(huán)向約束力，縱向竹纖維層和橫向竹纖維層的纏繞層數(shù)不受限制，可分別為0層、1層或1層以上。

所述的膠黏劑為環(huán)氧樹(shù)脂、乙烯基樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂或環(huán)氧砂漿其中的一種。

所述的隔離層為竹纖維氈、玻璃纖維氈、玄武巖纖維氈或竹纖維無(wú)紡布其中的一種，為竹材與混凝土界面提供保護(hù)，減小竹材增強(qiáng)層的吸水率。

所述的于纖維增強(qiáng)層的纖維增強(qiáng)體為碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維或聚酯纖維中的一種或是其中的幾種混雜而成。

所述的核心混凝土的內(nèi)部可根據(jù)需要設(shè)置縱向鋼筋和箍筋。

本發(fā)明充分利用了我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的竹子資源，最大限度地發(fā)揮竹材韌性好、縱向拉伸強(qiáng)度高的材性?xún)?yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)了混凝土結(jié)構(gòu)容易脆性破壞的劣勢(shì)，制作過(guò)程低碳環(huán)保，節(jié)能減排，極大地拓展了竹產(chǎn)品應(yīng)用的范圍和領(lǐng)域。本發(fā)明結(jié)構(gòu)具有承載力高、延性好、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，結(jié)構(gòu)具有較低的造價(jià)，施工可操作性強(qiáng)、耗能低、環(huán)境污染小、廢棄材料可回收。具體有益效果分析如下：

(1)承載力高。在纖維-竹材復(fù)合管中填充混凝土后，纖維-竹材復(fù)合管約束了核心混凝土，可延緩其受壓時(shí)的縱向開(kāi)裂；而核心混凝土卻可以延緩或避免纖維-竹材復(fù)合管過(guò)早地發(fā)生局部屈曲。同時(shí)纖維-竹材復(fù)合管外壁纏繞的纖維增強(qiáng)層具有很高的抗拉強(qiáng)度，當(dāng)纖維-竹材復(fù)合管受到核心混凝土的徑向作用和由于自身的作用而徑向產(chǎn)生變形時(shí)，纖維增強(qiáng)層可以通過(guò)對(duì)其環(huán)向的約束作用抑制其徑向變形，從而達(dá)到約束核心混凝土的目的，增加了核心混凝土的抗壓強(qiáng)度。三種材料相互彌補(bǔ)了彼此的弱點(diǎn)，充分發(fā)揮了各自的長(zhǎng)處，從而使一種纖維-竹材復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)具有很高的承載能力。

(2)延性好。一種纖維-竹材復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)本身具有塑性和延性好的優(yōu)點(diǎn)，混凝土的脆性相對(duì)較大，對(duì)于高強(qiáng)度混凝土更是如此。將核心混凝土灌入纖維-竹材復(fù)合管中形成一種纖維-竹材復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)，核心混凝土在纖維-竹材復(fù)合管的約束下，不但在使用階段改善了它的彈性回復(fù)能力，而且在破壞時(shí)也增強(qiáng)了其延性變形的能力。此外，這種結(jié)構(gòu)在承受沖擊荷載和振動(dòng)荷載時(shí)，同樣具有很大的韌性。由于本發(fā)明結(jié)構(gòu)具有良好的延性和韌性，因而抗震性能好。

(3)耐久性好。一種纖維-竹材復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)有良好的耐腐蝕及耐久性能，可以抗拒建筑物經(jīng)常遇到的各種酸、堿、鹽對(duì)結(jié)構(gòu)的腐蝕。使用纖維增強(qiáng)層對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理后，不需要定期維護(hù)，節(jié)省了大筆維修費(fèi)用，而且其本身也可以為竹材增強(qiáng)層、核心混凝土等提供了保護(hù)作用。

(4)造價(jià)低。充分利用了可持續(xù)發(fā)展原料——竹子，竹子為環(huán)保、低能耗的可再生資源，獲得較高性能的同時(shí)，具有較低的成本，且對(duì)農(nóng)業(yè)資源進(jìn)行了開(kāi)發(fā)利用，推動(dòng)了可持續(xù)發(fā)展。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)，充分利用了混凝土、竹材、纖維等多種材料的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，取得了較好的綜合性能。

附圖說(shuō)明：

圖1為纏繞一層縱向竹纖維層的一種纖維-竹材復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖；

圖2為纏繞一層橫向竹纖維層的一種纖維-竹材復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖；

圖3為纏繞一層縱向竹纖維層、一層橫向竹纖維層的一種纖維-竹材復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖；

圖4為核心混凝土內(nèi)部根據(jù)需要設(shè)計(jì)了縱向鋼筋和箍筋的一種纖維-竹材復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖；

在附圖1～附圖4，1為核心混凝土、2為纖維-竹材復(fù)合管、11為縱向鋼筋、12為箍筋、21為隔離層、22為竹材增強(qiáng)層、23為纖維增強(qiáng)層、221為縱向竹纖維層、222為橫向竹纖維層。

具體實(shí)施方式：

為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。本發(fā)明提供一種纖維-竹材復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)，沿纖維-竹材復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)內(nèi)徑方向，由內(nèi)到外依次為核心混凝土1、纖維-竹材復(fù)合管2，其中，纖維-竹材復(fù)合管2由內(nèi)向外依次由隔離層21、竹材增強(qiáng)層22、纖維增強(qiáng)層23組成，竹材增強(qiáng)層22由縱向竹纖維層221、橫向竹纖維層222或二者復(fù)合構(gòu)成，縱向竹纖維層221和橫向竹纖維層222由復(fù)合竹材或原竹分層纏繞制作而成，其采用的復(fù)合竹材或原竹的單層厚度為0.2～2.0mm，寬度為10～150mm，纖維增強(qiáng)層23纏繞于竹材增強(qiáng)層22的外表面，隔離層21、縱向竹纖維層221、橫向竹纖維層222和纖維增強(qiáng)層23相互之間通過(guò)膠黏劑粘結(jié)，纖維增強(qiáng)層23的環(huán)向拉伸斷裂應(yīng)變大于等于橫向竹纖維層222的環(huán)向拉伸斷裂應(yīng)變，核心混凝土1填充于纖維-竹材復(fù)合管2的內(nèi)部，其為自密實(shí)微膨脹混凝土，膨脹率為0.01％～0.04％。

縱向竹纖維層221的竹材纖維方向沿著纖維-竹材復(fù)合管2的軸線方向，橫向竹纖維層222的竹材纖維方向沿著纖維-竹材復(fù)合管2的環(huán)向方向，縱向竹纖維層221和橫向竹纖維層222的纏繞層數(shù)不受限制，可分別為0層、1層或1層以上。

膠黏劑為環(huán)氧樹(shù)脂、乙烯基樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂或環(huán)氧砂漿其中的一種。

隔離層21為竹纖維氈、玻璃纖維氈、玄武巖纖維氈或竹纖維無(wú)紡布其中的一種。

纖維增強(qiáng)層23的纖維增強(qiáng)體為碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維或聚酯纖維中的一種或是其中的幾種混雜而成。

核心混凝土1的內(nèi)部可根據(jù)需要設(shè)置縱向鋼筋11和箍筋12。

具體實(shí)施中，隔離層21為竹纖維氈、玻璃纖維氈或竹纖維無(wú)紡布中的一種通過(guò)膠黏劑在模具上纏繞而成，隨后，確定竹材增強(qiáng)層22中縱向竹纖維層221和橫向竹纖維層222的纏繞間距和層數(shù)，竹材增強(qiáng)層22是由縱向竹纖維層221、橫向竹纖維層222或二者復(fù)合構(gòu)成，采用平面纏繞的組合形式纏繞而成，纏繞過(guò)程中始終保持對(duì)竹纖維層的拉力大小不變，并涂刷、浸漬環(huán)氧樹(shù)脂、乙烯基樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂或環(huán)氧砂漿實(shí)現(xiàn)與隔離層21的粘結(jié)，按此程序，纏繞各層縱向竹纖維層221、橫向竹纖維層222或二者，隨后，根據(jù)設(shè)計(jì)的纖維增強(qiáng)層23的纏繞間距、角度和層數(shù)纏繞纖維增強(qiáng)體，并浸漬環(huán)氧樹(shù)脂、乙烯基樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂或環(huán)氧砂漿，形成外層的纖維增強(qiáng)層23，即完成纖維-竹材復(fù)合管的制作。最后，在纖維-竹材復(fù)合管內(nèi)部填充核心混凝土即可形成一種纖維-竹材復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例一：

如圖1所示，纏繞一層縱向竹纖維層的一種纖維-竹材復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖，包括核心混凝土1、纖維-竹材復(fù)合管2；其中，纖維-竹材復(fù)合管2由內(nèi)向外依次由隔離層21、竹材增強(qiáng)層22、纖維增強(qiáng)層23組成；隔離層21為竹纖維氈、玻璃纖維氈或竹纖維無(wú)紡布通過(guò)膠黏劑纏繞而成，該實(shí)例中的竹材增強(qiáng)層22是由縱向竹纖維層221纏繞一層構(gòu)成，纖維增強(qiáng)層23纏繞于竹材增強(qiáng)層22的外表面，縱向竹纖維層221的竹材纖維方向沿著纖維-竹材復(fù)合管2的軸線方向，核心混凝土1填充于纖維-竹材復(fù)合管2的內(nèi)部。

實(shí)施例二：

如圖2所示，纏繞一層橫向竹纖維層的一種纖維-竹材復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖，包括核心混凝土1、纖維-竹材復(fù)合管2；其中，纖維-竹材復(fù)合管2由內(nèi)向外依次由隔離層21、竹材增強(qiáng)層22、纖維增強(qiáng)層23組成；隔離層21為竹纖維氈、玻璃纖維氈或竹纖維無(wú)紡布通過(guò)膠黏劑纏繞而成，該實(shí)例中的竹材增強(qiáng)層22是由橫向竹纖維層222纏繞一層而成，纖維增強(qiáng)層23纏繞于竹材增強(qiáng)層22的外表面，橫向竹纖維層222的竹材纖維方向沿著纖維-竹材復(fù)合管2的環(huán)向方向，核心混凝土1填充于纖維-竹材復(fù)合管2的內(nèi)部。

實(shí)施例三：

如圖3所示，纏繞一層縱向竹纖維層、一層橫向竹纖維層的一種纖維-竹材復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖，包括核心混凝土1、纖維-竹材復(fù)合管2；其中，纖維-竹材復(fù)合管2由內(nèi)向外依次由隔離層21、竹材增強(qiáng)層22、纖維增強(qiáng)層23組成；隔離層21為竹纖維氈、玻璃纖維氈或竹纖維無(wú)紡布通過(guò)膠黏劑纏繞而成，該實(shí)例中的竹材增強(qiáng)層22是先纏繞一層縱向竹纖維層221，接著纏繞一層橫向竹纖維層222，纖維增強(qiáng)層23纏繞于竹材增強(qiáng)層22的外表面，核心混凝土1填充于纖維-竹材復(fù)合管2的內(nèi)部。

實(shí)施例四：

如圖4所示，在核心混凝土內(nèi)部根據(jù)需要設(shè)計(jì)了縱向鋼筋和箍筋的一種纖維-竹材復(fù)合管混凝土組合結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖，其纖維-竹材復(fù)合管2制作方式同實(shí)施例三，當(dāng)纖維-竹材復(fù)合管2制作完成后，在纖維-竹材復(fù)合管2內(nèi)部設(shè)置好縱向鋼筋11和箍筋12，最后澆筑核心混凝土1。

應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明施工簡(jiǎn)便，耐腐蝕、耐久性能好，結(jié)構(gòu)具有較低的造價(jià)，所采用的竹材具有低碳、環(huán)保、節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)勢(shì)。