一種裂縫·損傷可控frp網格增強高耐久性鋼筋混凝土柱結構的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種裂縫·損傷可控FRP網格增強高耐久鋼筋混凝土柱結構，包括柱底以及位于所述柱底上的柱身，所述柱身由混凝土以及設置在混凝土內部的骨架構成，其特征在于：所述的骨架包括鋼筋骨架和至少一層FRP網格，所述的鋼筋骨架和FRP網格下端深入到所述的柱身內，所述FRP網格的高度大于柱塑性鉸區高度，所述的FRP網格置于鋼筋骨架外圍并通過限位支撐與所述鋼筋骨架固定，同一平面內所述限位支撐不少于四個。本發明可充分發揮混凝土、FRP網格以及鋼筋三種材料各自的優勢，具有耐腐蝕、承載力高、裂縫和損傷可控等優點，為現代土木工程建設提供了一種新選擇。
【專利說明】—種裂縫?損傷可控FRP網格增強高耐久性鋼筋混凝土柱結構
【技術領域】
[0001]本發明屬于一種土木工程結構構件，特別涉及一種由FRP網格、鋼筋和混凝土三種不同材料組成的具有抗裂，損傷可控的高耐久性組合柱，尤其適用于海洋、潮濕和鹽堿地等惡劣環境下的高層建筑、橋梁工程、地下工程及港口工程等。
【背景技術】
[0002]目前，在海洋、潮濕和鹽堿地等惡劣環境下，橋梁結構正在面臨一個重大的問題，那就是鋼筋腐蝕。鋼筋腐蝕，可以被認為是一個經受惡劣的環境，如混凝土樁和橋墩柱的混凝土構件的劣化的主要原因。為了防止鋼筋的腐蝕問題，研究人員已經實施了很多方法，但是都有其局限性。而纖維增強復合材料(Fiber ReinforcedPolymer,簡稱FRP)具有高強、質輕、耐腐蝕和耐疲勞等優點，在土木工程領域中得到了越來越多的關注，FRP網格是將高強連續纖維浸潰于耐腐性良好的樹脂中，形成的整體網格狀物。輕質、耐久和易于制作使得纖維網格的利用極為便利，并成為在不利環境條件下很有吸引力的結構材料。尤其是在濱海地區，考慮到鋼筋腐蝕較快，纖維網格可以與鋼筋組合使用。
[0003]目前人們已將FRP管應用于混凝土柱中，但是其存在例如柱底連接強度不足等局限。與FRP管混凝土柱相比，FRP網格混凝土柱具有與柱底連接可靠、節省材料等優點。同時，FRP管的軸向剛度較低，在澆筑混凝土的過程中，可能會由于混凝土的自重而產生局部屈曲，導致側向撓度過大而形成局部屈曲破壞。FRP管內部核心混凝土存在塑性收縮、自收縮、徐變收縮等問題，使其與FRP管壁之問出現脫空和脫粘現象。
【發明內容】
`[0004]技術問題:針對于處于海島腐蝕環境中的鋼筋混凝土柱，由于鋼筋腐蝕導致了柱結構的劣化，具體表現為鋼筋的腐蝕可能會影響剩余強度的鋼筋混凝土墩柱鋼筋截面損失，減少銹蝕鋼筋的強度，減少因腐蝕引起的混凝土截面開裂和剝落，失去粘結強度等幾種方式。目前的增強混凝土柱措施都存在一些局限，因此需要一種新的方法去提高鋼筋混凝土柱抗裂性能、地震等災害作用下的損傷可控性能以及耐久性。將FRP網格與鋼筋混凝土進行復合，提供一種可應用于新建結構，特別適用于海洋、潮濕和鹽堿地等惡劣環境中具有良好的耐久性等優點。
[0005]技術方案為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:
[0006]一種裂縫?損傷可控FRP網格增強高耐久鋼筋混凝土柱結構，包括柱底以及位于所述柱底上的柱身，所述柱身由混凝土以及設置在混凝土內部的骨架構成，其特征在于:所述的骨架包括鋼筋骨架和至少一層FRP網格，所述的鋼筋骨架和FRP網格下端深入到所述的柱身內，所述FRP網格的高度大于柱身柱塑性鉸區高度，所述的FRP網格置于鋼筋骨架外圍并通過限位支撐與所述鋼筋骨架固定，同一平面內所述限位支撐不少于四個。
[0007]所述的FRP網格為多層，且多層FRP網格的高度由內向外階梯降低。[0008]所述FRP網格由樹脂基體與纖維制備而成，其中纖維為玄武巖纖維、玻璃纖維、芳綸纖維或碳纖維中的一種、兩種或多種混雜。
[0009]所述的纖維還包括混雜的鋼絲。
[0010]所述的樹脂基體材料為環氧樹脂、乙烯基樹脂或不飽和樹脂。
[0011]在所述混凝土柱體結構外還具有一保護層，該保護層的厚度為0-20_。
[0012]本發明相對現有技術具有以下優點:
[0013]1.本發明是有FRP網格、鋼筋、混凝土三種不同材料構成的組合柱，可以充分發揮各構成材料的特性:混凝土柱在FRP網格包裹環境下，FRP網格對核心混凝土有著持續的環向約束，提聞混凝土的承載能力。
[0014]2.我國規范給出的柱配筋率在0.6%_5%，該FRP網格可適當承擔縱向力，降低混凝土的配筋率，通過外置FRP網格使得鋼筋的配筋率可降低5%-30%，同時滿足工程安全適用、經濟合理、確保質量的需求。
[0015]3.通過外置FRP網格的約束，減緩裂縫的發生，控制裂縫寬度，防止混凝土及其內部鋼筋遭受腐蝕，從而保證建筑結構的安全性、耐久性和使用性。通過外置FRP網格，能有效地約束內部鋼筋混凝土，防止內部縱筋過早屈曲，提高柱結構承載力。FRP網格約束為鋼筋混凝土柱提供二次剛度，控制殘余位移，實現損傷的可控性。
[0016]4.FRP網格可緊靠邊緣布置，提高混凝土抗裂性能。主筋較普通混凝土柱相比，可內移(如圖6、圖9)亦可外移(如圖7、圖10)。當縱筋靠里布置時，增加鋼筋保護層(混凝土表面到最外層鋼筋外邊緣之間的最小距離)厚度，能有效起到保護內部鋼筋，降低腐蝕介質滲入速度，提高耐腐蝕作用，特別適用于強腐蝕環境下。根據水運工程混凝土質量控制標準規定JTS202-2-2011，海水環境大氣區以及水位變動區混凝土柱最小保護層厚度為50mm，水下區混凝土最小保護層厚度為40mm。而這種新型結構的保護層(指混凝土柱表面到FRP網格最外層之間的最小距離)厚度為僅0-20mm。當采用縱筋外移，適當減少縱筋至混凝土表面最小保護層厚度，由于FRP網格的保護作用，提高了混凝土抗裂性能保護內部鋼筋，在保證鋼筋免于銹蝕的前提下，減少縱筋外最小保護層厚度。
[0017]5.當采用多層重疊FRP網格半柱加強鋼筋混凝土時，可按逐層遞減的方式截斷，以節省材料。
[0018]6.該發明與FRP管混凝土柱相比較的優勢:FRP管由于其纖維環向布置，無法保證其與混凝土柱底的連接。FRP管需對混凝土柱進行全柱布置，而FRP網格可以采取半柱布置或者全柱布置。在全部布置的情況下，網格纖維用量少，相比之下，FRP網格可以很大程度上節省材料。
[0019]7.本發明可適用于任何形式截面柱結構，FRP網格既可以機械生產，提高效率，節省鋼材。同時由于FRP網格的輕質這個優勢，施工時易于搬運，不需起重機，不受施工場地的限制，能夠做到安全適用、技術先進、經濟合理、確保質量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為FRP約束鋼筋混凝土柱半柱加強結構示意圖；
[0021]圖2為FRP網格約束鋼筋混凝土柱全柱加強結構示意圖；
[0022]圖3為多層FRP網格約束鋼筋混凝土柱半柱等長加強結構示意圖；[0023]圖4為多層FRP網格約束鋼筋混凝土柱半柱不等長加強結構示意圖；
[0024]圖5為普通鋼筋混凝土方形柱結構截面示意圖；
[0025]圖6為縱筋外移的FRP網格約束鋼筋混凝土方形柱結構截面示意圖；
[0026]圖7為縱筋內移的FRP網格約束鋼筋混凝土方形柱結構截面示意圖；
[0027]圖8為普通鋼筋混凝土圓形柱結構截面示意圖； [0028]圖9為縱筋外移的FRP網格約束鋼筋混凝土圓形柱結構截面示意圖；
[0029]圖10為縱筋內移的FRP網格約束鋼筋混凝土圓形柱結構截面示意圖；
[0030]圖11為素混凝土和約束混凝土應變一應變曲線對比圖；
[0031]圖12普通鋼筋混凝土柱和約束混凝土柱的荷載一位移曲線對比圖；
[0032]圖13為普通鋼筋混凝土中縱筋在箍筋屈服后的狀態；
[0033]圖14為FRP網格約束混凝土柱中縱筋在箍筋屈服后的狀態。
[0034]其中:1、柱底，2、柱身，21、縱筋，22、箍筋，23、混凝土，24、FRP網格，25、保護層，26、限位支撐，3、梁。
【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖，對本發明作詳細說明:
[0036]如圖1、圖2所示，本發明裂縫?損傷可控FRP網格增強高耐久鋼筋混凝土柱結構，包括柱底1、柱身2以及上端梁3，其中柱身2由混凝土 23以及設置在混凝土 23內部的骨架構成，骨架包括鋼筋骨架和至少一層FRP網格24，鋼筋骨架和FRP網格24下端深入到柱身I內，FRP網格的高度大于柱身柱塑性鉸區高度，柱塑性鉸區高度，根據中國公路橋梁抗震設計細則(JTG/TB02-01-2008)規定的Lp，取下式計算結果較小值:
【權利要求】
1.一種裂縫?損傷可控FRP網格增強高耐久鋼筋混凝土柱結構，包括柱底以及位于所述柱底上的柱身，所述柱身由混凝土以及設置在混凝土內部的骨架構成，其特征在于:所述的骨架包括鋼筋骨架和至少一層FRP網格，所述的鋼筋骨架和FRP網格下端深入到所述的柱身內，所述FRP網格的高度大于柱身柱塑性鉸區高度，所述的FRP網格置于鋼筋骨架外圍并通過限位支撐與所述鋼筋骨架固定，同一平面內所述限位支撐不少于四個。
2.根據權利要求1所述的裂縫?損傷可控FRP網格增強高耐久鋼筋混凝土柱結構，其特征在于，所述的FRP網格為多層，且多層FRP網格的高度由內向外階梯降低。
3.根據權利要求1所述的裂縫?損傷可控FRP網格增強高耐久鋼筋混凝土柱結構，其特征在于，所述FRP網格由樹脂基體與纖維制備而成，其中纖維為玄武巖纖維、玻璃纖維、芳綸纖維或碳纖維中的一種、兩種或多種混雜。
4.根據權利要求3所述的裂縫?損傷可控FRP網格增強高耐久鋼筋混凝土柱結構，其特征在于，所述的纖維還包括混雜的鋼絲。
5.根據權利要求3或4所述的裂縫?損傷可控FRP網格增強高耐久鋼筋混凝土柱結構，其特征在于，所述的樹脂基體材料為環氧樹脂、乙烯基樹脂或不飽和樹脂。
6.根據權利要求1所述的裂縫?損傷可控FRP網格增強高耐久鋼筋混凝土柱結構，其特征在于，在所述混凝土柱體結構外還具有一保護層，該保護層的厚度為0-20_。
【文檔編號】E04C3/34GK103572895SQ201310528934
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年10月31日 優先權日:2013年10月31日
【發明者】吳智深, 汪昕 申請人:東南大學, 江蘇綠材谷新材料科技發展有限公司