本發(fā)明涉及建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱、及其組合柱與制造方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)前的城市建筑施工建設(shè)面臨的主要挑戰(zhàn)之一就是在保證建筑結(jié)構(gòu)整體安全和耐久以外，還需要盡可能減少在施工過程中所花費(fèi)的時(shí)間，減少對(duì)周圍環(huán)境的干擾，降低其施工成本以及由于施工所產(chǎn)生的噪音，粉塵等。于是快速裝配式組合柱，如纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(fiberreinforcedpolymer，frp)管-鋼管-混凝土組合柱正是基于此類大背景下所產(chǎn)生的。應(yīng)用快速裝配式組合柱可以為城市的發(fā)展，高速，安全，耐久提供更好的建筑解決方案。

此外，在市中心等地如果臨時(shí)采取混凝土澆筑成混凝土柱會(huì)受到溫度、風(fēng)速、時(shí)間、噪音的各個(gè)方面的制約，如有采取事前在工廠中進(jìn)行構(gòu)件預(yù)制，現(xiàn)場工作時(shí)采取快速裝配方式來進(jìn)行安裝，不僅方便快捷，還會(huì)產(chǎn)生更好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

基于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管-鋼管-混凝土組合柱的優(yōu)勢，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料約束混凝土得到了廣泛的研究，其特點(diǎn)在于力-位移曲線成雙線性，即截面屈服之后承載力繼續(xù)上升，因此這種柱截面具有更為優(yōu)越的承載能力。

傳統(tǒng)的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管-鋼管-混凝土組合柱的截面形式為內(nèi)部圓鋼管、外部纏繞纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料與圓鋼管之間的夾層灌入混凝土。這種柱截面盡管在承載力和延性方面都得到了很大的改善，但是在實(shí)際工程施工中，不利于梁柱節(jié)點(diǎn)連接，施工困難較大。如何改善纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、鋼管、混凝土組合的新型柱的結(jié)構(gòu)，成為建筑領(lǐng)域亟待解決的一個(gè)重要課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明一方面提供一種纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱，包括：纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管，位于所述纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱的最外側(cè)，所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管在所述纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱的縱向方向上延伸并限定所述纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱的外周邊；鋼管，位于所述纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱的內(nèi)部并且在所述纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱的縱向方向上貫穿所述纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱；混凝土，填充于所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管與所述鋼管之間；其中：在所述縱向方向上，所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管的長度小于所述鋼管的長度；并且所述鋼管的兩端的截面尺寸設(shè)置為使得截面尺寸較小的一端能夠嵌入連接至截面尺寸較大的一端內(nèi)。

進(jìn)一步地，在所述纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱的端部處，所述混凝土與所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管的端部齊平而形成所述纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱的端表面，并且所述鋼管的至少一端突出于所述纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱的一端的端表面。

進(jìn)一步地，所述鋼管的截面尺寸較小的一端突出于所述端表面。

進(jìn)一步地，所述鋼管的截面尺寸較大的一端突出于所述纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱的另一端的端表面。

本發(fā)明又一方面提供一種纖維增強(qiáng)鋼管混凝土組合柱，包括前面所述的纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱，其中：所述纖維增強(qiáng)鋼管混凝土組合柱通過至少兩個(gè)所述纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱在所述縱向方向上連接而成。

進(jìn)一步地，第一段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱的所述鋼管的截面尺寸較小的一端與第二段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱的所述鋼管的截面尺寸較大的一端是嵌入式連接。

進(jìn)一步地，在所述纖維增強(qiáng)鋼管混凝土組合柱的端部處，所述纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱的所述鋼管與所述纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱的端表面齊平。

進(jìn)一步地，所述纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱的所述鋼管之間的連接處纏繞有纖維增強(qiáng)復(fù)合材料布并且周圍填充有混凝土。

本發(fā)明再一方面提供纖維增強(qiáng)鋼管混凝土組合柱的現(xiàn)場制造方法，其特征在于，包括如下步驟：將所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管套在鋼管外，使得所述鋼管的長度延伸出所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管的端部外；在所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管和所述鋼管之間填充混凝土，組裝完成第一段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱；將第二段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱的鋼管設(shè)置在所述第一段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱的鋼管上，使第一段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱的鋼管的截面尺寸較小的一端與第二段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱的鋼管的截面尺寸較大的一端進(jìn)行嵌入式連接；將所述第二段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管套在所述第二段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱的鋼管外；在所述第二段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管和鋼管之間填充混凝土，組裝完成所述第二段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱。

本發(fā)明再一方面提供纖維增強(qiáng)鋼管混凝土組合柱的制造方法，其特征在于，其特征在于，包括如下步驟：將所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管套在鋼管外，使得所述鋼管的長度延伸出所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管的端部外；在所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管和所述鋼管之間填充混凝土，組裝完成一段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱；重復(fù)上述步驟制造出多段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱；將第二段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱的鋼管設(shè)置在第一段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱的鋼管上，使第一段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱的鋼管的截面尺寸較小的一端與第二段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱的鋼管的截面尺寸較大的一端進(jìn)行嵌入式連接；在所述第一段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱和第二段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱的鋼管連接處纏繞纖維增強(qiáng)復(fù)合材料布并且填充混凝土。

纖維增強(qiáng)鋼管混凝土組合柱通常需要設(shè)置多個(gè)柱段。本發(fā)明一方面的有益效果在于，使得纖維增強(qiáng)鋼管混凝土組合柱在多段連接時(shí)的連接方式變得簡單可靠。

由于僅僅通過鋼管進(jìn)行連接處的連接，本發(fā)明另一方面的有益效果在于，每段柱的鋼管和纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管的幾何中心可重合設(shè)置，可保證整體結(jié)構(gòu)對(duì)稱、性能穩(wěn)定，且方便快速地應(yīng)用工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、計(jì)算。

本發(fā)明的又一方面的有益效果在于，利用環(huán)境友好型混凝土，如再生混凝土，將建筑廢棄商品混凝土回收再利用，經(jīng)過適當(dāng)?shù)募庸ぬ幚砗筮\(yùn)用到纖維增強(qiáng)鋼管混凝土組合柱中，在能降低廢棄商品混凝土對(duì)自然環(huán)境的影響的同時(shí)，又能很好地保護(hù)天然資源，這樣對(duì)于建筑垃圾的處理、社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展以及居住環(huán)境的改善都具有非常重要的意義。同時(shí)也降低了成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

本發(fā)明的再一方面的有益效果在于，提供一種便捷的纖維增強(qiáng)鋼管混凝土組合柱的制造方法，其可實(shí)施性強(qiáng)，能縮短工時(shí)并且運(yùn)用了新型可發(fā)展再生能源來節(jié)約成本并能獲得較高性能的構(gòu)件，為未來建筑行業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展提供了新的途徑。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱的橫截面示意圖。

圖2是本發(fā)明的纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱的在縱向方向上的截面示意圖。

圖3是本發(fā)明的纖維增強(qiáng)鋼管混凝土組合柱的在縱向方向上的截面示意圖。

在所附圖中，以相同參考標(biāo)號(hào)表示等同或相似的構(gòu)件。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，但并不將本發(fā)明局限于這些具體實(shí)施方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明涵蓋了權(quán)利要求書范圍內(nèi)所可能包括的所有備選方案、改進(jìn)方案和等效方案。

參考圖1和圖2，示出了整體以參考標(biāo)號(hào)10表示的一段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱。

纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱

纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10包括纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管1，位于纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10的最外側(cè)，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管1在纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10的縱向方向上延伸并限定纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10的外周邊；鋼管3，位于纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10的內(nèi)部并且在纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10的縱向方向上貫穿纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10；混凝土2，填充于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管1與鋼管3之間。

在縱向方向上，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管1的長度小于鋼管3的長度。在實(shí)施例中，在纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10的端部處，混凝土2與所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管1的端部齊平而形成纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10的端表面11和12。其中，鋼管3的上端21突出于纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10的上端表面11。鋼管3的下端22與纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10的下端表面12齊平。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，鋼管3的下端22也可突出于纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10的下端表面12。在特定位置處(如在纖維增強(qiáng)鋼管混凝土組合柱的端部處)，鋼管3的端部可與纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10的端表面齊平。

并且鋼管3的兩端的截面尺寸設(shè)置為使得截面尺寸較小的一端能夠嵌入截面尺寸較大的一端內(nèi)。如，鋼管3一端的截面尺寸小于鋼管3的另一端的截面尺寸。鋼管3為在縱向方向上開口一端大而另一端小的形狀。從而在纖維增強(qiáng)鋼管混凝土組合柱的連接中，開口小的一端截面尺寸較小，適于與開口大的一端(截面尺寸較大)進(jìn)行嵌入式連接。

盡管圖1中示出的纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管1和鋼管3的橫截面為圓形。然而，本發(fā)明不限于此，本發(fā)明可以采用任何合適的橫截面形狀而實(shí)現(xiàn)，如方形、橢圓形、多邊形以及不規(guī)則的其他形狀等。

本發(fā)明的混凝土2優(yōu)選為環(huán)境友好型混凝土，如再生混凝土、再生骨料混凝土、建筑垃圾混凝土。然而，本發(fā)明不限于此，高強(qiáng)混凝土等其他類型的混凝土也適用于本發(fā)明。

本發(fā)明的鋼管3優(yōu)選為由熱軋鋼板彎曲、焊接而成的管件。然而，本發(fā)明不限于此。

纖維增強(qiáng)鋼管混凝土組合柱

參考圖3，其整體示出了纖維增強(qiáng)鋼管混凝土組合柱。

纖維增強(qiáng)鋼管混凝土組合柱包括至少兩個(gè)纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10。該至少兩個(gè)纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10在縱向方向上連接而成纖維增強(qiáng)鋼管混凝土組合柱。

其中，第一段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10的鋼管3的截面尺寸較小的一端21與第二段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10的鋼管3的截面尺寸較大的一端22是嵌入式連接。

更具體地說，多段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10在縱向方向上相互疊加設(shè)置，從而多個(gè)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管1在縱向方向上相互疊加，使得纖維增強(qiáng)鋼管混凝土組合柱在縱向方向上延伸。優(yōu)選的，纖維增強(qiáng)鋼管混凝土組合柱的最上端和最下端處的鋼管3與纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10的端表面齊平。

在兩段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10的鋼管3的連接處可纏繞纖維增強(qiáng)復(fù)合材料布，并且周圍有混凝土2填充。

下面，具體描述第一段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10與第二段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱20之間的連接關(guān)系。

如圖3所示，第一段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10的鋼管3的上端21為截面尺寸較小的一端，第二段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱20的鋼管3的下端22為截面尺寸較大的一端。組裝時(shí)，第一段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10的鋼管3的上端21嵌入連接至第二段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱20的鋼管3的下端22內(nèi)。同時(shí)，第一段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10的上端表面11與第二段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱20的下端表面12相互抵靠?？商娲厥?，在兩段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10的鋼管3的連接處可纏繞纖維增強(qiáng)復(fù)合材料布，并且周圍有混凝土2填充。

此外，盡管本發(fā)明的具體實(shí)施方式示出的纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10沒有配置其他增強(qiáng)物。然而，本發(fā)明不限于此，可以根據(jù)混凝土柱尺寸以及承受的荷載決定是否配加鋼筋。

優(yōu)選的，各段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10的鋼管3和纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管1的幾何中心重合。這樣組合柱的整體結(jié)構(gòu)對(duì)稱、性能穩(wěn)定，且方便快速地應(yīng)用工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、計(jì)算。

纖維增強(qiáng)鋼管混凝土組合柱的制造方法

本發(fā)明的纖維增強(qiáng)鋼管混凝土組合柱可在施工現(xiàn)場制造，也可在工廠預(yù)制成纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱，然后在現(xiàn)場組裝而成。

下面首先描述本發(fā)明的纖維增強(qiáng)鋼管混凝土組合柱在施工現(xiàn)場的制造方法。

s1：準(zhǔn)備鋼管3和纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管1；

s2：將纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管1套設(shè)在鋼管3之外，并使得鋼管3的長度延伸出纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管1的端部外；

s3：在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管1和鋼管3之間填充混凝土2，組裝完成第一段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10；

s4：將第二段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10的鋼管3設(shè)置在第一段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10的鋼管3上，使第一段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10的鋼管3的截面尺寸較小的一端21與第二段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10的鋼管3的截面尺寸較大的一端22進(jìn)行嵌入式連接；

s5：將第二段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管1套在所述第二段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10的鋼管3外；

s6：在第二段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管1和鋼管3之間填充混凝土2，組裝完成第二段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10。

重復(fù)上述步驟直至完成所需要的纖維增強(qiáng)鋼管混凝土組合柱。

本發(fā)明的纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱及組合柱具有的優(yōu)點(diǎn)在于，位于中心的鋼管提供柱整體支撐，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料外管保證結(jié)構(gòu)的整體性，并承擔(dān)部分剪力作用；內(nèi)側(cè)空心鋼管可選用開口上小下大的鋼管，以便不同柱段的鋼管之間進(jìn)行固定，可快速安裝。

下面進(jìn)一步描述，本發(fā)明的纖維增強(qiáng)鋼管混凝土組合柱在工廠預(yù)制纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱，并在現(xiàn)場組裝成纖維增強(qiáng)鋼管混凝土組合柱的方法。

s1：準(zhǔn)備鋼管3和纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管1；

s2：將纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管1套設(shè)在鋼管3之外，并使得鋼管3的長度延伸出纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管1的端部外；

s3：在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管1和鋼管3之間填充混凝土2，組裝完成第一段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10；

s4：重復(fù)上述步驟制造出多段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10；

s5：將第二段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10的鋼管3設(shè)置在第一段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10的鋼管3上，使第一段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10的鋼管3的截面尺寸較小的一端21與第二段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10的鋼管3的截面尺寸較大的一端22進(jìn)行嵌入式連接；

s6：在第一段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10和第二段纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱10的鋼管3連接處纏繞纖維增強(qiáng)復(fù)合材料布并且填充混凝土。

重復(fù)上述步驟直至完成所需要的纖維增強(qiáng)鋼管混凝土組合柱。

制造過程中，每灌入150mm混凝土后，振搗30秒，完成所需要的纖維增強(qiáng)鋼管混凝土組合柱之后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

由于該纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱可以提前在工廠預(yù)制，該纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱相比較傳統(tǒng)混凝土柱具有更好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，而且便于安裝，能適應(yīng)突發(fā)情況搭建。本發(fā)明的纖維增強(qiáng)鋼管混凝土柱具備良好的延性、極限承載能力以及耐腐蝕性，且能大大減少工期，能夠促進(jìn)frp材料加固砼柱在土木工程中的應(yīng)用。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明描述的方法的步驟僅僅是示例性的描述，對(duì)其先后進(jìn)行的時(shí)間順序沒有特殊的要求，除非其本身有必然的先后順序關(guān)系。

如上所示，本發(fā)明雖然已參照有限的實(shí)施例和附圖進(jìn)行了說明，但在本發(fā)明所屬領(lǐng)域中具備通常知識(shí)的人均可以從此記載中進(jìn)行各種修改和變形。由此，其他實(shí)施例及權(quán)利要求書與等同物均屬于權(quán)利要求的保護(hù)范圍。