[发明专利]一种FRP-橡胶-钢复合管混凝土结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种混凝土结构，尤其是一种复合管混凝土结构，属于土木建筑结构技术领域。

背景技术

传统的钢管混凝土结构，具有施工方便、耗能性能好、刚度大等优点，其核心混凝土在钢管的约束下，承载能力和变形能力得到了很大提高，尤其是其具有良好的延性，被广泛应用于高层、大跨及桥梁结构。但是，由于钢的弹塑性应力-应变关系，一旦钢管屈服其约束力将限于定值，对混凝土的约束效果不再增加，而且钢管的强度较低，对于大型的高轴力混凝土结构，必须采用厚壁钢管，用钢量大，此外，钢管很容易发生锈蚀，耐久性较差。

FRP(纤维增强树脂复合材料)由于其轻质、高强、耐腐蚀的优良特性，在土木工程抗震加固、补强领域得到了普遍应用，考虑到FRP在特殊环境中的应用优势，FRP管混凝土作为新建结构的桥墩、柱结构，具有广阔的应用空间，由于FRP的高强及线弹性力学特性，约束量充足的FRP管混凝土表现为双线性强化型的应力-应变关系，FRP能够为核心混凝土提供强劲的约束，然而由于FRP的极限应变较低，FRP管混凝土的失效破坏模式具有明显的“脆性破坏”特征，破坏突然，延性较差，峰值荷载后残余承载力低，这严重影响了其抗震性能。

地震频发，如何最大程度降低地震带来的人员伤亡和财产损失，提高土木工程结构抵抗地震灾害的能力是对各种结构的必然要求。在罕遇地震作用下，普通钢管混凝土结构难以避免地会进入塑性阶段，屈服后的二次刚度接近于零，承载力储备低；FRP管混凝土结构尽管具有强化型的应力-应变关系，但破坏模式脆、残余承载力低；简单地将FRP缠绕在钢管外形成复合管混凝土，由于FRP较低的极限应变能力，在钢管屈服后不久，FRP即会发生断裂，达不到我国现行抗震规范的“多水准设防”和性能化设计的目的，更有甚者，传统观点，将FRP施加预应力用于约束混凝土柱，这将更加提前FRP的破坏，降低结构的延性。

针对以往结构，研究者也开发了相关技术力求提供结构足够的延性，赋予结构屈服后一定的强化刚度，提高结构的承载力储备，减轻强震荷载下截面损伤程度。如针对普通钢筋混凝土柱，通过合理地弱化钢筋与混凝土粘结性能来提高结构的延性，弱粘结的破坏过程为结构提供延性的增加；通过混合配置无粘结钢筋和有粘结钢筋，提供结构屈服后的强化刚度，提高结构的承载力储备，在正常荷载下，有粘结钢筋提供使用阶段的承载力，此时，无粘结钢筋尚未工作，在罕遇地震下，无粘结钢筋才进入工作，提供屈服后第二阶段的承载力；又如中国专利第“200620040250.9”号，公开了一种“部分粘结预应力纤维塑料(FRP)筋混凝土梁”，预应力FRP筋在梁端部与混凝土采用有粘结结构形式，在梁跨中区段与混凝土采用无粘结结构形式，无粘结措施大大改善结构的变形并提高延性性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种FRP-橡胶-钢复合管混凝土结构，以期结构在地震荷载及强烈振动荷载作用下，保证结构具有足够的承载力储备、延性和良好的吸收振动荷载能量的能力，实现结构罕遇地震下的良好抗震性能。此结构特别适于作为对抗震有特殊要求(如生命线工程)的新建桩、柱、桥墩、海洋平台等构件。

为此，本发明提供一种FRP-橡胶-钢复合管混凝土结构，该结构包括FRP层、橡胶层、钢管和核心混凝土四个部分由外向内共同构成；其中，FRP层、橡胶层和钢管三个部分通过树脂粘结形成一个复合管整体，核心混凝土填充于复合管内部，复合管对内部核心混凝土施加约束增强作用。