CN103967210A - 带t形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱 - Google Patents

带t形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱 Download PDF

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牛海成
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Abstract

一种带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱，其包括方钢管（1）、T形加劲肋（2）、螺旋箍（3）、纵筋（4）、废弃混凝土芯（5）以及自密实混凝土（6）。方钢管节点设计、施工方便，且利于建筑空间布置；螺旋箍对内部废弃混凝土芯起到较强的约束作用；沿竖向设置的T形加劲肋能够防止或延缓方钢管与自密实混凝土过早剥离，对方钢管外壁的局部屈曲起到更强的约束效果。本发明直接利用废弃混凝土作为材料来源，为建筑垃圾的处理提供了广阔的前景，达到了节能环保的目的；而且，T形加劲肋有效地克服了方钢管套箍能力弱的缺点，使材料性能充分发挥，保证结构具有较高的承载能力和良好的抗震性能。

Description

带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱
技术领域
本发明是一种带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱，
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的数量为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。
目前，国内高层、超高层建筑迅猛发展，钢管混凝土柱是一种将钢管结构与混凝土结构优点结合为一体的组合结构。其中，方钢管混凝土由于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。由于柱子主要承受轴向压力，当方钢管混凝土柱达到极限强度时，角部钢管发生塑性变形，钢管各边中部与混凝土发生剥离或产生局部失稳。研究发现，导致所述技术问题的原因主要是方钢管对核心混凝土所产生的约束力不足。
在现阶段实际应用中，为了弥补方钢管对核心混凝土约束能力不足的缺陷，主要采用在钢管内壁焊接栓钉或矩形加劲肋等构造措施，劳动量大且效果并不理想。
另外，钢管混凝土柱为了满足某些构造要求以及特殊的施工要求，采用普通混凝土浇筑无法浇筑密实，造成内部出现混凝土断层或者离析现象，使得钢管混凝土柱只有钢管起到了支撑受力的功能，而混凝土由于填充不密实，并不能够与钢管很好地结合共同发挥作用，导致钢管混凝土柱的优点无法充分发挥。
发明内容
本发明的目的在于针对大量建筑垃圾亟待处理，再生利用工序多、成本高的缺陷，以及现有技术存在的不足之处，提供一种带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱及其实现方法，其结构简单、受力性能优越、利于建筑空间布置、无需振捣、易于施工，还能进行废物利用，极大地节约成本。
本发明采用的技术方案是：
一种带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱，其特征在于：其包括方钢管1、T形加劲肋2、螺旋箍3、纵筋4、废弃混凝土芯5和自密实混凝土6；方钢管1的内壁设置有T形加劲肋2，方钢管1的中心设置有废弃混凝土芯5；螺旋箍3与纵筋4绑扎成钢筋笼，设置在废弃混凝土芯5外围；方钢管1和废弃混凝土芯5之间填充有自密实混凝土6。
所述的带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱，其特征在于：所述的方钢管1为轧制钢管或采用四块钢板、双槽钢、双C形钢焊接而成，横截面为正方形或矩形。
所述的带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱，其特征在于：所述的T形加劲肋2为T型钢或由两块钢板焊接而成，在腹板上均匀等间距开设孔洞，孔洞形状为圆形、椭圆形、带圆角的矩形或带圆角的方形，且位于同一竖直线上，相邻孔洞间距为100mm-200mm。
所述的带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱，其特征在于：所述的T形加劲肋在方钢管的每个内侧壁上的数量不少于2个，且均匀对称布置。
所述的带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱，其特征在于：所述的螺旋箍3采用光面钢筋或带肋热轧钢筋弯曲而成，间距d为40mm-80mm，其强度等级为HPB300级，HRB335级，HRB400级或HRB500级。
所述的带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱，其特征在于：所述的纵筋4采用带肋热轧钢筋，其强度等级为HRB335级，HRB400级或HRB500级。
所述的带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱，其特征在于：所述的废弃混凝土芯5为从废旧建筑物上拆除下来的圆柱或方柱，其截面长宽尺寸与组合柱截面长宽尺寸的比值为0.4-0.7。
所述的带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱，其特征在于：所述的废弃混凝土芯5为一整根柱或者由2根截面相近的短柱拼接而成，将外围混凝土保护层打磨掉，使内部钢筋裸露出来；2根截面相近的短柱在拼接时，需将其连接处端部钢筋凿出，采用闪光对焊，电渣压力焊或机械连接，并在连接处浇筑混凝土养护成型。
所述的带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱，其特征在于：所述的自密实混凝土中加入少量的微膨胀剂。
根据本发明的技术方案，一种带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱可按如下方法制作：
1）在工厂加工方钢管1、T形加劲肋2和螺旋箍3，将T形加劲肋2与方钢管1焊接，螺旋箍3与纵筋4绑扎形成钢筋笼；
2）加工废弃混凝土芯5；
3）钢结构和废弃混凝土加工完成后，运至施工现场，将方钢管1和钢筋笼定位安装；将废弃混凝土芯5置于钢筋笼内；浇筑自密实混凝土6，养护成型后形成带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱。
由于采用上述技术方案，本发明具有以下优点：
1）废弃混凝土芯源于待拆除建筑物，仅需简单处理即可应用于本发明中，对建筑废弃物进行了再利用，既节约资源，有利于生态环境保护，又减少了废弃混凝土填埋所占用的土地；同时，克服了废弃混凝土再生利用工序多、成本高的缺陷，极大地节约了成本，具有重要而深远的意义。
2）由于废弃混凝土柱受到破坏和侵蚀的保护层被打磨掉，而柱芯的强度基本保留了原有材料的强度，同时，螺旋箍有效地约束了废弃混凝土芯的变形，使其承载能力和塑性性能得到很大的提高。
3）采用自密实混凝土，能够保证混凝土良好的密实性，使钢管混凝土柱承载力高，塑性与韧性性能优良，抗震能力强的优点得以充分发挥。同时，由于不需振捣，没有振捣噪音，使得混凝土浇筑时间大幅度缩短，可以减少劳动人员数量和人力成本，而且劳动强度大幅度降低，能够有效地提高生产效率。
4）自密实混凝土中加入少量微膨胀剂，可以使混凝土具有微膨胀特性，用以抵消混凝土在凝固过程中温度应力和干缩变形造成的微裂缝，从而使新旧混凝土结合紧密，具有良好的整体性。
5）T形加劲肋腹板上等间距分布的孔洞，使自密实混凝土浇筑完成后连成整体。加劲肋腹板两个侧面的混凝土均可以发挥抗剪作用，填充于加劲肋孔洞中的混凝土相当于多个竖向分布的插入孔洞的销钉，同时，加劲肋的翼缘有效地限制了方钢管外壁与混凝土的分离，三者共同作用，大大改善了目前方钢管混凝土普遍存在的钢管与混凝土粘结力不足的问题，同时也提高了钢管混凝土柱的整体性。
6）所采用的钢管，T形加劲肋与螺旋箍是在钢结构工厂里加工制作，可以实现机械化批量生产，生产效率高，可大大节约工期，降低工程成本。
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是带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱的平面示意图；
图2是螺旋箍示意图；
图3是T形加劲肋示意图；
图4是实施例1中钢结构加工厂加工制造的方钢管柱立体示意图；
图5是实施例2中带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱的平面示意图；
图6是实施例3中带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱的平面示意图；
图7是实施例4中带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱的平面示意图。
图中：1-方钢管；2-T形加劲肋；3-螺旋箍；4-纵筋；5-废弃混凝土芯；6-自密实混凝土。
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1
如图1至图4所示，一种带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱包括：方钢管1、T形加劲肋2、螺旋箍3、纵筋4、废弃混凝土芯5和自密实混凝土6；方钢管1的内壁设置有T形加劲肋2，方钢管1的中心设置有废弃混凝土芯5；螺旋箍3与纵筋4绑扎成钢筋笼，设置在废弃混凝土芯5外围；方钢管1和废弃混凝土芯5之间填充有自密实混凝土6。
本实施例中，所述方钢管1横截面为正方形，所述T形加劲肋2的腹板上均匀开设圆形孔洞。实际加工时，所述的T形加劲肋2在方钢管1的每个内侧壁上的数量不少于2个，且均匀对称布置。本实施例中，数量取为2，也可根据实际具体需要，对所述的T形加劲肋2的数量进行调整。
本实施例中，所述的T形加劲肋2的数量与方钢管混凝土柱的承载力大小相对应，即T形加劲肋2的数量越多，所述方钢管混凝土柱的承载力越大。
所述的螺旋箍3采用光面钢筋或带肋热轧钢筋弯曲而成，其强度等级为HPB300，HRB335，HRB400或HRB500，间距d为40mm-80mm。实际加工时，可根据具体实际情况选定所述螺旋箍的强度等级与间距。
本实施例中，所述的废弃混凝土芯5为直接从建筑物上拆除下来的方柱，为一整根柱，且将外围混凝土保护层打磨掉，使内部钢筋裸露出来，其截面边长尺寸与混合柱截面边长尺寸的比值为0.4-0.7，可根据具体实际情况选定该比值。
本实施例中的带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱可按如下方法制作：
1）在工厂加工方钢管1、T形加劲肋2和螺旋箍3，将T形加劲肋2与方钢管1焊接，螺旋箍3与纵筋4绑扎形成钢筋笼；
2）加工废弃混凝土芯5；
3）钢结构和废弃混凝土加工完成后，运至施工现场，将方钢管1和钢筋笼定位安装；将废弃混凝土芯5置于钢筋笼内；浇筑自密实混凝土6，养护成型后形成带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱。
实施例2
本实施例中，与实施例1不同的是：所述方钢管1的横截面为矩形，所述T形加劲肋2的总数为10个，且废弃混凝土柱截面为圆形，如图5所示。实际加工制造时，可根据实际具体需要对所述T形加劲肋2的数量进行调整。
本实施例中，其余部分结构、连接关系和制造过程均与实施例1相同。
实施例3
本实施例中，与实施例1不同的是：所述方钢管1的横截面为矩形，且两个方向边长尺寸差异较大，所述T形加劲肋2的总数为14个，废弃混凝土柱截面为圆形，且放置了2个螺旋箍和2个废弃混凝土圆柱，如图6所示。实际加工制造时，可根据实际具体需要进行相应的调整。
本实施例中，其余部分结构、连接关系和制造过程均与实施例1相同。
实施例4
本实施例中，与实施例1不同的是：所述方钢管1的横截面为正方形，废弃混凝土柱截面为圆形，且废弃混凝土截面直径比方钢管1边长小很多，所述T形加劲肋2的总数为20个，且放置了4个螺旋箍和4个废弃混凝土圆柱，如图7所示。实际加工制造时，可根据实际具体需要进行相应的调整。
本实施例中，其余部分结构、连接关系和制造过程均与实施例1相同。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱，其特征在于：其包括方钢管（1）、T形加劲肋（2）、螺旋箍（3）、纵筋（4）、废弃混凝土芯（5）和自密实混凝土（6）；方钢管（1）的内壁设置有T形加劲肋（2），方钢管（1）的中心设置有废弃混凝土芯（5）；螺旋箍（3）与纵筋（4）绑扎成钢筋笼，设置在废弃混凝土芯（5）外围；方钢管（1）和废弃混凝土芯（5）之间填充有自密实混凝土（6）。
2.根据权利要求1所述的带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱，其特征在于：所述的方钢管（1）为轧制钢管或采用四块钢板、双槽钢、双C形钢焊接而成，横截面为正方形或矩形。
3.根据权利要求1所述的带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱，其特征在于：所述的T形加劲肋（2）为T型钢或由两块钢板焊接而成，在腹板上均匀等间距开设孔洞，孔洞形状为圆形、椭圆形、带圆角的矩形或带圆角的方形，且位于同一竖直线上，相邻孔洞间距为100mm-200mm。
4.根据权利要求1所述的带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱，其特征在于：所述的T形加劲肋（2）在方钢管（1）的每个内侧壁上的数量不少于2个，且均匀对称布置。
5.根据权利要求1所述的带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱，其特征在于：所述的螺旋箍（3）采用光面钢筋或带肋热轧钢筋弯曲而成，间距d为40mm-80mm，其强度等级为HPB300级，HRB335级，HRB400级或HRB500级。
6.根据权利要求1所述的带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱，其特征在于：所述的纵筋（4）采用带肋热轧钢筋，其强度等级为HRB335级，HRB400级或HRB500级。
7.根据权利要求1所述的带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱，其特征在于：所述的废弃混凝土芯（5）为从废旧建筑物上拆除下来的圆柱或方柱，其截面长宽尺寸与组合柱截面长宽尺寸的比值为0.4-0.7。
8.根据权利要求7所述的带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱，其特征在于：所述的废弃混凝土芯（5）为一整根柱或者由2根截面相近的短柱拼接而成，将外围混凝土保护层打磨掉，使内部钢筋裸露出来；2根截面相近的短柱在拼接时，需将其连接处端部钢筋凿出，采用闪光对焊，电渣压力焊或机械连接，并在连接处浇筑混凝土养护成型。
9.根据权利要求1所述的带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱，其特征在于：所述的自密实混凝土（6）中加入少量的微膨胀剂。
10.根据权利要求1所述的带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱的制作方法，其特征在于：包括钢结构和废弃混凝土加工、定位安装及浇筑混凝土步骤；具体步骤如下：
1）在工厂加工方钢管（1）、T形加劲肋（2）和螺旋箍（3），将T形加劲肋（2）与方钢管（1）焊接，螺旋箍（3）与纵筋（4）绑扎形成钢筋笼；
2）加工废弃混凝土芯（5）；
3）钢结构和废弃混凝土加工完成后，运至施工现场，将方钢管（1）和钢筋笼定位安装；将废弃混凝土芯（5）置于钢筋笼内；浇筑自密实混凝土（6），养护成型后形成带T形加劲肋的方钢管废弃混凝土芯螺旋箍加劲组合柱。
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