多重CFRP约束的中空夹层钢管海砂混凝土组合柱

多重cfrp约束的中空夹层钢管海砂混凝土组合柱
技术领域
1.本发明涉及一种多重cfrp约束的中空夹层钢管海砂混凝土组合柱。


背景技术：

2.随着我国基础建设的不断推进，对于建筑材料的需求量日益激增。据中国混凝土网的不完全统计，2019年我国商品混凝土总产量为27.38亿立方米，同比增长7.51%。与此同时，作为混凝土细骨料的建筑用砂需求量也在不断增加，据统计我国每年的建筑用砂量达到了26亿吨。目前，河砂是我国建筑用砂的主要来源，由于河砂自然资源有限并且再生速度缓慢，难以满足我国快速增长的建筑发展规模。近年来河砂过度开采以及不法厂商乱采乱挖导致河砂严重短缺、河床下降和周边生态环境破坏等一系列问题，也给国家、社会和人民造成严重的经济损失。建筑用砂缺口大，砂石供需矛盾日益突出,河砂资源面临枯竭危险，所以急需其他砂源来解决河砂短缺的问题。
3.海砂相比于河砂有着其独有的优点：含泥量低、细度模数均匀、价格便宜等等。如何合理开发利用海砂资源，代替河砂，缓解河砂的资源性限制与城市发展需求增加之间的供需矛盾，尤其在建筑用砂量相对较大的东南部沿海地区，对于节能减排和保护生态环境具有重要意义。
4.相对于天然河砂，限制海砂应用于建筑工程的主要原因是其较多的氯盐、贝壳含量和轻物质。海砂中的氯盐会影响硅酸盐水泥的水化过程，尤其是对混凝土钢筋有腐蚀作用，会使混凝土结构中的钢筋出现锈蚀问题，严重影响结构的使用寿命；贝壳等轻物质会影响混凝土的和易性、强度和耐久性等。近些年来由于使用海砂混凝土的不当而造成“海砂屋”现象现在也有不少案例。


技术实现要素：

5.本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种多重cfrp约束的中空夹层钢管海砂混凝土组合柱。
6.本发明解决技术问题所采用的方案是，一种多重cfrp约束的中空夹层钢管海砂混凝土组合柱，包括由内至外同轴心设置的塑料内管、普通碳钢外管，所述普通碳钢外管内外壁均设置有至少一层cfrp布，塑料内管外壁设置有至少一层cfrp布，塑料内管与普通碳钢外管之间填充有海砂混凝土。
7.进一步的，所述塑料内管为圆管或方管。
8.进一步的，所述普通碳钢外管为圆管或方管。
9.进一步的，所述cfrp布通过树脂胶粘贴在塑料内管外壁或普通碳钢外管内外壁上。
10.进一步的，所述塑料内管为pvc管、ppr管或者frp管。
11.进一步的，所述普通碳钢外管碳素钢。
12.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：自重轻，在满足结构在实际工程中所
需要的力学方面的要求的同时，还能够在防止腐蚀的条件下充分利用海砂资源，减少河砂的开挖和使用，节省了很大的工程成本。
附图说明
13.下面结合附图对本发明专利进一步说明。
14.图1是组合柱第一种实施结构示意图。
15.图2是组合柱第二种实施结构示意图。
16.图3为组合柱第三种实施结构示意图。
17.图4为组合柱第四种实施结构示意图。
18.图5为底座模具结构示意图一。
19.图6为底座模具结构示意图二。
20.图中：1-普通碳钢管；2-海砂混凝土；3-塑料内管；4-cfrp布；5-钢筋。
具体实施方式
21.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
22.如图1-4所示，一种多重cfrp约束的中空夹层钢管海砂混凝土组合柱，包括由内至外同轴心设置的塑料内管3、普通碳钢外管1，所述普通碳钢外管内外壁均设置有至少一层cfrp布4，塑料内管外壁设置有至少一层cfrp布，塑料内管与普通碳钢外管之间填充有海砂混凝土5，普通碳钢外管内壁cfrp布能防止海砂混凝土中有害物质对外钢管的腐蚀，塑料内管、普通碳钢、cfrp布一起约束核心混凝土，从而提高整个结构的承载力、延性和耐久性能；经过计算相同尺寸厚度下，cfrp 普通碳钢的价格只是不锈钢价格的50%左右，所以该结构形式的经济性更佳；塑料内管降低组合柱自重的同时，塑料内管可作为给水管、排水管和工业防腐管等运用，还可考虑将此结构用于输油或输气管道中，拓展了钢管混凝土的使用范围；在施工过程中，塑料内管还可以作为浇筑混凝土的模板，节省模板费用，并且无需拆模，减少施工程序，提高了施工效率；塑料内管周侧壁上的cfrp布能够很好的约束塑料内管的变形，防止其发生脆性破坏，同时外壁粘贴cfrp布的塑料内管还能够约束核心混凝土的变形和裂缝的发展，间接提高结构的承载能力，但不直接承担荷载。
23.在本实施例中，海砂混凝土由普通的原状海砂、普通的级配良好的石子、普通的自来水、淡水或海水和普通水泥按照设定的比例级配均匀搅拌浇筑而成。海砂在混凝土中的应用有以下的几个优点：价格便官，为同等质量河砂价格的3/5；含泥量低，有利于提高混凝土的力学性能；分选好，分布集中、方便运输；颗粒分布均匀，压碎指标小。
24.在本实施例中，所述塑料内管为圆管或方管。
25.在本实施例中，所述普通碳钢外管为圆管或方管。
26.在本实施例中，所述cfrp布通过树脂胶粘贴在塑料内管外壁或普通碳钢外管内外壁上。
27.在本实施例中，所述塑料内管为pvc管、ppr管或者frp管。
28.在本实施例中，所述普通碳钢外管为碳素钢，如q235、q345碳素钢等。
29.本组合柱施工包括以下步骤：
30.1、管外壁贴cfrp布：
31.（1）按照cfrp布缠绕层数及外钢管和塑料内管尺寸计算cfrp布的使用长度和宽度，并裁剪备用；
32.（2）在缠绕cfrp布之前，用砂纸对钢管外壁进行打磨除锈，待钢管呈银白色停止打磨，然后用被酒精浸透的酒精棉擦拭钢管外壁，直至钢管外壁污物擦拭干净，同时塑料内管外壁也需要用酒精擦拭干净；
33.（3）将cfrp浸渍胶按照a：b=2:1比例配置，并低速搅拌至色泽均匀；
34.（4）将裁剪好的cfrp布正反面均匀涂刷浸渍胶，用刮板反复轻轻涂压，使其充分浸渍，同时在外壁上涂上一层胶水；然后固定cfrp布的一端，使其紧贴钢管或塑料内管的外壁，滚动钢管或塑料内管使cfrp布缠绕贴合，同时用刮板沿缠绕方向慢慢抚平挤压排除气泡；
35.（5）待浸渍胶完全固化后即可。
36.2、管内壁贴cfrp布：
37.（1）按照cfrp布缠绕层数及钢管尺寸计算cfrp布的使用长度和宽度，并裁剪备用；
38.（2）在缠绕cfrp布之前，用砂纸对钢管内壁进行打磨除锈，待钢管呈银白色停止打磨，然后用被酒精浸透的酒精棉擦拭钢管内壁，直至钢管内壁污物擦拭干净；
39.（3）将cfrp浸渍胶按照a：b=2:1比例配置，并低速搅拌至色泽均匀；
40.（4）将裁剪好的cfrp布正反面均匀涂刷浸渍胶，用刮板反复轻轻涂压，使其充分浸渍，同时在内壁涂上一层胶水；然后，放在预先准备好的一面涂满润滑油且尺寸略大于要放置的cfrp布的透明保鲜膜上，保鲜膜和cfrp布接触的一面没有涂润滑油；最后，将保鲜膜涂满润滑油的一侧包裹在直径略小于钢管内径的管型橡胶气模具上，并保证一定的搭接长度，包裹完毕以后，将橡胶气模具放入钢管内部，保证cfrp布能够贴满整个内壁，向气模具内打气，将cfrp布紧紧顶在钢管内壁；
41.（5）待浸渍胶完全固化后，将气模具放气拆出，即可。
42.3、浇筑夹层海砂混凝土：
43.4、先根据贴完cfrp布的构件的尺寸，制作一个底座模具，分别按照内管的内径和外管的外径，分别焊接四根钢筋5，具体样式如图5和图6，用来浇筑的时候固定内管和外管不发生偏移；然后，防止浇筑的时候混凝土进入内管，将内管浇筑的一端用塑料布包裹起来；最后，将普通的原状海砂，普通的级配良好的石子，普通的自来水淡水或海水和普通水泥按照一定的比例级配均匀搅拌成混凝土，浇筑进钢管的夹层中间，并将构件放在振动台上进行振，直至钢管内部混凝土浇筑密实，并使混凝土顶部略高于钢管上端面。
44.5、打磨养护：
45.6、混凝土浇筑完成后在试件表面覆盖土工布，定期浇水养护，待试件养护28天后，用角磨机将多余的混凝土和端部多余的cfrp布磨至与钢管端面平齐，尽可能保证核心混凝土和钢管在加载之初就能共同受力。
46.本专利如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
47.在本专利的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
48.上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。