[发明专利]一种纤维增强塑料-钢复合管约束型钢高强混凝土柱

说明书

技术领域

本发明属于一种土木工程结构构件，特别涉及一种型钢高强混凝土柱，尤其适用于海洋、潮湿和盐碱地等恶劣环境下的高层建筑、桥梁工程、地下工程及港口工程等。

背景技术

高强混凝土具有强度高、变形小和耐久性好等优点，能适应现代工程结构向大跨、重载和高耸发展的需要，混凝土的高强化是现代混凝土结构发展的重要趋势。在高层结构中采用高强混凝土框架柱，可以有效的减少柱子截面，增加房屋的使用面积，提高框架柱的抗震性能等优点。优越的性能使得高强混凝土的应用范围不断扩大。

然而，高强混凝土也有其致命的弱点，那就是高强混凝土的延性很差，很容易产生脆性破坏。而且，我国80％的国土面积属于抗震设防区(6度以上)，特别是高层建筑结构集中的城市，绝大多数处于抗震设防区，部分还处于高烈度地区，不宜采用高强混凝土结构。我国的《混凝土结构设计规范GB 50010》规定：当设防烈度为9度时，混凝土强度等级不宜超过C60，当设防烈度为8度时，混凝土强度等级不宜超过C70。这些规定限制了高强混凝土在地震区高层结构中的应用。

在高强混凝土柱中加入型钢，组成型钢高强混凝土柱会明显改善高强混凝土柱的抗震性能。然而，目前通常采用的型钢高强混凝土柱存在以下不足：

1.轴压比限值低。由于型钢位于型钢高强混凝土柱的中心，因此型钢不能对高强混凝土产生有效的约束；而且，型钢高强混凝土柱不能设置复合箍筋，因此型钢高强混凝土柱中的高强混凝土受到的约束非常小。当轴压比较大时，柱子在水平地震荷载作用下的延性很低，耗能能力很小，抗震性能很差。

2.地震荷载作用下易产生保护层脱落、纵筋和型钢翼缘失稳，震后难修复。型钢高强混凝土柱在地震荷载作用下容易产生保护层脱落、纵筋和型钢翼缘失稳的现象，导致承载力降低，抗震性能较差，且震后难以修复。

为了克服型钢高强混凝土柱的上述不足，在型钢高强混凝土柱中引入钢管，形成钢管型钢高强混凝土柱，可提高型钢高强混凝土柱的轴压比限值，使型钢高强混凝土柱在应用中不再限制轴压比；可提高型钢高强混凝土柱的抗震性能，使型钢高强混凝土柱能够在高烈度地震区的高层结构中应用；可保护型钢高强混凝土柱的保护层，阻止纵筋和型钢翼缘失稳的过早出现。

然而，钢管型钢高强混凝土柱却存在着用钢量大、与钢筋混凝土梁连接麻烦、钢管容易失稳等问题。

为了解决钢管型钢高强混凝土柱的上述问题，可采用钢管约束型钢高强混凝土柱，即其外包钢管不承受竖向荷载(不承受轴力和弯矩)，只对核心型钢高强混凝土柱提供横向的约束作用并承受水平剪力。钢管约束型钢高强混凝土柱所带来的效果是：由于外包钢管不再承受竖向荷载，因此用钢量会减少，同时也改善了钢管容易失稳的问题；由于外包钢管在柱子两端末处断开，于是解决了与钢筋混凝土梁连接麻烦的问题。

然而，在海洋、潮湿和盐碱地等恶劣环境中应用钢管型钢高强混凝土柱和钢管约束型钢高强混凝土柱时，其外包钢管都需要刷防腐涂料或采用特殊的防腐蚀措施，这样极大地增加了工程造价和技术难度，同时后期维护费用也比较高。因此，亟须要发展低成本、高耐久性的型钢高强混凝土柱结构。

发明内容

为了克服现有型钢高强混凝土柱、钢管型钢高强混凝土柱和钢管约束型钢高强混凝土柱的上述缺点和不足，本发明要提供一种具有抗震性能好、施工方便和高耐久性，特别适用于海洋、潮湿和盐碱地等恶劣环境下的高层建筑、桥梁工程、地下工程及港口工程等的纤维增强塑料-钢复合管约束型钢高强混凝土柱。

本发明通过以下技术方案实现：

一种纤维增强塑料-钢复合管约束型钢高强混凝土柱，包括纵筋、箍筋、高强混凝土、型钢和纤维增强塑料-钢复合管，所述的纵筋沿柱子高度方向布设，在纵筋的高度方向上套设有环向箍筋，在箍筋内沿柱子高度方向布设有型钢，在箍筋外沿柱子高度方向套设有纤维增强塑料-钢复合管，所述的纤维增强塑料-钢复合管由作为内壁的钢管和作为外壁的纤维增强塑料管复合而成，纤维增强塑料-钢复合管内浇筑实心高强混凝土，纤维增强塑料-钢复合管在柱子两端末处断开。

本发明所述的纤维增强塑料-钢复合管为圆管、方管或矩形管。

本发明所述的型钢为H型钢或十字形型钢。

本发明所述的纵筋为钢筋或纤维增强塑料-钢复合筋。

本发明所述的纤维增强塑料是玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料、玄武岩纤维增强塑料或芳纶纤维增强塑料。

本发明所述的纤维增强塑料是玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维和芳纶纤维这四种纤维按一定比例混杂的混合纤维增强塑料。