内置FRP骨架中空夹层不锈钢管海砂纤维再生砼组合柱的制作方法

本实用新型涉及一种内置frp骨架中空夹层不锈钢管海砂纤维再生砼组合柱。

背景技术：

2013年9月和10月由中国国家主席习近平分别提出建设“新丝绸之路经济带”和“21世纪海上丝绸之路”的合作倡议,为了推动人类命运共同体发展，对海上工程的建设提出了更高的要求。2016年世界范围内混凝土的产量达到250亿吨，如此巨大的消耗量必然会导致淡水、河砂以及天然粗骨料资源短缺的问题，同时也必然造成资源价格和运费上涨。基于沿海地区及海岛建设的工程背景，如果从内陆地区远运河砂，极大地增加了工程建设成本。因此，如能就地取材，直接使用海水和原状海砂，势必对沿海地区以及海岛工程建设，特别是海上丝绸之路建设有重大意义。然而海水和海砂中存在的有害物质（主要为氯离子和贝壳类）会对钢筋混凝土结构和预应力钢筋混凝土结构存在腐蚀问题，影响结构使用寿命。

2015年中国建筑废物产生量超过35亿吨，而综合利用率却低于5%。将建筑废物破碎加工成再生粗骨料并运用到混凝土生产中，被视为解决建筑废物处理难题的重要途径。然而，再生骨料具有空隙率高、吸水率大和强度低等特征，在工程应用中受到很大限制，目前主要用于道路工程中，在建筑工程和桥隧工程中应用非常少。

再生粗骨料混凝土自身存在压碎指标高、骨料硬度低、孔隙率大等不足，根据已有研究可知再生混凝土破坏主要发生在再生粗骨料的新旧水泥石之间的界面和原状碎石被裂缝贯穿。而纤维作为一种新型材料，具有优越的增强、增韧、阻裂作用，掺入一定量的纤维增强水泥石之间的联系，能够提高再生混凝土的变形性能，抑制混凝土开裂从而提髙其延性。

随着海洋及港口工程的发展，在不良外部介质环境下，混凝土结构内部钢筋锈蚀导致的混凝土结构承载力下降问题愈发受到重视。frp材料具有轻质高强、耐腐蚀、抗疲劳等特点，已作为新型建筑材料在工程设领域得到广泛应用，为解决恶劣工程环境中的腐蚀问题提供--种良好的思路。然而纯frp结构同时也存在初次投入大、刚度低和强度利用率低等缺点,所以亟需一种将frp材料与混凝土材料进行优化组合,充分利用frp材料的抗拉性能和混凝土材料的抗压性能的新结构来满足需求。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种结构简单，取材方便，可节约建筑成本的内置frp骨架中空夹层不锈钢管海砂纤维再生砼组合柱，提高整体刚度，增强抗弯能力，承载力和抗变形能力好。

本实用新型采用以下方案实现：一种内置frp骨架中空夹层不锈钢管海砂纤维再生砼组合柱，包括外层钢管和位于外层钢管中心的中空内层钢管，所述外层钢管和内层钢管之间填充有海水海砂纤维再生混凝土，所述海水海砂纤维再生混凝土中埋设有包围在内层钢管外围的frp骨架，frp骨架沿内层钢管轴向延伸分布。

进一步的，所述frp骨架横截面为矩形结构，所述frp骨架包括呈矩形分布的四根竖向frp型材，竖向frp型材长度方向与内层钢管或外层钢管的轴心线平行，相邻两竖向frp型材之间连接有多组沿其长度方向间隔排列的横向frp型材。

进一步的，每组横向frp型材含有两个横向frp型材并且位于两端竖向frp型材对应连接部的内、外两侧，同组的两竖向frp型材的端部通过连接件固定连接于竖向frp型材的肢板上。

进一步的，所述连接件为螺栓，所述竖向frp型材横截面呈十字形、t字形或者l形，所述横向frp型材横截面呈槽形、l形或者一字形。

进一步的，所述外层钢管和内层钢管均为不锈钢材质，外层钢管和内层钢管横截面为圆形、矩形或椭圆形。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

（1）将海水海砂纤维再生混凝土应用于不锈钢钢管混凝土结构中，一方面可以避免海水海砂中氯离子对外包钢管的腐蚀问题；另一方面可以利用外包不锈钢钢管对核心混凝土的套箍作用，增大整体结构的承载能力和耐久性，克服再生混凝土强度低等各种缺陷；同时，纤维具有良好的耗能效果，能够减轻地震带来的结构损害；并且在满足工程所需的结构承载能力的条件下，消纳建筑废物，同时充分利用海洋资源，降低河砂开挖和使用量，节省工程成本，实现绿色、生态、经济、可持续；

（2）采用中空双钢管夹层的结构形式，其轴向承载能力相比于实心钢管混凝土下降不大，但由于整体刚度的提高，构件的抗弯能力得到增强，耐火耐高温性能进一步提高。在地震作用下，有较好的抗剪能力。同时，内、外钢管不仅是受力材料,而且可以作为施工时的模板，节约了建筑成本；

（3）以具有轻质，高强，耐腐蚀等特性的frp材料代替传统的钢筋、钢管和型钢等易腐蚀材料,将海砂混凝土和frp材料结合,充分发挥frp轻质高抗拉强度及海砂混凝土易得的优势,结构形式简单,可设计性强,取材方便,经济效益突出，承载力和抗变形能力好;耐腐蚀性好,能延长结构服役寿命;各个构件均为预制完成,现场组合使用,施工简便,无需模板,可大大缩短施工周期。

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本实用新型作进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型实施例一构造示意图；

图2是本实用新型实施例一中frp骨架截面图；

图3是本实用新型实施例一中frp骨架侧视图；

图4是本实用新型实施例二构造示意图；

图5是本实用新型实施例三构造示意图；

图6是本实用新型实施例四构造示意图；

图中标号说明：1-外层钢管、2-海水海砂纤维再生混凝土、3-内层钢管、4-竖向frp型材、5-大规格横向frp型材、6-小规格横向frp型材、7-连接件。

具体实施方式

实施例一：如图1~3所示，一种内置frp骨架中空夹层不锈钢管海砂纤维再生砼组合柱，包括外层钢管1和位于外层钢管中心的中空内层钢管2，所述外层钢管和内层钢管之间填充有海水海砂纤维再生混凝土2，所述海水海砂纤维再生混凝土中埋设有包围在内层钢管外围的frp骨架，frp骨架沿内层钢管轴向延伸分布；海水海砂纤维再生混凝土应用于不锈钢钢管混凝土结构中，一方面可以避免海水海砂中氯离子对外包钢管的腐蚀问题；另一方面可以利用外包不锈钢钢管对核心混凝土的套箍作用，增大整体结构的承载能力和耐久性，克服再生混凝土强度低等各种缺陷；同时，纤维具有良好的耗能效果，能够减轻地震带来的结构损害；并且在满足工程所需的结构承载能力的条件下，消纳建筑废物，同时充分利用海洋资源，降低河砂开挖和使用量，节省工程成本，实现绿色、生态、经济、可持续。

在本实施例中，所述海水海砂纤维再生混凝土由海水海砂再生混凝土和纤维组成，就是在海水海砂再生混凝土中加入纤维，海水海砂纤维再生混凝土具体由原状海砂，建筑废物再生细骨料、建筑废物再生粗骨料，海水，粉煤灰和纤维按照一定比例级配均匀搅拌浇筑而成；其中所述纤维含碳纤维、聚丙烯纤维、玄武岩纤维或耐碱玻璃纤维中的一种或多种，所述纤维在混凝土中均匀分布。

在本实施例中，所述frp骨架横截面为矩形结构，所述frp骨架包括呈矩形分布的四根竖向frp型材4，竖向frp型材4长度方向与内层钢管或外层钢管的轴心线平行，相邻两竖向frp型材4之间连接有多组沿其长度方向间隔排列的横向frp型材（5、6），frp骨架四个面上的各组横向frp型材在高度上是一一对应对齐的。

在本实施例中，每组横向frp型材含有两个横向frp型材并且位于两端竖向frp型材对应连接部的内、外两侧，同组的两竖向frp型材的端部通过连接件7固定连接于竖向frp型材的肢板上，连接件采用耐腐蚀复合材料，如聚丙烯（pp）、聚四氟乙烯(ptfe)、聚偏氟乙烯（pvdf）和尼龙等。

在本实施例中，所述连接件7为螺栓，竖向frp型材与横向frp型材上开设有与螺栓配合的螺栓孔；所述竖向frp型材4横截面呈十字形，所述横向frp型材（5、6）横截面呈槽形，并且同组的两个横向frp型材的槽口朝向相背，frp骨架上其中两相对侧的竖向frp型材尺寸规格（即大规格横向frp型材5）比另外两相对侧的竖向frp型材规格（小规格横向frp型材6）大，这样使得横向frp型材在安装时，小规格横向frp型材端部能够伸入相邻面的大规格横向frp型材端部内。在具体实施过程中，所采用的竖向frp型材4横截面也可以是t字形或者l形，所采用的横向frp型材（5、6）横截面也可以是l形或者一字形。

在本实施例中，所述外层钢管1和内层钢管3均为不锈钢材质，具体不锈钢可以采用奥氏体型不锈钢、铁素体型不锈钢、马氏体型不锈钢和奥氏体一铁素体型不锈钢等所有不锈钢材中的一种或多种材料制作而成。

在本实施例中，外层钢管和内层钢管横截面均为圆形。在具体实施过程中，外层钢管和内层钢管的横截面也可以是矩形或椭圆形。

本实用新型内置frp骨架中空夹层不锈钢管海砂纤维再生砼组合柱的施工过程：预制不同直径的外层钢管和内层钢管，并按同一轴心设置，采用螺栓先连接竖向frp型材4和小规格横向frp型材6，再连接大规格横向frp型材5，确保小规格横向frp型材6的端部能够放置在大规格横向frp型材5内，frp骨架拼装完成后，定位吊装frp骨架至内、外层钢管之间，按照一定配合比搅拌海水海砂纤维再生混凝土2，浇筑至内、外层钢管之间，并振捣密实。

本实用新型内置frp骨架中空夹层不锈钢管海砂纤维再生砼组合柱对于沿海地区及海岛建设的工程，就地取材，直接采用海水和原状海砂，以及再生粗骨料制备混凝土，既能解决目前资源短缺问题，又能消纳建筑废物，是实现混凝土可持续性发展的一种途径，与我国目前大力提倡的循环经济、绿色经济吻合。全面使用原状海砂替换河砂，既节省了远调河砂所产生的工程费用，也加快了工程建设周期，增强了工程的经济性，有利于推动各类海洋工程的发展。由于原状海砂和再生粗骨料粒径相差较大，加入再生细骨料替代部分海砂既能够调整颗粒级配，使混凝土粒径级配良好，又能避免使用机制砂，节约不可再生资源，符合可持续发展的方针。同时，在海水海砂混凝土中掺入纤维，有效地缓解了再生粗骨料混凝土的开裂，在地震作用下使混凝土结构具有良好的抗剪能力，避免混凝土结构破坏，减轻地震所带来的灾害。

将海水海砂再生粗骨料混凝土应用于不锈钢钢管混凝土结构中，一方面可以避免海水海砂中氯离子对钢管和钢材的腐蚀问题，另一方面可以利用外包不锈钢对核心混凝土的套箍作用，增大整体结构的承载能力和耐久性，克服再生粗骨料混凝土强度低等各种缺陷，提高了整体结构的耐久性，是一种新的节能防灾型不锈钢管再生混凝土结构。

采用中空双钢管夹层的结构形式，其轴向承载能力相比于实心钢管混凝土下降不大，但由于整体刚度的提高，构件的抗弯能力得到增强，耐火耐高温性能进一步提高。在地震作用下，有较好的抗剪能力。同时，内、外钢管不仅是受力材料,而且可以作为施工时的模板，节约了建筑成本。

以具有轻质，高强，耐腐蚀等特性的frp材料代替传统的钢筋、钢管和型钢等易腐蚀材料,将海砂混凝土和frp材料结合,充分发挥frp轻质高抗拉强度及海砂混凝土易得的优势,通过标准化设计和工业化生产,形成内置frp骨架中空夹层不锈钢钢管海水海砂纤维再生混凝土组合结构（柱）,结构形式简单,可设计性强,取材方便,经济效益突出，承载力和抗变形能力好;耐腐蚀性好,能延长结构服役寿命;各个构件均为预制完成,现场组合使用,施工简便,无需模板,可大大缩短施工周期。

实施例二：如图4所示，本实施例与实施例一的区别在于内层钢管的横截面形状不同，本实施例中的内层钢管的横截面为矩形。

实施例三：如图5所示，本实施例与实施例一的区别在于外层钢管的横截面形状不同，本实施例中的外层钢管的横截面为矩形。

实施例四：如图6所示，本实施例与实施例一的区别在于外层钢管的横截面形状不同，本实施例中的外层钢管的横截面为椭圆形。

上述本实用新型所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本实用新型才公开部分数值以举例说明本实用新型的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本实用新型创造保护范围的限制。

本实用新型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)。

另外，上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本实用新型提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。