CN103967209A - 方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土及螺旋箍强化组合柱 - Google Patents

Abstract

方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土及螺旋箍强化组合柱，属于土木工程的组合结构技术领域。在方钢管（1）内设置有圆钢管（3），圆钢管（3）外侧设置有螺旋箍（6）；圆钢管（3）内填充有再生混凝土，圆钢管（3）与方钢管（1）之间填充有普通混凝土。本发明中方钢管节点设计、施工方便，且利于建筑空间布置；圆钢管套箍约束能力强，采用圆钢管约束再生混凝土，推广了再生混凝土的应用，同时保证了结构性能。在水平荷载作用下，受弯较大的远离中性轴的截面周边部位，采用性能稳定的普通混凝土。在螺旋箍和方钢管的双重约束作用下，可有效限制外围混凝土的横向变形，延缓方钢管局部屈曲的发生，显著提高构件的承载力和抗震性能。

Description

方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土及螺旋箍强化组合柱

技术领域

本发明是一种方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土及螺旋箍强化组合柱，主要应用于建筑结构中的多层及高层建筑的钢管混凝土组合柱。

背景技术

随着建筑工业的高速发展，村镇的拆迁改造与修缮、城市新区和住宅小区的不断开发和规模化建设以及市政公用设施的新建，都会产生大量的建筑垃圾。此外，我国部分建筑结构即将到达设计使用年限。据统计，我国每年的拆除工程占建设工程总量的40%，而每万平方米的拆除工程会产生建筑垃圾7000吨-12000吨。然而，绝大部分建筑垃圾未经任何处理，便被施工单位运往郊外或乡村露天堆放或填埋，耗用巨额的征用土地费、垃圾清运费等建设经费。同时，清运和堆放过程中的遗撒和粉尘、灰砂飞扬等问题又造成了严重的环境污染。建筑垃圾已经加剧了我国城市土地、资源的紧张局面，严重影响了社会经济和生态环境的协调发展。

与此同时，对混凝土的需求仍在不断加大，大量的天然砂石骨料由于不断开采而日趋枯竭，造成生态破坏。目前，我国的混凝土年产量约为15亿吨，而每年回收的废弃混凝土约为20亿吨。由此可见，研究废弃混凝土的再生利用迫在眉睫，而且意义重大。

废弃混凝土块经破碎、分级、并按一定的比例混合后形成的骨料称为再生骨料。利用再生骨料作为部分或全部骨料配制的混凝土称为再生骨料混凝土，简称再生混凝土。大量研究发现，与普通混凝土相比，再生混凝土具有强度低，弹性模量低，吸水率高，耐久性差等缺陷。

钢管混凝土是在钢管中填充混凝土而形成的构件，利用钢管对混凝土的约束作用，使其中的混凝土处于三向受压状态，延迟了混凝土破坏的发生，从而可大大提高其抗压强度和抗变形能力；借助内填混凝土来增强薄壁钢管的抗屈曲强度和稳定性，不仅使混凝土的塑性和韧性大为改善，而且可以避免或延缓钢管发生局部屈曲，两种材料的组合弥补了各自的缺点，从而使钢管混凝土具有承载力高、塑性和韧性好等优点。实际工程中，常采用圆钢管与方钢管。其中，圆钢管对核心混凝土约束能力强，承载力高。通过对比试验发现，在等截面积、等含钢率、等材料强度的条件下，圆钢管混凝土柱比方钢管混凝土柱承载力提高35%～45%。而方钢管混凝土则克服了圆钢管混凝土柱节点设计、施工及使用上的不便，已成为钢结构建筑的主要发展方向。

发明内容

本发明的目的在于针对大量建筑垃圾亟待处理的现状，利用不同截面形状钢管混凝土的特点，提供一种方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土及螺旋箍强化组合柱及其实现方法，其结构简单、受力性能优越、易于施工，且利于建筑空间布置。

本发明采用的技术方案是：

该方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土及螺旋箍强化组合柱，其包括方钢管1、普通混凝土2、圆钢管3、再生混凝土4、纵筋5和螺旋箍6；在方钢管1内设置有圆钢管3，纵筋5与螺旋箍6绑扎在一起，置于方钢管1和圆钢管3之间；圆钢管3内填充有再生混凝土4，圆钢管3与方钢管1之间填充有普通混凝土2。

所述的方钢管1截面为正方形，为热轧方钢管，冷拔方钢管，挤压方钢管或焊接方钢管。

所述的圆钢管3为无缝圆钢管或焊接圆钢管，圆钢管直径与外部方钢管1边长比值为0.5～0.7。圆钢管可有效约束核心再生混凝土4，可减少甚至抵消由于再生混凝土材料性能劣化对受力性能的影响。

所述的纵筋5采用带肋热轧钢筋，其强度等级为HRB335级，HRB400级或HRB500级。

所述的螺旋箍6采用光面钢筋或带肋热轧钢筋弯曲而成，其强度等级为HPB300级，HRB335级，HRB400级或HRB500级，螺旋箍筋间距d为40mm-80mm。螺旋箍可加强外围普通混凝土的约束作用，减少横向变形，延缓方钢管局部屈曲的发生，有效提高构件的承载力、延性和耗能能力。

根据本发明的技术方案，该方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土及螺旋箍强化组合柱的制作方法，其制作步骤如下：

1）将方钢管1和圆钢管3分别进行定位安装；

2）将纵筋5和螺旋箍6绑扎成钢筋笼，置于方钢管1和圆钢管3之间并进行定位、固定；

3）在方钢管1和圆钢管3之间分层浇筑普通混凝土，振捣密实后进行养护；

4）在圆钢管3内部分层灌注再生混凝土4，进行养护，成形后即为方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土及螺旋箍强化组合柱。

方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土及螺旋箍强化组合柱充分利用不同形状钢管的优势和两种混凝土的特点。方钢管节点设计、施工简便，利于建筑空间布置。圆钢管约束能力强，内填再生混凝土，推广了再生混凝土的应用，优化了结构设计，同时保证了结构性能。在水平荷载作用下，受弯较大的远离中性轴的截面周边部位，采用性能稳定的普通混凝土。同时，具有较强约束能力的螺旋箍，有效限制了外围混凝土的横向变形，延缓了方钢管局部屈曲的发生，显著提高了构件承载力和变形能力，能够有效地耗散地震能量，提高了构件的抗震性能。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细说明。

附图说明

图1是方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土及螺旋箍强化组合柱截面示意图；

图2是螺旋箍立体示意图。

图中：1-方钢管，2-普通混凝土，3-圆钢管，4-再生混凝土，5-纵筋，6-螺旋箍。

具体实施方式

下面结合具体实例对本发明做进一步说明：

实施例

如图1所示，方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土及螺旋箍强化组合柱包括方钢管1、普通混凝土2、圆钢管3、再生混凝土4、纵筋5和螺旋箍6；在方钢管1内设置有圆钢管3，纵筋5与螺旋箍6绑扎在一起，置于方钢管1和圆钢管3之间；圆钢管3内填充有再生混凝土4，圆钢管3与方钢管1之间填充有普通混凝土2。方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土及螺旋箍强化组合柱是在普通方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土形成。

内部的圆钢管、螺旋箍与外侧的方钢管同心布置，由于圆钢管对再生混凝土的约束力沿圆周均匀分布，对内部混凝土的“套箍作用”强，有效地约束了再生混凝土的变形，可完全弥补再生混凝土由于材料性能劣化对构件承载力和延性的影响，甚至能对构件的整体受力性能产生有利的影响。同时，螺旋箍加强了对外围普通混凝土的约束，使其处在螺旋箍与方钢管的双重约束之中，因此，在不增大构件截面积的情况下，显著提高了构件的竖向承载能力和抵抗水平地震作用的能力。

本实施例中的方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土及螺旋箍强化组合柱可以按如下方法制作：

1）根据实际情况，可采用方形型钢管或焊接方钢管1；

2）根据实际情况，可采用无缝圆钢管或焊接圆钢管3；

3）加工螺旋箍6，与纵筋5绑扎成钢筋笼；

4）定位、安装方钢管1、钢筋笼和圆钢管3，使三者形心共点；

5）在方钢管1和圆钢管3之间分层浇筑普通混凝土2，振捣密实后进行养护；

6）在圆钢管3腔内分层灌注再生混凝土4，养护成形后即为方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土及螺旋箍强化组合柱。

以上是本发明的典型实施例，本发明的实施不限于此。

Claims (6)

1.方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土及螺旋箍强化组合柱，其特征在于：其包括方钢管（1）、普通混凝土（2）、圆钢管（3）、再生混凝土（4）、纵筋（5）和螺旋箍（6）；在方钢管（1）内设置有圆钢管（3），纵筋（5）与螺旋箍（6）绑扎在一起，置于方钢管（1）和圆钢管（3）之间；圆钢管（3）内填充有再生混凝土（4），圆钢管（3）与方钢管（1）之间填充有普通混凝土（2）。

2.根据权利要求1所述的方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土及螺旋箍强化组合柱，其特征在于：方钢管（1）截面为正方形，为热轧方钢管，冷拔方钢管，挤压方钢管或焊接方钢管。

3.根据权利要求1所述的方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土及螺旋箍强化组合柱，其特征在于：圆钢管（3）为无缝圆钢管或焊接圆钢管，圆钢管（3）直径与方钢管（1）边长比值为0.5～0.7。

4.根据权利要求1所述的方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土及螺旋箍强化组合柱，其特征在于：所述的纵筋（5）采用带肋热轧钢筋，其强度等级为HRB335级，HRB400级或HRB500级。

5.根据权利要求1所述的方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土及螺旋箍强化组合柱的制作方法，其特征在于：所述的螺旋箍（6）采用光面钢筋或带肋热轧钢筋弯曲而成，其强度等级为HPB300级，HRB335级，HRB400级或HRB500级，螺旋箍筋间距d为40mm-80mm。

6.根据权利要求1所述的方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土及螺旋箍强化组合柱的制作方法，其特征在于：其制作步骤如下：

1）将方钢管（1）和圆钢管（3）分别进行定位、安装；

2）将纵筋（5）和螺旋箍（6）绑扎成钢筋笼，置于方钢管（1）和圆钢管（3）之间并进行定位、固定；

3）在方钢管（1）和圆钢管（3）之间分层浇筑普通混凝土，振捣密实后进行养护；

4）在圆钢管（3）内部分层灌注再生混凝土（4)，进行养护，成形后即为方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土及螺旋箍强化组合柱。