專利名稱：具有緩沖吸能作用的復合材料格構夾心管約束混凝土墩柱的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種混凝土基礎柱樁，尤其是一種具有緩沖作用、防撞 效果好的、可廣泛應用在工程結構領域中進行加固改造和新建的、作為交通 流量大的橋梁、各類民用建筑、海洋和近海、地下工程結構中的墩柱和支撐 構件的具有復合材料護套的混凝土，具體地說是一種具有緩沖吸能作用的復 合材料格構夾心管約束混凝土墩柱。
背景技術：
目前，隨著交通運輸業(yè)和經(jīng)濟建設的蓬勃發(fā)展，橫跨江海的大型橋梁越 來越多，城市立交橋、高架橋也比比皆是，使得撞擊橋墩事故急劇增加。盡 管并非每一次碰撞事故都釀成橋毀人亡的重大慘劇，但橋梁的使用壽命、安 全性及抗震能力的降低確是肯定的，由此造成中斷交通、搶修線路的經(jīng)濟損 失也逐年嚴重.針對這種情況，許多國家的交通部門均要求對一些重要的大 型橋梁橋墩予以保護.為此，國外的學者已率先開展了相關的研究，提出了 船橋碰撞理論，并設計出了一些橋墩防護設施.我國主要集中在借鑒和參考 國外研究成果，進行實例橋梁的防撞裝置的設計和應用，其成果被部分規(guī)范 引用，但橋墩防撞擊的研究工作和防撞裝置的安裝在我國仍然未能引起足夠 的重視。此外，現(xiàn)有防撞裝置幾何尺度偏大，外形欠美觀，也不能滿足現(xiàn)代 交通對橋墩防撞裝置的要求。
此外，雖然鋼筋混凝土和鋼管混凝土結構具有受力性能好、造價低等優(yōu) 點。但當應用于橋梁、水工結構、海洋和近海等結構以及其它具有侵蝕性或 暴露性的環(huán)境時，強腐蝕介質和高應力的共同作用使鋼筋或鋼管很快生銹、斷 裂，最終導致結構破壞。 發(fā)明內容
本實用新型的目的是現(xiàn)有的起支撐作用的混凝土墩柱防撞性能較差，易損壞、壽命短的問題，設計可用于加固改造和新建工程，特別適用于作為交 通流量大的橋梁、各類民用建筑、海洋和近海、地下工程結構中的墩柱和支 撐構件，以期獲得良好的結構受力性能、防撞性能，提高墩柱耐久性，便于 運輸和安裝施工的具有緩沖吸能作用的復合材料格構夾心管約束混凝土墩 柱。
本實用新型的技術方案是
一種具有緩沖吸能作用的復合材料格構夾心管約束混凝土墩柱，其特征
是它由墩柱套7和澆注在墩柱套7中的混凝土內芯5組成，混凝土內芯5中 預埋有沿墩柱套7軸向設置的起增加抗拉強度的鋼筋4;所述的墩柱套7由 復合材料外管1、復合材料內管3、連接復合材料外管1和復合材料內管3 的格構6以及填充在由復合材料外管1、復合材料內管3和格構6圍成的空 間中的緩沖材料2組成。
所述的復合材料外管1及復合材料內管3均由碳纖維、玻璃纖維、芳綸 纖維或玄武纖維雙向混雜編織并一次性拉擠而成。
所述的纖維的水平夾角為45。 55° 。
所述的緩沖材料2是具有減震、隔振作用的聚氨酯、輕質木材、泡沫鋁 或人造橡膠。
所述的混凝土內芯5為實心結構或至少設有一個沿墩柱套7軸線方向通 孔8的空心結構。
所述的通孔8為圓形、橢圓形、多邊形或它們的組合。 所述的墩柱套7的外形為多邊形、圓形、橢圓形或腰形或它們的組合。 本實用新型的有益效果
1. 本實用新型利用混凝土墩柱外包裹了復合材料格構夾心層，夾心層中 的緩沖材料依靠結構或材料的自身恢復彈性變形的能力轉化并釋放撞擊能 量，可以延長撞擊時間，從而減小撞擊力，達到保護車船及橋梁的作用。
2. 復合材料管采用雙向混雜纖維編織工藝拉擠成型，充分利用了纖維良 好的拉伸性能，產(chǎn)品的拉伸強度高于普通鋼材。
3. 本實用新型將復合材料管優(yōu)越的受拉性能與混凝土的抗壓性能相結
4合， 一方面復合材料管對混凝土的約束作用使混凝土處于復雜應力狀態(tài)之下,
從而使混凝土的強度得以提高，塑性和韌性性能大為改善；另一方面混凝土的 存在可以避免或延緩復合材料管過早地發(fā)生局部破壞，從而可以保證其材料 性能的充分發(fā)揮。該組合結構可取代或部分取代傳統(tǒng)的鋼筋增強，從根本上 避免或減低因鋼筋銹蝕引發(fā)的結構老化等問題的發(fā)生，節(jié)約大量的維護、修 復費用，使結構具有良好的耐久性；
4.本實用新型在施工時將復合材料管作為澆筑其核心混凝土的永久模 板，，節(jié)約了工程的綜合造價，使預制成型和工廠化生產(chǎn)成為可能。

圖1是本實用新型的圓端形復合材料夾心管約束混凝土實心結構的混凝 土墩柱的斷面示意圖。
圖2是本實用新型的多邊形復合材料夾心管約束混凝土實心結構的的混 凝土墩柱的斷面示意圖。
圖3是本實用新型的圓端形復合材料夾心管約束帶縱向肋板混凝土空心 結構的混凝土墩柱的斷面示意圖。
圖4是本實用新型的圓端形復合材料夾心管約束混凝土雙圓孔空心結構 的混凝土墩柱的斷面示意圖。
圖5是本實用新型的多邊形復合材料夾心管約束混凝土矩形空心結構的 混凝土墩柱的斷面示意圖。
圖6是本實用新型的多邊凹面復合材料夾心管約束混凝土多邊空心結構 的混凝土墩柱的斷面示意圖。
圖7是本實用新型的混凝土墩柱表面的復合材料外套的外形結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。 如圖1、 7所示。
一種具有緩沖吸能作用的復合材料格構夾心管約束混凝土墩柱，是它由 墩柱套7和澆注在墩柱套7中的混凝土內芯5組成，混凝土內芯5中預埋有抗拉強度的鋼筋4;所述的墩柱套7由復合材 料外管1、復合材料內管3、連接復合材料外管1和復合材料內管3的格構6 以及填充在由復合材料外管1、復合材料內管3和格構6圍成的空間中的緩 沖材料2組成，格構6的數(shù)量可根據(jù)墩柱套7的周長設置，原則上數(shù)量越多 越好，但數(shù)量越多成本增加的同時彈性也在下降，因此以間隔0.5-1米設置 一個格構6為宜，格構6可與復合材料外管1及復合材料內管3 —起拉擠成 形，如圖1所示。在拉擠成型的復合材料格構管內填充緩沖材料2，內管3 與配有鋼筋4的混凝土內芯5緊密結合，構成復合材料夾心管約束混凝土結 構。復合材料內外管宜采用雙向混雜纖維編織拉擠而成，外形如圖7所示。 所述的復合材料外管1及復合材料內管3由碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維或 玄武纖維雙向混雜編織并一次性拉擠而成，所述的纖維的水平夾角為45。
55° 。緩沖材料2可采用具有減震、隔振作用的聚氨酯、輕質木材、泡沫鋁 或人造橡膠，本實施例的混凝土內芯5為實心結構，墩柱套7的斷面形狀呈 腰形結構。
實施例二。
如圖2所示。
本實施例與實施例一的區(qū)別在于墩柱套7的外形為多邊形結構，如圖2 所示。
實施例三。 如圖3所示。
本實施例與實施例一的區(qū)別在于混凝土內芯為中空結構，且有兩個相鄰 的中空結構，每個中空結構由長方體和圓弧段組成，對稱設置，在中間形成 一個縱向肋板，如圖3所示。
實施例四。
如圖4所示。
本實施例與實施例一的區(qū)別在于混凝土內芯為中空結構，且有兩個中空 結構，每個中空結構均為圓孔，且互不相連，如圖4所示。 實施例五。如圖5所示。
本實施例與實施例二的區(qū)別在于混凝土內芯5為中空結構，且有兩個孔， 每個孔的形狀均為方形孔，如圖5所示。 實施例五。 如圖5所示。
本實施例與實施例一的區(qū)別在于混凝土內芯5為多邊形中空結構，墩柱 護套7的外形也為相配的多邊形結構，如圖6所示。
在上述實施例中，復合材料外管1和復合材料內管3可以是碳纖維、玻 璃纖維、芳綸纖維和玄武纖維等雙向混雜編織而成，纖維的水平夾角可以是 45°或55° 。緩沖材料2可以是具有減震、隔振作用的聚氨酯、輕質木材、 泡沫鋁以及人造橡膠等材料；實心墩柱的混凝土內芯的強度等級不低于C20， 空心墩柱混凝土強度等級不低于C25;鋼筋4 一般選HRB335和HRB400鋼筋， 直徑10mm 28mm。具體制備是先預制好復合材料夾心管——即在兩層復合材 料管中填充緩沖材料，然后運到現(xiàn)場安裝就位，并綁扎鋼筋。以復合材料夾 心管為模板，在其中澆注混凝土?；炷凉探Y即形成復合材料管約束混凝土 墩柱結構。
本實用新型可應用于建筑工程中的柱、橋梁工程中的塔墩、地下工程結 構中的樁和支撐構件。
本實用新型未涉及部分均與現(xiàn)有技術相同或可采用現(xiàn)有技術加以實現(xiàn)。
權利要求1、一種具有緩沖吸能作用的復合材料格構夾心管約束混凝土墩柱，其特征是它由墩柱套(7)和澆注在墩柱套(7)中的混凝土內芯(5)組成，混凝土內芯(5)中預埋有沿墩柱套(7)軸向設置的起增加抗拉強度的鋼筋(4)；所述的墩柱套(7)由復合材料外管(1)、復合材料內管(3)、連接復合材料外管(1)和復合材料內管(3)的格構(6)以及填充在由復合材料外管(1)、復合材料內管(3)和格構(6)圍成的空間中的緩沖材料(2)組成。
2、 根據(jù)權利要求1所述的具有緩沖吸能作用的復合材料格構夾心管約束混凝 土墩柱，其特征是所述的緩沖材料(2)是具有減震、隔振作用的聚氨酯、輕 質木材、泡沫鋁或人造橡膠。
3、 根據(jù)權利要求1所述的具有緩沖吸能作用的復合材料格構夾心管約束混凝 土墩柱，其特征是所述的混凝土內芯(5)為實心結構或至少設有一個沿墩柱 套(7)軸線方向通孔(8)的空心結構。
4、 根據(jù)權利要求6所述的具有緩沖吸能作用的復合材料格構夾心管約束混凝 土墩柱，其特征是所述的通孔(8)為圓形、橢圓形、多邊形或它們的組合。
5、 根據(jù)權利要求1所述的具有緩沖吸能作用的復合材料格構夾心管約束混凝 土墩柱，其特征是所述的墩柱套(7)的外形為多邊形、圓形、橢圓形、腰形 或它們的組合。
專利摘要一種具有緩沖吸能作用的復合材料格構夾心管約束混凝土墩柱，其特征是它由墩柱套(7)和澆注在墩柱套(7)中的混凝土內芯(5)組成，混凝土內芯(5)中預埋有沿墩柱套(7)軸向設置的起增加抗拉強度的鋼筋(4)；所述的墩柱套(7)由復合材料外管(1)、復合材料內管(3)、連接復合材料外管(1)和復合材料內管(3)的格構(6)以及填充在由復合材料外管(1)、復合材料內管(3)和格構(6)圍成的空間中的緩沖材料(2)組成。本實用新型利用混凝土墩柱外包裹了復合材料格構夾心層，夾心層中的緩沖材料依靠結構或材料的自身恢復彈性變形的能力轉化并釋放撞擊能量，可以延長撞擊時間，從而減小撞擊力，達到保護車船及橋梁的作用，同時可增加強度、耐腐蝕并降低施工成本。
文檔編號E01D19/02GK201386250SQ20092003685
公開日2010年1月20日 申請日期2009年2月26日 優(yōu)先權日2009年2月26日
發(fā)明者劉偉慶, 海 方, 俊 王 申請人:南京工業(yè)大學