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1、10申请公布号43申请公布日21申请号201410748360X22申请日20141208E04C3/3620060171申请人中国能源建设集团广东省电力设计研究院地址510663广东省广州市萝岗区广州科学城天丰路1号72发明人戚永乐张春文周新显彭雪平尹春明周玉74专利代理机构广州华进联合专利商标代理有限公司44224代理人刘培培朱书明54发明名称碳纤维复合钢管混凝土柱及其建造方法57摘要本发明公开了一种碳纤维复合钢管混凝土柱及其建造方法，包括混凝土柱本体，在所述混凝土柱本体的节点区、端部包覆有钢管形成钢管约束区，在所述混凝土柱本体的反弯点区包覆有碳纤维布形成碳纤维布约束区，且所述钢管约束区和。
2、所述碳纤维布约束区相邻。在梁、混凝土柱本体节点区与混凝土柱本体的端部利用钢管约束混凝土，而在混凝土柱本体的反弯点区利用碳纤维布约束混凝土。碳纤维复合钢管混凝土柱本体整个结构节点区无削弱，能有效保证强节点的要求。混凝土柱本体部分及钢管约束区可在浇筑时完成，再通过粘贴碳纤维布形成碳纤维布约束区能够适应不同的形状，能够适应钢管混凝土柱节点结构复杂、施工困难等缺点。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图3页10申请公布号CN104481082A43申请公布日20150401CN104481082A1/2页21一种碳纤维复合钢管混凝土柱，其特征在于，包。
3、括混凝土柱本体，在所述混凝土柱本体的节点区、端部包覆有钢管形成钢管约束区，在所述混凝土柱本体的反弯点区包覆有碳纤维布形成碳纤维布约束区，且所述钢管约束区和所述碳纤维布约束区相邻。2根据权利要求1所述的碳纤维复合钢管混凝土柱，其特征在于，所述钢管或所述碳纤维布的厚度T，其满足如下公式NCFCCACFC4FAC1其中NC受压承载力；FC素混凝土抗压强度；FCC约束混凝土抗压强度；AC被约束混凝土的截面积；DCOR被约束混凝土的直径；FY钢管或碳纤维布的抗拉强度；F钢管或碳纤维布提供的约束力。3根据权利要求1所述的碳纤维复合钢管混凝土柱，其特征在于，所述碳纤维布的长度不小于所述混凝土柱本体的横截面周。
4、长。4根据权利要求1所述的碳纤维复合钢管混凝土柱，其特征在于，在所述碳纤维区设置有纵筋。5根据权利要求1所述的碳纤维复合钢管混凝土柱，其特征在于，所述碳纤维布的宽度为80150MM。6一种如权利要求1至5任意一项所述的碳纤维复合钢管混凝土柱的建造方法，其特征在于，该建造方法包括1在钢管约束区以钢管为模板，在碳纤维布约束区支模，进行浇筑形成混凝土柱本体；2对混凝土柱本体上碳纤维布约束区对应的区域进行清理；3对混凝土柱本体上碳纤维布约束区对应的区域涂底胶、涂结构胶，再粘贴碳纤维布形成碳纤维布约束区。7根据权利要求6所述的碳纤维复合钢管混凝土柱的建造方法，其特征在于，还包括步骤424H48H后，在所。
5、述碳纤维布上涂环氧树脂浸渍剂。8根据权利要求6或7所述的碳纤维复合钢管混凝土柱的建造方法，其特征在于，还包括步骤5对钢管进行防锈、防火处理。9根据权利要求6所述的碳纤维复合钢管混凝土柱的建造方法，其特征在于，所述步骤2包括打磨去除混凝土表面的浮浆，直到打磨至粗骨料裸露，去浮沉，干燥。10根据权利要求6所述的碳纤维复合钢管混凝土柱的建造方法，其特征在于，在步骤3中，确保所述碳纤维布对混凝土柱本体提供的环向约束力与所述钢管对混凝土柱本体提供的环向约束力相等，且与满足如下关系式权利要求书CN104481082A2/2页3NCFCCACFC4FAC1其中NC受压承载力；FC素混凝土抗压强度；FCC约束。
6、混凝土抗压强度；AC被约束混凝土的截面积；DCOR被约束混凝土的直径；FY钢管或碳纤维布的抗拉强度；T钢管或所述碳纤维布的厚度T；F钢管或碳纤维布提供的约束力。11根据权利要求6所述的碳纤维复合钢管混凝土柱的建造方法，其特征在于，在步骤1中还包括在所述碳纤维布约束区设置纵筋，再进行浇筑。12根据权利要求6所述的碳纤维复合钢管混凝土柱的建造方法，其特征在于，所述底胶的厚度为005MM02MM。13根据权利要求6所述的碳纤维复合钢管混凝土柱的建造方法，其特征在于，所述结构胶的厚度为02MM05MM。权利要求书CN104481082A1/5页4碳纤维复合钢管混凝土柱及其建造方法技术领域0001本发明。
7、涉及土建工程技术领域，尤其是指一种碳纤维复合钢管混凝土柱及其建造方法。背景技术0002现有的钢管混凝土柱有效地利用了钢管和混凝土两者之间的相互约束而产生的增强作用，具有承重能力高、延性好、抗爆抗冲击性能优良等特点。但由于钢管和混凝土同时受压，在强震作用下钢管受压会造成钢管压屈而无法有效约束混凝土，因此无法发挥钢材的全部能力。且节点构造复杂，施工困难，节点耗材，成本高成为困扰工程应用的主要问题。发明内容0003基于此，本发明在于提供一种碳纤维复合钢管混凝土柱及其建造方法，其能克服现有技术的不足，其确保混凝土柱整个结构都能够受到约束，提高了混凝土柱的强度和抗变形能力。0004其技术方案如下0005。
8、一种碳纤维复合钢管混凝土柱，包括混凝土柱本体，在所述混凝土柱本体的节点区、端部包覆有钢管形成钢管约束区，在所述混凝土柱本体的反弯点区包覆有碳纤维布形成碳纤维布约束区，且所述钢管约束区和所述碳纤维布约束区相邻。0006下面对进一步技术方案进行说明0007进一步的，所述钢管或所述碳纤维布的厚度T，其满足如下公式0008NCFCCACFC4FAC100090010其中NC受压承载力；0011FC素混凝土抗压强度；0012FCC约束混凝土抗压强度；0013AC被约束混凝土的截面积；0014DCOR被约束混凝土的直径；0015FY钢管或碳纤维布的抗拉强度；0016F钢管或碳纤维布提供的约束力。0017进。
9、一步的，所述碳纤维布的长度不小于所述混凝土柱本体的横截面周长。0018进一步的，在所述碳纤维区设置有纵筋。0019进一步的，所述碳纤维布的宽度为80150MM。0020还公开了一种如以上任意一项所述的碳纤维复合钢管混凝土柱的建造方法，该建造方法包括说明书CN104481082A2/5页500211在钢管约束区以钢管为模板，在碳纤维布约束区支模，进行浇筑形成混凝土柱本体；00222对混凝土柱本体上碳纤维布约束区对应的区域进行清理；00233对混凝土柱本体上碳纤维布约束区对应的区域涂底胶、涂结构胶，再粘贴碳纤维布形成碳纤维布约束区。0024进一步的，还包括步骤424H48H后，在所述碳纤维布上涂环。
10、氧树脂浸渍剂。0025进一步的，还包括步骤5对钢管进行防锈、防火处理。0026进一步的，所述步骤2包括打磨去除混凝土表面的浮浆，直到打磨至粗骨料裸露，去浮沉，干燥。0027进一步的，在步骤3中，确保所述碳纤维布对混凝土柱本体提供的环向约束力与所述钢管对混凝土柱本体提供的环向约束力相等，且与满足如下关系式0028NCFCCACFC4FAC100290030其中NC受压承载力；0031FC素混凝土抗压强度；0032FCC约束混凝土抗压强度；0033AC被约束混凝土的截面积；0034DCOR被约束混凝土的直径；0035FY钢管或碳纤维布的抗拉强度；0036T钢管或所述碳纤维布的厚度T；0037F钢管。
11、或碳纤维布提供的约束力。0038进一步的，在步骤1中还包括在所述碳纤维布约束区设置纵筋，再进行浇筑。0039进一步的，所述底胶的厚度为005MM02MM。0040进一步的，所述结构胶的厚度为0205MM。0041下面对前述技术方案的原理、效果等进行说明0042上述碳纤维复合钢管混凝土柱通过钢管和碳纤维布分区域约束混凝土，在梁、混凝土柱本体节点区与混凝土柱本体的端部利用钢管约束混凝土，而在混凝土柱本体的反弯点区利用碳纤维布约束混凝土。混凝土柱本体的反弯点一般位于混凝土柱本体的中部，反弯点附近弯矩很小，对混凝土柱截面的抗弯承载力需求小，在此处截断钢管对混凝土柱本体的抗弯承载力影响最小。反弯点处的碳。
12、纤维布仅用来提供环向约束力，保证了轴压承载力不被削弱，同时利用碳纤维布仅受拉不能受压的特性，阻断了轴力传递到钢管约束区，从而起到防止钢管压屈的作用。碳纤维复合钢管混凝土柱本体整个结构节点区无削弱，能有效保证强节点的要求。0043上述碳纤维复合钢管混凝土柱可按照现有的钢管混凝土柱的建造方式进行施工，混凝土柱本体部分及钢管约束区可在浇筑时完成，之后再通过粘贴碳纤维布形成碳纤维布约束区，施工方便，且柔软的碳纤维布能够适应不同的形状，能够适应钢管混凝土柱节点结构复杂、施工困难等缺点。说明书CN104481082A3/5页6附图说明0044图1是本发明实施例所述的碳纤维复合钢管混凝土柱的结构示意图；00。
13、45图2是图1中AA处的剖视图；0046图3是图2中NN处的剖视图；0047图4是图2中MM处的剖视图。0048附图标记说明004910、混凝土柱本体，12、碳纤维布，14、碳纤维布约束区，16、纵筋，20、钢管，22、钢管约束区，24、框架梁，26、连接环梁。具体实施方式0050下面对本发明的实施例进行详细说明0051如图1及图2所示，一种碳纤维复合钢管混凝土柱，包括混凝土柱本体10，在所述混凝土柱本体10的节点区、端部包覆有钢管20形成钢管约束区22，在所述混凝土柱本体10的反弯点区包覆有碳纤维布12形成碳纤维布约束区14，且所述钢管约束区22和所述碳纤维布约束区14相邻。0052上述碳纤。
14、维复合钢管混凝土柱通过钢管20和碳纤维布12分区域约束混凝土，在梁、混凝土柱本体10节点区与混凝土柱本体10的端部利用钢管20约束混凝土，而在混凝土柱本体10的反弯点区利用碳纤维布12约束混凝土。混凝土柱本体10的反弯点一般位于混凝土柱本体10的中部，反弯点附近弯矩很小，对混凝土柱截面的抗弯承载力需求小，在此处截断钢管对混凝土柱本体10的抗弯承载力影响最小。反弯点处的碳纤维布12仅用来提供环向约束力，保证了轴压承载力不被削弱，同时利用碳纤维布12仅受拉不能受压的特性，阻断了轴力传递到钢管约束区22，从而起到防止钢管20压屈的作用。碳纤维复合钢管混凝土柱整个结构节点区无削弱，能有效保证强节点的要。
15、求。0053如图1及图2所示，在用钢筋混凝土形成的框架梁24的两个面分别设有混凝土柱本体10，并在混凝土柱10本体与框架梁24的连接处设有连接环梁26。所述钢管20设于所述框架梁24、连接环梁26及混凝土柱本体10的节点处，同时钢管20还延伸整个混凝土柱本体10的端部，最终，钢管20延伸至混凝土柱本体10的中部、与设于混凝土柱本体10的反弯点处的碳纤维布12相邻不需要连接，相当于钢管20一直延伸至节点中，使用碳纤维布12替代柱反弯点处的钢管，碳纤维布12和钢管20配合覆盖整个混凝土柱本体10，碳纤维布12提供环向约束拉力，使混凝土一直处于三轴受压状态，同时保证钢管不压屈。0054如图3所示，在。
16、所述碳纤维布约束区14内设有纵筋16。当混凝土柱本体10中存在轴向拉力时，在碳纤维布约束区14纵向设置有纵筋16，纵筋16优选为钢筋，纵筋16应满足规范的锚固长度，保证拉力的有效传递。0055所述碳纤维布12环向包裹所述混凝土柱本体10，绕混凝土柱本体10表面一整圈，碳纤维布12的长度不小于所述混凝土柱本体10的横截面周长。所述碳纤维布12的宽度H为80150MM，本实施例优选H为100MM。在施工时，应使碳纤维布12的环向约束力与钢管20的环向约束力相当，保证混凝土柱全高度不存在约束薄弱区，碳纤维布12的厚度T可由以下计算式1、2算出说明书CN104481082A4/5页70056NCFCC。
17、ACFC4FAC100570058其中NC受压承载力；0059FC素混凝土抗压强度；0060FCC约束混凝土抗压强度；0061AC被约束混凝土的截面积；0062DCOR被约束混凝土的直径；0063FY钢管或碳纤维布的抗拉强度；0064F钢管或碳纤维布提供的约束力。0065由以上计算式可以看出，当所述碳纤维布对混凝土柱本体提供的环向约束力与所述钢管对混凝土柱本体提供的环向约束力相等，从而根据已知的钢管20的厚度计算得出碳纤维布12的厚度T。0066一种碳纤维复合钢管混凝土柱的建造方法，该建造方法包括00671在钢管约束区22以钢管20为模板，在碳纤维布约束区14支模，进行浇筑形成混凝土柱本体10。
18、；00682对混凝土柱本体10上碳纤维布约束区14对应的区域进行清理；00693对混凝土柱本体10上碳纤维布约束区14对应的区域涂底胶、涂结构胶，再粘贴碳纤维布形成碳纤维布约束区14。0070碳纤维布约束区14能先按照普通钢筋混凝土节点进行施工，然后粘贴碳纤维布12，施工方便。碳纤维布12复合钢管20约束混凝土柱本体10，梁与柱连接方便、材料受力明确，约束效果好，钢管无屈曲问题，抗震性能优越，轴压比限值高。0071还包括步骤4等待24H48H后，在所述碳纤维布12上涂环氧树脂浸渍剂；并保证环氧树脂浸渍剂覆盖碳纤维布12的表面，确保充分侵润碳纤维布12的纤维中，进行养护至底胶及结构胶硬化达到规范。
19、规定的强度要求。0072还包括步骤5对钢管进行防锈、防火处理。以提高钢管约束区22的防锈及防火性能，满足相关要求。0073其中，在步骤1中，在进行浇筑混凝土柱本体10时，所述钢管约束区22可以不需要另外支模，利用钢管20作为其主要的支模；而碳纤维布约束区14此时还没有粘贴碳纤维布14，需要预留相应的区域作为碳纤维布约束区14，此区域需要支模，之后再进行整体浇筑，浇筑过程可参照现有的相关浇筑技术，此时，形成的混凝土柱本体10包含有钢管约束区22。0074并且在进行浇筑工艺之前，在支模的区域设置纵筋16，纵筋16应满足规范的锚固长度，保证拉力的有效传递。0075在进行步骤2之前，可参照现有技术，选。
20、择适当的时间及相应技术对未设置碳纤维布12的碳纤维布约束区14即未设置钢管20的区域进行拆模，为进行步骤2做准备。0076在步骤2中，对需要粘贴碳纤维布的碳纤维布约束区14的混凝土表面进行处说明书CN104481082A5/5页8理，具体包括用打磨机磨去混凝土表面的浮浆，打磨直到粗骨料裸露，然后去除浮尘，干燥后待用。0077在步骤3中，在干燥的尚未粘贴碳纤维布12的碳纤维布约束区14表面饱满、均匀地打上一层底胶，等底胶风干后再滚涂一层结构胶，然后粘贴碳纤维布12，粘贴时需要碳纤维布12环向包裹在混凝土柱本体10的表面一整圈，碳纤维布12的长度不小于混凝土柱本体10的周长。并且应确保碳纤维布12。
21、的环向约束力应与钢管20提供的环向约束力相当，保证柱全高度不存在约束薄弱区，碳纤维布厚度T的计算方法可参照上述计算方法，由计算式1、2算出。其中，所述底胶的涂覆厚度为005MM02MM，所述结构胶的涂覆厚度为02MM05MM。0078以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。0079以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。说明书CN104481082A1/3页9图1说明书附图CN104481082A2/3页10图2图3说明书附图CN104481082A3/3页11图4说明书附图CN104481082A。