FRP管混凝土多钢管空心组合单箱或多箱多室梁.pdf

本发明公开了一种FRP管-混凝土-多钢管空心组合单箱或多箱多室梁，由外层的FRP管，内置的钢管，以及两层之间的混凝土三部分组成；所述外层的FRP管是单箱或多箱多室梁形式；内置的钢管数量等于或大于两根；内置的钢管的纵向中心轴线呈轴对称布置于外层的FRP管内，形成空心组合单箱多室梁或多箱多室梁；本发明采用单箱多室箱梁或多箱多室箱梁组合形式，能有效提高组合构件整体性、抗扭刚度、稳定性，提高其承受偏载及横向荷载的能力；本构件具有良好的延性及抗震性能；外面包裹耐腐蚀材料FRP使内置混凝土及钢管得到有效保护，具有良好的耐久性，后期维护费用较低；本构件还具有自重轻、施工方便等优点,在耐久性及抗震性要求较高的地区具有广阔的应用前景。

权利要求书
1.  一种FRP管-混凝土-多钢管空心组合单箱或多箱多室梁，其特征在于：由外层的FRP管（1），内置的钢管（2），以及两层之间的混凝土（3）三部分组成；所述外层的FRP管（1）是单箱或多箱多室梁形式；内置的钢管（2）数量等于或大于两根；内置的钢管（2）的纵向中心轴线呈轴对称布置于外层的FRP管（1）内，形成空心组合单箱多室梁或多箱多室梁。

2.  根据权利要求1所述的空心组合单箱或多箱多室梁，其特征在于：所述内置的钢管（2）内部为空心，根据满足结构受力要求，全部或者部分填充混凝土。

3.  根据权利要求1所述的空心组合单箱或多箱多室梁，其特征在于：所述内置的钢管（2）与外层的FRP管（1）之间及内置的钢管（2）内部所填充的混凝土类型为普通混凝土、高强混凝土、膨胀混凝土、自密实混凝土、回收骨料混凝土、粉煤灰混凝土、纤维混凝土或其它混凝土。

4.  根据权利要求1所述的空心组合单箱或多箱多室梁，其特征在于：所述的外层的FRP管（1）和内置的钢管（2）均为直管或均为弯管。

5.  根据权利要求1所述的空心组合单箱或多箱多室梁，其特征在于：所述的外层的FRP管（1）和内置的钢管（2）沿长度方向是等截面或变截面。

6.  根据权利要求1至5所述的空心组合单箱或多箱多室梁，其特征在于：所述内置的钢管（2）的截面形状为圆形、椭圆形、带圆弧化角的正方形、带圆弧化角的矩形或其他带圆弧化角的多边形。

说明书FRP管-混凝土-多钢管空心组合单箱或多箱多室梁
技术领域
本发明涉及一种FRP管-混凝土-多钢管空心组合单箱或多箱多室梁。
背景技术
钢管混凝土技术在实际工程中已经得到广泛的应用，但由于钢管裸露在外，容易受到外部环境的侵蚀。在某些对受弯、受压能力要求较高的大型建筑工程中，若采用钢管混凝土技术，必须加大构件的整体截面尺寸以保证其具有足够的承载力，但加大构件截面不仅耗费材料，而且会增加构件自重。
近年来，纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer,简称FRP）因其轻质、高强、耐腐蚀的特点已被大量应用于旧有结构的维修加固，并开始在新建结构中应用。本发明提供一种FRP管-混凝土-多钢管空心组合单箱或多箱多室梁，充分发挥FRP、钢管、混凝土三种材料的优势，并扬长避短地优化了构件整体性能，能有效地解决上述传统钢管混凝土构件存在的问题，在实际工程中具有很大的发展前景。
发明内容
本发明提供了一种FRP管-混凝土-多钢管空心组合单箱或多箱多室梁，其主要目的是通过优化FRP、钢管、混凝土三种材料的组合形式，充分发挥钢材及FRP的受力特性，改善混凝土受力性能及耐久性方面的不足，具有良好的抗震性能、延性及耐久性。由于外面包裹耐腐蚀的FRP材料，使内置的混凝土及钢管得到有效保护，故本发明构件具有良好的耐久性，投入使用后所需的后期维护费用较低。此外，本发明构件还具有自重轻、施工方便等优点，适用于建造高性能的建筑结构、桥梁结构及其他基础设施结构，在耐久性及抗震性要求较高的地区具有广阔的应用前景。
本发明提供的一种FRP管-混凝土-多钢管空心组合单箱或多箱多室梁，由外层的FRP管1，内置的钢管2，以及两层之间的混凝土3三部分组成；所述外层的FRP管1是单箱或多箱多室梁形式；内置的钢管2数量等于或大于两根；内置的钢管2的纵向中心轴线呈轴对称布置于外层的FRP管1内，形成空心组合单箱多室梁或多箱多室梁。
所述内置的钢管2内部为空心，可根据结构受力需要，全部或者部分填充混凝土。
所述内置的钢管2与外层的FRP管1之间及内置的钢管2内部所填充的混凝土类型为普通混凝土、高强混凝土、膨胀混凝土、回收骨料混凝土、粉煤灰混凝土、纤维混凝土或其它混凝土。
所述的外层的FRP管1和内置的钢管2均为直管或均为弯管。
所述的外层的FRP管1和内置的钢管2沿长度方向是等截面或变截面。
所述内置的钢管2的截面形状为圆形、椭圆形、带圆弧化角的正方形、带圆弧化角的矩形或其他带圆弧化角的多边形。
本发明的有益效果：
本发明具有自重轻的特点，除了采用轻质的FRP材料，钢管内部的空隙也有效地减轻了结构自重。同时，内置钢管及外FRP管可以作为浇筑混凝土的永久性模板，不仅节省模板费用还有利于缩短工期。基于以上特点，这种新型组合构件可作为主要承重构件广泛应用于建筑结构、桥梁结构及及其他基础设施结构中。
对受压而言(如对梁施加轴向预应力时)，内径大、壁厚薄的单根薄壁钢管在受压过程中，由于其临界承载力直接受到钢管径厚比的影响，在实际应用的时候会存在局限性。本发明采用内置两根或多根的钢管，其与内置单钢管的FRP-混凝土-钢管空心组合构件及类似构件相比（如专利CN 202831403 U、CN 201943186 U）,本发明的组合构件形式的优点在于：可以实现根据实际受力需要灵活布置内置钢管，充分发挥各种材料的优点，使组合构件在承载力方面及整体稳定性方面都能得到大大的提升。空心钢管内还可以根据结构受力的需要，全部或者部分（如简支梁跨中或连续梁中间支座处等弯矩比较大的部分）填充混凝土。
对受弯而言，本发明可采用单箱多室箱梁（如图1,2）或多箱多室箱梁（图3）的组合形式，在截面宽高比较大时，比单室箱梁受力更加合理，主要表现在：（1）多室箱梁结构的中腹板与边腹板的应力分布逐渐趋向均匀，可以减少局部破坏，因此多室箱梁结构比单室箱梁结构整体性和横向稳定性更好；（2）多室箱梁结构抗扭刚度更大，在施工和使用过程中均有良好的稳定性，能有效降低结构在偏心荷载作用下，截面局部变形及畸变效应所带来的不利影响；（3）有利于建造更加宽扁的桥梁，使桥梁造型更加优美，并且可减少风荷载的影响。同时多室箱梁结构的中间腹板所受外界环境的影响最小，其内部混凝土温度基本稳定且要低于结构为单箱单室箱梁时的混凝土的温度，从而减少温度效应对整体混凝土的影响。
在功能方面，本发明中不同内置钢管由混凝土隔开，不同类型的管线可以分别从不同钢管内穿过，这对管线起到了良好的保护效果，有利于防止由于管线损坏或老化失效导致的结构损坏及其他次生灾害。
附图说明：
图1  所示为椭圆形截面四根相同钢管，以轴心对称布置于矩形截面外FRP管内，形成的
     FRP管-混凝土-多钢管空心组合单箱四室箱梁组合构件横截面示意图；
图2 所示为矩形截面三根相同钢管（带圆角），以轴心对称布置于多边形截面外FRP
     管内，形成FRP管-混凝土-多钢管空心组合单箱三室箱梁组合构件横截面示意图；
图3  所示为基于图2单箱多室箱梁形式，根据实际情况，采用n(n≥2)个单箱单元体，形成的FRP管-混凝土-多钢管空心组合多箱多室箱梁组合构件横截面示意图；
图4  所示为FRP管-混凝土-多钢管空心组合单箱或多箱多室变截面梁的纵向剖面示意图；
图5  所示为FRP管-混凝土-多钢管空心组合单箱或多箱多室弯梁纵向剖面示意图；
图6  所示为FRP管-混凝土-多钢管空心组合单箱或多箱多室直梁构件纵向剖面示意图。
图7  所示为FRP管-混凝土-多钢管空心组合单箱或多箱多室梁的矩形（带圆角）外FRP横截面示意图；
图8  所示为FRP管-混凝土-多钢管空心组合单箱或多箱多室梁的多边形（带圆角）外FRP横截面示意图；
图9  所示为FRP管-混凝土-多钢管空心组合单箱或多箱多室梁的矩形（带圆角）内置钢管横截面示意图；
图10 所示为FRP管-混凝土-多钢管空心组合单箱或多箱多室梁的椭圆形内置钢管横截面示意图；
图11 所示为FRP管-混凝土-多钢管空心组合单箱或多箱多室梁的圆形内置钢管横截面示意图；
图12 所示为FRP管-混凝土-多钢管空心组合单箱或多箱多室梁的方形（带圆角）内置钢管横截面示意图。
图13 所示为FRP管-混凝土-多钢管空心组合单箱或多箱多室梁的正六边形形（带圆角）内置钢管横截面示意图。
图中标号说明：1－外层的FRP管；2－内置的钢管；3－混凝土。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施对本发明作进一步详细的描述。
首先对外层的FRP管1和内置的钢管2进行选型，将内置的钢管2套入外层的FRP管1，并封固内钢管2和外层的FRP管1的同一端，将混凝土3浇筑于内置的钢管2与外外层的FRP管1之间，并进行养护。
外层的FRP管1可用典型截面形式如图7和图8所示，但不限于上述截面形式，外层的FRP管1可以在这些截面形式外进行任意选型。
内置的钢管2可用典型截面形式如图9-图13所示，但不限于上述截面形式，内置的钢管2可以在这些截面形式外进行任意选型。
选好的外层的FRP管1和内置的钢管2可以自由组合。
本发明可以是直梁，如图6所示；也可以是弯梁，如图5所示；横截面在构件纵向分布可以是等截面，如图5-图6所示，也可以是变截面，如图4所示，应根据受力情况灵活选用。
空心钢管内可以根据结构受力的需要，全部或者部分（如简支梁跨中或连续梁中间支座处等弯矩比较大的部分）填充混凝土。
空心钢管内的空间可以用作水电管线的通道。
根据外FRP管的不同情况，本发明可以采取如下两种不同的制作步骤：
方案一具体制作步骤如下：
（1）对内置的钢管进行选型并确定构件外边缘的模板形状；
（2）将内置的钢管套入模板，并封固内置的钢管和模板的同一端；
（3）将混凝土浇筑于内置的钢管与模板之间，并进行养护；
（4）养护完成后，拆除模板；
（5）在构件外侧缠绕粘贴FRP材料，层数应满足使用要求，并使其包裹在构件外侧。
方案二具体制作步骤如下：
（1）对内置的钢管和外层的FRP管进行选型；
（2）将内置的钢管套入外层的FRP管，并封固内置的钢管和外层的FRP管的同一端；
（3）将混凝土浇筑于外层的FRP管与内置的钢管之间，进行养护完成后无需拆模板。
 最后说明的是，以上实例仅用以说明本发明的技术方案，并对本发明进行详细的说明。本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，但只要不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其相关修改及等同替换均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。