[发明专利]一种FRP复合螺旋箍筋约束混凝土柱及其受压设计方法

说明书

本发明公开了一种FRP复合螺旋箍筋约束混凝土柱及其受压设计方法，通过设置FRP复合螺旋箍筋、纵筋以及混凝土，利用FRP筋突出的耐腐蚀性，解决海洋工程结构筋材锈蚀的问题，FRP复合螺旋箍筋包括内部FRP螺旋箍筋和外部的FRP方形箍筋，该FRP复合螺旋箍筋形式通过箍筋间的有效绑扎，建立有效横向应力传递，能充分发挥FRP筋的力学性能，为核心混凝土提供“双重约束”，大幅度提升核心混凝土的峰值应力，并分析了FRP复合螺旋箍筋对不同区域混凝土的约束机理，提出FRP复合螺旋箍筋约束混凝土柱的约束模型及承载力计算方法，并在得到准确的承载力计算方法后提出一种FRP复合螺旋箍筋约束混凝土柱的设计方法。

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，特别涉及一种FRP复合螺旋箍筋约束混凝土柱及其受压设计方法。

背景技术

钢筋混凝土柱在应用过程中存在结构自重大、在恶劣环境中耐久性差等问题。随着结构使用年限的增加，海洋环境和化工厂等恶劣环境中的氯离子等腐蚀性离子通过裂缝渗入构件内造成钢筋的锈蚀，降低结构的耐久性。另外对于抗震要求中的“强柱弱梁”原则，在具有良好耐久性前提下提高柱的承载力及延性也是一个亟需解决的问题。

海工混凝土建筑物必须坚固、安全、耐久和经济。然而，海工混凝土由于受到氯离子侵蚀、硫酸盐侵蚀、碳化作用、微生物腐蚀及干湿交替的频繁作用和风暴引起的海浪冲刷磨损等多种因素的综合作用，往往会过早地导致混凝土破坏掉，极大地缩减了结构使用寿命，耐久性问题亟需解决。

纤维增强聚合物(Fiber Reinforced Polymer/Plastic，简称FRP)筋具有轻质高强、耐腐蚀、耐疲劳性能优良等优点被国内外学者认为可以代替钢筋解决恶劣环境中钢筋锈蚀的问题。然而FRP筋增强混凝土柱常因延性不足而发生脆性破坏，限制了FRP筋增强混凝土柱的推广应用。

箍筋对核心混凝土提供约束作用可以提升柱的延性，目前FRP筋增强混凝土柱受压性能的研究主要是箍筋形式。FRP螺旋箍筋产生的侧向压力是均匀分布的，不存在拱形的“非有效约束区域”，具有较强的约束作用，但用于工程中常见的方形截面混凝土柱时，无法约束其边角处混凝土，导致其应用受到限制。FRP方形箍筋可以用于方形截面混凝土柱，但其提供的约束是不均匀分布的，存在拱形的“非有效约束区域”，约束作用相对较弱。需提出一种具有较强约束效果和适用于实际工程应用的新型的配箍形式。

中国发明专利“一种CFRP(BFRP)纵筋-GFRP复合箍筋方管桩及设计方法”(公开号：CN111287179A)公开了一种CFRP(BFRP)纵筋-GFRP复合箍筋方管桩及设计方法，其利用复合箍筋及预应力筋来提高柱的承载及抗开裂能力，将其运用在海洋等易腐蚀地区，但由于方形箍筋和螺旋箍筋相隔较远，无法对其中的混凝土进行约束，并且其提出的是抗拔桩，对于框架柱而言其受压承载力需要进行准确评估，因此需要了解复合螺旋箍筋约束柱的受压承载力计算模型及计算方法。

发明内容

本发明的目的是应用耐腐蚀的FRP筋来克服恶劣的海洋环境，保证结构的耐久性，并为提高对核心区混凝土约束，提出复合箍筋这种可以提供双约束的箍筋形式，如下设计了一种FRP复合螺旋箍筋约束混凝土柱，并给出复合螺旋箍筋约束柱的受压承载力计算模型及计算方法。

为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种FRP复合螺旋箍筋约束混凝土柱，包括FRP复合螺旋箍筋1、纵筋2以及混凝土3；其中纵筋2包括中部纵筋2-1和角部纵筋2-2；中部纵筋2-1与FRP复合螺旋箍筋1绑扎、角部纵筋2-1与方形箍筋绑扎形成筋材骨架，筋材骨架布置于混凝土3内；

所述FRP复合螺旋箍筋1包括内部FRP螺旋箍筋1-1及外部的FRP方形箍筋1-2，且内部FRP螺旋箍筋1-1直径和外部的FRP方形箍筋1-2边长相等，每一圈FRP螺旋箍筋均绑扎一道FRP方形箍筋；

所述FRP方形箍筋的角部还均配设有纵筋。