鋼-frp-環(huán)境友好型混凝土組合柱及其建造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及建筑結構技術領域，尤其是涉及一種鋼-FRP-環(huán)境友好型混凝土組合柱及其建造方法。
【背景技術】
[0002]隨著建筑高度和橋梁跨度的不斷增加，組合柱受到了工程領域的廣泛關注。目前，框架結構、超高層建筑和大跨橋梁的主要構件有鋼筋混凝土柱、鋼管混凝土柱、復合鋼管混凝凝土柱等柱截面形式，這些組合柱均在結構中發(fā)揮著各自的優(yōu)勢，但不乏存在改進的地方。
[0003]例如鋼筋混凝土柱存在工期長、難度大、效率低的缺點，而且普通鋼筋混凝土柱也難以滿足高軸壓比情況下的承載力要求。為此，工程上出現(xiàn)了鋼管混凝土柱，且鋼管混凝土柱逐步成為超高層、大跨結構體的重要組成構件，它充分利用了其高承載力和良好延性等特點。但在較大軸向位移情況下，鋼管混凝土柱的鋼管易屈服，隨后整個柱截面進入軟化階段，承載力逐漸下降。
[0004]針對鋼管混凝土柱的上述缺點，F(xiàn)RP約束混凝土柱得到了廣泛研宄。FRP約束混凝土柱的特點在于其力-位移曲線呈雙線性，即截面屈服之后承載力繼續(xù)上升，因此這種柱截面具有了更為優(yōu)越的承載能力。
[0005]然而，F(xiàn)RP約束混凝土柱最終破壞模式為脆性，不利于抗震需求。因此，有人提出了將FRP、鋼管、混凝土三種材料組合的新型柱截面，其截面形式為內部圓鋼管、外部纏繞FRP,FRP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，但是在實際工程施工中，不利于梁柱節(jié)點連接，施工困難較大。
[0006]如何改善FRP、鋼管、混凝土組合的新型柱的結構，成為未來建筑領域亟待解決的一個重要課題。
[0007]另外，隨著大量新型結構的建設以及傳統(tǒng)結構的拆除，衍生出大批建筑垃圾，因此如何以降低成本獲得高性能構件也逐步成為了未來可持續(xù)發(fā)展的關鍵。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題。為此，本發(fā)明旨在提供一種鋼-FRP-環(huán)境友好型混凝土組合柱，該鋼-FRP-環(huán)境友好型混凝土組合柱節(jié)點連接容易，降低了工程施工難度，且利用了儲量豐富的環(huán)境友好型混凝土，可緩解傳統(tǒng)資源衰竭危機，經濟效益良好。
[0009]本發(fā)明的另一個目的在于提供一種上述鋼-FRP-環(huán)境友好型混凝土組合柱的建造方法。
[0010]根據(jù)本發(fā)明實施例的鋼-FRP-環(huán)境友好型混凝土組合柱，包括至少一個豎直段，所述豎直段包括:方鋼管，所述方鋼管的橫截面形成為方形；圓FRP管，所述圓FRP管的橫截面形成為圓形，所述圓FRP管設在所述方鋼管內，所述方鋼管和所述圓FRP管之間填充有普通混凝土，所述圓FRP管內填充有環(huán)境友好型混凝土。
[0011]根據(jù)本發(fā)明實施例的鋼-FRP-環(huán)境友好型混凝土組合柱，該組合柱利用了 FRP材料輕質高強、防腐性好的優(yōu)勢，采用了環(huán)境友好型混凝土作為圓FRP管的內填充物，不僅可采用新型可持續(xù)發(fā)展材料來節(jié)約成本，而且保證了組合柱具有高承載力、高延性、重量輕等特點。同時，外部設置的方鋼管增加了組合柱的剛度和延性，提高抗震、抗沖擊能力，利于節(jié)點連接，降低施工難度，從而使鋼-FRP-環(huán)境友好型混凝土組合柱成為低成本的高性能構件，獲得了較高的技術經濟效益，可用于超高層、大跨橋梁等工程結構中。
[0012]具體地，所述豎直段為多個，多個所述方鋼管在豎直方向上疊加設置，多個所述圓FRP管在豎直方向上疊加設置，除去最上方的其余每個豎直段的所述圓FRP管的上端超出相應的所述方鋼管的上端，除去最下方的其余每個所述豎直段的所述方鋼管的下端超出相應的所述圓FRP管的下端。由此，可保證組合柱在多段連接時，每一段豎直段的方鋼管接縫與圓FRP管接縫錯開，為下一段豎直段的圓FRP管纏繞連接和方鋼管的焊接留出一定的施工空間。
[0013]有利地，每個所述豎直段的所述方鋼管和所述圓FRP管的幾何中心重合。由此，可保證整體結構對稱、性能穩(wěn)定，且鋼-FRP-環(huán)境友好型混凝土組合柱的重心位于其幾何中心處，方便了鋼-FRP-環(huán)境友好型混凝土組合柱應用的工程結構的設計、計算。
[0014]可選地，所述方鋼管的相鄰側壁之間設有倒角。由此，便于去除毛刺，提高整體美觀度，而且避免了鋼-FRP-環(huán)境友好型混凝土組合柱在方鋼管的拐角處應力過于集中。另夕卜，在填充普通混凝土時，普通混凝土也較容易注滿方鋼管的拐角處，避免產生空隙。
[0015]更具體地，所述環(huán)境友好型混凝土為再生骨料混凝土或者建筑垃圾混凝土。由此，不僅方便了城市建設，而且有利于解決廢棄物處理、石灰石資源和有效利用能源的問題，減輕了環(huán)境負荷，緩解了傳統(tǒng)資源衰竭的危機，同時，也降低了成本，提高了經濟效益。
[0016]可選地，所述方鋼管為由熱軋鋼板彎曲、焊接而成的管件。由此，方鋼管加工容易、成本不尚。
[0017]根據(jù)本發(fā)明實施例的鋼-FRP-環(huán)境友好型混凝土組合柱的建造方法，包括如下步驟:S1:預制方鋼管和圓FRP管；S2:將所述圓FRP管豎向放置，往所述圓FRP管內填充環(huán)境友好型混凝土 ；S3:將所述方鋼管套在所述圓FRP管外，所述圓FRP管的高度高于所述方鋼管；S4:往所述圓FRP管和所述方鋼管之間填充普通混凝土，組裝完成第一段豎直段；S5:將第二段豎直段的所述圓FRP管豎向設在所述第一段豎直段的所述圓FRP管上，在兩個所述圓FRP管的連接處纏繞FRP布；S6:往所述第二段豎直段的所述圓FRP管內填充環(huán)境友好型混凝土 ；S7:將所述第二段豎直段的所述方鋼管豎向設在所述第一段豎直段的所述方鋼管上，在兩個所述方鋼管的連接處進行焊接；S8:往所述第二段豎直段的所述方鋼管和所述圓FRP管之間填充普通混凝土 ；S9 ;重復步驟S5至S8直到所述組合柱的高度達到設計需求，其中，最后一段豎直段的所述方鋼管的上端與所述圓FRP管的上端平齊。
[0018]根據(jù)本發(fā)明實施例的鋼-FRP-環(huán)境友好型混凝土組合柱的建造方法，可實施性強，且利用了新型可持續(xù)發(fā)展材料來節(jié)約成本，且獲得了高性能構件，為未來建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了一種有效途徑。
[0019]有利地，每段所述豎直段的所述方鋼管和所述圓FRP管的幾何中心重合。
[0020]具體地，在步驟S2和S6中，從所述圓FRP管的頂部灌入所述環(huán)境友好型混凝土，每灌入150mm后，振搗30秒，之后將得到的由所述圓FRP管約束的環(huán)境友好型混凝土進行養(yǎng)護。
[0021]具體地，在步驟S4和S8中，從所述方鋼管的頂部灌入所述普通混凝土，每灌入150mm后，振搗30秒，之后將得到的組合柱進行養(yǎng)護。
[0022]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0023]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0024]圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的鋼-FRP-環(huán)境友好型混凝土組合柱的截面布置圖；
[0025]圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的鋼-FRP-環(huán)境友好型混凝土組合柱中單個豎直段的局部剖視示意圖；
[0026]圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的鋼-FRP-環(huán)境友好型混凝土組合柱包括多個豎直段時的結構不意圖；
[0027]圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的鋼-FRP-環(huán)境友好型混凝土組合柱的建