CN103437497A - 钢管混凝土完全组合柱及制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土木工程中的组合梁，公开了一种钢管混凝土完全组合柱及制造工艺。钢管混凝土完全组合柱，包括一根或一根以上钢管及钢管内的混凝土，所述的混凝土为预压式混凝土，钢管一端设有密封端头板，钢管（1）另一端设有承压固定封头板，钢管（1）或钢管端部上有排水或排气的孔。制造工艺包括：焊钢管封头板、振动浇筑钢管内混凝土、放置另一端封头板并加压、焊接封头板、混凝土带压凝固。由于混凝土收缩与徐变，而钢管存在弹性变形，使二者之间存在间隙，在荷载作用初始阶段钢管不能完全发挥作用，本结构解决了组合结构中钢管与混凝土的“假象组合”通病，达到了钢管混凝土组合结构完全组合的最佳状态。

Description

钢管混凝土完全组合柱及制造工艺

技术领域

本发明涉及土木工程中的组合梁，尤其涉及了一种钢管混凝土完全组合柱及制造工艺。

背景技术

目前，在钢管混凝土组合梁中，钢管内浇筑混凝土时，在混凝土凝固后会发生收缩与徐变，混凝土的体积减小，从而导致钢管与混凝土之间存在空隙，钢管与混凝土无法紧密连接，此假象组合导致在结构受力时不能达到理想的承载状态，导致应力重新分布。当钢管与混凝土紧密连接时，其组合结构的承载力能够明显超过钢管承载力与混凝土承载力的之和，而当钢管与混凝土之间存在空隙时，其组合结构的实际承载力能反而小于钢管承载力与混凝土承载力的之和。因此，如何使得钢管与混凝土之间的紧密连接，提高组合的结构的承载力，达到真正的1+1＞2的效果，一直是行业中的难以解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术中钢管内浇筑混凝土时，在混凝土凝固后会发生收缩与徐变，混凝土的体积减小，从而导致钢管与混凝土之间存在空隙，影响组合结构的承压性能等缺点，提供了一种在钢管内浇筑预压式混凝土，钢管将预压式混凝土抱紧，预压时将部分反作用力施加在钢管上，从而达到钢管受拉的预应力状态，达到钢管与混凝土的紧密接触，使混凝土实现真正的三向受力，使构件在荷载作用下达到相互作用的完全组合状态的钢管混凝土完全组合柱及制造工艺。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

钢管混凝土完全组合柱，包括一根或一根以上钢管及钢管内的混凝土，所述的混凝土为预压式混凝土，钢管一端设有密封端头板，钢管另一端设有承压固定封头板，钢管或钢管端部上有排水或排气的孔。排水或排气的孔沿钢管长度方向均匀分布，使得钢管内的混凝土在受压时，混凝土内的水与空气选择就近的孔排出，减少了现有技术中，由于排水排气孔设置在钢管的两端，导致预压式混凝土内排气排水不畅，使预压式混凝土内含水量及气孔过多，影响结构强度。另一方，排水、排气孔设置在钢管端部，使得空气与水在排出的过程中，形成较长的水道，同样不利于钢管混凝土柱的结构强度。

作为优选，所述的钢管内壁表面粗糙度为55-450μm。

作为优选，所述的两根以上的钢管之间直接焊接或通过波形钢腹板、平钢板、型钢中的一种或一种以上的组合焊接。

作为优选，所述的钢管壁上设有加压压浆头。

作为优选，所述的钢管中段的壁厚大于上下段的壁厚。

作为优选，所述的钢管中段的直径大于上下段的直径。

钢管混凝土完全组合柱制造工艺，包含如下工艺：焊钢管密封端头板、振动浇筑钢管内混凝土、放置另一端承压固定封头板并加压、焊接封头板、混凝土带压凝固。

作为优选，所述的振动浇筑钢管内混凝土时，采用悬挂钢管管壁振动或变频振动。上述变频振动，包括以下步骤：

a、倒入混凝土；

b、通过调频振动找出引起不同粒径骨料共振的两组以上的最佳频率f1、f2……；

c、找出f1、f2……对应的最佳振幅A1、A2……；

d、以上述f1对应A1、f2对应A2……，以最佳频率f1、f2……上下波动10%以内，最佳振幅A1、A2……上下波动10%以内，依次振动混凝土。

最佳频率f1、f2……由于受混凝土地方材料、施工环境、施工人员等不定因素影响，实际测得的最佳频率f1、f2……允许有±10%的波动范围。同理，最佳振幅A1、A2……也允许有±10%的波动范围。

作为优选，所述的混凝土带压凝固，加压时，压力机的油缸外壳与钢管相连，将部分反作用力施加在钢管上，从而达到钢管受拉的预应力状态，达到钢管与混凝土的紧密接触，使混凝土实现真正的三向受力。

作为优选，混凝土带压凝固初凝前或终凝后，通过钢管管壁上设有加压压浆头对钢管内进行压浆。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：由于混凝土收缩与徐变，而钢管存在弹性变形，使二者之间存在间隙，在荷载作用初始阶段钢管不能完全发挥作用，本结构解决了钢管混凝土组合结构中，钢管与混凝土的“假象组合”的通病，达到了钢管混凝土组合结构完全组合的最佳状态。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图。

图2是本发明实施例2的结构示意图。

图3是本发明实施例3的结构示意图。

以上附图中各数字标号所指代的部位名称如下：其中1—钢管、2—混凝土。

具体实施方式

下面结合附图1至图3与实施例对本发明作进一步详细描述：

实施例1

钢管混凝土完全组合柱，如图1所示，包括一根钢管1及钢管内的混凝土2，所述的混凝土2为预压式混凝土，钢管1一端设有密封端头板，钢管1另一端设有承压固定封头板，钢管端部上有排水或排气的孔。预压混凝土是在浇筑混凝土时采用变频振动，并在初凝前加压，使混凝土呈压应力状态，环抱的钢管呈拉应力状态。排水或排气的孔也可以设置在封头板上，在钢管1上设置排水或排气的孔，使钢管内的混凝土在凝固的过程中产生的水、气能够通过与其接近的孔排出，混凝土凝固阶段，基本封闭的钢管能够限制水份蒸发，有利于混凝土凝固。混凝土完全凝固后，由于湿度较高的混凝土不利于抗压，所以多余的水份从气孔蒸发。

钢管内壁表面粗糙度为100μm。通过在钢管内壁制备100μm的粗糙度，能够增大混凝土与钢管内壁的接触面积，达到钢管与混凝土的紧密接触，使构件在荷载作用下达到相互作用的完全组合状态，同时增大混凝土与钢管的粘结力，提高混凝土与钢管的连接强度。

钢管1壁上设有加压压浆头。对钢管1内的混凝土进行压浆可以在混凝土初凝前进行，也可以在混凝土凝结后进行，还可以在钢管1与波形钢腹板3焊接后进行。压浆后，混凝土2与钢管1之间的空隙都被填满，有利于钢管1与混凝土2的紧密连接，提高了组合结构的结构强度，避免了混凝土2与钢管1由于混凝土1过于松散产生的脱壳现象。另外，由于预压式混凝土的混凝土2胀紧，将钢管1向外撑起，从而使得本专利中个钢管混凝土柱的结构强度能够达到单个钢管与混凝土结构强度简单叠加之和的2-10倍。

钢管1中段的壁厚大于上下段的壁厚。提高了中部钢管1的结构强度，钢管混凝土柱子在承受极限荷载或达到使用寿命时，往往是柱子的中部混凝土首先开始破碎，最终柱子毁坏时，柱子两端的依旧完好。因此，加大钢管1中段的壁厚，能够有效的提高混凝土钢管柱中部的结构强度，延长柱子的整体使用寿命，提高柱子的性价比。

钢管混凝土完全组合柱制造工艺，包含如下工艺：焊钢管密封端头板、振动浇筑钢管内混凝土、放置另一端承压固定封头板并加压、焊接封头板、混凝土带压凝固。

振动浇筑钢管1内混凝土2时，采用悬挂钢管1管壁振动。当钢管1内灌入混凝土2后，将钢管1悬挂吊起，然后对钢管1管壁进行振动或变频振动，与传统振动方式相比，采用悬挂振动，更加有利于混凝土密实，减小混凝土2与钢管1之间的间隙，使得混凝土2与钢管1连接更加紧密。

混凝土带压凝固，加压时，压力机的油缸外壳与钢管1相连。混凝土带压凝固，加压时，压力机的油缸外壳与钢管1相连。压力机的油缸外壳与钢管1相连，因此在加压的过程中，钢管1呈受拉状态，混凝土2呈受压的状态，钢管1与混凝土2产生相对运动，更加有利于混凝土的压紧。

混凝土带压凝固初凝前或终凝后，通过钢管1管壁上设有加压压浆头对钢管1内进行压浆。通过加压压浆处理，能够减少钢管1与混凝土2之间的空隙，提高混凝土与钢管的连接紧密度，最终使其组合结构的承载力能够明显超过钢管承载力与混凝土承载力的之和。

混凝土采用中心粒径比为100：41：22：10的高粗骨料混凝土，高粗骨料混凝土，包括粗骨料、细骨料与水泥，所述的单位体积混凝土内，粗骨料的体积占混凝土体积的比例为73%，粗骨料由四种以上的不同筛孔直径筛出的骨料组成，筛孔直径大于2.5mm。

粗骨料的体积占混凝土体积的比例为54%～79%，各筛孔直径之间的关系为：a、最大筛孔直径为D±5mm，b、第二筛孔直径为D/2.424±3mm，c、第三筛孔直径为D/4.444±2mm，d、第四筛孔直径为D/10±1mm，D为最大级粗骨料2基准粒径。所述的最大筛孔筛出的粗骨料体积为混凝土的71.76%±5%，第二级粗骨料的体积为混凝土的4.89%±4%，第三级的粗骨料体积为混凝土的6.7%±3%，第四级的粗骨料体积为混凝土的2%±1.7%。

选择最大筛孔直径为40mm；第二筛孔直径选择16.58mm；第三筛孔直径选择9mm；第四筛孔直径选择4.3mm，中心粒径比约为100：41：22：10，从而获得四组级配骨料。四组级配骨料用量，分别占混凝土体积的70%，5%，3.7%，0.8%。按照以上体积配比，粗骨料占混凝土的体积比能够达到73%以上。

选用高粗骨料混凝土，从而减少了单位体积混凝土内的水泥用量，具有混凝土的收缩量小，抗压强度高。

实施例2

钢管混凝土完全组合柱，如图2所示，包括两根钢管1及钢管内的混凝土2，所述的混凝土2为预压式混凝土，钢管1一端设有密封端头板，钢管1另一端设有承压固定封头板，钢管1上有排水或排气的孔。排水或排气的孔沿钢管长度方向均匀分布，使得钢管内的混凝土在受压时，混凝土内的水与空气选择就近的孔排出，减少了现有技术中，由于排水排气孔设置在钢管的两端，导致预压式混凝土内排气排水不畅，使预压式混凝土内含水量及气孔过多，影响结构强度。另一方，排水、排气孔设置在钢管端部，使得空气与水在排出的过程中，形成较长的水道，同样不利于钢管混凝土柱的结构强度。

钢管内壁表面粗糙度为200μm。通过在钢管内壁制备200μm的粗糙度，能够增大混凝土与钢管内壁的接触面积，从而增大混凝土与钢管的粘结力，提高混凝土与钢管的连接强度。

两根钢管1之间直接焊接连接。钢管1壁上设有加压压浆头。钢管中段的直径大于上下段的直径。通过增加钢管组合结构中部的直径，来到达增加钢管组合结构中部的结构强度的目的。钢管混凝土柱子在承受极限荷载或达到使用寿命时，往往是柱子的中部混凝土首先开始破碎，最终柱子毁坏时，柱子两端的依旧完好。因此，加大钢管1中段的壁厚，能够有效的提高混凝土钢管柱中部的结构强度，延长柱子的整体使用寿命，提高柱子的性价比。

钢管混凝土完全组合柱制造工艺，包含如下工艺：焊钢管密封端头板、振动浇筑钢管内混凝土、放置另一端承压固定封头板并加压、焊接封头板、混凝土带压凝固。

振动浇筑钢管1内混凝土2时，采用悬挂钢管1管壁变频振动。当钢管1内灌入混凝土2后，将钢管1悬挂吊起，然后对钢管1管壁进行振动或变频振动，与传统振动方式相比，采用悬挂振动，更加有利于混凝土密实，减小混凝土2与钢管1之间的间隙，使得混凝土2与钢管1连接更加紧密。混凝土带压凝固，加压时，压力机的油缸外壳与钢管1相连。通过变频振动机进行变频振动，变频振动的过程中，混凝土内的骨料由于其体积和质量不同，通过逐渐增大或减小的变频振动，使得不同的骨料依次产生共振，达到层层叠压，增大了混凝土的密实度。

混凝土带压凝固，加压时，压力机的油缸外壳与钢管1相连。压力机的油缸外壳与钢管1相连，因此在加压的过程中，钢管1有被向上拉起拉薄的趋势，混凝土2有被下压的趋势，钢管1与混凝土2产生相对运动，更加有利于混凝土的压紧。

混凝土带压凝固初凝前或终凝后，通过钢管1管壁上设有加压压浆头对钢管1内进行压浆。混凝土带压凝固初凝前或终凝后，通过钢管1管壁上设有加压压浆头对钢管1内进行压浆。通过加压压浆处理，能够减少钢管1与混凝土2之间的空隙，提高混凝土与钢管的连接紧密度，最终提高钢管组合结构的整体结构强度，使其承载力能够明显超过钢管承载力与混凝土承载力的之和。

实施例3

如图3所示，本实施例与实施例2的区别在于，钢管内壁表面粗糙度为310μm。两根钢管1之间通过平钢板焊接。

钢管混凝土完全组合柱也可以由三根或者四根带混凝土的钢管，通过连接件焊接组成，连接件可以是波形钢腹板、平钢板、型钢中的一种或一种以上的组合。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (10)

1.钢管混凝土完全组合柱，包括一根或一根以上钢管（1）及钢管内的混凝土（2），其特征在于：所述的混凝土（2）为预压式混凝土，钢管（1）一端设有密封端头板，钢管（1）另一端设有承压固定封头板，钢管（1）或钢管端部上有排水或排气的孔。

2.根据权利要求1所述的钢管混凝土完全组合柱，其特征在于：所述的钢管内壁表面粗糙度为55-450μm。

3.根据权利要求1所述的钢管混凝土完全组合柱，其特征在于：所述的两根以上的钢管（1）之间直接焊接或通过波形钢腹板、平钢板、型钢中的一种或一种以上的组合焊接。

4.根据权利要求1所述的钢管混凝土完全组合柱，其特征在于：所述的钢管（1）壁上设有加压压浆头。

5.根据权利要求1所述的钢管混凝土完全组合柱，其特征在于：所述的钢管（1）中段的壁厚大于上下段的壁厚。

6.根据权利要求1所述的钢管混凝土完全组合柱，其特征在于：所述的钢管（1）中段的直径大于上下段的直径。

7.钢管混凝土完全组合柱制造工艺，其特征在于：包含如下工艺：焊钢管密封端头板、振动浇筑钢管内混凝土、放置另一端承压固定封头板并加压、焊接封头板、混凝土带压凝固。

8.根据权利要求7所述的钢管混凝土完全组合柱制造工艺，其特征在于：所述的振动浇筑钢管（1）内混凝土（2）时，采用悬挂钢管（1）管壁振动或变频振动。

9.根据权利要求7所述的钢管混凝土完全组合柱制造工艺，其特征在于：所述的混凝土带压凝固，加压时，压力机的油缸外壳与钢管（1）相连。

10.根据权利要求7所述的钢管混凝土完全组合柱制造工艺，其特征在于：混凝土带压凝固初凝前或终凝后，通过钢管（1）管壁上设有加压压浆头对钢管（1）内进行压浆。

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