[发明专利]纤维加强混凝土外约束防屈曲支撑构件及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及工程结构抗震耗能部件，尤其是指一种防屈曲支撑的外约束为纤维加强混凝土构件，属于结构工程技术领域。

本发明还涉及一种纤维加强混凝土外约束防屈曲支撑构件的施工方法。

背景技术

防屈曲支撑主要由钢核心构件(芯材)、外约束构件(钢管、混凝土等)和无粘结材料组成。其工作原理为：支撑结构在地震作用下所承受的轴向力作用全部由支撑中心的芯材承受，该芯材在轴向拉力和压力作用下屈服耗能，而外围钢管和套管内灌注的混凝土或砂浆提供给芯材弯曲限制，避免芯材受压时屈曲。

目前，防屈曲支撑构件的外套约束单元为钢管、型钢组合等结构形式。但外约束单元为钢材，暴露在空气中易发生腐蚀，从而影响其受力。故需要考虑到外约束单元的防锈。造价低的防锈处理方式，其耐久性较差；而效果较好的防锈方法，造价较高。同时，构件的自重对抗震受力影响较大。如拱桥的拱顶风撑自重的增加，将造成拱桥的地震响应大幅增大。故在结构的抗震加固中，加固构件的自重也需要得到适当控制。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种纤维加强混凝土外约束防屈曲支撑构件，其应用纤维增强材料代替传统的钢管、型钢组合等外约束部件，可有效地减轻构件的自重和降低防腐维护成本。

为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：

一种纤维加强混凝土外约束防屈曲支撑构件，包括芯材支撑构件以及套接在芯材支撑构件外围的外约束构件，所述外约束构件与芯材支撑构件的间隙内设置无粘结材料层，所述外约束构件采用混凝土外包纤维增强材料制成。

所述混凝土外包纤维增强材料的混凝土骨粒粒径小于芯材支撑构件外缘与外约束构件外表面的最小间距的1/2，且混凝土为砂浆或者轻集料混凝土。

芯材支撑构件的截面形式为一字形、十字形或者工字形；混凝土的外缘截面形式为圆形或者矩形。

所述无粘结材料层通过涂覆在芯材支撑构件外壁面的硅胶而形成；或者无粘结材料层通过粘结在芯材支撑构件外壁面的硬质橡胶片而形成。

所述混凝土外包纤维增强材料的纤维增强材料为碳纤维或者玻璃纤维。

本发明的另一个技术目的是提供一种上述纤维加强混凝土外约束防屈曲支撑构件的制作方法，包括以下步骤：（1）在芯材支撑构件的外表面设置无粘结材料层；（2）在设置有无粘结材料层的芯材支撑构件外围支模浇注混凝土；（3）待步骤（2）浇注的混凝土固化后，拆掉模板，在混凝土的外表面覆盖纤维增强材料即可。

根据以上的技术方案，相应于现有技术，本发明具有以下的优点：

一是耐久性较好：纤维增强材料的应用可以有效避免传统钢管外约束的腐蚀，具有较好的耐久性能。

二是易于更换：外约束发生损坏后，比较容易更换，避免了钢管外约束的拆卸。

三是减轻了构件的自重：碳素纤维布厚度在2mm左右，自重非常轻，可减轻构件的自重。轻集料混凝土的应用也比传统意义上的普通混凝土填充外约束减轻自重。

附图说明

图1-1是本发明所述纤维加强混凝土外约束防屈曲支撑构件的一种结构示意图；

图1-2是图1-1的俯视图；

图2是本发明所述纤维加强混凝土外约束防屈曲支撑构件的第二种结构示意图；

图3是是本发明所述纤维加强混凝土外约束防屈曲支撑构件的第三种结构示意图；

图4是本发明所述纤维加强混凝土外约束防屈曲支撑构件的第四种结构示意图；

其中：纤维增强材料外层1；混凝土外约束层2；芯材支撑构件3；无粘结材料层4。

具体实施方式

附图非限制性地公开了本发明所涉及优选实施例的结构示意图；以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。

如图1至4所示，本发明所述纤维加强混凝土外约束防屈曲支撑构件，包括芯材支撑构件以及套接在芯材支撑构件外围的外约束构件，所述外约束构件与芯材支撑构件的间隙内设置无粘结材料层，所述外约束构件为混凝土外包纤维增强材料。所述混凝土的骨粒粒径小于芯材支撑构件外缘与纤维增强材料外壁面的最小间距的1/2，混凝土类型可以为砂浆、轻集料混凝土或其他形式的混凝土。芯材支撑构件的截面形式为一字形、十字形或者工字形；混凝土的外缘截面形式为圆形或者矩形。所述无粘结材料层通过涂覆在芯材支撑构件外壁面的硅胶而形成；或者无粘结材料层通过粘结在芯材支撑构件外壁面的硬质橡胶片而形成。所述纤维增强材料采用碳纤维、玻璃纤维以及其他类型的纤维增强材料制作而成。

制作时，首先在芯材支撑构件的外表面覆盖一层1-2mm厚的硅胶或硬质橡胶无粘结材料，然后支好模板，浇筑填充混凝土或砂浆。待混凝土或砂浆达到一定的强度，拆模后将纤维增强材料层粘贴在混凝土外表面即可。在构件易发生屈曲的部位可使用多层纤维增强材料。