[发明专利]钢筋增强ECC-钢管混凝土组合柱

说明书

技术领域

本发明涉及一种建筑物承重混凝土构件，具体为一种钢筋增强ECC-钢管混凝土组合柱。

背景技术

近十几年以来，钢管混凝土以承载力高、自重轻、抗震性能好、施工便捷等优点，在高层建筑和桥梁工程中得到了广泛应用，并取得了良好的经济和社会效益。然而在在实际工程中，钢管混凝土仍存在易于局部屈曲、耐久性较差、抗火能力不足等缺陷。为了提升钢管混凝土结构的耐久性和抗火性能，有学者提出了钢管混凝土叠合柱结构，并在近几年得到了一定的应用和发展。钢管混凝土叠合柱由外部钢筋混凝土和内部钢管混凝土叠合而成，相比普通钢管混凝土，钢管混凝土叠合柱具有更好的抗屈曲能力和更高的承载力。然而，试验研究和工程实践表明，钢管混凝土叠合柱外层混凝土延性远小于中部钢管混凝土，两者协同变形能力较差，外层混凝土容易发生剥离,且核心钢管混凝土的峰值荷载滞后于外层钢筋混凝土，降低了叠合柱的极限承载力。同时，混凝土是一种准脆性材料，抗拉强度低，容易开裂。钢管混凝土叠合柱在地震水平反复荷载作用下，外层混凝土受拉易发生开裂，并引起其与钢筋和钢管的粘结强度的迅速退化而发生剥离破坏，降低了结构的抗震性能、耐久性和抗火性能，制约了钢管混凝土叠合柱在实际工程中的推广应用。

中国专利文献CN201627136U公开了一种PVC管钢筋混凝土-钢管混凝土叠合构件，构件外层采用PVC管,内层采用钢管,在内钢管内填充混凝土,外PVC管和内钢管之间为钢筋混凝土。该构件具有普通钢管混凝土叠合柱的优点,外层PVA管可提高构件的抗腐蚀性能和耐久性,但是该构件的抗火性能以及耐高温性能较差。

中国专利文献CN203905298U公开了一种FRP管钢筋混凝土-钢管混凝土叠合构件,该构件包括钢管和箍筋,钢管内填充有混凝土,钢管外包裹有钢筋混凝土,钢筋混凝土内设置有若干钢筋,箍筋绑扎在钢筋外侧,钢筋包括若干纵向设置的钢筋和若干横向设置的钢筋,钢筋混凝土外侧设置有FRP管。该构件可以提高构件的承载能力及耐久性，但同样也存在抗火性能和耐高温性能较差的缺点。

中国专利文献CN201635260U公开了一种中空钢管-钢筋混凝土叠合构件，该叠合构件由外钢筋混凝土包裹钢管构成,是在钢管中不填充混凝土的新型钢管混凝土叠合构件；外层采用钢筋混凝土,内层采用普通钢管。该构件具有较好的抗火性能，自重较轻，但仍存在外层混凝土与内层钢管协同性能较差、耐久性不足等缺点。

综上，现有的叠合柱的耐久性、抗震性能、抗火性能还有待提高，如何结合新材料全方面提高叠合柱的安全性、适用性和耐久性，这正是本发明的出发点所在。

发明内容

发明目的：为了克服现有叠合柱中存在的不足，本发明提出一种全面提高叠合柱耐久性、抗震性能、抗火性能的钢筋增强ECC-钢管混凝土组合柱。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的钢筋增强ECC-钢管混凝土组合柱，包括水泥基材料、钢管、纵筋和箍筋，所述纵筋和箍筋连接成钢筋笼，所述钢筋笼与水泥基材料形成柱体，所述水泥基材料包括核心混凝土和外部ECC，所述钢筋笼内穿设有钢管，所述核心混凝土填充于钢管内，所述外部ECC浇筑于钢管外及钢筋笼上。

作为优选，为了克服柱体中不同材料在集中受力时的相对变形，所述钢管的轴心与柱体的轴心相重合。

作为优选，所述钢管为圆钢管，所述柱体为圆柱或棱柱。

作为优选，所述钢管为方钢管，所述柱体为圆柱或棱柱。

作为优选，为了达到钢材的最佳利用率，所述钢管是外径与钢管壁厚比值为40-150的薄壁钢管。

作为优选，所述核心混凝土是具有自密实和微膨胀特性的高性能混凝土。

作为优选，所述钢管及核心混凝土与外部混凝土的端面相平齐。

作为优选，所述柱体的端面为圆形、方形、矩形、多边形或椭圆形，所述核心混凝土的端面为圆形、方形、矩形、多边形或椭圆形。

本发明所采用的ECC为高延性水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composite，ECC)是经系统的微观力学设计，在拉伸和剪切荷载下呈现高延展性的一种纤维增强水泥基复合材料。通常是以水泥加填料或者粒径不大于5mm的细集料作为基体，用纤维（如聚乙烯纤维做增强材料，在仅使用体积率小于2%纤维( 主要是合成纤维, 如，PVA,PE等 ）的掺量下便可获得3%以上拉应变能力, 且饱和状态的多点开裂裂缝宽度小于3mm宏观极限拉应变可达到3%以上，是普通混凝土的300 倍以上。

有益效果：本发明的有益效果为：