Frp筋管及其制作方法
阅读说明：本技术 Frp筋管及其制作方法 (FRP rib pipe and manufacturing method thereof ) 是由 曾岚 陆华强 袁鸿 黄世清 莫子永 范军委 吴礼旗 凌雪仪 李国铿 于 2021-07-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了FRP筋管,包括FRP浸脂纤维成型管、多根FRP纵筋和双壁套管,多根所述FRP纵筋围成纵筋筒,相邻的两个所述纵筋筒通过双壁套管连接,所述纵筋筒安装于FRP浸脂纤维成型管的内壁,所述纵筋筒远离双壁套管的一端与FRP浸脂纤维成型管平齐,所述FRP浸脂纤维成型管与双壁套管连接。本发明能够大幅提高了整体刚度及其抗侧向能力,将FRP筋管与钢管、混凝土组合,能大幅提高组合结构柱的极限承载力,使得FRP材料性能充分发挥。(The invention discloses an FRP rib pipe, which comprises an FRP impregnated fiber forming pipe, a plurality of FRP longitudinal ribs and a double-wall sleeve, wherein the plurality of FRP longitudinal ribs surround a longitudinal rib cylinder, two adjacent longitudinal rib cylinders are connected through the double-wall sleeve, the longitudinal rib cylinder is arranged on the inner wall of the FRP impregnated fiber forming pipe, one end of the longitudinal rib cylinder, far away from the double-wall sleeve, is flush with the FRP impregnated fiber forming pipe, and the FRP impregnated fiber forming pipe is connected with the double-wall sleeve. The invention can greatly improve the integral rigidity and the lateral resistance, and the combination of the FRP rib pipe, the steel pipe and the concrete can greatly improve the ultimate bearing capacity of the combined structure column, so that the performance of the FRP material can be fully exerted.)
技术领域
本发明涉及建筑工程技术和符合材料的技术领域，尤其涉及FRP筋管及其制作方法。
背景技术
随着钢筋混凝土在结构工程中的广泛应用，在高层、重载和大跨领域中均出现了各种工程问题，例如钢筋腐蚀问题、淡水、河砂资源短缺问题等等，同时海洋工程和近海建筑的发展需求，都制约钢筋混凝土进一步的扩展。同时随着新材料的出现和快速发展，如纤维增强复合材料(fibre-reinforced polymer，简称FRP)具有轻质高强、抗拉性能好、耐腐蚀、耐电磁以及出色的可设计性等优良性能，符合现代施工技术的工业化要求，其与普通混凝土以及海水海砂混凝土的结合应用，都能出色地解决钢筋腐蚀和资源短缺问题。
随着FRP新材料在工程中的研究和应用越来越广泛，通过FRP拉挤、缠绕等成型技术制作FRP筋材和FRP管材，与普通混凝土、海水海砂混凝土、珊瑚混凝土以及钢管等材料构成如FRP筋混凝土、FRP管-混凝土-钢管双壁空心组合柱等新型组合结构。其中，FRP管内填充混凝土在常温下耐久性、抗腐蚀性强以及抗压性能好，但因为FRP管环向缠绕成型，如无配置FRP纵筋，其抗侧向力较差，构件容易产生屈曲，提前使其进入破坏阶段，FRP管不能完全发挥其出色的抗拉性能。然而，目前还没有成熟高效稳定的FRP筋管制备工艺，而且往往由于FRP纵筋的连接点数量太多同时仍须施工人员凭个人经验进行精度不高的手工操作，由于操作繁杂、数量庞大以及经验性与人为性导致成品质量难以得到保证，制备工艺效率太低导致FRP筋管的施工工作难以快速展开。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了FRP筋管及其制作方法。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：FRP筋管，包括FRP浸脂纤维成型管、多根FRP纵筋和双壁套管，多根所述FRP纵筋围成纵筋筒，相邻的两个所述纵筋筒通过双壁套管连接，所述纵筋筒安装于FRP浸脂纤维成型管的内壁，所述纵筋筒远离双壁套管的一端与FRP浸脂纤维成型管平齐，所述FRP浸脂纤维成型管与双壁套管连接。
更优的选择，所述双壁套管包括环状隔板和两个安装环，所述环状隔板的一面与一个安装环连接，所述环状隔板的另一面与另一个安装环连接，所述安装环设有多个通孔，多个所述通孔与环状隔板组成多个安装圆槽，所述纵筋筒安装于多个安装圆槽，所述安装环远离环状隔板的一面与FRP浸脂纤维成型管连接。
更优的选择，所述环状隔板和安装环通过一体成型连接。
更优的选择，制作所述FRP浸脂纤维成型管的材料包括CFRP或者GFRP或者BFRP或者AFRP或者PET FRP。
更优的选择，制作所述FRP浸脂纤维成型管的材料包括CFRP或者GFRP或者BFRP或者AFRP或者PET FRP。
更优的选择，所述双壁套管的截面形状包括圆形或者多边形。
所述FRP筋管的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据FRP筋管设计，选择适合的多根FRP纵筋和多个双壁套管；
S2、根据所述FRP筋管设计，将多根所述FRP纵筋按所述双壁套管的截面形状分布设置并固定，得到纵筋筒；
S3、转动所述纵筋筒，FRP浸脂纤维丝环向缠绕于所述纵筋筒的外表面，所述纵筋筒的两端外露于所述FRP浸脂纤维丝，待所述FRP浸脂纤维丝固化后形成FRP浸脂纤维成型管，所述纵筋筒和FRP浸脂纤维成型管形成纵筋纤维管；
S4、将步骤S3的所述纵筋筒外露的两端进行打磨和整平；
S5、将植筋胶注入所述双壁套管的安装圆槽内，相邻的两个所述纵筋筒通过所述双壁套管连接形成半成品FRP筋管，将所述半成品筋管两端外露的FRP纵筋切除，得到成品FRP筋管。
所述FRP筋管的制作方法，其特征在于，步骤S3中的所述纵筋筒的两端外露长度相同。
本发明相对现有技术具有以下优点及有益效果：
1、本发明通过FRP浸脂纤维成型管、FRP纵筋和双壁套管，大幅提高了整体刚度及其抗侧向能力，将FRP筋管与钢管、混凝土组合，能大幅提高组合结构柱的极限承载力，使得FRP材料性能充分发挥。
2、本发明通过制作FRP筋管的方法，能适用于不同直径、不同截面形状和不同长度的FRP筋管制作，也可以选择不同数量不同、不同FRP的类型的FRP纵筋作为材料，操作简单，结构设计合理，制备高效快捷，价格低廉，连接质量高。
附图说明
图1是本发明FRP筋管的示意图；
图2是本发明FRP筋管的示意图；
图3是本发明FRP筋管的示意图；
图4是本发明FRP筋管的纵筋纤维管(FRP纵筋两端外露)的示意图；
图5是本发明FRP筋管的纵筋纤维管(FRP纵筋一端被切除)的示意图；
图6是本发明FRP纵筋与双壁套管的连接示意图；
图7是本发明FRP筋管的双壁套管的俯视图；
图8是本发明FRP筋管的双壁套管的剖视图；
图9是本发明FRP筋管的制作纵筋纤维管(箭头方向为缠绕方向)的原理图；
附图中各部件的标记：1、纵筋筒；11、FRP纵筋；2、FRP浸脂纤维成型管；3、双壁套管；31、安装圆槽；32、环状隔板；33、安装环；4、FRP浸脂纤维丝；5、纵筋纤维管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述,实施例不能在此一一赘述,但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
FRP筋管，包括FRP浸脂纤维成型管2、多根FRP纵筋11和双壁套管3，多根FRP纵筋11围成纵筋筒1，相邻的两个纵筋筒1通过双壁套管3连接，纵筋筒1安装在FRP浸脂纤维成型管2的内壁形成纵筋纤维管5，纵筋纤维管5靠近双壁套管3的一端外露有纵筋筒1，外露的纵筋筒1用于插入双壁套管3内固定，纵筋纤维筒远离双壁套管3的一端的纵筋筒1与FRP浸脂纤维成型管2平齐，也是纵筋筒1不外露。
制作FRP浸脂纤维成型管2的材料包括CFRP、GFRP、BFRP、AFRP和PET FRP，FRP浸脂纤维成型管2是通过FRP浸脂纤维丝4缠绕在FRP纵筋11上形成的。制作FRP纵筋11的材料包括CFRP(carbon fiber reinforced plastic，碳纤维增强复合材料)、GFRP(glass fiberreinforced polymers，玻璃纤维增强复合材料)、BFRP(Basalt Fiber ReinforcedPolymer，玄武岩纤维增强塑料)、AFRP(aramid fiber-reinforced polymer，芳纶纤维增强复合材料)和PET FRP(polyethylene terephthalate fiber-reinforced polymer，苯二甲酸乙二醇酯纤维复合材料)，FRP纵筋11可以围成不同形状的纵筋筒1，起到骨架的作用，可以增强FRP筋管的抗侧向能力。双壁套管3的外壁直径(截面形状为圆形)或宽度(截面形状为方形)与FRP筋管的直径或宽度相同，强度与刚度均比FRP大。双壁套管3用于连接相邻的两个纵筋纤维管5(即是纵筋筒1通过双壁套管3连接)，可以通过植筋胶进行固化连接，双壁套管3的直径大小和截面形状可以根据具体FRP筋管设计来制作，双壁套管3的截面形状包括圆形或者多边形等规则形状，本实施例中的多边形为方形。
双壁套管3包括环状隔板32和两个安装环33，环状隔板32的一面与一个安装环通过一体成型连接，环状隔板32的另一面与另一个安装环33通过一体成型连接，安装环33设有多个通孔，多个通孔与环状隔板32组成多个安装圆槽31，纵筋纤维管5的外露的多根FRP纵筋11分别安装于多个安装圆槽31，安装环33远离环状隔板32的一面与FRP浸脂纤维成型管连接。
环状隔板32将两根FRP纵筋11的端部分隔开，FRP纵筋11的端部与环状隔板32接触可以避免因FRP纵筋11的端部处理时出现误差，导致不能保证安装圆槽31中的FRP纵筋11的两端与双壁套管3同时连接好。安装环33用于固定FRP纵筋11的端部，不让其从安装环脱落。
FRP筋管的制作方法，可以制作不同长度、不同直径大小和不同截面形状的FRP筋管，同时可以选用不同FRP类型、不同直径大小的FRP纵筋11，可以根据强度需求缠绕不同层数的FRP浸脂纤维丝，包括以下步骤：
S1、材料选型：FRP筋管设计包括筋管的长度、截面形状和直径大小，FRP纵筋11的直径、数量和FRP类型；选取相应匹配的FRP纵筋11，该FRP纵筋11采用GFRP制成，FRP纵筋11的数量为16根，其直径为20mm，长度为600mm，表面呈螺纹状，选取环氧树脂湿法环向缠绕工艺。双壁套管3的形状为圆形，其长度为60mm，外径为200mm，安装圆槽31的直径为20mm。
S2、FRP纵筋11的固定：根据FRP筋管设计的截面形状和直径大小，该截面形状为圆形，将多根FRP纵筋11按双壁套管3的截面形状均匀排列好，并将多根FRP纵筋11固定好形成圆筒状的FRP纵筋筒1，保证在缠绕FRP浸脂纤维丝4不会变形。
S3、FRP浸脂纤维丝4缠绕：转动FRP纵筋11筒，环向缠绕FRP浸脂纤维丝4在FRP纵筋11筒的外表面沿着轴向方向进行缠绕，FRP纵筋11的两端均保留30mm不被FRP浸脂纤维丝4缠绕，即FRP纵筋11在到FRP浸脂纤维管2的外露长度为30mm。待FRP浸脂纤维丝4固化后得到FRP浸脂纤维成型管2；可以根据设计需要，改变FRP浸脂纤维丝4的缠绕厚度，从而得到不同强度和厚度的FRP浸脂纤维成型管2。FRP浸脂纤维成型管2与FRP纵筋筒1组成纵筋纤维管5。
S4、FRP纵筋11的端部处理：将纵筋纤维管5两端露出来的FRP纵筋11端(与双壁套管2相连接的一端)进行打磨和整平，使连接用的FRP纵筋11的端部与双壁套管3的各个安装圆槽31可以精准地连接匹配，即是FRP纵筋11的端部插入双壁套管3的安装圆槽31后，FRP纵筋11的端部可以与环状隔板32相互接触。
S5、纵筋纤维管5的连接和切割：将植筋胶分别注入双壁套管3的多个安装圆槽31内部，直到植筋胶从安装圆槽31中稍微溢出为止，将两个纵筋纤维管5的FRP纵筋端部分别插入到双壁套管3的两端，直到纵筋纤维管5的FRP纵筋11的端部与双壁套管3的环状隔板32相接触为止，植筋胶让双壁套管3与纵筋纤维管5完全固化连接后，得到半成品FRP筋管。两个纵筋纤维管5的另一端(即是半成品FRP筋管的两端)外露的FRP纵筋11的端部进行切割，得到成品FRP筋管。
本实施例中的FRP筋管仅含有FRP纵筋11，通过FRP浸脂纤维丝4环向缠绕成型纵筋纤维管5，通过双壁套管3连接组成FRP筋管，结构简单，而且大幅提高了整体刚度及其抗侧向能力，将其与钢管、混凝土组合，能大幅提高组合结构柱的极限承载力，使得FRP材料性能充分发挥。其实现方能适用于不同直径和不同数量的FRP纵筋11、还适用于不同的长度、不同直径大小和截面形状的FRP筋管。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
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