[发明专利]一种预应力FRP套筒FRP筋海砂海水膨胀混凝土组合柱

说明书

技术领域

本发明涉及一种预应力FRP套筒FRP筋海砂海水膨胀混凝土组合柱，属于建筑、桥梁及港口工程领域。

背景技术

近年来全国各地城市化速度加快，河砂的过度开采已对河流、土壤、地下水等的生态环境造成了严重破坏。因此，利用海砂代替河砂作为建筑用砂生产混凝土成为了人们关注的话题，海砂海水混凝土的出现是充分利用海洋资源的契机，其应用可推动沿海地区的经济发展。由于海砂海水中含有会严重腐蚀钢筋的氯离子，可能造成结构整体承载力下降甚至导致房屋坍塌工程事故，这些原因制约着海砂海水不能得到进一步的资源化利用。

20世纪末，随着国际市场纤维价格的大幅度降低，纤维增强复合材料(FRP)逐渐引起土木工程学者们的关注。与传统材料相比，纤维材料具有抗拉强度高，抗腐蚀性和耐久性好，自重轻，施工便捷等优点，且热膨胀系数与混凝土相近，变形能力强。FRP筋由多股玄武岩纤维与树脂基体材料结合，经挤压、拉拔成型等形成，抗拉强度明显高于钢筋，且其粘结性、耐热性及抗腐蚀性等物理力学性能优越，可以用来代替混凝土结构中的普通钢筋。基于FRP 筋对氯离子环境的极不敏感的特性，可以显著地提高混凝土材料的耐腐蚀性能，从而极大改变了混凝土材料一直不能利用海砂作为骨料的局限。采用海砂替代河砂、海水替代淡水、FRP 筋替代钢筋的高性能FRP筋海砂海水混凝土材料及结构体系具有广阔的应用前景。

对于柱构件中箍筋的构造方式，若采用单片箍筋，其约束效应有限，每个箍筋末端的锚固弯钩或焊接点很容易在混凝土开裂后拉直崩开。单片箍筋的安装和弯曲是一个非常耗时的工作，这些工作占去最终工程成本的很大一部分。且单片箍筋多为人工绕制，往往会出现大量的尺寸偏差，这些偏差同样会造成钢筋的浪费。

对于普通钢管混凝土构件，如果直接利用海砂，海砂中的氯离子会对钢管产生腐蚀作用，影响构件的整体耐久性，因此考虑用FRP套筒代替钢管。而FRP套管对混凝土的作用是一种被动的约束，FRP套筒的约束作用只有在混凝土受压膨胀甚至产生微裂缝之后才能发挥出来， FRP套筒约束作用的滞后性无疑也限制了FRP套筒的使用。

综上，海洋资源契机的利用无疑是不容易的，如何结合各材料的性能或构造方式的优势，把它们组合起来，这正是本发明的出发点所在。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服上述问题，提供一种可利用海砂海水作为拌合物，增加箍筋的约束效应，消除FRP套筒约束作用滞后性的混凝土柱结构。

为了实现上述目的，本发明提供一种预应力FRP套筒FRP筋海砂海水膨胀混凝土组合柱。所述的预应力FRP套筒与海砂海水膨胀混凝土，主要是想利用浇筑在FRP套筒里的海砂海水膨胀混凝土因体积膨胀产生的内压力，使得FRP套筒产生环向拉应力，从而使得FRP套筒在混凝土柱没有新增加外荷载的情况下就参加约束混凝土的工作。这样可以有效减少FRP套筒同约束混凝土之间的应变滞后值，从而使FRP套筒更早、更快、更好地约束核心混凝土，有效地发挥高强FRP的抗拉力学性能。

所述的海砂海水的采用是为了节约河砂资源，由于海砂海水中含有会严重腐蚀钢筋的氯离子，而FRP筋抗拉强度明显高于钢筋，且其粘结性、耐热性及抗腐蚀性等物理力学性能优越，有自重轻、施工便捷、热膨胀系数与混凝土相近、变形能力强等优点，因此采用FRP筋代替钢筋参与工作。FRP筋笼由FRP螺旋箍筋与FRP纵筋组成，FRP筋代替原来的钢筋，不仅使组合柱的性能更优越，而且打破了海砂海水不适宜用于实际工程的局限。

所述预应力FRP套筒FRP筋海砂海水膨胀混凝土组合柱截面选自圆形、矩形或正方形的一种。

所述预应力FRP套筒选自CFRP套筒、GFRP套筒、BFRP套筒或AFRP套筒的一种。

所述FRP筋即FRP纵筋与FRP螺旋箍筋选自CFRP筋、GFRP筋、BFRP筋或AFRP筋的一种。

所述FRP螺旋箍筋即从外侧围绕着FRP纵筋沿组合柱顶部至底部按相同间距与螺旋角度绑扎的旋转式的FRP筋，FRP螺旋箍筋与水平方向夹角限制在25°至45°之间，螺旋箍筋间距不应大于80mm及箍筋内表面核心截面直径的五分之一，且不宜小于40mm。