[发明专利]一种纤维－竹材复合管混凝土组合结构

说明书

技术领域

本发明属于土木建筑结构技术领域，具体涉及一种混凝土组合结构，尤其是一种纤维-竹材复合管混凝土组合结构。

背景技术

由于钢筋混凝土结构具有可模型好、耐久性好、造价低等优点，经常作为工程结构中的主要受力构件，对于钢筋混凝土竖向承载构件，如桥塔、桥墩、立柱、桩基础等，其受力性能对保障结构的安全使用及地震等偶然荷载下的屹立不倒具有决定性的作用。普通钢筋混凝土竖向构件的极限破坏常常呈现出不期望的脆性特征，而不同的管约束混凝土竖向结构经常具有施工方便、承载力高、延性好、抗震性能好等优点，常用的管约束混凝土有钢管混凝土结构、FRP管混凝土结构。

以钢管混凝土为例，在钢管中填充混凝土形成钢管混凝土后，其受力性能优于这两种材料性能的简单叠加，随着轴心受压荷载的增大，两者之间产生了渐增的相互作用力，使得核心混凝土处于三向受压状态，延缓了受压时的纵向开裂，从而使钢管混凝土具有很高的承载力，核心混凝土在钢管的约束下，不但在使用阶段改善了它的弹性性质，而且在破坏时具有很大的塑性变形。然而，钢管混凝土结构虽刚度大、承载力高，但在缺少相应防腐措施的情况下，外部钢管极易锈蚀，导致结构承载力下降，使用寿命缩减，养护成本高。目前，已经有研究人员提出纤维增强塑料(FRP)管混凝土结构，由于FRP材料具有很高的抗拉强度，在FRP管中内填混凝土可起到与钢管混凝土同样的效果，尤其是FRP材料具有轻质、耐腐蚀和可设计性强等特性，近些年来在土木工程中得到了越来越多的关注，FRP管混凝土结构的出现为桥墩、桩基、公路高架标识等结构的耐久性问题提出了有效的解决方案，使其在土木工程领域具有广泛的应用前景。然而，普通FRP管采用主要原料为高能耗的纤维，产品及废料不可回收、不环保，消耗着大量的矿产资源，资源不可再生。因此，为满足工程需要，急需发明一种自然、生态、抗腐蚀、承载能力高的混凝土组合结构。

在自然界中，竹材具有优良的力学性能，尤其是抗拉强度可到达140MPa以上，被认为是自然界中效能最高的材料之一，竹子优异的力学性能主要来源于竹纤维，竹纤维天然中空，具有较高的长径比、强重比，同时生长快速，可自然降解，价格低廉。竹材作为结构材料已经在土木工程领域成功应用，如原竹、竹材集成材等，但如果竹材与混凝土等材料组合，可望发挥出更加突出的效益。

发明内容

本发明提供一种纤维-竹材复合管混凝土组合结构，作为传统钢管混凝土结构、FRP管混凝土结构某些应用场合下的替代，克服传统结构的缺陷，满足工程的可持续发展及应用需要。

本发明的技术方案为：一种纤维-竹材复合管混凝土组合结构，该结构包括核心混凝土、纤维-竹材复合管，其中，纤维-竹材复合管由内向外依次由隔离层、竹材增强层、纤维增强层组成，竹材增强层由纵向竹纤维层、横向竹纤维层或二者复合构成，纵向竹纤维层和横向竹纤维层由复合竹材或原竹分层缠绕制作而成，其采用的复合竹材或原竹的单层厚度为0.2～2.0mm，宽度为10～150mm，纤维增强层缠绕于竹材增强层的外表面，纤维增强层为竹材提供耐环境侵蚀保护的同时，与竹材增强层共同约束核心混凝土，纤维增强层的环向拉伸断裂应变大于等于横向竹纤维层的环向拉伸断裂应变，纤维增强层在竹材增强层断裂时，为荷载突降起到延缓的作用，隔离层、纵向竹纤维层、横向竹纤维层和纤维增强层相互之间通过胶黏剂粘结，核心混凝土填充于纤维-竹材复合管的内部，其为自密实微膨胀混凝土，膨胀率为0.01％～0.04％。

所述的纵向竹纤维层的竹材纤维方向沿着纤维-竹材复合管的轴线方向，提供纤维-竹材复合管混凝土组合结构的纵向抗弯、抗拉承载力，横向竹纤维层的竹材纤维方向沿着纤维-竹材复合管的环向方向，提供纤维-竹材复合管混凝土组合结构的环向约束力，纵向竹纤维层和横向竹纤维层的缠绕层数不受限制，可分别为0层、1层或1层以上。

所述的胶黏剂为环氧树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂或环氧砂浆其中的一种。

所述的隔离层为竹纤维毡、玻璃纤维毡、玄武岩纤维毡或竹纤维无纺布其中的一种，为竹材与混凝土界面提供保护，减小竹材增强层的吸水率。

所述的于纤维增强层的纤维增强体为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维或聚酯纤维中的一种或是其中的几种混杂而成。

所述的核心混凝土的内部可根据需要设置纵向钢筋和箍筋。