本實用新型涉及一種公路交通領(lǐng)域橋梁結(jié)構(gòu)的承重圓柱構(gòu)件，特別涉及一種纖維增強復合材料與鋼材復合的組合結(jié)構(gòu)圓柱。

背景技術(shù)：

目前，現(xiàn)有的鋼管混凝土圓柱因為承載力高、塑性及韌性好、節(jié)約空間等優(yōu)異性能被應(yīng)用于各種橋梁墩柱，主要使用方法是將鋼管作為模具，內(nèi)澆灌混凝土整體養(yǎng)護成柱，使圓鋼管與核心混凝土協(xié)同受力。但在實際工程使用中發(fā)現(xiàn)普通的鋼管混凝土柱在施工中存在鋼管內(nèi)混凝土填充不密實以及澆筑后的混凝土易與鋼管脫空等問題，影響鋼管混凝土圓柱的整體受力。此外，鋼管長期暴露在酸雨、海水等腐蝕性介質(zhì)中容易銹蝕，導致鋼管混凝土圓柱的承載力顯著降低。

當前已出現(xiàn)用纖維增強復合材料制作的筒代替鋼管，如玻璃纖維塑料筒代替鋼管做成的混凝土柱，但纖維增強復合筒造價高，延性差，纖維增強復合材料制作的筒代替鋼管做成的混凝土圓柱還存在塑性不足的問題，影響柱的抗震效果。

因此，急需開發(fā)出一種新型的復合材料組合結(jié)構(gòu)的圓柱，提高核心混凝土與鋼管內(nèi)壁的粘結(jié)性，進一步增大圓柱的承載力和延性，并同時能提高圓柱的耐腐蝕性，滿足公路交通領(lǐng)域橋梁工程的需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述傳統(tǒng)的鋼管混凝土圓柱和纖維增強復合材料管混凝土圓柱存在的缺陷，提供一種耐腐蝕性強、承載力高、延性良好的圓柱。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的而采用的技術(shù)解決方案是這樣的：

首先，鋼管放置在平整的模板上，采用密封膠沿著鋼管底部一周涂抹均勻防止?jié)仓r鋼管底部漏漿。然后對鋼管進行纖維復合材料制成的纖維布的纏繞，纏繞前對纖維布進行裁剪使纖維布寬度和圓柱的高度相同，由于鋼管直徑為d，對于兩層的纖維布，需要的長度為(0.15+2πd)米。同理，三層的試件，需要纖維布的長度為(0.15+3πd)米。然后將環(huán)氧樹脂在纖維布上涂抹均勻，逐層擠壓纏繞。在纏繞完纖維布后，用具有0.2mm厚的塑料薄膜沿鋼管中部環(huán)向纏繞一周，待環(huán)氧樹脂膠凝固以后，再將薄膜撕下，保證表面平整，在端部用環(huán)氧樹脂膠進行密封。最后，試件纏繞完灌注自應(yīng)力混凝土，搗實后鋼管一端用濕砂蓋住鋼管的端頭，防止混凝土在凝結(jié)硬化時水分散失。

所述的鋼管是厚度為2～5mm的焊接鋼管或無縫鋼管，外徑為100～500mm，高度為0.5～10.0m；對鋼管內(nèi)表面進行輕度除銹，對外表面進行深度除銹，干凈平整，鋼管兩端切削平整。

所述的自應(yīng)力混凝土是用鋁酸鹽自應(yīng)力水泥與普通砂、石材料按一定比例配置制作而成的混凝土，產(chǎn)生的自應(yīng)力為1～10MPa，強度等級C30～C80。

所述的纖維增強復合材料是玻璃纖維增強復合材料、玄武巖纖維增強復合材料或碳纖維復合材料制成的纖維布，厚度為0.15～0.20mm，寬度為0.5～6m，寬度不足搭接時，搭接寬度大于20cm，擠壓纏繞2～3層。

所述的環(huán)氧樹脂采用日本進口的纖維布結(jié)構(gòu)加固專用膠，分為A組分和B組分，使用時，須將兩種組分按2∶1的比例混合均勻。

一種纖維增強復合材料纏繞的鋼管自應(yīng)力混凝土圓柱的承載力計算公式：

$N_u=A_c{f_c}^{\′}(1+2{\mathrm{\ξ}}_s+6\frac{{\mathrm{\σ}}_{ss}}{{f_c}^{\′}}+2{\mathrm{\ξ}}_f)$

A_f是纖維布的截面面積，A_f＝πdt_f，d是圓鋼管內(nèi)徑，t_f是纖維布纏繞的厚度；

A_c是混凝土的截面面積，A_s＝πdt_s，t_s是鋼管壁厚；

f_f是纖維布的極限抗拉強度，f′_c是圓柱體試件混凝土軸心抗壓強度，f_y是鋼管屈服強度，σ_ss是纖維布產(chǎn)生的初始應(yīng)力，由自應(yīng)力混凝土膨脹受約束產(chǎn)生自應(yīng)力為1～10MPa。

本實用新型與現(xiàn)有鋼管混凝土圓柱或纖維復合材料管混凝土圓柱相比，具有以下有益效果：

1、本實用新型為一種纖維增強復合材料纏繞鋼管外表面形成的一種組合套管，這種組合套管相比普通的鋼管耐腐蝕性強，對填充混凝土的約束性更高，無需占用額外的空間，施工方便。

2、本實用新型采用自應(yīng)力混凝土澆筑填充纖維增強復合材料布纏繞鋼管形成的組合套管，提高了混凝土與鋼管的粘結(jié)性，并對組合套管施加了預應(yīng)力，提高了構(gòu)件的整體受力性能，相比原有的一般鋼管混凝土圓柱有更高的承載力，比纖維復合材料管混凝土圓柱有更好的延性。

3、本實用新型給出了該組合套管填充自應(yīng)力混凝土下所制備的圓柱其軸心抗壓承載力計算公式，對本實用新型的設(shè)計使用具有指導意義。

附圖說明

圖1為一種纖維增強復合材料纏繞的鋼管自應(yīng)力混凝土圓柱的構(gòu)件示意圖。

圖2為圖1的俯視圖。

圖中1-自應(yīng)力混凝土；2-鋼管；3-纖維增強復合材料層。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例1，對本實用新型進行闡述。

試件鋼管混凝土柱截面直徑為165mm，柱高為500mm；自應(yīng)力混凝土采用C30強度等級，纖維增強復合材料采用玄武巖纖維布。如圖1所示，本實施例的一種纖維增強復合材料纏繞的鋼管自應(yīng)力混凝土圓柱，包括鋼管、自應(yīng)力混凝土、玄武巖纖維布和環(huán)氧樹脂。

所述厚度為2mm的焊接鋼管或無縫鋼管，外徑為165mm，高度為0.5m，屈服強度275MPa、彈性模量201.03GPa，鋼管內(nèi)表面進行輕度除銹，外表面深度除銹，干凈平整，鋼管兩端切削平整。

所述自應(yīng)力混凝土為用鋁酸鹽自應(yīng)力水泥與普通砂、石材料按一定比例配置而成制作而成的混凝土，強度等級為C30，對纖維布產(chǎn)生的初始應(yīng)力σ_ss＝3MPa。

所述纖維增強復合材料為纖維布采用玄武巖纖維布，抗拉強度1526MPa、彈性模量71.35GPa、單層理論厚度為0.167mm、寬度為500mm。

所述環(huán)氧樹脂采用進口的纖維布結(jié)構(gòu)加固專用膠，分為A組分和B組分，使用時，須將兩種組分按2∶1的比例混合均勻。

首先，鋼管放置在平整的模板上，用密封膠沿著鋼管底部一周涂抹均勻防止?jié)仓r鋼管底部漏漿，對玄武巖纖維布進行裁剪，由于鋼管直徑為0.165米，周長為0.518米，對于纏繞兩層玄武巖纖維布的試件，玄武巖纖維布裁剪的長度為1.2米。然后將環(huán)氧樹脂在玄武巖纖維布上涂抹均勻，一層一層擠壓纏繞。在纏繞完纖維布后，用具有0.2mm厚的塑料薄膜沿鋼管中部環(huán)向纏繞一周，待環(huán)氧樹脂膠凝固以后，再將薄膜撕下，保證表面平整。接著澆筑自應(yīng)力混凝土，搗實后鋼管一端用濕砂蓋住鋼管的端頭，防止混凝土在凝結(jié)硬化時水分散失。

按推薦的公式，最后計算圓柱的軸心抗壓承載力為1787kN，組合套管自應(yīng)力混凝土圓柱比澆筑普通混凝土圓柱的承載力高出366kN。

下面結(jié)合具體實施例2，對本實用新型進行闡述。

試件鋼管混凝土柱截面直徑為165mm，柱高為500mm；自應(yīng)力混凝土采用C30強度等級，纖維增強復合材料采用碳纖維布。如圖1所示，本實施例的一種纖維增強復合材料纏繞的鋼管自應(yīng)力混凝土圓柱，包括鋼管、自應(yīng)力混凝土、碳纖維布和環(huán)氧樹脂。

所述厚度為2mm的焊接鋼管或無縫鋼管，外徑為165mm，高度為0.5m，屈服強度275MPa、彈性模量201.03GPa，鋼管內(nèi)表面進行輕度除銹，外表面深度除銹，干凈平整，鋼管兩端切削平整。

所述自應(yīng)力混凝土為用鋁酸鹽自應(yīng)力水泥與普通砂、石材料按一定比例配置而成制作而成的混凝土，強度等級為C30，纖維布產(chǎn)生初始應(yīng)力σ_ss＝3MPa。

所述纖維增強復合材料為纖維布為碳纖維布，抗拉強度2878MPa、彈性模量244.32GPa、單層理論厚度為0.167mm、寬度為500mm。

所述環(huán)氧樹脂采用日本進口的纖維布結(jié)構(gòu)加固專用膠，分為A組分和B組分，使用時，須將兩種組分按2∶1的比例混合均勻。

首先，鋼管放置在平整的模板上，用密封膠沿著鋼管底部一周涂抹均勻防止?jié)仓r鋼管底部漏漿，對碳纖維布進行裁剪，對于纏繞兩層玄武巖纖維布的試件，碳纖維布裁剪的長度為1.2m。然后將環(huán)氧樹脂在碳纖維布上涂抹均勻，一層一層擠壓纏繞。在纏繞完纖維布后，用具有0.2mm厚度的塑料薄膜沿鋼管中部環(huán)向纏繞一周，待環(huán)氧樹脂膠凝固以后，再將薄膜撕下，保證表面平整。接著澆筑自應(yīng)力混凝土，搗實后鋼管一端用濕砂蓋住鋼管的端頭，防止混凝土在凝結(jié)硬化時水分散失。

按推薦的公式，計算圓柱的軸心抗壓承載力為2315kN，組合套管自應(yīng)力混凝土圓柱比澆筑普通混凝土圓柱承載力高出366kN。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可以根據(jù)以上描述的技術(shù)方案和構(gòu)思，對本實用新型進行修改或等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當中。