多腔鋼管混凝土內嵌圓鋼管再生混凝土帶綴板組合柱的制作方法
【專利摘要】多腔鋼管混凝土內嵌圓鋼管再生混凝土帶綴板組合柱，其包括多邊形鋼管（1）、內隔板（2）、普通混凝土（3）、圓鋼管（4）、再生混凝土（5）和綴板（6）。內隔板將多邊形鋼管分為若干個小腔體，鋼板對核心混凝土的約束作用增強，混凝土處于高度的三向受壓狀態，從而使混凝土的強度得到較大的提高，塑性和韌性得到顯著的改善；同時，設置內隔板可以使整個構件的剛度、承載力、延性、抗震能力均有一定幅度的提高。圓鋼管具有較強的“套箍作用”，可減少甚至抵消由于再生混凝土材料性能劣化對受力性能的影響，推廣了再生混凝土的應用，同時保證了結構性能。在地震往復作用下，綴板與混凝土通過相互剪切消耗地震能量，提高了構件的抗震性能。
【專利說明】多腔鋼管混凝土內嵌圓鋼管再生混凝土帶綴板組合柱
【技術領域】
[0001]本發明是一種多腔鋼管混凝土內嵌圓鋼管再生混凝土帶綴板組合柱，主要應用于建筑結構中的高層及超高層建筑的鋼管混凝土組合柱。
【背景技術】
[0002]隨著社會的進步與發展，人們生活水平也在不斷提高，各種形式的建筑層出不窮，滿足不同使用功能的建筑也應運而生。尤其是高層、超高層建筑的大量涌現，對結構設計提出了更高的要求，這就需要有新的理論和新的技術來支撐這類建筑的建設。工程中常用的矩形鋼管混凝土柱及圓鋼管混凝土柱由于其自身尺寸和加工工藝的限制，不能無限滿足工程的需要，在這種情況下，多腔鋼管混凝土結構也就隨之產生。
[0003]多腔鋼管混凝土由多腔體鋼管和混凝土兩種材料組成，由于腔體內混凝土的作用，避免或延緩了鋼管壁板過早地發生局部屈曲，使鋼管壁板的穩定性有很大的提高；同時，鋼管對核心混凝土的約束作用，使混凝土處于三向受壓應力狀態，從而使混凝土的強度得以提高，塑性和韌性性能得到改善，兩種材料的組合彌補了各自的缺點，使其材料性能得到了充分發揮。
[0004]通過多腔鋼管混凝土巨型柱受壓性能試驗，發現多腔鋼管混凝土結構亦存在一些不足之處。多腔鋼管混凝土結構在強震作用下，腔體壁板容易發生局部鼓曲，由于喪失局部穩定導致承載力下降，鋼板向外鼓出部位的核心混凝土嚴重酥碎，而此時其它部位可能還沒有達到屈服，材料的性能沒有得到充分發揮，造成了材料的嚴重浪費。
[0005]在多腔鋼管混凝土巨型柱受壓性能縮尺模型試驗中，通過是否設置沿構件全高的內隔板對比試驗，發現內部隔板對提高構件的承載力和延性有明顯的貢獻。內部隔板將大腔體分為幾個小腔體，對腔體內混凝土形成的約束更強，從而提高了混凝土的抗壓能力和延性；同時內部隔板的斜拉桿效應明顯，對腔體外壁板的約束能力很強，增強了外壁板的穩定性，從而提高了構件的承載力及延性。
[0006]伴隨著建筑工業的高速發展,村鎮的拆遷改造與修繕以及我國部分建筑結構達到設計使用年限后拆除過程中，都會產生大量的建筑垃圾。據統計，每萬平方米的拆除工程會產生建筑垃圾7000噸-12000噸。與此同時，對混凝土的需求仍在不斷加大，大量的天然砂石骨料由于不斷開采而日趨枯竭，造成生態破壞。目前，我國的混凝土年產量約為15億噸，而每年回收的廢棄混凝土約為20億噸。由此可見，研究廢棄混凝土的再生利用迫在眉睫，而且意義重大。
[0007]廢棄混凝土塊經破碎、分級、并按一定的比例混合后形成的骨料稱為再生骨料。利用再生骨料作為部分或全部骨料配制的混凝土稱為再生混凝土。大量研究發現，與普通混凝土相比，再生混凝土具有強度低，彈性模量低，吸水率高，耐久性差等缺陷。

【發明內容】

[0008]本發明的目的在于大力推進再生混凝土在實際工程的運用，提高多腔體鋼管混凝土結構承載力和抗震性能，延緩或避免由于鋼管壁板局部屈曲導致的構件剛度承載力及延性的降低，充分發揮材料的性能。為了解決這一問題，本發明提出了一種多腔鋼管混凝土內嵌圓鋼管再生混凝土帶綴板組合柱及其實現方法。
[0009]本發明采用的技術方案是:
[0010]該多腔鋼管混凝土內嵌圓鋼管再生混凝土帶綴板組合柱，其包括多邊形鋼管1、內隔板2、普通混凝土 3、圓鋼管4、再生混凝土 5、綴板6 ;所述的多邊形鋼管I被內隔板2分割為多個腔體，每個腔體內設置有圓鋼管4，圓鋼管4與腔體的各個內壁用綴板6連接；所述的圓鋼管4內填充再生混凝土 5 ;每個腔體內圓鋼管4外側填充普通混凝土 3。
[0011]所述組合柱的截面形狀為多邊形。
[0012]所述的多邊形鋼管I由鋼板焊接而成，焊縫應符合相應的設計要求。
[0013]所述的內隔板2采用的鋼板型號同多邊形鋼管I鋼板或低一個強度等級，厚度為多邊形鋼管鋼板厚度的1/2?2/3。內隔板可由多塊鋼板焊接組合而成“十”字形、字形或“Y”字形等。內隔板2在多邊形鋼管I角部或邊中部與多邊形鋼管I焊接連接。內隔板將多邊形鋼管分為若干個小腔體，鋼板對核心混凝土的約束作用增強，混凝土處于高度的三向受壓狀態，從而使混凝土的強度得到較大的提高，塑性和韌性性能得到顯著的改善，同時內隔板的斜拉場效應明顯，進而使整個結構的剛度、承載力、延性、抗震能力均有一定幅度的提高。
[0014]所述的圓鋼管4為無縫圓鋼管或焊接圓鋼管，圓鋼管具有較強的“套箍作用”，可有效約束再生混凝土 5的橫向變形，使其承載力和延性均有所提高，可減少甚至抵消由于再生混凝土材料性能劣化對受力性能的影響。
[0015]所述的綴板6采用的鋼板型號同多邊形鋼管或低一個強度等級，厚度為多邊形鋼管鋼板厚度的1/2?2/3，綴板間距為綴板高度的2?3倍。綴板6在多邊形鋼管I角部或邊中部與多邊形鋼管I及內隔板2焊接連接。綴板6加強了多邊形鋼管1、內隔板2與圓鋼管4的聯系，增強了對多邊形鋼管I的約束，同時，便于混凝土在各個腔體內的貫通，保證了澆筑混凝土的密實性。此外，在地震作用往復作用下，綴板與混凝土通過相互剪切變形消耗地震能，使構件的抗震能力有所提高。
[0016]根據本發明的技術方案，該多腔鋼管混凝土內嵌圓鋼管再生混凝土帶綴板組合柱的制作方法，其制作步驟如下:
[0017]I)對內隔板2進行定位并與多邊形鋼管I焊接；
[0018]2)對圓鋼管4吊裝定位，將綴板6分別與多邊形鋼管I或內隔板2和圓鋼管4進行焊接；
[0019]3)在多邊形鋼管I和圓鋼管4之間分層澆筑普通混凝土 3，振搗密實后進行養護；
[0020]4)在圓鋼管4內部分層灌注再生混凝土 5，進行養護，成形后即為多腔鋼管混凝土內嵌圓鋼管再生混凝土帶綴板組合柱。
[0021]本發明可以取得如下有益效果:
[0022](I)利用圓鋼管約束再生混凝土，推廣了再生混凝土的應用，保護了自然資源，同時保證了結構性能。
[0023](2)在多邊形鋼管混凝土柱的腔體內設置內隔板，將一個大腔體分為幾個小腔體，提高了對核心混凝土的約束能力；依不同厚度及型號的內隔板，構件的初始抗側剛度提高10%?20%，承載力提高30%?50%，延性系數提高10%?25%。
[0024](3)在多邊形鋼管混凝土柱的腔體內設置綴板，加強了多邊形鋼管與腔內圓鋼管的聯系，保證了混凝土的密實度；在地震往復作用下，綴板與混凝土通過相互剪切變形消耗地震能量，提高了構件的抗震性能。
[0025]下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案作進一步的詳細說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是實施例1中多腔鋼管混凝土內嵌圓鋼管再生混凝土帶綴板組合柱截面示意圖；
[0027]圖2是實施例1多腔鋼管混凝土內嵌圓鋼管再生混凝土帶綴板組合柱內部結構立體示意圖；
[0028]圖3是實施例2中多腔鋼管混凝土內嵌圓鋼管再生混凝土帶綴板組合柱截面示意圖；
[0029]圖4是實施例3中多腔鋼管混凝土內嵌圓鋼管再生混凝土帶綴板組合柱截面示意圖。
[0030]圖中:1-多邊形鋼管，2-內隔板，3-普通混凝土，4-圓鋼管，5-再生混凝土，6-綴板。
【具體實施方式】
[0031]下面結合具體實例對本發明做進一步說明:
[0032]實施例1
[0033]如圖1所示，多腔鋼管混凝土內嵌圓鋼管再生混凝土帶綴板組合柱包括多邊形鋼管1、內隔板2、普通混凝土 3、圓鋼管4、再生混凝土 5、綴板6 ;所述的多邊形鋼管I被內隔板2分割為多個腔體，每個腔體內設置有圓鋼管4，圓鋼管4與腔體的各個內壁用綴板6連接；所述的圓鋼管4內填充再生混凝土 5 ;每個腔體內圓鋼管4外側填充普通混凝土 3。多腔鋼管混凝土內嵌圓鋼管再生混凝土帶綴板組合柱是在普通多腔體鋼管混凝土內置圓鋼管再生混凝土形成。
[0034]內隔板一般在多邊形鋼管柱的兩個主軸方向設置，以增強柱的抗側剛度、承載力和變形能力，通過這樣的方式，可有效減小為增加柱的抗側剛度而增加的截面面積，節約了鋼材和混凝土同時增加了使用面積，這在高層建筑設計中是十分重要的。
[0035]腔體內的圓鋼管對再生混凝土的約束力沿圓周均勻分布，有效約束了再生混凝土的變形，使其抗壓強度提高，塑性增強，可抵消由于再生混凝土材料性能劣化對構件承載力和延性的影響，甚至能對構件的整體受力性能產生有利的影響。
[0036]各個腔體內設置的綴板加強了多邊形鋼管與腔內圓鋼管的聯系，同時便于混凝土的澆筑，使混凝土的密實性得到保證。在地震往復作用下，混凝土與綴板之間剪切變形能夠耗散較多的地震能量，提高了構件的抗震性能。
[0037]本實施例中的多腔鋼管混凝土內嵌圓鋼管再生混凝土帶綴板組合柱可以按如下方法制作:
[0038]I)根據實際情況，定位焊接“十”字形內隔板2 ;[0039]2)將多邊形鋼管I的鋼板依次焊接到“十”字形內隔板2上，可采用雙面角焊縫或單面角焊縫；
[0040]3)將多邊形鋼管I的鋼板焊接到一起；
[0041]4)定位、固定圓鋼管4，將綴板6分別與多邊形鋼管I或內隔板2和圓鋼管4進行焊接；
[0042]5)依次在多邊形鋼管I各個腔體內圓鋼管4外側分層澆筑普通混凝土 3，振搗密實后進行養護；
[0043]6)在圓鋼管4內部分層灌注再生混凝土 5，養護成形后即為多腔鋼管混凝土內嵌圓鋼管再生混凝土帶綴板組合柱。
[0044]實施例2
[0045]本實施例中，與實施例1不同的是:實施例1中的多邊形鋼管截面為正方形，或兩個方向尺寸差別不大，內隔板為“十”字形，圓鋼管總數為4個；本實施例中，多邊形鋼管橫截面為矩形，且兩個方向邊長尺寸差異較大，因此，內隔板采用字形，圓鋼管總數為6個，如圖3所示。
[0046]本實施例中，其余部分結構、連接關系和制造過程均與實施例1相同。
[0047]實施例3
[0048]本實施例中，與實施例1不同的是:多邊形鋼管橫截面為五邊形，內隔板形狀有所改變，如圖4所示。
[0049]本實施例中，其余部分結構、連接關系和制造過程均與實施例1相同。
[0050]以上是本發明的典型實施例，本發明的實施不限于此。
【權利要求】
1.多腔鋼管混凝土內嵌圓鋼管再生混凝土帶綴板組合柱，其特征在于:其包括多邊形鋼管(I)、內隔板(2)、普通混凝土(3)、圓鋼管(4)、再生混凝土(5)和綴板(6);所述的多邊形鋼管(I)被內隔板(2)分割為多個腔體，每個腔體內設置有圓鋼管(4)，圓鋼管(4)與腔體的各個內壁用綴板(6)連接；所述的圓鋼管(4)內填充再生混凝土(5);每個腔體內圓鋼管(4)外側填充普通混凝土(3)。
2.根據權利要求1所述的多腔鋼管混凝土內嵌圓鋼管再生混凝土帶綴板組合柱，其特征在于:所述組合柱的截面形狀為多邊形。
3.根據權利要求1所述的多腔鋼管混凝土內嵌圓鋼管再生混凝土帶綴板組合柱，其特征在于:所述的多邊形鋼管(I)由鋼板焊接而成。
4.根據權利要求1所述的多腔鋼管混凝土內嵌圓鋼管再生混凝土帶綴板組合柱，其特征在于:所述的內隔板(2)采用的鋼板型號同多邊形鋼管(I)鋼板或低一個強度等級，厚度為多邊形鋼管(I)鋼板厚度的1/2?2/3。內隔板(2)可由多塊鋼板焊接組合而成“十”字形、字形或“Y”字形等。內隔板(2)在多邊形鋼管(I)角部或邊中部與多邊形鋼管(I)焊接連接。
5.根據權利要求1所述的多腔鋼管混凝土內嵌圓鋼管再生混凝土帶綴板組合柱，其特征在于:所述的圓鋼管(4)為無縫圓鋼管或焊接圓鋼管。
6.根據權利要求1所述的多腔鋼管混凝土內嵌圓鋼管再生混凝土帶綴板組合柱，其特征在于:所述的綴板(6)采用的鋼板型號同多邊形鋼管(I)或低一個強度等級，厚度為多邊形鋼管(I)鋼板厚度的1/2?2/3，綴板間距為綴板高度的2?3倍。綴板(6)在多邊形鋼管(I)角部或邊中部與多邊形鋼管(I)及內隔板(2)焊接連接。
7.根據權利要求1所述的多腔鋼管混凝土內嵌圓鋼管再生混凝土帶綴板組合柱的制作方法，其特征在于:其制作步驟如下: 1)對內隔板(2)進行定位并與多邊形鋼管(I)焊接； 2)對圓鋼管(4)吊裝定位，將綴板(6)分別與多邊形鋼管(I)或內隔板(2)和圓鋼管(4)進行焊接； 3)在多邊形鋼管(I)和圓鋼管(4)之間分層澆筑普通混凝土(3)，振搗密實后進行養護； 4)在圓鋼管(4)內部分層灌注再生混凝土(5)，進行養護，成形后即為多腔鋼管混凝土內嵌圓鋼管再生混凝土帶綴板組合柱。
【文檔編號】E04C3/36GK103967214SQ201410146781
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月12日 優先權日:2014年4月12日
【發明者】曹萬林, 牛海成, 董宏英, 武海鵬 申請人:北京工業大學