一种内设加劲肋的GFRP管混凝土组合柱的制作方法

本发明涉及一种内设加劲肋的gfrp管混凝土组合柱，属建筑工程构件技术领域。

背景技术：

随着建筑行业的快速发展，新型材料gfrp（玻璃纤维增强塑料）混凝土组合结构在建筑物和构造物中的应用范围越来越大，因gfrp比钢材质量轻，强度比q235钢材高，在建筑领域中能提高混凝土组合柱的承载力并减轻自重，gfrp材料其优良的耐腐蚀性被广泛的应用于桥梁建筑、近海建筑、工业建筑中，并能符合国家建设环保节约型社会的要求。

目前gfrp混凝土组合柱是直接在gfrp管柱内浇筑混凝土，其承载力虽有提高，但是gfrp管混凝土组合柱的延性差，gfrp管混凝土组合柱脆性破坏突然，而由矩形钢管和gfrp管混凝土组合而成的组合柱，粘结力差；因此，研发一种受力合理、构造简单，提高混凝土组合柱的强度、增加组合柱的承载、防止混凝土发生粘结破坏、节约成本的一种内设加劲肋的gfrp管混凝土组合柱，显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种受力合理、构造简单，能够有效提高组合柱的承载能力和强度、增强组合柱延性性能、防止混凝土发生粘结破坏的内设加劲肋的gfrp管混凝土组合柱。

本发明的技术方案是：

一种内设加劲肋的gfrp管混凝土组合柱，它由gfrp管和gfrp管内填充浇筑的混凝土构成；其特征在于：gfrp管的内壁上设置有多个t型剪力键，t型剪力键上安装有加劲肋；所述的加劲肋截面呈c型，加劲肋通过螺栓固定安装在t型剪力键上。

所述的加劲肋之间的gfrp管内轴向间隔设置有3个钢箍管。

所述的钢箍管与加劲肋固定连接。

所述的t型剪力键上分别呈对称状设置有辅助t型剪力键。

进一步，所述的t型剪力键之间的gfrp管中心部位设置有中心钢柱。

所述的中心钢柱为截面为矩形，中心钢柱外周对称设置有卡爪，卡爪与t型剪力键端头滑动卡接。

所述的gfrp管为圆形管。

所述的t型剪力键在圆形的gfrp管内壁上呈60度均布。

所述的gfrp管为方形管。

所述的t型剪力键在方形的gfrp管内壁上呈对称状设置。

所述的混凝土由水泥、砂、粗骨料、水按1.00:1.33:2.64:0.4的配合比混合而成。

所述的t型剪力键的翼缘及腹板的厚度与gfrp管的厚度相等。

gfrp管混凝土组合柱浇筑时，首先依据组合柱的高度在中间部位设置一个钢箍管，然后在中心钢箍管与组合柱的端头和端尾的中间部位再分别设置一个钢箍管，以此使3个钢箍管间距相等；同时将钢箍管与加劲肋焊接，实现钢箍管的固定，上述准备完成后，即可在gfrp管内浇筑混凝土。

本发明的有益效果在于：

1、该内设加劲肋的gfrp管混凝土组合柱内设置有t型剪力键，增加了gfrp管的横截面积从而提高gfrp的强度，从而提高了混凝土组合柱的承载力。

2、该内设加劲肋的gfrp管混凝土组合柱的剪力键设置为t字型，增大了gfrp管与混凝土的接触面积，可有效地增加gfrp管与混凝土之间的粘结力，提高结构整体性。

3、该内设加劲肋的gfrp管混凝土组合柱内t型剪力键上设置有加劲肋，t型剪力键和加劲肋可以提高混凝土组合柱的延性，避免组合柱的脆性破坏。

附图说明

图1为本发明圆形柱的横截面结构示意图；

图2为本发明方形柱的横截面结构示意图；

图3为本发明钢箍管的安装示意图；

图4为t型剪力键与加劲肋连接的结构示意图；

图5为t型剪力键与加劲肋螺栓连接的结构示意图；

图6为本发明改进后的方形柱截面结构示意图；

图7为本发明改进后的圆形柱截面结构示意图。

图中：1、gfrp管，2、t型剪力键，3、加劲肋，4、混凝土，5、螺栓，6、中心钢柱，7、钢箍管，8、辅助t型剪力键。

具体实施方式

实施例1：

该内设加劲肋的gfrp管混凝土组合柱，由gfrp管1和gfrp管内填充浇筑的混凝土4构成，gfrp管1为圆形管，gfrp管1的内壁圆周上设置有6个t型剪力键2，t型剪力键2在圆形gfrp管1内壁上呈60度均布。t型剪力键2上安装有加劲肋3，加劲肋3截面呈c型，加劲肋3通过螺栓5固定安装在t型剪力键2上。加劲肋3采用q235钢材制成。

该gfrp管混凝土组合柱的混凝土4由水泥、砂、粗骨料、水按1.00:1.33:2.64:0.4的配合比混合而成；t型剪力键2的翼缘及腹板的厚度与gfrp管1的厚度相等。

为表明本实施例制备的内设加劲肋的gfrp管混凝土组合柱的性能，申请人对混凝土4、gfrp管1以及加劲肋3所用的钢材q235钢进行了相对应的材性试验：

本试验均采用普通硅酸盐水泥，强度为42.5，粗骨料的粒径在20至30mm之间，砂的细度模数在2.6至3.0之间，每立方米混凝土的配料为：水泥450kg;砂600kg;粗骨料1190kg；水183kg，配合比为：1.00:1.33:2.64:0.4，在相同的条件下做了三个标准立方体试块（150×150×150mm），标准养护28天后测得相应的混凝土4抗压强度分别为31.5mpa，33.8mpa，35.6mpa，取其均值为混凝土4的抗压强度33.6mpa。通过试验测得gfrp管的环向拉伸强度为425mpa，轴向抗压强度为26mpa，弹性模量为22gpa。对于q235钢，试验中按照gb/t228-2002进行三组标准拉伸试验，得到相应的三组钢材强度屈服值为272mpa，263mpa和257mpa，取其平均值264mpa为试验所用q235钢的屈服强度值，得到的钢材极限抗拉强度值分别是353mpa，342mpa和361mpa，取其平均值352mpa为试验所用q235钢的极限抗拉强度值。计算得所用q235钢的屈强比为0.75。

实施例1中采用混凝土型号相同的圆形gfrp管混凝土组合柱，组合柱的直径为200mm，组合柱的高度为500mm。设置5mm、8mm、10mm的3种不同壁厚的圆形gfrp管混凝土组合柱进行试验。

试验加载设备为500t万能液压伺服试验机，应变测试仪器为dh3816数据采集箱，观察记录冲击受损后钢管混凝土构件在轴压试验过程中的力学性能变化过程，综合考虑，乘以1.2放大系数，作为预估值。加载时根据预估值大小及应变测点反馈分级加载，并将压缩变形达构件长度5%和构件承载力到达第一个峰值后急速下降两项标准作为破坏准则，即加载时构件压缩变形达15mm=300mm×5%或者其荷载位移曲线到达第一个峰值后呈急速下降趋势，则构件视为已经破坏，得出数据如表1。

表1：

圆形试件

根据表1可以得出在5mm厚gfrp管壁的条件下，gfrp管1的混凝土组合柱的承载力2298kn，延性为1.26，gfrp管1加t型剪力键2的混凝土组合柱的承载力2621kn，延性为1.3，gfrp管1加t型剪力键2加设加劲肋3的混凝土组合柱承载力为2836kn，延性为2.10；在8mm厚gfrp管壁的条件下，gfrp管1的混凝土组合柱的承载力为2886kn，延性为1.32，gfrp管1加t型剪力键2的承载力为3216kn，延性为1.28，gfrp管1加t型剪力键2加设加劲肋3的混凝土组合柱承载力为3522kn，延性为2.25；在10mm厚gfrp管壁的条件下，gfrp管1的混凝土组合柱的承载力为3100kn，延性为1.36，gfrp管1加t型剪力键2的混凝土组合柱的承载力为3485kn，延性为1.35，gfrp管1加t型剪力键2加设加劲肋3的混凝土组合柱承载力为3758kn，延性为2.31；数据对比后发现，gfrp管1加t型剪力键2加设加劲肋3的混凝土组合柱的承载力和延性明显提高，有效的将gfrp管混凝土柱的承载力提高22%，将gfrp管混凝土柱的延性提高69%。

作为实施例1的改进，t型剪力键2上分别呈对称状设置有辅助t型剪力键8。t型剪力键2之间的gfrp管1中心部位设置有中心钢柱6以替换钢箍管7。中心钢柱6的截面为矩形，中心钢柱6外周对称设置有卡爪，卡爪与t型剪力键2端头滑动卡接，由此可进一步提高gfrp管1与混凝土4之间的整体性，进而可进一步提高组合柱的承载能力和强度、增强组合柱延性性能。

实施例2

该内设加劲肋的gfrp管混凝土组合柱，由gfrp管1和gfrp管内填充浇筑的混凝土4构成，gfrp管1为方形管，gfrp管1的内壁四周上设置有4个t型剪力键2，t型剪力键2在gfrp管1内壁上对称均布。t型剪力键2上安装有加劲肋3，加劲肋3截面呈c型，加劲肋3通过螺栓5固定安装在t型剪力键2上；加劲肋3采用q235钢材制成。

该内设加劲肋的gfrp管混凝土组合柱的混凝土4由水泥、砂、粗骨料、水按1.00:1.33:2.64:0.4的配合比混合而成；t型剪力键2的翼缘及腹板的厚度与gfrp管1的厚度相等。

为表明本实施例制备的内设加劲肋的gfrp管混凝土组合柱的性能，申请人对混凝土4、gfrp管1以及加劲肋3所用的钢材q235钢进行了相对应的材性试验：

本试验均采用普通硅酸盐水泥，强度为42.5；粗骨料的粒径在20mm至30mm之间，砂的细度模数在2.6至3.0之间，每立方米混凝土的配料为：水泥450kg;砂600kg;粗骨料1190kg；水183kg，配合比为：1.00:1.33:2.64:0.4，在相同的条件下做了三个标准立方体试块（150×150×150mm），标准养护28天后测得相应的混凝土4抗压强度分别为31.5mpa，33.8mpa，35.6mpa，取其均值为混凝土4的抗压强度33.6mpa。通过试验测得gfrp管1的环向拉伸强度为425mpa，轴向抗压强度为26mpa，弹性模量为22gpa。对于q235钢，试验中按照gb/t228-2002进行三组标准拉伸试验，得到相应的三组钢材强度屈服值为272mpa，263mpa和257mpa，取其平均值264mpa为试验所用q235钢的屈服强度值，得到的钢材极限抗拉强度值分别是353mpa，342mpa和361mpa，取其平均值352mpa为试验所用q235钢的极限抗拉强度值。计算得所用q235钢的屈强比为0.75。

实施例二中采用混凝土型号相同的方形gfrp管混凝土组合柱，组合柱的边长为200mm，组合柱的高度为500mm。设置3.5mm、5mm、6mm的3种不同壁厚的方形gfrp管混凝土组合柱进行试验。

试验加载设备为500t万能液压伺服试验机，应变测试仪器为dh3816数据采集箱，观察记录冲击受损后钢管混凝土构件在轴压试验过程中的力学性能变化过程，综合考虑，乘以1.2放大系数，作为预估值。加载时根据预估值大小及应变测点反馈分级加载，并将压缩变形达构件长度5%和构件承载力到达第一个峰值后急速下降两项标准作为破坏准则，即加载时构件压缩变形达15mm=300mm×5%或者其荷载位移曲线到达第一个峰值后呈急速下降趋势，则构件视为已经破坏，得出数据如表2。

表2：

方形试件

根据表2可以得出在3.5mm厚gfrp管壁的条件下，gfrp管1的混凝土组合柱的承载力为1826kn，延性为1.03，gfrp管1加t型剪力键2的混凝土组合柱的承载力为1935kn，延性为1.09，gfrp管1加t型剪力键2加设加劲肋3的混凝土组合柱承载力为2138kn，延性为1.84；在5mm厚gfrp管壁的条件下，gfrp管1的混凝土组合柱的承载力为2452kn，延性为1.13，gfrp管1加t型剪力键2的混凝土组合柱的承载力为2517kn，延性为1.18，gfrp管1加t型剪力键2加设加劲肋3的混凝土组合柱承载力为2736kn，延性为1.96；可以得出在6mm厚gfrp管壁的条件下，gfrp管1的混凝土组合柱的承载力为2643kn，延性为1.08，gfrp管1加t型剪力键2的混凝土组合柱的承载力为2714kn，延性为1.06，gfrp管1加t型剪力键2加设加劲肋3的混凝土组合柱承载力为2891kn，延性为1.82；数据对比后发现，gfrp管1加t型剪力键2加设加劲肋3的混凝土组合柱的承载力和延性有所提高，有效的将gfrp管混凝土组合柱的承载力提高13%，将gfrp管混凝土组合柱的延性提高73%。

通过上述实验得出结论：内设加劲肋的gfrp管混凝土组合柱提高了gfrp管混凝土组合柱承载力和延性，且随着gfrp管壁厚度的增加承载力和延性都有所增加。

作为实施例2的改进，t型剪力键2上分别呈对称状设置有辅助t型剪力键8。t型剪力键2之间的gfrp管1中心部位设置有中心钢柱6以替换钢箍管7。中心钢柱6的截面为矩形，中心钢柱6外周对称设置有卡爪，卡爪与t型剪力键2端头滑动卡接，由此可进一步提高gfrp管1与混凝土4之间的整体性，进而可进一步提高组合柱的承载能力和强度、增强组合柱延性性能。