[发明专利]设置缓冲垫层的纵横双向CFRP约束钢管混凝土柱及其建造方法

说明书

本发明公开了一种设置缓冲垫层的纵横双向CFRP约束钢管混凝土柱及其建造方法，包括包括钢管混凝土柱(1)，钢管混凝土柱(1)外周固定有缓冲垫层(2)，缓冲垫层(2)外固定有若干层CFRP布，所述CFRP包括内侧的纵向CFRP布(3)和外侧的横向CFRP布(4)。本发明的钢管混凝土和碳纤维层之间通过泡沫缓冲垫层进行可靠传力，增大塑性铰区的工作范围，延缓碳纤维参与工作的时间，充分发挥钢管与核心混凝土的相互作用；纵向纤维的加入，提高了碳纤维的整体约束效果，防止碳纤维过早出现层间破坏，构件受力明确，构造简单，施工方便。

技术领域

本发明属于土木工程领域，尤其涉及一种设置缓冲垫层的纵横双向CFRP约束钢管混凝土柱及其建造方法。

背景技术

钢管混凝土是将混凝土内填进钢管的一种组合结构形式，它充分考虑了混凝土与钢材的相互作用效应，具有承载力高，延性好，抗震性能优异，便于施工等优点，在一百多年前就被应用于土木工程中。CFRP约束钢管混凝土考虑在构件的危险区域施加有效约束，限制钢管变形进而改善钢管的力学性能。采用纤维增强复合材料尤其是碳纤维材料(CFRP)不仅可以延缓或限制钢管的局部屈曲，还能够与钢管一同增强对核心混凝土的约束能力，改善构件的受力性能。

现有的CFRP约束钢管混凝土柱在荷载作用下，碳纤维环向应力在加载过程中一直存在，且随加载位移的增加而持续增大。钢管的钢材屈服部位除了在塑性铰区域有分布之外，还分布在塑性铰区的上部区域，随应力的不断发展，在塑性铰约束区和非约束区的交界位置形成局部屈曲。在加载过程中，碳纤维环向应力持续增大，会导致单层的碳纤维过早发生层间破坏，无法充分发挥其约束效果。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种设置缓冲垫层的纵横双向CFRP约束钢管混凝土柱和方法。本发明的钢管混凝土和碳纤维层之间通过泡沫缓冲垫层进行可靠传力，增大塑性铰区的工作范围，延缓碳纤维参与工作的时间，充分发挥钢管与核心混凝土的相互作用；纵向纤维的加入，提高了碳纤维的整体约束效果，防止碳纤维过早出现层间破坏，构件受力明确，构造简单，施工方便。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种设置缓冲垫层的纵横双向CFRP约束钢管混凝土柱，包括钢管混凝土柱(1)，钢管混凝土柱(1)外周固定有缓冲垫层(2)，缓冲垫层(2)外固定有若干层CFRP布，所述CFRP包括内侧的纵向CFRP布(3)和外侧的横向CFRP布(4)。

进一步的改进，CFRP的套箍指标由下式确定：

式中：σ_t—CFRP抗拉强度；

σ_c—核心混凝土抗压强度；

σ₀—非约束混凝土抗压强度；

D—核心混凝土横截面直径；

r—核心混凝土横截面半径；

K—侧向约束系数；

k—CFRP横向抗拉强度发挥系数；

A_t—CFRP横截面积；

A_c—核心混凝土横截面积；

ξ_t—CFRP的套箍指标；

n—横向CFRP布层数，n在0-4之间；

t—各层CFRP布厚度；

在受力过程中，CFRP的环向约束力主要由横向纤维布提供，纵向纤维布主要起到联结纤维丝，避免使纤维丝发生单丝破坏的作用，故纵向的碳纤维在环向不会参与约束受力。