一種內置高強型鋼的半預制鋼管混凝土柱的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種內置高強型鋼的半預制鋼管混凝土柱，包括鋼管、在鋼管內部沿豎向依次放置的多根相互間隔的預制混凝土節段；鋼管的內壁與預制混凝土節段的外壁之間留有間隙；每根預制混凝土節段的中部預留有豎向貫通的型鋼通道，該型鋼通道用于安放型鋼；該型鋼通道的壁面與型鋼的外表面之間留有間隙；鋼管內部灌注有灌漿材料；該灌漿材料填滿各預制混凝土節段之間的間隙、型鋼通道的壁面與型鋼的外表面之間的間隙，以及預制混凝土節段的外壁與鋼管的內壁之間的間隙。本半預制鋼管混凝土柱，在同樣的承載力要求下可顯著減小柱的截面尺寸，從而增加建筑物的使用面積，達到很好的經濟和社會效益。
【專利說明】
一種內置高強型鋼的半預制鋼管混凝土柱
技術領域
[0001]本實用新型涉及混凝土柱，尤其涉及一種內置高強型鋼的半預制鋼管混凝土柱。 【背景技術】
[0002]超高層建筑結構的下部柱子由于所承受的豎向荷載巨大，其截面尺寸通常很大， 不僅占據較多建筑空間，影響建筑物的使用功能，而且因構件自重增大導致結構的地震作用加大，對結構抗震不利。
[0003]近年來，高強鋼材的生產和應用日趨成熟，該類材料的采用無疑對減小柱子的截面尺寸是有益的。但由于高強鋼材的受壓屈曲常常早于其受壓屈服，使其高強度的優勢并不能充分發揮。
[0004]目前，我國建筑業正朝著建筑工業化方向邁進，其特點之一就是大力發展預制裝配式構件，以實現構件精度和質量提高、人力消耗降低、施工速度加快等目的。但若對柱子進行整體預制，由于其自重很大，將會給后續運輸和吊裝帶來很大困難;若對柱子進行分段預制然后現場拼接，又可能因柱子整體性受到削弱而導致其受力性能降低。
【發明內容】

[0005]本實用新型的目的在于克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種結構簡單、構件尺寸較小、施工方便快捷的內置高強型鋼的半預制鋼管混凝土柱。其具有承載能力高、剛度大、延性好、抗震性能優等特點。在這種柱子中，由于高強型鋼受到外部混凝土和鋼管的有力約束，可有效避免高強鋼材的受壓屈曲，從而充分發揮其高強優勢。與此同時，在這種柱子中，僅僅是對鋼管內部的混凝土進行分段預制，由于它們都受到外部完整鋼管的有效約束，因此柱子的整體性可得到較好保障。
[0006]本實用新型通過下述技術方案實現:
[0007]—種內置高強型鋼的半預制鋼管混凝土柱，包括鋼管1、在鋼管1的內部沿豎向依次放置的多根相互間隔的預制混凝土節段3;鋼管1的內壁與預制混凝土節段3的外壁之間留間隙；
[0008]每根預制混凝土節段3的內部分別預埋有伸出其頂部的吊環裝置5和伸出其底部的短鋼筋6;
[0009]每根預制混凝土節段3的中部預留有軸向貫通的型鋼通道，該型鋼通道用于安放型鋼2;該型鋼通道的壁面與型鋼2的外表面之間留有間隙；
[0010]鋼管1的內部灌注有灌漿材料4;該灌漿材料4填滿各預制混凝土節段3之間的間隙、型鋼通道的壁面與型鋼2的外表面之間的間隙，以及預制混凝土節段3的外壁與鋼管1的內壁之間的間隙。[〇〇11]所述預制混凝土節段3由天然骨料混凝土或再生骨料混凝土或再生塊體混凝土澆筑而成;混凝土的抗壓強度不小于30MPa;
[0012]鋼管1的內壁與預制混凝土節段3的外壁之間的間隙為5?15mm;型鋼通道的壁面與型鋼2的外表面之間的間隙為5?1mm;鋼管I的底部側面留有灌漿孔;灌漿材料4通過該灌漿孔自下而上灌入鋼管I的內部，并填滿各預制混凝土節段3之間的間隙、型鋼通道的壁面與型鋼2的外表面之間的間隙，以及預制混凝土節段3的外壁與鋼管I的內壁之間的間隙。
[0013]所述型鋼2的橫截面形狀為工字型、H型或者十字型，型鋼通道的橫截面形狀與其相對應;所述型鋼2的屈服強度超過460MPa;所述鋼管I的橫截面為圓形或多邊形。
[0014]所述吊環裝置5的留出高度小于1mm;所述短鋼筋6的數量為3?4根，直徑不小于20mm，外露部分長度為10?15mm;所述灌漿材料4為化學灌漿材料或者水泥基灌漿材料。
[0015]一種內置高強型鋼的半預制鋼管混凝土柱的制備方法如下:
[0016]步驟一:預制混凝土節段3時，支模分為外模板和內模板，外模板的橫截面形狀為圓形或多邊形，內模板的橫截面形狀為型鋼2的橫截面形狀;在支模的頂部和底部分別預埋吊環裝置5和短鋼筋6;然后往外模板與內模板之間的空隙內，澆筑天然骨料混凝土或再生骨料混凝土或再生塊體混凝土，充分振搗，待其凝固后得到預制混凝土節段3;
[0017]步驟二:施工位置放置底板，將型鋼2直立焊接在底板上;采用吊機將鋼管I套裝在型鋼2的外部，并使型鋼2位于鋼管I的中部，再將鋼管I與底板焊接固定；
[0018]步驟三:將成型的預制混凝土節段3運輸至施工現場，并對其充分澆水潤濕;采用吊機通過吊環裝置5將表面濕潤的預制混凝土節段3沿豎向依次吊入步驟二事先已安裝好的鋼管I內部，在此吊裝過程中型鋼2沿豎向穿過預制混凝土節段3的預留型鋼通道;然后通過灌漿管將灌漿材料4從鋼管I底部側面的灌漿孔由下自上高壓灌注，直至填滿鋼管I內部的全部間隙；待灌漿材料4凝固后，對灌漿孔焊補密封并磨平，得到內置高強型鋼的半預制鋼管混凝土柱。
[0019]本實用新型相對于現有技術，具有如下的優點及效果:
[0020](I)本實用新型的一種內置高強型鋼的半預制鋼管混凝土柱，由于高強型鋼被置于預制混凝土節段的預留型鋼通道內部，而預制混凝土節段外面還有鋼管，加之鋼管內部的所有間隙都被灌漿材料充填密實，因此高強型鋼受到外部混凝土和鋼管的有力約束，可有效避免高強鋼材的受壓屈曲，從而充分發揮其高強優勢。
[0021](2)由于僅僅是對鋼管內部的混凝土進行分段預制，而它們都受到外部完整鋼管的有效約束，加之鋼管內部的所有間隙都被灌漿材料充填密實，因此柱子的整體性可得到較好保障。
[0022](3)高強型鋼的采用大大提高了柱子的豎向承載力，使得柱子的截面尺寸可明顯減小，建筑物的使用面積增大，同時柱子的自重顯著減輕，結構的地震作用以及地基基礎造價隨之降低，經濟效益好。
[0023](4)由于每根預制混凝土節段的高度有限，使得其堆疊、運輸、吊裝較為方便。
【附圖說明】

[0024]圖1為本實用新型內置高強型鋼的半預制鋼管混凝土柱軸向剖視結構示意圖。
[0025]圖2為本實用新型內置高強型鋼的半預制鋼管混凝土柱徑向剖視結構示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合具體實施例對本實用新型作進一步具體詳細描述。
[0027] 實施例1[〇〇28]如圖1、2所示。本實用新型公開了一種內置高強型鋼的半預制鋼管混凝土柱，包括鋼管1、在鋼管1的內部沿豎向依次放置的多根相互間隔的預制混凝土節段3;鋼管1的內壁與預制混凝土節段3的外壁之間留間隙；
[0029]每根預制混凝土節段3的內部分別預埋有伸出其頂部的吊環裝置5和伸出其底部的短鋼筋6;
[0030]每根預制混凝土節段3的中部預留有軸向貫通的型鋼通道，該型鋼通道用于安放型鋼2;該型鋼通道的壁面與型鋼2的外表面之間留有間隙；[0031 ]鋼管1的內部灌注有灌漿材料4;該灌漿材料4填滿各預制混凝土節段3之間的間隙、型鋼通道的壁面與型鋼2的外表面之間的間隙，以及預制混凝土節段3的外壁與鋼管1的內壁之間的間隙。[〇〇32]所述預制混凝土節段3由天然骨料混凝土或再生骨料混凝土或再生塊體混凝土澆筑而成;混凝土的抗壓強度不小于30MPa;[〇〇33]鋼管1的內壁與預制混凝土節段3的外壁之間的間隙為5?15mm;型鋼通道的壁面與型鋼2的外表面之間的間隙為5?10mm;鋼管1的底部側面留有灌漿孔;灌漿材料4通過該灌漿孔自下而上灌入鋼管1的內部，并填滿各預制混凝土節段3之間的間隙、型鋼通道的壁面與型鋼2的外表面之間的間隙，以及預制混凝土節段3的外壁與鋼管1的內壁之間的間隙。
[0034]所述型鋼2的橫截面形狀為工字型、H型或者十字型，型鋼通道的橫截面形狀與其相對應;所述型鋼2的屈服強度超過460MPa;所述鋼管1的橫截面為圓形或多邊形。
[0035]所述吊環裝置5的留出高度小于10mm;所述短鋼筋6的數量為3?4根，直徑不小于 20mm，外露部分長度為10?15mm;所述灌漿材料4為化學灌漿材料或者水泥基灌漿材料。 [0〇36] 本實施例鋼管1的橫截面為圓形，外徑1000mm，壁厚20mm，鋼管1長度3660mm，鋼材牌號Q345，實測屈服強度400MPa ;每根預制混凝土節段3均為圓柱體，直徑940mm，高度 1200mm，其中部預留的上、下貫通的型鋼通道的壁面與型鋼2的外表面之間的間隙為5mm，混凝土抗壓強度為50MPa;短鋼筋6伸出底面15mm，吊環裝置5的留出高度9mm;焊接H型鋼的橫截面積658.02cm2，鋼材牌號Q890，實測屈服強度900MPa;灌漿材料選用環氧樹脂化學灌漿材料。[〇〇37]內置高強型鋼的半預制鋼管混凝土柱制備方法，可通過如下步驟實現:
[0038]步驟一:預制混凝土節段3時，支模分為外模板和內模板，外模板的橫截面形狀為圓形或多邊形，內模板的橫截面形狀為型鋼2的橫截面形狀;在支模的頂部和底部分別預埋吊環裝置5和短鋼筋6;然后往外模板與內模板之間的空隙內，澆筑天然骨料混凝土或再生骨料混凝土或再生塊體混凝土，充分振搗，待其凝固后得到預制混凝土節段3;
[0039]步驟二:施工位置放置底板，將型鋼2直立焊接在底板上;采用吊機將鋼管1套裝在型鋼2的外部，并使型鋼2位于鋼管1的中部，再將鋼管1與底板焊接固定；
[0040]步驟三:將成型的預制混凝土節段3運輸至施工現場，并對其充分澆水潤濕;采用吊機通過吊環裝置5將表面濕潤的預制混凝土節段3沿豎向依次吊入步驟二事先已安裝好的鋼管1內部，在此吊裝過程中型鋼2沿豎向穿過預制混凝土節段3的預留型鋼通道;然后通過灌漿管將灌漿材料4從鋼管1底部側面的灌漿孔由下自上高壓灌注，直至填滿鋼管1內部的全部間隙；待灌漿材料4凝固后，對灌漿孔焊補密封并磨平，得到內置高強型鋼的半預制鋼管混凝土柱。[0041 ]為對比起見，取外徑1000mm、壁厚20mm的相同材料圓鋼管，只是內置H型鋼的鋼材牌號改取Q345,制作內置普強H型鋼的半預制鋼管混凝土柱。研究得出，本實施例中內置高強H型鋼的半預制鋼管混凝土柱的軸壓承載力為145982kN，而內置普強H型鋼的半預制鋼管混凝土柱的軸壓承載力僅為113081kN，可見在柱子截面尺寸相同的情況下，前者的軸壓承載力比后者提尚了 29 ? 1 %。[〇〇42]為對比起見，取外徑774mm、壁厚20mm的相同材料圓鋼管，內置型鋼面積658.02cm2，鋼材牌號Q890，實測屈服強度900MPa，制作內置高強H型鋼的半預制鋼管混凝土柱。經計算可知，其可達到與上述內置普強H型鋼的半預制鋼管混凝土柱相同的軸壓承載力 113081kN，即在同樣的承載力要求下，內置高強H型鋼的半預制鋼管混凝土柱的橫截面積減少了40.1 %，混凝土用量隨之減少45.7%。[〇〇43]為對比起見，取外徑1000mm、壁厚20mm的相同材料圓鋼管，內置H型鋼的鋼材牌號取Q890，混凝土的立方體抗壓強度取50MPa，制作內置高強H型鋼的全現澆鋼管混凝土柱。通過計算得出，兩種柱子的軸壓承載力均為145982kN，但本實用新型內置高強H型鋼的半預制鋼管混凝土柱更便于實現工業化生產。
[0044]實施例2
[0045]本實施例除下述特征外，其他特征與實施例1相同。[0〇46] 所述鋼管1的橫截面為圓形，外徑1500mm，壁厚30mm，鋼管1的長度3660mm，鋼材牌號Q345,實測屈服強度400MPa;每根預制混凝土節段3均為圓柱體，直徑1420mm，高度 1200mm，其中部預留的上、下貫通的型鋼通道的壁面與型鋼2的外表面之間的間隙為5mm，混凝土抗壓強度為50MPa;短鋼筋6伸出底面15mm，吊環裝置5的留出高度9mm;焊接H型鋼的橫截面積1480.55cm2，鋼材牌號Q890，實測屈服強度900MPa;灌漿材料選用環氧樹脂化學灌漿材料。[〇〇47]為對比起見，取外徑1500mm、壁厚30mm的相同材料圓鋼管，只是內置H型鋼的鋼材牌號改取Q345,制作內置普強H型鋼的半預制鋼管混凝土柱。研究得出，本實施例中內置高強H型鋼的半預制鋼管混凝土柱的軸壓承載力為328460kN，而內置普強H型鋼的半預制鋼管混凝土柱的軸壓承載力僅為254433kN，可見在柱子截面尺寸相同的情況下，前者的軸壓承載力比后者提尚29 ? 1 %。[〇〇48] 為對比起見，取外徑1160mm、壁厚30mm的相同材料圓鋼管，內置型鋼面積 1480.55cm2,鋼材牌號Q890,實測屈服強度900MPa，制作內置高強H型鋼的半預制鋼管混凝土柱。經計算可知，其可達到與上述內置普強H型鋼的半預制鋼管混凝土柱相同的軸壓承載力254433kN，即在同樣的承載力要求下，內置高強H型鋼的半預制鋼管混凝土柱的橫截面積減少了40.2%，混凝土用量隨之減少45.8%。[〇〇49]為對比起見，取外徑1500mm、壁厚30mm的相同材料圓鋼管，內置H型鋼的鋼材牌號取Q890，混凝土的立方體抗壓強度取50MPa，制作內置高強H型鋼的全現澆鋼管混凝土柱。通過計算得出，兩種柱子的軸壓承載力均為328460kN，但本實用新型內置高強H型鋼的半預制鋼管混凝土柱更便于實現工業化生產。
[0050]如上所述，便可較好地實現本實用新型。
[0051]本實用新型的實施方式并不受上述實施例的限制，其他任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種內置高強型鋼的半預制鋼管混凝土柱，其特征在于:包括鋼管(I)、在鋼管(I)的內部沿豎向依次放置的多根相互間隔的預制混凝土節段(3);鋼管(I)的內壁與預制混凝土節段(3)的外壁之間留間隙； 每根預制混凝土節段(3)的內部分別預埋有伸出其頂部的吊環裝置(5)和伸出其底部的短鋼筋(6); 每根預制混凝土節段(3)的中部預留有軸向貫通的型鋼通道，該型鋼通道用于安放型鋼(2);該型鋼通道的壁面與型鋼(2)的外表面之間留有間隙； 鋼管(I)的內部灌注有灌漿材料(4);該灌漿材料(4)填滿各預制混凝土節段(3)之間的間隙、型鋼通道的壁面與型鋼(2)的外表面之間的間隙，以及預制混凝土節段(3)的外壁與鋼管(I)的內壁之間的間隙。2.根據權利要求1所述的內置高強型鋼的半預制鋼管混凝土柱，其特征在于:所述預制混凝土節段(3)由天然骨料混凝土或再生骨料混凝土或再生塊體混凝土澆筑而成；混凝土的抗壓強度不小于30MPa; 鋼管(I)的內壁與預制混凝土節段(3)的外壁之間的間隙為5?15mm;型鋼通道的壁面與型鋼(2)的外表面之間的間隙為5?1mm;鋼管(I)的底部側面留有灌漿孔;灌漿材料(4)通過該灌漿孔自下而上灌入鋼管(I)的內部，并填滿各預制混凝土節段(3)之間的間隙、型鋼通道的壁面與型鋼(2)的外表面之間的間隙，以及預制混凝土節段(3)的外壁與鋼管(I)的內壁之間的間隙。3.根據權利要求1所述的內置高強型鋼的半預制鋼管混凝土柱，其特征在于:所述型鋼(2)的橫截面形狀為工字型、H型或者十字型，型鋼通道的橫截面形狀與其相對應;所述型鋼(2)的屈服強度超過460MPa;所述鋼管(I)的橫截面為圓形或多邊形。4.根據權利要求1至3中任一項所述的內置高強型鋼的半預制鋼管混凝土柱，其特征在于:所述吊環裝置(5)的留出高度小于1mm;所述短鋼筋(6)的數量為3?4根，直徑不小于20mm，外露部分長度為10?15mm;所述灌漿材料(4)為化學灌漿材料或者水泥基灌漿材料。
【文檔編號】E04G21/14GK205712736SQ201620552536
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月7日
【發明人】吳波, 申超
【申請人】華南理工大學