CN105200913A - 一种碳纤维管混凝土直接嵌入基座的连接构造及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种碳纤维管混凝土直接嵌入基座的连接构造及其施工方法，包括混凝土基座，所述混凝土基座上嵌有碳纤维管混凝土，所述碳纤维管混凝土包括碳纤维护套及包裹于碳纤维护套外部的混凝土层，所述碳纤维管混凝土一端嵌入混凝土基座内。本发明采用直接嵌入基座的连接构造及其施工方法，取消了需要复杂安装工艺的连接棒和预应力筋；采用碳纤维制成的护套填充浇筑混凝土，并直接嵌入到如混凝土支座或桩帽等结构中，相比其它施工方法，其施工简单快捷且结构承载能力、耐久性、耐腐蚀性能强。并可根据需要通过控制碳纤维的层数和斜交角来控制结构的承载能力和在某方向的变形能力。

Description

一种碳纤维管混凝土直接嵌入基座的连接构造及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种碳纤维管混凝土直接嵌入基座的连接构造及其施工方法。

背景技术

在传统的构件连接中，如桩帽与桥台连接等，为适应结构变形和传力的要求，必须在两构件之间设置连接棒或后张预应力筋；也即通常的两种连接形式：销棒法和后张拉预应力法。销棒法即两构件通过连接销或插棒传递力和弯矩。此种方法施工复杂，需要对连接处进行多种细部处理。后张拉预应力法同样因工序复杂难被工程师采用。

而本发明通过将抗拉能力极高的碳纤维与普通砼巧妙结合制成的具有高强抗拉、压能力、高抗腐蚀性能的支撑桩直接嵌入到混凝土基座或桩帽中，此种方法施工方便、快捷，传力简单，不仅能免去需要复杂安装工艺的连接棒，又能够通过抗腐蚀碳纤维管很好地保护和限制核心混凝土，有效增强混凝土的强度、耐久性以及延展性。通过控制纤维的层数和斜交角度，进而让薄层结构的碳纤维管在特定方向设计成所需的强度和刚度，形成具有明显力学上的强弱轴构件，如单向运动的桩在纵桥向更易变形，能够更好的适应上部结构的运动。这种管能够有效代替传统的加强措施。其次其中的填充混凝土能够有效增强弯曲强度和刚度，解决管的局部屈曲问题。通过将预制技术和混合型浇筑能够发挥混凝土构件快速浇筑和质量易控制等的优势。另外，如果嵌入长度过小，即小于临界嵌入长度Lcr时，易导致粘结失效发生在潜力完全发挥之前，这样既危险又不经济，而通过控制嵌入长度可更好的控制力的传递过程和有效发挥材料性能，提高构件安全性能。

发明内容

本发明提供一种碳纤维管混凝土直接嵌入基座的连接构造及其施工方法，设计施工方便，能够有效提高结构混凝土的强度、耐久性以及延展性。有效减少结构维修费用。

本发明的第一具体实施方案是：一种碳纤维管混凝土直接嵌入基座的连接构造，包括混凝土基座，所述混凝土基座上嵌有碳纤维管混凝土，所述碳纤维管混凝土包括碳纤维护套及包裹于碳纤维护套外部的混凝土层，所述碳纤维管混凝土一端嵌入混凝土基座内。

进一步的，所述的碳纤维护套由多层碳纤维管构成，并且每层的碳纤维管交错设置。

进一步的，所述相邻上下两层的碳纤维管相角度为45°到90°。

进一步的，所述碳纤维管混凝土与混凝土基座接合面设有粘结胶。

本发明的第二具体实施方案是：一种制造如权利要求1所述的碳纤维管混凝土直接嵌入基座的连接构造的施工方法，包括以下步骤：

(1)利用的多层具有一定斜交角的纤维制造碳纤维护套；

(2)在步骤(1)形成的碳纤维护套内壁先涂满粘结胶，然后填充混凝土并经振捣后形成碳纤维管混凝土；

(3)碳纤维管混凝土下端外表粘结嵌入区涂上粘结胶后嵌入到混凝土基座中进行一体浇筑成型

进一步的，在制造制造碳纤维护套前技术碳纤维单位面积的抗拉强度f'，然后根据公式一及公式二以及构件的预定变形方向和竖向承受荷载要求确定碳纤维的斜交角度φ和层数n；

公式一： $\frac{f_{cc}}{f_c}=1+1.5\sqrt{\frac{P}{f_c}}+2\·\frac{P}{f_c};$

公式二： $n=\frac{P\·D}{2\·f^{\′}};$

其中：f_cc为混凝土极限极限强度；

P为碳纤维管内壁所需测压力；

f_c为填充混凝土在无测压时的抗压强度；

f'为碳纤维单位面积的抗拉强度。

进一步的，碳纤维管混凝土构件粘结嵌入区的长度X不小于临界嵌入长度Lcr；其中Lcr满足公式三，

公式三: $\frac{L_{cr}}{D}=\sqrt{\frac{3\mathrm{\π}M}{D^3{f}_c}(1-0.5{\left(\frac{e}{D}+\frac{3}{8}\right)}^{-1})};$

公式三中：L_cr为临界粘结区域长；

M为交界面弯矩值；

e为轴向荷载的偏压程度；

D为碳纤维管混凝土构件的直径。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.采用上述技术方案的直接嵌入基座的连接构造及其施工方法，取消了需要复杂安装工艺的连接棒和预应力筋；采用碳纤维制成的护套填充浇筑混凝土，并直接嵌入到如混凝土支座或桩帽等结构中，相比其它施工方法，其施工简单快捷且结构承载能力、耐久性、耐腐蚀性能强。并可根据需要通过控制碳纤维的层数和斜交角来控制结构的承载能力和在某方向的变形能力。

2.采用上述技术方案的直接嵌入基座的连接构造及其施工方法，使得连接部位免受外界雨水等的侵蚀，真正实现“零维护”，提高了结构的耐久性和使用寿命；同时直接嵌入基座的连接形式不仅可适用于桥梁桩基的设计，更可方便用于存在特定方向变形的支撑结构，应用范围十分广泛。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的碳纤维管混凝土构造示意图；

图3为本发明的碳纤维管混凝土示意图。

图中：1-混凝土基座、2-碳纤维管混凝土嵌入混凝土基座粘结区域、3-碳纤维管混凝土、4-混凝土层、5-碳纤维护套。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1～2所示，一种碳纤维管混凝土直接嵌入基座的连接构造，包括混凝土基座1，所述混凝土基座1上嵌有碳纤维管混凝土3，所述碳纤维管混凝土3包括碳纤维护套5及包裹于碳纤维护套5外部的混凝土层4，所述碳纤维管混凝土3一端嵌入混凝土基座1内。

所述的碳纤维护套5由多层碳纤维管构成，并且每层的碳纤维管交错设置。

本实施例中，所述相邻上下两层的碳纤维管相角度为45°到90°。

所述碳纤维管混凝土3与混凝土基座接合面设有粘结胶。

本发明的第二具体实施方案是：一种制造碳纤维管混凝土直接嵌入基座的连接构造的施工方法，包括以下步骤：

(4)利用的多层具有一定斜交角的纤维制造碳纤维护套；

(5)在步骤(1)形成的碳纤维护套内壁先涂满粘结胶，然后填充混凝土并经振捣后形成碳纤维管混凝土；

(6)碳纤维管混凝土下端外表粘结嵌入区涂上粘结胶后嵌入到混凝土基座中进行一体浇筑成型

进一步的，在制造制造碳纤维护套前技术碳纤维单位面积的抗拉强度f'，然后根据公式一及公式二以及构件的预定变形方向和竖向承受荷载要求确定碳纤维的斜交角度φ和层数n；

公式一： $\frac{f_{cc}}{f_c}=1+1.5\sqrt{\frac{P}{f_c}}+2\·\frac{P}{f_c};$

公式二： $n=\frac{P\·D}{2\·f^{\′}};$

其中：f_cc为混凝土极限极限强度；

P为碳纤维管内壁所需测压力；

f_c为填充混凝土在无测压时的抗压强度；

f'为碳纤维单位面积的抗拉强度。

碳纤维管混凝土构件粘结嵌入区的长度X不小于临界嵌入长度Lcr；其中Lcr满足公式三，

公式三: $\frac{L_{cr}}{D}=\sqrt{\frac{3\mathrm{\π}M}{D^3{f}_c}(1-0.5{\left(\frac{e}{D}+\frac{3}{8}\right)}^{-1})};$

公式三中：L_cr为临界粘结区域长；

M为交界面弯矩值；

e为轴向荷载的偏压程度；

D为碳纤维管混凝土构件的直径。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种碳纤维管混凝土直接嵌入基座的连接构造，其特征在于，包括混凝土基座，所述混凝土基座上嵌有碳纤维管混凝土，所述碳纤维管混凝土包括碳纤维护套及包裹于碳纤维护套外部的混凝土层，所述碳纤维管混凝土一端嵌入混凝土基座内。

2.根据权利要求1所述的一种碳纤维管混凝土直接嵌入基座的连接构造，其特征在于，所述的碳纤维护套由多层碳纤维管构成，并且每层的碳纤维管交错设置。

3.根据权利要求2所述的一种碳纤维管混凝土直接嵌入基座的连接构造，其特征在于，所述相邻上下两层的碳纤维管相角度为45°到90°。

4.根据权利要求1所述的一种碳纤维管混凝土直接嵌入基座的连接构造，其特征在于，所述碳纤维管混凝土与混凝土基座接合面设有粘结胶。

5.一种制造如权利要求1所述的碳纤维管混凝土直接嵌入基座的连接构造的施工方法，包括以下步骤：

(1)利用的多层具有一定斜交角的纤维制造碳纤维护套；

(2)在步骤(1)形成的碳纤维护套内壁先涂满粘结胶，然后填充混凝土并经振捣后形成碳纤维管混凝土；

(3)碳纤维管混凝土下端外表粘结嵌入区涂上粘结胶后嵌入到混凝土基座中进行一体浇筑成型。

6.根据权利要求5所述的一种碳纤维管混凝土直接嵌入基座的连接构造施工方法，其特征在于，在制造制造碳纤维护套前技术碳纤维单位面积的抗拉强度f'，然后根据公式一及公式二以及构件的预定变形方向和竖向承受荷载要求确定碳纤维的斜交角度φ和层数n；

公式一： $\frac{f_{cc}}{f_c}=1+1.5\sqrt{\frac{P}{f_c}}+2\·\frac{P}{f_c};$

公式二： $n=\frac{P\·D}{2\·f^{\′}};$

其中：f_cc为混凝土极限极限强度；

P为碳纤维管内壁所需测压力；

f_c为填充混凝土在无测压时的抗压强度；

f'为碳纤维单位面积的抗拉强度。

7.根据权利要求5所述的一种碳纤维管混凝土直接嵌入基座的连接构造施工方法，其特征在于，碳纤维管混凝土构件粘结嵌入区的长度X不小于临界嵌入长度Lcr；其中Lcr满足公式三，

公式三: $\frac{L_{cr}}{D}=\sqrt{\frac{3\mathrm{\π}M}{D^3{f}_c}(1-0.5{\left(\frac{e}{D}+\frac{3}{8}\right)}^{-1})};$

公式三中：L_cr为临界粘结区域长；

M为交界面弯矩值；

e为轴向荷载的偏压程度；

D为碳纤维管混凝土构件的直径。