[发明专利]FRP管型材海砂速凝混凝土圆形组合柱

说明书

本发明涉及一种FRP管型材海砂速凝混凝土圆形组合柱，由外层的FRP管，内部的FRP拉挤型材和其间的海砂速凝混凝土组成。FRP管为混凝土提供环向约束，使混凝土处于三向受压状态，提高了柱的承载力和延性；FRP拉挤型材提供轴压、弯曲抗力，降低混凝土的收缩变形，防止组合柱的屈曲，提高了组合柱的弯曲刚度和整体稳定性。此外，由于FRP良好的耐腐蚀能力和耐久性，该组合柱可采用由海水、海砂或珊瑚砂、珊瑚石等海洋材料与水泥、速凝剂拌合而成的混凝土，极大地提高了海洋资源的利用率，特别是对于远洋岛礁工程，该组合柱能满足就地取材、快速施工、耐久性好的要求。

技术领域

本发明涉及建筑技术领域，具体是指一种FRP管型材海砂速凝混凝土圆形组合柱。

背景技术

我国幅员辽阔，有着漫长的海岸线，在广阔的海洋中，有着丰富的海洋资源。如在土木建筑行业，可利用的海水、海砂和珊瑚礁石体量巨大，且海运成本比陆运成本更低。但由于海水中含有大量的氯离子可导致钢筋锈蚀，严重影响混凝土的结构承载力与耐久性。尽管工程界提出了海砂淡化法、添加阻锈剂法、钢筋处理等防锈蚀措施，但由于技术和成本问题，这些方法的使用仍受限制。特别是对于缺少物资、机械的远洋岛礁工程，过于复杂的处理工序和昂贵的成本并不现实。

为了从根本上解决钢筋锈蚀问题，材料替换是一个有效的方法。纤维增强复合材料(FRP)作为一种高性能新型结构材料，具有轻质高强、耐腐蚀性和很强的可设计性，将其制作成布、板、筋、栅格、管等多种形式与混凝土组合，既能适应恶劣的海洋环境，还能就地取材，使用未经处理的海水、海砂、珊瑚石，大大降低原材料的运输量，是适宜岛礁开发的一种方式。

FRP管对混凝土有较好的约束性，使混凝土处于三向受力状态，能大幅提高承载能力、延性以及抗震性能。已有研究成果中FRP管中多采用普通混凝土，而对全珊瑚海水混凝土的研究表明，全珊瑚海水混凝土的劈裂抗拉强度、抗折强度均大于相同立方体抗压强度等级的普通混凝土和普通轻集料混凝土，而轴心抗压强度则介于普通混凝土和普通轻集料混凝土之间；此外，全珊瑚海水混凝土的静弹性模量略低于普通混凝土，但高于普通轻集料混凝土；全珊瑚混凝土的泊松比为0.25～0.28。而对于海砂混凝土，已有研究表明经过简单物理筛选处理的海砂混凝土相对于河砂混凝土，其力学性能并未有明显的差异，且海砂与粉煤灰、矿渣等混凝土掺加剂有一定的相容性。而对于海洋岛礁工程，其建造要求轻质、快速和耐腐蚀，且岛礁工程通常建筑高度不大，承载力并不要求非常高强。鉴于此，完全就地取材的珊瑚石、海砂(或珊瑚砂)可作为混凝土中的粗细骨料，由此浇筑而成的海砂混凝土在FRP管的约束下，能达到承载力要求。此外，在配制海砂混凝土时，掺加一定量的速凝剂，能大大缩短海砂混凝土的凝结硬化时间，满足海洋环境施工速度要求。

在FRP管中嵌入FRP型材，可显著提高构件的抗压、抗弯和稳定性能，当前的研究中FRP型材多采用十字形、工字形和H形，型材并没有与FRP管相连接，在浇筑混凝土前还需要进行型材的定位，当FRP管和型材连接时，截面被分成几部分，可以减小混凝土的早期收缩，使约束效果更好。

发明内容

本发明的目的是设计一种FRP管型材海砂速凝混凝土圆形组合柱，以解决远洋岛礁工程中取材不便、施工困难、耐久性差以及承载力不足的问题。

为实现上述目的，本发明提供的FRP管型材海砂速凝混凝土圆形组合柱，其特征在于：由外层的FRP管，内部的FRP拉挤型材和其间的海砂速凝混凝土组成；所述FRP管为圆形FRP缠绕管；所述FRP管中布置有占外层FRP管外表面积20％-30％的纵向纤维；所述FRP拉挤型材采用十字形拉挤型材，所述十字拉挤型材沿FRP管横截面布置且十字拉挤型材的四个端点与FRP管内壁连接；所述FRP管与FRP拉挤型材采用工厂预制且拼装在一起，共同构成海砂混凝土的浇筑模板；所述海砂速凝混凝土填充于浇筑模板内的空隙中。

作为优选方案，所述FRP管和FRP拉挤型材为单一GFRP、CFRP、AFRP或混杂纤维复合材料中任一种，且纤维体积含量不小于50％。