專利名稱：一種基于pbl加勁肋的scs鋼管混凝土結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鋼管混凝土結構，尤其是涉及一種基于PBL加勁肋的SCS鋼管混凝土結構。
背景技術：
鋼管混凝土是指在鋼管中填充混凝土后形成的結構。鋼和混凝土兩種材料相互彌補彼此的弱點，充分發揮彼此的長處，使鋼管混凝土具有很高的承載力，有優良的力學性能。現如今，鋼管混凝土結構在海洋平臺與大跨、重載、輕型橋梁等結構中有著越來越廣泛的應用，且所采用的鋼管混凝土結構主要有圓形、方形和矩形三種截面形式。但是，目前所使用的鋼管混凝土結構普遍存在結構自重大等缺陷，因而在很大程度上限制了鋼管混凝土結構的發展應用。另外，在鋼管內布設開孔加勁肋(簡稱PBL加勁肋)后，不僅提高了核心混凝土的抗壓強度，增強了鋼管管壁的穩定性；同時開孔加勁肋充當了剪力件的作用，使鋼管與混凝土連成整體，提高了鋼與混凝土的組合作用。但實際使用時，鋼管屈曲的早晚與PBL加勁肋的剛度有直接關系，因而不易控制，且結構自重很大。綜上，現有的鋼管混凝土結構普遍存在幾個問題第一、外側鋼管對混凝土的套箍作用較弱，易發生局部屈曲，且鋼管與混凝土所形成組合結構的整體性不夠;第二、自重偏大，限制了結構尺寸；第三、鋼材的耐火性能較差。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種基于PBL加勁肋的SCS鋼管混凝土結構，其結構簡單、設計合理、施工方便且施工成本較低、力學性能優良、使用效果好，能有效解決現有鋼管混凝土結構存在的自重大、外側鋼管與其內部混凝土之間的連接性能差、外側鋼管對內部混凝土的套箍作用小等問題。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是一種基于PBL加勁肋的SCS鋼管混凝土結構，其特征在于包括外鋼管、套裝于外鋼管內部的內鋼管、布設于外鋼管與內鋼管之間的多道PBL加勁肋和待多道所述PBL加勁肋均布設完成后由填充于外鋼管與內鋼管之間空腔內的混凝土澆筑成型的混凝土結構，所述內鋼管為圓形鋼管且其布設于外鋼管的內側中部；所述外鋼管和內鋼管呈同軸布設，且多道所述PBL加勁肋的布設方向均與所述內鋼管和外鋼管的中心軸線方向一致，多道所述PBL加勁肋均與混凝土結構緊固連接為一體；所述外鋼管、內鋼管和多道所述PBL加勁肋的縱向長度均相同；所述PBL加勁肋為長條形鋼肋板，且所述長條形鋼肋板的中部由上至下開有多個通孔，多個所述通孔布設在同一直線上；多道所述PBL加勁肋沿內鋼管的圓周方向進行布設，每一道所述PBL加勁肋的內側壁均與內鋼管的內側壁緊固連接為一體，且每一道所述PBL加勁肋的外側壁均與外鋼管的外側壁緊固連接為一體。上述一種基于PBL加勁肋的SCS鋼管混凝土結構，其特征是多道所述PBL加勁肋沿內鋼管的圓周方向進行均勻布設。上述一種基于PBL加勁肋的SCS鋼管混凝土結構，其特征是所述內鋼管的外徑為Φ 102mm C>2000mm,所述外鋼管和內鋼管的壁厚均為4mm 100mm,且Al : A2=l :(O. 6 O. 8)，其中Al=al+bl，al為外鋼管的橫截面積且bl為外鋼管內側中空部的橫截面積，Α2=π *r2且r為內鋼管的外徑。上述一種基于PBL加勁肋的SCS鋼管混凝土結構，其特征是每一道所述PBL加勁肋的內側壁與內鋼管的外側壁之間均以焊接方式進行連接，且每一道所述PBL加勁肋的外側壁與外鋼管的內側壁之間均以焊接方式進行連接。上述一種基于PBL加勁肋的SCS鋼管混凝土結構，其特征是所述外鋼管的橫截面為圓形、長方形或正多邊形。 上述一種基于PBL加勁肋的SCS鋼管混凝土結構，其特征是多道所述PBL加勁肋的數量為4道 8道；多道所述PBL加勁肋上所開設的多個所述通孔的數量和各通孔所布設的位置均相同。上述一種基于PBL加勁肋的SCS鋼管混凝土結構，其特征是多個所述通孔由上至下呈均勻布設，且多個所述通孔的結構和尺寸均相同。上述一種基于PBL加勁肋的SCS鋼管混凝土結構，其特征是多道所述PBL加勁肋的厚度均相同，且多道所述PBL加勁肋的厚度均為dl，其中dl ( D，D為外鋼管或內鋼管的壁厚；所述外鋼管與內鋼管的壁厚越大，多道所述PBL加勁肋的厚度均越大。上述一種基于PBL加勁肋的SCS鋼管混凝土結構，其特征是每一道所述PBL加勁肋的橫向寬度，均與其所布設位置處外鋼管和內鋼管之間的間距相同；所述通孔為圓形孔，
且所述圓形孔的孔徑( i ~ I ) d3其中d3為所述圓形孔所處PBL加勁肋的橫向寬
5 3度。上述一種基于PBL加勁肋的SCS鋼管混凝土結構，其特征是所述混凝土結構為碳纖維混凝土結構。本發明與現有技術相比具有以下優點I、結構簡單、設計合理且施工成本較低。2、結構輕盈且抗震與抗扭性能良好。同時，使用方式靈活，可適用于墩柱、拱肋、橫梁等結構中。3、施工方便且使用效果好，所施工成型的SCS鋼管混凝柱形結構件的力學性能好且結構輕盈，內外兩層鋼管之間通過所澆注的混凝土連接成為一個整體。實際使用時，本發明能充分改善鋼管混凝土結構自重大等缺陷，其利用外鋼管較大的截面積來提供較大的截面抗扭與抗彎慣性矩，利用內鋼管有效減小混凝土體積來減輕自重，并且夾層混凝土處于三向受壓狀態并將內外鋼管連成整體。因而，本發明能充分發揮鋼管混凝土節點所具有的形式簡單、易于施工等優點，截面的相對慣性矩較大，抗震、抗扭性能好，能有效克服鋼管與其內部混凝土之間的連接性能差、外側鋼管對內部混凝土的套箍作用小等缺點，本發明利用內置的圓鋼管增強對混凝土的套箍作用，并利用內鋼管有效混凝土體積來減輕自重的目的。4、內外鋼管之間所澆注的混凝土既可以采用普通混凝土，也可以采用碳纖維混凝土。并且，所采用的碳纖維混凝土中所添加碳纖維的含量為質量百分含量在O. 6%左右，可將混凝土的抗拉強度和抗拉延性分別提高30%和25%。碳纖維是由碳纖維長絲經過短切機械切制而成，長度一般以mm為單位，外形為一定長度的絨須，具有輕質、高強、高模、耐腐蝕、導電、屏蔽性能好、吸波性高等特點，且具有分散均勻，喂料方式多樣，工藝簡單的優點。混凝土中加入適量的短切碳纖維，可以提高混凝土的抗拉強度、抗強度和抗沖擊性能，降低干縮，改善耐磨性能，且這種混凝土較普通混凝土質量輕，具有一定的隔熱性能和減震性能。與內鋼管內部以及內鋼管與外鋼管之間形成的空間內均填滿混凝土的鋼管混凝土結構相比，本發明能充分利用內置圓鋼管的強度。5、利用開孔加勁肋增強外鋼管的面外穩定性，并相應大幅度增強結構抗剪能力，同時將整個鋼管混凝土結構的各組成部分緊密連成整體。再配合多道箍筋，將多道開孔加勁肋有機連接為一體，進一步增強了整個鋼管混凝土結構的整體性。所設置的開孔加勁肋不僅提高了核心混凝土的抗壓強度，增強管壁的穩定性；同時開孔加勁肋充當了剪力件的作用，使鋼管與混凝土連成整體，提高了鋼與混凝土的組合作用。并且，本發明的可操作性強，能有效解決現如今鋼管的曲彎時間因與開孔加勁肋剛度有關系而導致的不易控制的難 題。綜上所述，本發明結構簡單、設計合理、施工方便且施工成本較低、力學性能優良、使用效果好，能有效解決現有鋼管混凝土結構存在的自重大、外側鋼管與其內部混凝土之間的連接性能差、外側鋼管對內部混凝土的套箍作用小等多種問題。下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。


圖1為本發明實施例I的結構示意圖。圖2為本發明實施例I的內部結構示意圖。圖3為本發明實施例I的頂部結構示意圖。圖4為本發明實施例2的結構示意圖。圖5為本發明實施例3的結構示意圖。圖6為本發明實施例4的結構示意圖。圖7為本發明實施例5的結構示意圖。圖8為本發明實施例6的結構示意圖。圖9為本發明實施例7的結構示意圖。附圖標記說明I一夕卜鋼管；2—內鋼管；3—PBL加勁肋；4一混凝土結構；5—通孔。
具體實施例方式實施例I如圖1、圖2及圖3所示，本發明包括外鋼管I、套裝于外鋼管I內部的內鋼管2、布設于外鋼管I與內鋼管2之間的多道PBL加勁肋3和待多道所述PBL加勁肋3均布設完成后由填充于外鋼管I與內鋼管2之間空腔內的混凝土澆筑成型的混凝土結構4，所述內鋼管2為圓形鋼管且其布設于外鋼管I的內側中部。所述外鋼管I和內鋼管2呈同軸布設，且多道所述PBL加勁肋3的布設方向均與所述內鋼管2和外鋼管I的中心軸線方向一致，多道所述PBL加勁肋3均與混凝土結構4緊固連接為一體。所述外鋼管I、內鋼管2和多道所述PBL加勁肋3的縱向長度均相同。所述PBL加勁肋3為長條形鋼肋板，且所述長條形鋼肋板的中部由上至下開有多個通孔5，多個所述通孔5布設在同一直線上。多道所述PBL加勁肋3沿內鋼管2的圓周方向進行布設，每一道所述PBL加勁肋3的內側壁均與內鋼管2的內側壁緊固連接為一體，且每一道所述PBL加勁肋3的外側壁均與外鋼管I的外側壁緊固連接為一體。實際加工時，所述內鋼管2的外徑為Φ 102mm Φ2000πιπι，所述外鋼管I和內鋼管2的壁厚均為4mm 100_，且Al A2=l (O. 6 O. 8)，其中Al=al+bl，al為外鋼管I的橫截面積且bl為外鋼管I內側中空部的橫截面積，A2= π *r2且r為內鋼管2的外徑。本實施例中，所述內鋼管2的外徑為Φ200πιπι且其壁厚為15mm。實際使用時，可根據具體需要，將所述內鋼管2的外徑在Φ 102mm Φ2000πιπι的范圍內進行相應調整，并將內鋼管2的壁厚在4_ IOOmm的范圍內進行相應調整。實際加工時，所述外鋼管I的橫截面為圓形、長方形或正多邊形。本實施例中，所述外鋼管I的橫截面為正方形。具體加工時，所述外鋼管I的橫截面也可以采用長方形、圓形、其它正多邊形等形狀。本實施例中，Al A2=l 0.7。實際使用時，可根據具體需要，將Al Α2的比例值在1: (O. 6 O. 8)的范圍內進行相應調整。多個所述通孔5由上至下呈均勻布設，且多個所述通孔5的結構和尺寸均相同。本實施例中，所述混凝土結構4為碳纖維混凝土結構。實際加工時，Al優選為4m2 10m2，且所述外鋼管I和內鋼管2的壁厚均優選為18mm 25mm0本實施例中，Al=D2=6m2，其中D為所述外鋼管I的外側壁邊長，所述外鋼管I的壁 厚為20mm。實際使用時，可根據具體需要將Al在4m2 IOm2的范圍內進行相應調整，并將外鋼管I的壁厚在4_ 100_的范圍內進行相應調整。實際施工時，當所施工的鋼管混凝土結構用于房屋建筑、橋梁等領域時，所述內鋼管2和外鋼管I的壁厚優選在4_ 66_的范圍內進行相應調整。當所施工的鋼管混凝土結構用于海洋平臺時，所述內鋼管2和外鋼管I的壁厚優選在12mm IOOmm的范圍內進行相應調整。實際加工制作時，多道所述PBL加勁肋3沿內鋼管2的圓周方向進行均勻布設。所述PBL加勁肋3的數量為4道 8道。多道所述PBL加勁肋3上所開設的多個所述通孔5的數量和各通孔5所布設的位置均相同。本實施例中，多道所述PBL加勁肋3的數量為4道，且4道所述PBL加勁肋3分別固定在外鋼管I的4個側壁中部。并且，每一道所述PBL加勁肋3的內側壁與內鋼管2的外側壁之間均以焊接方式進行連接，且每一道所述PBL加勁肋3的外側壁與外鋼管I的內側壁之間均以焊接方式進行連接。
本實施例中，所述混凝土結構4為碳纖維混凝土結構。本實施例中，多道所述PBL加勁肋3的厚度均相同，且多道所述PBL加勁肋3的厚度均為dl，其中dl ( D，D為外鋼管I的壁厚。所述外鋼管I的壁厚越大，多道所述PBL加
勁肋3的厚度均越大。所述通孔5為圓形孔，且所述圓形孔的孔徑d2=|d3，其中d3為所述
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圓形孔所處PBL加勁肋3的橫向寬度。實際加工制作時，每一道所述PBL加勁肋3的橫向寬度，均與其所布設位置處外鋼管I和內鋼管2之間的間距相同。并且，可以根據具體需要，將每一道所述PBL加勁肋3的
橫向寬度在其所布設位置處外鋼管I和內鋼管2之間間距的(H )之間進行相應調整。
4 2
同時，可以根據具體需要，對所述PBL加勁肋3和所述箍筋6的數量進行相應調整。實際加工時，當所述外鋼管I的橫截面為長方形或正多邊形時，多道所述PBL加勁肋3分別布設在所述外鋼管I的各側壁中部。實施例2如圖4所示，本實施例中，與實施例I不同的是所述外鋼管I的橫截面為圓形，Al A2=l O. 6，所述外鋼管I和內鋼管2的壁厚均為25mm，Al= π · R2=IOm2,其中R為夕卜鋼管I的外徑。本實施例中，其余部分的結構和連接關系均與實施例I相同。實施例3如圖5所示，本實施例中，與實施例2不同的是所述PBL加勁肋3的數量為6道。本實施例中，其余部分的結構和連接關系均與實施例2相同。實施例4如圖6所示，本實施例中，與實施例I不同的是所述外鋼管I的橫截面為正十六邊形，外鋼管I內側中空部的橫截面為正十六邊形孔，且Al=所述外鋼管I的橫截面積+所述正十六邊形孔的橫截面積；所述PBL加勁肋3的數量為8道，且8道所述PBL加勁肋3分別固定在外鋼管I的8個側壁中部。本實施例中，其余部分的結構和連接關系均與實施例4相同。實施例5如圖7所示，本實施例中，與實施例I不同的是所述外鋼管I的橫截面為正六邊形，Al A2=l 0.8，外鋼管I內側中空部的橫截面為正六邊形孔，且Al=所述外鋼管I的橫截面積+所述正六邊形孔的橫截面積，所述外鋼管I和內鋼管2的壁厚均為25mm，Al=IOm2 ;所述PBL加勁肋3的數量為6道，且6道所述PBL加勁肋3分別固定在外鋼管I的6個側壁中部。實際使用時，所述外鋼管I的橫截面也可以為其它正多邊形。本實施例中，其余部分的結構和連接關系均與實施例I相同。實施例6如圖8所示，本實施例中，與實施例I不同的是所述外鋼管I的橫截面為正八邊形，外鋼管I內側中空部的橫截面為正八邊形孔，且Al=所述外鋼管I的橫截面積+所述正八邊形孔的橫截面積；所述PBL加勁肋3的數量為8道，且8道所述PBL加勁肋3分別固定在外鋼管I的8個側壁中部。本實施例中，其余部分的結構和連接關系均與實施例I相同。
實施例7如圖9所示，本實施例中，與實施例9不同的是所述PBL加勁肋3的數量為4道，且4道所述PBL加勁肋3分別固定在外鋼管I的4個側壁中部。本實施例中，其余部分的結構和連接關系均與實施例9相同。實施例8本實施例中，與實施例I不同的是每一道所述PBL加勁肋3的橫向寬度，均為其所布設位置處外鋼管I和內鋼管2之間間距的*，所述圓形孔的孔徑d2為所述內鋼管
2的外徑為Φ 102mm,所述外鋼管I和內鋼管2的壁厚均為4mm, Al=4m2。本實施例中，其余部分的結構和連接關系均與實施例I相同。、實施例9本實施例中，與實施例I不同的是每一道所述PBL加勁肋3的橫向寬度，均為其
所布設位置處外鋼管I和內鋼管2之間間距的I，所述圓形孔的孔徑d2為所述內鋼管
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2的外徑為Φ 1000mm，所述外鋼管I和內鋼管2的壁厚均為40mm，Al=8m2。本實施例中，其余部分的結構和連接關系均與實施例I相同。實施例10本實施例中，與實施例I不同的是每一道所述PBL加勁肋3的橫向寬度，均為其
所布設位置處外鋼管I和內鋼管2之間間距的I，所述圓形孔的孔徑d2為所述內鋼管
34
2的外徑為Φ2000mm，所述外鋼管I和內鋼管2的壁厚均為66mm，Al=10m2。本實施例中，其余部分的結構和連接關系均與實施例I相同。實施例11本實施例中，與實施例I不同的是每一道所述PBL加勁肋3的橫向寬度，均為其
所布設位置處外鋼管I和內鋼管2之間間距的I，所述圓形孔的孔徑d2為所述內鋼管
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2的外徑為Φ2000mm，所述外鋼管I和內鋼管2的壁厚均為100mm，Al=10m2。本實施例中，其余部分的結構和連接關系均與實施例I相同。以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本發明技術方案的保護范圍內。
權利要求
1.一種基于PBL加勁肋的SCS鋼管混凝土結構，其特征在于包括外鋼管(I)、套裝于外鋼管(I)內部的內鋼管(2)、布設于外鋼管(I)與內鋼管(2)之間的多道PBL加勁肋(3)和待多道所述PBL加勁肋(3)均布設完成后由填充于外鋼管(I)與內鋼管(2)之間空腔內的混凝土澆筑成型的混凝土結構(4)，所述內鋼管(2)為圓形鋼管且其布設于外鋼管(I)的內側中部；所述外鋼管(I)和內鋼管(2)呈同軸布設，且多道所述PBL加勁肋(3)的布設方向均與所述內鋼管(2)和外鋼管(I)的中心軸線方向一致，多道所述PBL加勁肋(3)均與混凝土結構(4)緊固連接為一體；所述PBL加勁肋(3)為長條形鋼肋板，且所述長條形鋼肋板的中部由上至下開有多個通孔(5)，多個所述通孔(5)布設在同一直線上；多道所述PBL加勁肋(3)沿內鋼管(2)的圓周方向進行布設，每一道所述PBL加勁肋(3)的內側壁均與內鋼管(2)的外側壁緊固連接為一體，且每一道所述PBL加勁肋(3)的外側壁均與外鋼管(I)的內側壁緊固連接為一體；所述外鋼管(I)、內鋼管(2)和多道所述PBL加勁肋(3)的縱向長度均相同，所述外鋼管(I)的頂端和多道所述PBL加勁肋(3)的頂端均與所述內鋼管(2)的頂端相平齊，且所述外鋼管(I)的底端和多道所述PBL加勁肋(3)的底端均與所述內鋼管(2)的底端相平齊。
2.按照權利要求1所述的一種基于PBL加勁肋的SCS鋼管混凝土結構，其特征在于多道所述PBL加勁肋(3)沿內鋼管(2)的圓周方向進行均勻布設。
3.按照權利要求1或2所述的一種基于PBL加勁肋的SCS鋼管混凝土結構，其特征在于所述內鋼管(2)的外徑為￠102mm 0 2000mm,所述外鋼管(I)和內鋼管(2)的壁厚均為4mm 100_，且Al A2=l (0. 6 0. 8)，其中Al=al+bl，al為外鋼管(I)的橫截面積且bl為外鋼管(I)內側中空部的橫截面積，A2= T2且!■為內鋼管(2)的外徑。
4.按照權利要求1或2所述的一種基于PBL加勁肋的SCS鋼管混凝土結構，其特征在于每一道所述PBL加勁肋(3)的內側壁與內鋼管(2)的外側壁之間均以焊接方式進行連接，且每一道所述PBL加勁肋(3)的外側壁與外鋼管(I)的內側壁之間均以焊接方式進行連接。
5.按照權利要求1或2所述的一種基于PBL加勁肋的SCS鋼管混凝土結構，其特征在于所述外鋼管(I)的橫截面為圓形、長方形或正多邊形。
6.按照權利要求1或2所述的一種基于PBL加勁肋的SCS鋼管混凝土結構，其特征在于多道所述PBL加勁肋(3)的數量為4道 8道。
7.按照權利要求1或2所述的一種基于PBL加勁肋的SCS鋼管混凝土結構，其特征在于多個所述通孔(5)由上至下呈均勻布設，且多個所述通孔(5)的結構和尺寸均相同；多道所述PBL加勁肋(3)上所開設通孔(5)的數量和各通孔(5)的布設位置均相同。
8.按照權利要求1或2所述的一種基于PBL加勁肋的SCS鋼管混凝土結構，其特征在于多道所述PBL加勁肋(3)的厚度均相同，且多道所述PBL加勁肋(3)的厚度均為dl，其中dl≥D，D為外鋼管(I)的壁厚；所述外鋼管(I)的壁厚越大，多道所述PBL加勁肋(3)的厚度均越大。
9.按照權利要求7所述的一種基于PBL加勁肋的SCS鋼管混凝土結構，其特征在于每一道所述PBL加勁肋(3)的橫向寬度，均與其所布設位置處外鋼管(I)和內鋼管(2)之間的間距相同；所述通孔(5)為圓形孔，且所述圓形孔的孔徑
10.按照權利要求I或2所述的一種基于PBL加勁肋的SCS鋼管混凝土結構，其特征在于所述混凝土結構(4)為碳纖維混凝土結構。
全文摘要
本發明公開了一種基于PBL加勁肋的SCS鋼管混凝土結構，包括外鋼管、內鋼管、布設于外鋼管與內鋼管之間的多道PBL加勁肋和由填充于外鋼管與內鋼管之間空腔內的混凝土澆筑成型的混凝土結構；外鋼管、內鋼管和多道PBL加勁肋的縱向長度均相同；多道PBL加勁肋沿內鋼管的圓周方向進行布設，每一道PBL加勁肋的內側壁均與內鋼管的內側壁緊固連接為一體且其外側壁均與外鋼管的外側壁緊固連接為一體。本發明結構簡單、設計合理、施工方便且施工成本較低、力學性能優良、使用效果好，能有效解決現有鋼管混凝土結構存在的自重大、外側鋼管與其內部混凝土間連接性能差、外側鋼管對內部混凝土的套箍作用小等問題。
文檔編號E04C3/00GK102979251SQ20121057992
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月27日 優先權日2012年12月27日
發明者劉永健, 王旭, 高小育, 楊光輝, 孫昊, 程高, 賀諧, 田智娟, 劉玉娟 申請人:長安大學