[发明专利]一种FRP筋‑钢筋复合增强ECC/混凝土组合柱

说明书

技术领域

本发明涉及一种FRP筋-钢筋复合增强ECC/混凝土组合柱，属建筑结构技术领域。

背景技术

传统的钢筋混凝土结构中，裂缝问题导致的工程事故经常发生；混凝土抗拉强度低、容易产生裂缝，并且一旦开裂，裂缝宽度便迅速增长，加快了有害物质侵入混凝土内部的速度，最终导致钢筋的锈蚀，促使了结构的劣化，降低了结构的耐久性。通过控制裂缝宽度的增长可以有效阻隔内部钢筋与腐蚀物质发生反应，从而降低钢筋锈蚀的速度，增加结构的耐久性。

ECC是的一种纤维增强水泥基复合材料，在拉伸和剪切负荷下呈现高延性特征。ECC作为一种具备拉伸应变硬化性能和多裂缝开展特性的新型建筑材料，已经开始在建筑行业中使用，将ECC替代塑性铰区混凝土能够有效提高构件的裂缝控制能力。由于ECC价格较混凝土高，钢筋混凝土柱整体使用ECC显得不经济。

纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer/Plastic，简称FRP)是由纤维材料与基体材料按一定的比例混合并经一定工艺复合形成的高性能材料。FRP筋具有强度高、密度低和耐腐蚀等优点，FRP筋混凝土构件具有抗弯承载力高、耐久性好以及震后变形恢复能力强等优点。然而，FRP筋弹性模量低、延性差等缺点制约了其在混凝土结构中的运用。

发明内容

本发明的目的是，针对FRP筋-钢筋复合增强混凝土构件混凝土裂缝控制能力差及由此导致的FRP筋压弯承载力稳定性差的特点，本发明提供一种FRP筋-钢筋复合增强ECC/混凝土组合柱。

本发明实现的技术方案如下，一种FRP筋-钢筋复合增强ECC/混凝土组合柱，所述组合柱包括ECC层、普通混凝土层、箍筋、钢筋和FRP筋；所述ECC层位于柱底易受破坏的柱底塑性铰区，所述普通混凝土层浇注在ECC层上；所述FRP筋与钢筋复合使用，FRP筋置于构件中易受腐蚀的边角，钢筋置于FRP筋之间。

所述ECC是一种高韧性纤维增强水泥基复合材料，由水、水泥、石英砂、高效减水剂、一级粉煤灰和PVA纤维组成；所述一级粉煤灰的含量占复合材料总质量的80％；PVA纤维的体积掺量为2％。

所述ECC用于柱底部的塑性铰区域，为弯矩最大、容易破坏处。

所述ECC层由ECC复合材料浇筑而成；所述ECC层浇筑时不需要振捣。

所述普通混凝土层由普通的混凝土浇筑而成。

本发明的有益效果在于，本发明将ECC替代柱塑性铰区混凝土，充分发挥ECC损伤容限能力强及裂缝控制能力强的优点，确保构件具有良好的抗震性能；本发明是通过运用ECC材料充分利用其细微裂缝能力，同时将FRP筋-钢筋复合使用减少因FRP弹性模量低、延性差导致构件的挠度大延性差的影响，形成一种新的FRP筋-钢筋复合增强ECC/混凝土组合柱。

附图说明

图1为本发明专利组合柱的结构示意图；

图2为a-a截面FRP筋和钢筋复合使用的示意图；

图3为b-b截面FRP筋和钢筋复合使用的示意图；

图4为1-1截面在偏压状态下的受力分析图；

图5为2-2截面在偏压状态下的受力分析图；

图6为ECC受拉时应力应变曲线及裂缝宽度发展图；

图中，a-a截面为混凝土截面；b-b截面为ECC截面；3为普通混凝土；4为FRP筋和钢筋；5为箍筋；6为ECC层；7为FRP筋；8为钢筋。

具体实施方式

本实施例混凝土组合柱的结构如图1所示。

本实施例为了充分利用ECC的裂缝控制能力，需要保证的是柱的破坏截面发生在ECC层，其细密裂缝开展机制能够避免腐蚀环境下FRP筋承载力退化及钢筋锈蚀从而达到较好的耐久性。图6所示为ECC受拉时应力应变曲线及裂缝宽度发展。

由于ECC的成本约为混凝土的四倍，为了进一步达到绿色经济的目的，在控制ECC的厚度l_e的同时不影响发挥其性能，将对ECC层厚度l_e大小进行讨论，分析在固定轴力N下分析柱所能承受的最大弯矩M，分析如下：

F(l-l_c)＝M₁ Fl＝M₂