CN103967214B - 多腔钢管混凝土内嵌圆钢管再生混凝土带缀板组合柱 - Google Patents
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Abstract
多腔钢管混凝土内嵌圆钢管再生混凝土带缀板组合柱，其包括多边形钢管（1）、内隔板（2）、普通混凝土（3）、圆钢管（4）、再生混凝土（5）和缀板（6）。内隔板将多边形钢管分为若干个小腔体，钢板对核心混凝土的约束作用增强，混凝土处于高度的三向受压状态，从而使混凝土的强度得到较大的提高，塑性和韧性得到显著的改善；同时，设置内隔板可以使整个构件的刚度、承载力、延性、抗震能力均有一定幅度的提高。圆钢管具有较强的“套箍作用”，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，推广了再生混凝土的应用，同时保证了结构性能。在地震往复作用下，缀板与混凝土通过相互剪切消耗地震能量，提高了构件的抗震性能。
Description
技术领域
本发明是一种多腔钢管混凝土内嵌圆钢管再生混凝土带缀板组合柱，主要应用于建筑结构中的高层及超高层建筑的钢管混凝土组合柱。
背景技术
随着社会的进步与发展，人们生活水平也在不断提高，各种形式的建筑层出不穷，满足不同使用功能的建筑也应运而生。尤其是高层、超高层建筑的大量涌现，对结构设计提出了更高的要求，这就需要有新的理论和新的技术来支撑这类建筑的建设。工程中常用的矩形钢管混凝土柱及圆钢管混凝土柱由于其自身尺寸和加工工艺的限制，不能无限满足工程的需要，在这种情况下，多腔钢管混凝土结构也就随之产生。
多腔钢管混凝土由多腔体钢管和混凝土两种材料组成，由于腔体内混凝土的作用，避免或延缓了钢管壁板过早地发生局部屈曲，使钢管壁板的稳定性有很大的提高；同时，钢管对核心混凝土的约束作用，使混凝土处于三向受压应力状态，从而使混凝土的强度得以提高，塑性和韧性性能得到改善，两种材料的组合弥补了各自的缺点，使其材料性能得到了充分发挥。
通过多腔钢管混凝土巨型柱受压性能试验，发现多腔钢管混凝土结构亦存在一些不足之处。多腔钢管混凝土结构在强震作用下，腔体壁板容易发生局部鼓曲，由于丧失局部稳定导致承载力下降，钢板向外鼓出部位的核心混凝土严重酥碎，而此时其它部位可能还没有达到屈服，材料的性能没有得到充分发挥，造成了材料的严重浪费。
在多腔钢管混凝土巨型柱受压性能缩尺模型试验中，通过是否设置沿构件全高的内隔板对比试验，发现内部隔板对提高构件的承载力和延性有明显的贡献。内部隔板将大腔体分为几个小腔体，对腔体内混凝土形成的约束更强，从而提高了混凝土的抗压能力和延性；同时内部隔板的斜拉杆效应明显，对腔体外壁板的约束能力很强，增强了外壁板的稳定性，从而提高了构件的承载力及延性。
伴随着建筑工业的高速发展，村镇的拆迁改造与修缮以及我国部分建筑结构达到设计使用年限后拆除过程中，都会产生大量的建筑垃圾。据统计，每万平方米的拆除工程会产生建筑垃圾7000吨-12000吨。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。
发明内容
本发明的目的在于大力推进再生混凝土在实际工程的运用，提高多腔体钢管混凝土结构承载力和抗震性能，延缓或避免由于钢管壁板局部屈曲导致的构件刚度承载力及延性的降低，充分发挥材料的性能。为了解决这一问题，本发明提出了一种多腔钢管混凝土内嵌圆钢管再生混凝土带缀板组合柱及其实现方法。
本发明采用的技术方案是：
该多腔钢管混凝土内嵌圆钢管再生混凝土带缀板组合柱，其包括多边形钢管1、内隔板2、普通混凝土3、圆钢管4、再生混凝土5、缀板6；所述的多边形钢管1被内隔板2分割为多个腔体，每个腔体内设置有圆钢管4，圆钢管4与腔体的各个内壁用缀板6连接；所述的圆钢管4内填充再生混凝土5；每个腔体内圆钢管4外侧填充普通混凝土3。
所述组合柱的截面形状为多边形。
所述的多边形钢管1由钢板焊接而成，焊缝应符合相应的设计要求。
所述的内隔板2采用的钢板型号同多边形钢管1钢板或低一个强度等级，厚度为多边形钢管钢板厚度的1/2～2/3。内隔板可由多块钢板焊接组合而成“十”字形、“艹”字形或“Y”字形等。内隔板2在多边形钢管1角部或边中部与多边形钢管1焊接连接。内隔板将多边形钢管分为若干个小腔体，钢板对核心混凝土的约束作用增强，混凝土处于高度的三向受压状态，从而使混凝土的强度得到较大的提高，塑性和韧性性能得到显著的改善，同时内隔板的斜拉场效应明显，进而使整个结构的刚度、承载力、延性、抗震能力均有一定幅度的提高。
所述的圆钢管4为无缝圆钢管或焊接圆钢管，圆钢管具有较强的“套箍作用”，可有效约束再生混凝土5的横向变形，使其承载力和延性均有所提高，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。
所述的缀板6采用的钢板型号同多边形钢管或低一个强度等级，厚度为多边形钢管钢板厚度的1/2～2/3，缀板间距为缀板高度的2～3倍。缀板6在多边形钢管1角部或边中部与多边形钢管1及内隔板2焊接连接。缀板6加强了多边形钢管1、内隔板2与圆钢管4的联系，增强了对多边形钢管1的约束，同时，便于混凝土在各个腔体内的贯通，保证了浇筑混凝土的密实性。此外，在地震作用往复作用下，缀板与混凝土通过相互剪切变形消耗地震能，使构件的抗震能力有所提高。
根据本发明的技术方案，该多腔钢管混凝土内嵌圆钢管再生混凝土带缀板组合柱的制作方法，其制作步骤如下：
1）对内隔板2进行定位并与多边形钢管1焊接；
2）对圆钢管4吊装定位，将缀板6分别与多边形钢管1或内隔板2和圆钢管4进行焊接；
3）在多边形钢管1和圆钢管4之间分层浇筑普通混凝土3，振捣密实后进行养护；
4）在圆钢管4内部分层灌注再生混凝土5，进行养护，成形后即为多腔钢管混凝土内嵌圆钢管再生混凝土带缀板组合柱。
本发明可以取得如下有益效果：
（1）利用圆钢管约束再生混凝土，推广了再生混凝土的应用，保护了自然资源，同时保证了结构性能。
（2）在多边形钢管混凝土柱的腔体内设置内隔板，将一个大腔体分为几个小腔体，提高了对核心混凝土的约束能力；依不同厚度及型号的内隔板，构件的初始抗侧刚度提高10%～20%，承载力提高30%～50%，延性系数提高10%～25%。
（3）在多边形钢管混凝土柱的腔体内设置缀板，加强了多边形钢管与腔内圆钢管的联系，保证了混凝土的密实度；在地震往复作用下，缀板与混凝土通过相互剪切变形消耗地震能量，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是实施例1中多腔钢管混凝土内嵌圆钢管再生混凝土带缀板组合柱截面示意图；
图2是实施例1多腔钢管混凝土内嵌圆钢管再生混凝土带缀板组合柱内部结构立体示意图；
图3是实施例2中多腔钢管混凝土内嵌圆钢管再生混凝土带缀板组合柱截面示意图；
图4是实施例3中多腔钢管混凝土内嵌圆钢管再生混凝土带缀板组合柱截面示意图。
图中：1-多边形钢管，2-内隔板，3-普通混凝土，4-圆钢管，5-再生混凝土，6-缀板。
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所示，多腔钢管混凝土内嵌圆钢管再生混凝土带缀板组合柱包括多边形钢管1、内隔板2、普通混凝土3、圆钢管4、再生混凝土5、缀板6；所述的多边形钢管1被内隔板2分割为多个腔体，每个腔体内设置有圆钢管4，圆钢管4与腔体的各个内壁用缀板6连接；所述的圆钢管4内填充再生混凝土5；每个腔体内圆钢管4外侧填充普通混凝土3。多腔钢管混凝土内嵌圆钢管再生混凝土带缀板组合柱是在普通多腔体钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土形成。
内隔板一般在多边形钢管柱的两个主轴方向设置，以增强柱的抗侧刚度、承载力和变形能力，通过这样的方式，可有效减小为增加柱的抗侧刚度而增加的截面面积，节约了钢材和混凝土同时增加了使用面积，这在高层建筑设计中是十分重要的。
腔体内的圆钢管对再生混凝土的约束力沿圆周均匀分布，有效约束了再生混凝土的变形，使其抗压强度提高，塑性增强，可抵消由于再生混凝土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。
各个腔体内设置的缀板加强了多边形钢管与腔内圆钢管的联系，同时便于混凝土的浇筑，使混凝土的密实性得到保证。在地震往复作用下，混凝土与缀板之间剪切变形能够耗散较多的地震能量，提高了构件的抗震性能。
本实施例中的多腔钢管混凝土内嵌圆钢管再生混凝土带缀板组合柱可以按如下方法制作：
1）根据实际情况，定位焊接“十”字形内隔板2；
2）将多边形钢管1的钢板依次焊接到“十”字形内隔板2上，可采用双面角焊缝或单面角焊缝；
3）将多边形钢管1的钢板焊接到一起；
4）定位、固定圆钢管4，将缀板6分别与多边形钢管1或内隔板2和圆钢管4进行焊接；
5）依次在多边形钢管1各个腔体内圆钢管4外侧分层浇筑普通混凝土3，振捣密实后进行养护；
6）在圆钢管4内部分层灌注再生混凝土5，养护成形后即为多腔钢管混凝土内嵌圆钢管再生混凝土带缀板组合柱。
实施例2
本实施例中，与实施例1不同的是：实施例1中的多边形钢管截面为正方形，或两个方向尺寸差别不大，内隔板为“十”字形，圆钢管总数为4个；本实施例中，多边形钢管横截面为矩形，且两个方向边长尺寸差异较大，因此，内隔板采用“艹”字形，圆钢管总数为6个，如图3所示。
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：多边形钢管横截面为五边形，内隔板形状有所改变，如图4所示。
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。
以上是本发明的典型实施例，本发明的实施不限于此。
Claims (7)
1.多腔钢管混凝土内嵌圆钢管再生混凝土带缀板组合柱的制作方法，其特征在于：其制作步骤如下：
1)对内隔板(2)进行定位并与多边形钢管(1)焊接；
2)对圆钢管(4)吊装定位，将缀板(6)分别与多边形钢管(1)或内隔板(2)和圆钢管(4)进行焊接；
3)在多边形钢管(1)和圆钢管(4)之间分层浇筑普通混凝土(3)，振捣密实后进行养护；
4)在圆钢管(4)内部分层灌注再生混凝土(5)，进行养护，成形后即为多腔钢管混凝土内嵌圆钢管再生混凝土带缀板组合柱。
2.根据权利要求1所述的多腔钢管混凝土内嵌圆钢管再生混凝土带缀板组合柱的制作方法，其特征在于：多腔钢管混凝土内嵌圆钢管再生混凝土带缀板组合柱包括多边形钢管(1)、内隔板(2)、普通混凝土(3)、圆钢管(4)、再生混凝土(5)和缀板(6)；所述的多边形钢管(1)被内隔板(2)分割为多个腔体，每个腔体内设置有圆钢管(4)，圆钢管(4)与腔体的各个内壁用缀板(6)连接；所述的圆钢管(4)内填充再生混凝土(5)；每个腔体内圆钢管(4)外侧填充普通混凝土(3)。
3.根据权利要求1所述的多腔钢管混凝土内嵌圆钢管再生混凝土带缀板组合柱的制作方法，其特征在于：所述组合柱的截面形状为多边形。
4.根据权利要求1所述的多腔钢管混凝土内嵌圆钢管再生混凝土带缀板组合柱的制作方法，其特征在于：所述的多边形钢管(1)由钢板焊接而成。
5.根据权利要求1所述的多腔钢管混凝土内嵌圆钢管再生混凝土带缀板组合柱的制作方法，其特征在于：所述的内隔板(2)采用的钢板型号同多边形钢管(1)钢板或低一个强度等级，厚度为多边形钢管(1)钢板厚度的1/2～2/3；内隔板(2)由多块钢板焊接组合而成“十”字形、“艹”字形或“Y”字形；内隔板(2)在多边形钢管(1)角部或边中部与多边形钢管(1)焊接连接。
6.根据权利要求1所述的多腔钢管混凝土内嵌圆钢管再生混凝土带缀板组合柱的制作方法，其特征在于：所述的圆钢管(4)为无缝圆钢管或焊接圆钢管。
7.根据权利要求1所述的多腔钢管混凝土内嵌圆钢管再生混凝土带缀板组合柱的制作方法，其特征在于：所述的缀板(6)采用的钢板型号同多边形钢管(1)或低一个强度等级，厚度为多边形钢管(1)钢板厚度的1/2～2/3，缀板间距为缀板高度的2～3倍；缀板(6)在多边形钢管(1)角部或边中部与多边形钢管(1)及内隔板(2)焊接连接。
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