CN101982629A - 一种装配式自密实钢管混凝土组合结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于结构工程领域，涉及一种装配式自密实钢管混凝土组合结构。所述组合结构为由装配式钢板围成的矩形结构，并在其内部装填核心混凝土；装配式钢板通过滑块在组合结构的角部或中部由钢板嵌套相互嵌套，并可以滑动；在所述组合结构的内部、外部或四个角部的不同横截面上设置多根预应力钢筋。装配式钢板在预压应力作用下能够向内部做紧缩运动，可解决由于收缩、浇筑而造成的核心混凝土与钢管壁之间及内部不密实的问题，使其始终处于三向压应力状态，避免截面内力重分布；穿心式预应力钢筋起到约束拉杆作用，提高管壁的稳定性，避免屈曲，从而使该组合结构获得更高的承载力、刚度和延性等力学指标；可应用于超高层建筑、大跨高架桥等重要结构。
Description
技术领域
本发明属于结构工程技术领域，特别涉及一种装配式自密实钢管混凝土组合结构。
背景技术
钢管混凝土作为一种组合构件，利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用，能够充分发挥钢材抗拉强度大和混凝土受压性能好的优点，同时弥补了两种材料各自的缺点，这是钢管混凝土组合结构的优势所在。其基本原理具体为：①利用内填混凝土的支撑作用，增强钢管壁的几何稳定性，改变空钢管的失稳破坏模式，以避免或延缓钢管发生局部屈曲，从而保证钢管材料性能的充分发挥。②利用钢管对核心混凝土的约束作用，使核心混凝土处于三向压应力状态，对管内混凝土形成的刚性拘束作用，从而提高混凝土的抗压强度和变形能力，其塑性和韧性大为改善，防止了钢管内混凝土的脆性破坏。另外，在钢管混凝土的施工过程中，钢管还可以作为浇筑核心混凝土的模板，因此施工方便且能降低施工费用。正如上所述，组成钢管混凝土的钢管及其核心混凝土间的协同互补作用是钢管混凝土具有一系列突出优点的根本原因，因此，钢管和核心混凝土能否共同工作十分重要。这就需要解决浇筑过程中在核心混凝土内部、核心混凝土与钢管壁等之间所产生空隙、气泡等浇筑缺陷；同时，也需要解决核心混凝土由于收缩与钢管壁之间产生的缝隙等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种可应用于新建工程，特别适于作为高层建筑工程、大跨度高架桥梁工程、地铁车站隧道工程等重要、特殊复杂结构的柱和支撑构件的装配式自密实钢管混凝土组合结构。
本发明采用的技术方案为：所述组合结构为由装配式钢板围成的矩形结构，并在其内部装填核心混凝土。四块装配式钢板的端部分别设有滑块，所述装配式钢板通过滑块在所述组合结构的角部或中部由钢板嵌套相互嵌套，并可以滑动；相邻的两个所述钢板嵌套由钢板嵌套固定刚性钢块连接；在所述组合结构的内部、外部或四个角部的不同横截面上设置多根预应力钢筋，分别称为穿心式、体外式和角部式，装配式钢板在预压应力作用下能够向内部做紧缩运动，产生预压应力能够使所述组合结构内的气体排放，而且可以弥补后续核心混凝土四周表面由于收缩而产生的缝隙，使核心混凝土始终处于三向压应力状态。
所述预应力钢筋布置在所述组合结构四周高度为1000-2500mm的位置，采用分层的对称式布置方式，并在每根预应力钢筋的端部、所述组合结构的外壁上设置预应力筋锚固端，避免局部钢板或混凝土由于预应力钢筋应力集中而破坏，或钢板端部的翘起。
所述组合结构的外壁四个面上中心对称设置高度间距为800～1200mm、直径为12～15mm的排气孔，在所述预应力钢筋紧缩压应力的作用下，有利于组合结构内部的气体排放，同时也作为预防火灾构造措施的蒸汽排气孔。
所述装配式钢板为屈服强度在550MPa以上的高强钢、普通钢或者不锈钢；混凝土为普通混凝土或抗压强度在80～120MPa的高强混凝土和自密实混凝土。
所述预应力钢筋产生的预压应力为0.2～1.0MPa。
所述预应力钢筋位于该组合结构外部的时候，应对其作防锈处理。
所述预应力钢筋的数量随所述组合结构截面的增大而增加。
本发明的有益效果为：
该结构不但工艺简单，制作简便，具有常规钢管混凝土结构的优点，而且由于采用了装配式钢板以及在钢管壁上采用了预应力，以及排气孔等辅助构造的设置，在预应力钢筋的预压应力作用下，可以克服核心混凝土由于收缩、浇筑而造成的钢管壁与核心混凝土之间及其内部的不密实问题，使核心混凝土纵横向始终处于三向压应力状态，避免截面内力和体系内力重分布；同时预应力钢筋又起到高强的、可塑的约束拉杆作用，提高管壁的稳定性，避免局部凸鼓屈曲，而且由于有预拉应力，其对钢管混凝土所提供的强度和刚度将更高、延性更好；从而使该组合结构较常规钢管混凝土结构获得更高的承载力、更大的抗弯侧向刚度、更好的延性、更优越的抗震性能、更快捷的运输-施工-安装等优点。另外也可以大幅度降低构件的截面尺寸和自重，充分发挥材料的作用和节省结构造价，不需或少需焊接和设置模板。因此，本发明可用于新建工程，特别适于大跨高架桥桥墩、超高层结构、地铁隧道等，对承载力、抗弯侧向刚度、抗震性能等力学性能指标要求较高的重要、特殊复杂结构。
附图说明
图1为本发明所述组合结构的立面示意图；
图2(a)为组成钢管四块钢板端部为角部嵌套、穿筋式、钢管为矩形截面的A-A面截面概念图；
图2(b)为组成钢管四块钢板端部为中部嵌套、穿筋式、钢管为矩形截面的A-A面截面概念图；
图3(a)为组成钢管四块钢板端部为角部嵌套、穿筋式、钢管为矩形截面的A-A面截面示意图；
图3(b)为组成钢管四块钢板端部为中部嵌套、穿筋式、钢管为矩形截面的A-A面截面示意图；
图4(a)为组成钢管四块钢板端部为角部嵌套、体外式、钢管为矩形截面的A-A面截面示意图；
图4(b)为组成钢管四块钢板端部为中部嵌套、体外式、钢管为矩形截面的A-A面截面示意图；
图5为组成钢管四块钢板端部为角部嵌套、角部式、钢管为矩形截面的A-A面截面示意图。
图中标号：
1-装配式钢板；2-钢板嵌套；3-钢板端部滑块；4-钢板嵌套固定刚性钢块；5-核心混凝土；6-预应力钢筋；7-预应力筋锚固端；8-预应力筋锚固板；9-预应力筋锚固支座；10-排气孔。
具体实施方式
本发明提供了一种装配式自密实钢管混凝土组合结构，下面通过附图说明和具体实施方式对本发明做进一步说明。
该组合结构为由装配式钢板1围成的矩形结构，并在其内部装填核心混凝土5。四块装配式钢板1的端部分别设有钢板端部滑块3，并通过钢板端部滑块3在组合结构的角部或中部由两端开口的钢板嵌套2相互嵌套，并可以滑动。相邻的两个所述钢板嵌套2由钢板嵌套固定刚性钢块4连接。在四块装配式钢板1所组成的钢管四周表面高度为1000～2500mm的截面的X、Y方向上，对称布置多个预应力钢筋6，其预应力钢筋布置位置和方式有3种：一是在组合结构四周不同截面上对称布置多个穿心式预应力钢筋，称之为穿心式，如图2、图3所示；二是在组合结构不同截面的四周外壁上布置4根预应力钢筋，称之为体外式，如图4所示；三是在组合结构不同截面的角部上布置有4根预应力钢筋，称之为角部式，如图5所示。并在每根预应力钢筋6的端部以及所述组合结构的外壁上设置预应力筋锚固端7和预应力筋锚固板8，避免局部钢板或混凝土由于预应力钢筋应力集中而破坏，或钢板端部的翘起，预应力筋锚固板8应为高刚度钢板，如图1所示；同时根据截面尺寸的大小，应合理地在钢管不同高度和截面上布置预应力钢筋的数量，应遵循截面小，预应力钢筋少，截面大，预应力钢筋多的布置原则。由于四块装配式钢板1的特殊构造，使其在预压应力作用下，可以向核心混凝土四个外表面产生紧缩运动，产生预压应力，使钢管内的气体排放，而且可以弥补后续核心混凝土5四周表面由于收缩而产生的缝隙，避免截面内力和体系内力重分布；其预应力的施加是在浇筑完核心混凝土后、核心混凝土初凝前再施加预应力，属于预应力后张法中的无粘结预应力混凝土，其预应力筋产生的预压应力建议为0.2～1.0MPa。另外，在四块装配式钢板1所组成的钢管壁上中心对称布置高度间距h为800～1200mm、直径d为12～15mm的排气孔10，如图1所示；这是因为在预应力筋6紧缩力的作用下，利于钢管内部气体排放，同时也作为预防火灾构造措施的蒸汽排气孔10。装配式钢板1在预压应力作用下能够向内部做紧缩运动，产生预压应力能够使所述组合结构内的气体排放，而且可以弥补后续核心混凝土四周表面由于收缩而产生的缝隙，使核心混凝土始终处于三向压应力状态。
当该组合结构的截面在纵横向长度为200mm～2000mm之间变化时，根据目前关于钢管混凝土核心混凝土纵横向收缩值最大也不超过200με来计算，其横向最在收缩缝隙为0.04～0.4mm之间，因此采用本专利所提出的机械方式补偿核心混凝土收缩的方法完全可以实现。
具体的施工步骤和流程为：在施工现场组装由四块装配式钢板所组成的钢管，在装配式钢板预留的预应力钢筋插孔上，装配预应力钢筋，但不施加预应力，只起到初步固定四块装配式钢板的作用，等浇筑完核心混凝土后、混凝土初凝前再施加预应力，即采用预应力后张法的无粘结预应力混凝土，其主要张拉程序为预应力钢筋沿全长外表涂刷沥青等润滑防腐材料→包上塑料纸或套管(预应力钢筋与混凝土不建立粘结力)→浇混凝土养护→张拉钢筋→锚固。
Claims (7)
1.一种装配式自密实钢管混凝土组合结构，所述组合结构为由装配式钢板围成的矩形结构，并在其内部装填核心混凝土，其特征在于，四块装配式钢板的端部分别设有滑块，所述装配式钢板通过滑块在所述组合结构的角部或中部由钢板嵌套相互嵌套，并可以滑动；相邻的两个所述钢板嵌套由钢板嵌套固定刚性钢块连接；在所述组合结构的内部、外部或四个角部的不同横截面上设置多根预应力钢筋，装配式钢板在预压应力作用下能够向内部做紧缩运动，产生预压应力能够使所述组合结构内的气体排放，而且可以弥补后续核心混凝土四周表面由于收缩而产生的缝隙，使核心混凝土始终处于三向压应力状态。
2.根据权利要求1所述的装配式自密实钢管混凝土组合结构，其特征在于，所述预应力钢筋布置在所述组合结构四周高度为1000-2500mm的位置，采用分层的对称式布置方式，并在每根预应力钢筋的端部、所述组合结构的外壁上设置预应力筋锚固端，避免局部钢板或混凝土由于预应力钢筋应力集中而破坏，或钢板端部的翘起。
3.根据权利要求1所述的装配式自密实钢管混凝土组合结构，其特征在于，所述组合结构的外壁四个面上中心对称设置高度间距为800～1200mm、直径为12～15mm的排气孔，在所述预应力钢筋紧缩压应力的作用下，有利于组合结构内部的气体排放，同时也作为预防火灾构造措施的蒸汽排气孔。
4.根据权利要求1所述的装配式自密实钢管混凝土组合结构，其特征在于，所述装配式钢板为屈服强度在550MPa以上的高强钢、普通钢或者不锈钢；混凝土为普通混凝土或抗压强度在80～120MPa的高强混凝土和自密实混凝土。
5.根据权利要求1所述的装配式自密实钢管混凝土组合结构，其特征在于，所述预应力钢筋产生的预压应力为0.2～1.0MPa。
6.根据权利要求1所述的装配式自密实钢管混凝土组合结构，其特征在于，所述预应力钢筋位于该组合结构外部的时候，应对其作防锈处理。
7.根据权利要求1所述的装配式自密实钢管混凝土组合结构，其特征在于，所述预应力钢筋的数量随所述组合结构截面的增大而增加。
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