一種復合套管約束鋼筋混凝土柱制造技術

本實用新型專利技術公開了一種復合套管約束鋼筋混凝土柱，其特征在于鋼筋混凝土柱（2）的復合套管（1）為預制活性粉末混凝土外套管（3）和內套管（4）的組合體。本實用新型專利技術具有施工方便、成本低、承載力高、抗震性能好、抗火性能突出、耐久性能優異等特點，同時更加節約資源和能源，符合可持續發展的要求。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術主要涉及到土木工程中的建筑結構領域，特指一種可作結構柱使用的復合套管約束鋼筋混凝土柱。
技術介紹
隨著社會的進步和經濟的持續發展，現代建筑業對建筑材料和建筑結構的要求也越來越高，材料和結構必須能夠適應現代工程結構向大跨、高聳、重載發展并滿足承受惡劣使用環境及耐久性的需求，符合現代施工技術工業化要求，并且具有高承重能力、良好變形能力、耐火性能好以及良好的性能/費用比。在過去30年中，新型復合材料和組合結構的出現和發展，極大地推動了建筑業的發展。其中，高性能混凝土和約束混凝土無疑最具代表性。在可以預計的將來，水泥混凝土將仍然是最主要的建筑材料，無可替代。從這個角度出發，建筑業的可持續發展與混凝土的性能和耐久性密切相關。也就是混凝土必須以最小的材料消耗和環境影響來滿足社會經濟發展的要求。在這方面，超高性能混凝土的發展無疑是最有希望的解決方案。活性粉末混凝土，是一種具有超高抗壓強度、高耐久性以及高韌性的新型水泥基復合材料。活性粉末混凝土作為一類新型的超高性能混凝土，具有200MPa或800MPa兩個抗壓強度等級，且抗彎強度在30 60MPa，有效克服了高性能混凝土的高脆性，性能卓越。其中，200MPa強度等級的活性粉末混凝土工藝與普通混凝土類似，應用前景廣泛。活性粉末混凝土具有超高強度、優異的耐久性和良好的延性和耗能能力。這些優異的性能使得活性粉末混凝土構件及結構具有很高的強度/自重比、突出的耐久性和良好的抗震性能。作為一種高技術混凝土，目前，阻礙活性粉末混凝土大量應用的主要因素有兩個第一個是單方材料成本較高?；钚苑勰┗炷恋乃嘤昧看螅瑫r還需要摻入高效減水劑和鋼纖維等，增加了材料成本；另一個是構件需要進行熱養護。活性粉末混凝土材料的高活性必須在一定養護溫度下才能快速、充分發揮，研究表明，活性粉末混凝土在90°C的熱水中養護48h，其抗壓強度比標準養護28d提高30%以上。因此，在現有條件下，活性粉末混凝土在土木工程領域應該是以預制構件的方式，與其他材料組成組合構件，充分發揮其超高的抗壓性能和良好的延性，可考慮在合理的部位取代鋼材使用，從而體現活性粉末混凝土的強度/費用比優勢。以鋼管混凝土柱和纖維增強塑料(FRP)約束混凝土為代表的約束混凝土結構，在過去近三十年中，得到了深入研究和廣泛應用。約束混凝土的基本原理是組合柱的軸向荷載作用下產生橫向膨脹，混凝土外包的約束件(鋼管或FRP增強層等)產生拉應力，對核心區混凝土提供側向約束，使混凝土處于三向受壓的應力狀態，從而提高核心區混凝土的抗壓強度和壓縮變形能力，使得組合柱的承載力和延性大大提高。因此，約束混凝土是一種極為有效的組合結構。目前，采用鋼管或FRP作為約束件制成的約束混凝土組合柱，主要存在的問題是材料價格較高；鋼管混凝土柱和FRP約束混凝土柱的抗火性能差，需要采取其他措施提高抗火極限；此外，鋼管與混凝土材料特性差別大，容易導致鋼管與混凝土的脫空，鋼管混凝土柱在使用中需要進行定期維護，增加了使用成本等。因此，研制一種新型約束混凝土柱已為急需。
技術實現思路
本技術要解決的技術問題就在于針對現有技術存在的技 術問題，本技術公開了一種復合套管約束鋼筋混凝土柱，具有施工方便、成本低、承載力高、抗震性能好、抗火性能突出、耐久性能優異等特點，同時更加節約資源和能源，符合可持續發展的要求。本技術的解決方案為一種復合套管約束鋼筋混凝土柱，其特征在于鋼筋混凝土柱的復合套管為預制活性粉末混凝土外套管和內套管的組合體。所述的復合套管約束鋼筋混凝土柱，其特征在于所述的內套管為纖維增強塑料(FRP)管或鋼管。所述的復合套管約束鋼筋混凝土柱，其特征在于所述的纖維增強塑料(FRP)內套管為碳纖維增強塑料(CFRP)管、玻璃纖維增強塑料(GFRP)管、芳綸纖維增強塑料(AFRP)管、玄武巖纖維增強塑料(BFRP)管或者混雜纖維增強塑料(HFRP)管。所述的復合套管約束鋼筋混凝土柱，其特征在于所述的活性粉末混凝土外套管內配置的鋼筋為封閉箍筋和縱向鋼筋。所述的復合套管約束鋼筋混凝土柱，其特征在于所述的鋼筋混凝土柱內配置的鋼筋為封閉箍筋和縱向鋼筋。與現有技術相比，本技術的優點就在于①復合套管能顯著提高組合柱的承載力和延性。復合套管的外套管為預制活性粉末混凝土管，活性粉末混凝土的抗壓強度與鋼材接近，而容重與普通混凝土基本一致，因此，活性粉末混凝土的強度/重量大大高于鋼材，約為鋼材的3倍。50_厚的活性粉末混凝土套管與16_厚的鋼管自重基本相同，也就是說施工難度不會增加，而套管本身提供的軸向承載力可以提高200%以上，因此，活性粉末混凝土套管柱軸向承載力更高。外套管內的封閉箍筋、內套管和內部鋼筋混凝土柱內的封閉箍筋共同為核心區混凝土提供側向約束應力和提高組合柱的抗剪能力。因此，這種復合套管柱具有良好的承載力延性。②復合套管柱抗火性能優異。結構鋼的屈服強度和彈性模量隨溫度上升而下降，當溫度超過550°C時，鋼材喪失大部分強度和剛度，而FRP含有大量樹脂，抗火能力也很差。因此，鋼管混凝土柱或FRP增強柱如考慮抗火性能，則必須采取外包防火涂料等措施，這會大幅提高造價。復合套管的外套管為活性粉末混凝土套管，材料具有突出的抗火性能。因此，外套管為內套管和內部混凝土柱中的封閉箍筋提供了良好的防火保護層，在火災中，約束件的性能退化大大低于鋼管混凝土柱和FRP約束混凝土柱。無需進行防火處理，具有造價優勢。③復合套管柱材料成本低。RPC材料成本約為3500元/m3，折合成重量約為1400元/噸，遠低于鋼材和常用的FRP材料。此外，復合柱的內套管是與外套管和內部混凝土柱的封閉箍筋一起組成約束件，因此，內套管只提供部分約束應力，可以優先采用價格低廉的玻璃纖維增強塑料等材料，且FRP用量也遠低于單一采用FRP增強的組合柱。因此，復合套管柱的成本大大低于鋼管混凝土柱和FRP約束混凝土柱。④活性粉末混凝土套管作為外套管具有優異的耐久性，使用和維護成本低。活性粉末混凝土具備高密實性與高流動性，使其與模板的接觸面具有很高的光潔度。同時，外界的有害介質很難侵入活性粉末混凝土中，而活性粉末混凝土中的著色劑等組分也不易向外析出，可直接利用活性粉末混凝土套管作為組合柱的外裝飾層，取消了二次裝飾。另外，活性粉末混凝土套管無需考慮防銹蝕問題，且其優異的耐久性能可以大幅提高結構的使用周期。⑤復合套管柱的生態效應好。以2009年為例，我國水泥和鋼材的單位能耗分別為95. 08kg標準煤/噸和590. 08kg標準煤/噸，而單位產品CO2的排放量鋼材為水泥的2倍。單位重量活性粉末混凝土的能耗與CO2排放量分別為鋼材的1/18和1/6。此外，活性粉末混凝土中大量摻入硅灰、粉煤灰等工業副產物。因此，活性粉末混凝土的環保性能好。⑥復合套管的預制和組合柱的施工方便。復合套管的內套管為鋼管或預制FRP管，制作復合套管時，內套管直接作為澆筑活性粉末混凝土外套管的內模板，成型后內套管和外套管就自然粘結在一起形成整體，而且在復合套管的生產、運輸和吊裝等過程中，內套管還可以起到骨架作用，防止外套管開裂。在施工過程中，復合套管是組合柱的外模板以及施工荷載支撐體系的組成部分，節省了模板和支架材料。在常用的構件尺寸范圍內，復合套管本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種復合套管約束鋼筋混凝土柱，其特征在于鋼筋混凝土柱（2）的復合套管（1）為預制活性粉末混凝土外套管（3）和內套管（4）的組合體。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：單波，肖巖，龔建清，
申請(專利權)人：湖南大學，
類型：實用新型
國別省市：