CN104652704B - 管中管钢管混凝土受拉构件内外管连接安装与计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了管中管钢管混凝土受拉构件内外管连接安装方法，包括外钢管1、内钢管2，外钢管1、内钢管2通过传力支撑3的П形钢板件31通过螺帽32和螺杆33定位拼装。以及提供一种本发明管中管钢管混凝土受拉构件的轴拉承载力的计算方法。通过设置传力支撑的方法，保证了内、外钢管拼装时的正确定位，保证了管中管钢管混凝土受拉构件在施工与使用过程中钢管与混凝土之间协同作业与共同受力，满足承载力设计的要求。通过采用工厂法兰盘法连接的内、外钢管预制件，减少了各段管中管钢管混凝土受拉构件之间连接拼装的时间。

Description

管中管钢管混凝土受拉构件内外管连接安装与计算方法

技术领域

本发明属工业与民用建筑结构工程钢管混凝土技术领域，特别涉及能承受拉力作用的管中管钢管混凝土受拉构件内外管连接安装与计算方法。

背景技术

随着钢管混凝土柱在工业与民用建筑、桥梁与塔架等结构工程中越来越广泛的应用，工程结构对大跨、高耸、重载的要求也逐渐提高，这就要求构件既要有很高的承载力，又要有较好的延性。目前，工程上出现了一种复式截面形式的钢管混凝土柱，这里称为管中管钢管混凝土柱，它由同轴心的双层圆钢管通过在管壁内部浇注自密实混凝土而形成，其中，按内层钢管内部是否浇注混凝土的形式分为实心管中管钢管混凝土和空心管中管钢管混凝土，例如现有技术CN103603467A和CN103696493A。这种柱截面可有效地减少尺寸大小，增大有效使用面积，提高钢管混凝土柱的承载力和耐火安全性。

但在工程应用中，很多情况下钢管混凝土组合柱受到的外荷载首先作用在外钢管上，当承受拉力和压力作用时，由于混凝土受压性能良好，压力一般可通过内部混凝土传递给内钢管，但是混凝土抗拉能力较差，混凝土基本不能保证将拉力由外钢管传递给内钢管，这样在工程应用中，并不能满足受力初期就能完全达到内、外钢管与混凝土之间共同承受荷载。为了保证在施工与使用过程中钢管与混凝土之间协同作业与共同受力，可以采用设置传力支撑的方法，既能满足内、外钢管拼装时同轴心定位的问题，也能解决内、外钢管与混凝土共同受力的问题。

并且由于这种截面形式的钢管混凝土组合柱良好的工作效益，为了在工程应用中提高施工进度，进行管中管钢管混凝土受拉构件连接安装时，可以采用经法兰盘法连接的内、外钢管预制件，然后在施工现场进行拼装，最后浇注混凝土。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，为满足整体截面共同受力的要求，提供了一种管中管钢管混凝土受拉构件内外管连接安装与计算方法，同时适用于承受压力作用的构件。

外钢管与内钢管之间采用传力支撑连接，传力支撑由连接外钢管内壁与连接内钢管外壁的两个“”形钢板件通过螺栓连接得到。内、外钢管安装时可以通过螺栓连接控制螺栓杆的长短来定位内、外钢管之间共轴心。

本发明所述的管中管钢管混凝土主要承受压力和拉力荷载作用，每个管中管钢管混凝土受拉构件可由预制的每段内、外钢管的端部按照内外法兰盘法进行连接，后期浇注混凝土而形成。

工程中管中管钢管混凝土柱包括管中管钢管混凝土受拉构件、外钢管内外法兰盘、内钢管外法兰盘和传力支撑。

通过这技术，可以解决内、外钢管与混凝土的共同受力问题，内、外钢管安装连接定位问题，提高施工进度。同时，为了方便工程应用中管中管钢管混凝土受拉构件的设计，基于现行国家标准GB 50936《钢管混凝土结构技术规范》的规定，提出了管中管钢管混凝土受拉构件的轴拉承载力计算公式。

本发明的实施例采用如下技术方案：

管中管钢管混凝土受拉构件内外管连接安装方法，包括外钢管1、内钢管2，外钢管1、内钢管2通过传力支撑3的形钢板件31通过螺帽32和螺杆33定位拼装。

所述钢管为普通钢材，普通钢材的选用和设计参数的选取应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017和《钢管混凝土结构技术规范》GB 50936的有关规定。承重结构的圆钢管可采用焊接圆钢管、热轧无缝钢管。

形钢板件在外钢管1、内钢管2位于位于共轴心的内、外钢管之间。

所述传力支撑3在设置的钢管构件圆形截面上布置均匀的4个支撑，两个方向的传力支撑相互垂直。

所述传力支撑3设置在一个或多个节点处，也是每段外钢管1、内钢管2的端口处，所述的传力支撑3只在外钢管1内壁与内钢管2外壁之间，不贯穿两侧钢管壁。

所述管中管钢管混凝土受拉构件外钢管1、内钢管2横截面为圆形，所述传力支撑3的一侧钢板件与外钢管1的内壁垂直焊接，另一侧钢板件与对应的内钢管2外壁垂直焊接。

所述焊接通过熔透焊或电渣焊连接。

所述外钢管1、内钢管2为工厂加工的设置有法兰盘连接的预制件，在施工现场，每两段外钢管1通过分段端口的外钢管外法兰盘11，外钢管内法兰盘12连接在一起，每两段内钢管2通过分段端口的内钢管外法兰盘21连接在一起。

所述法兰盘上节柱6和法兰盘下节柱7之间的端口连接按法兰盘螺栓连接，宜采用有加劲板5连接方式，也可采用无加劲板连接方式。

最后通过浇筑混凝土形成管中管钢管混凝土受拉构件。

本发明的在一目的在于提供一种所述管中管钢管混凝土受拉构件的轴拉承载力的计算方法，计算公式如下：

管中管钢管混凝土受拉构件轴心受拉承载力设计值应按下列公式计算：

式中：——考虑构件不能保证共同受力影响的折减系数。当采用本发明的内、外管连接安装方法，取为1(按图8a所示)；当按其它形式时，(按图8b所示)需要通过相关试验测试得到。

n——管中管钢管混凝土受拉构件从外至内钢管总层数；

f_s,i——第i层钢管的抗拉强度设计值(MPa)；

A_s,i——第i层钢管的面积(mm²)。

轴拉承载力计算公式依据为管中管钢管混凝土受拉构件受拉力作用时，管内混凝土将开裂，不承受拉力作用，只有钢管承担全部拉力。然而，钢管受拉力作用而伸长时，径向将收缩；但却受到管内混凝土的阻碍，而成为纵向受拉而环向也受拉的双向拉应力状态，其受拉强度将提高。提高值和所受来自混凝土的阻力大小有关。对于实心截面，钢管的受拉强度提高10％。

测定的作用是可以供工程设计人员提供理论指导，具体应用在承受拉力与压力作用下的管中管钢管混凝土受拉构件，如输电塔架等，拉力是一个主要的外来荷载。相对于现有技术计算方法,此公式形式简单，计算可靠。此公式可以适用于此类型构件在工程实际应用中承受拉力作用下采用不同种制作工艺的情形，当采用本发明的技术方法，构件的抗拉能力可以得到充分的发挥，经济合理。

本发明与现有技术对比的有益效果是：

通过设置传力支撑的方法，保证了内、外钢管拼装时的正确定位，保证了管中管钢管混凝土受拉构件在施工与使用过程中钢管与混凝土之间协同作业与共同受力，满足承载力设计的要求。

通过采用工厂法兰盘法连接的内、外钢管预制件，减少了各段管中管钢管混凝土受拉构件之间连接拼装的时间。

通过本发明的技术方法可以有效地计算管中管钢管混凝土轴心受拉承载力设计值来测定构件的受力情况，充分发挥钢管与混凝土之间的相互作用，可以满足受力初期就能完全达到内、外钢管与混凝土之间共同承受荷载。

附图说明

图1管中管钢管混凝土受拉构件截面示意图，其中A_sc——管中管钢管混凝土受拉构件的截面总面积(mm²)，A_s,i——第i层钢管的面积(mm²)，A_s,1——第1层钢管的面积(mm²)，A_s,2——第2层钢管的面积(mm²)；A_c——混凝土的截面总面积(mm²)；

图2预制外钢管示意图；

图3预制内钢管示意图；

图4每段预制内外钢管拼装整体示意图；

图5分段端口处截面示意图；

图6连接内外钢管的传力支撑示意图；

图7(a)为有加劲肋的法兰盘螺栓连接示意图，图7(b)为无加劲肋的法兰盘螺栓连接示意图；

图8管中管钢管混凝土纵向截面示意图，图8(a)荷载可以从斜杆至管内由外向内传递；图8(b)荷载不能有效地从斜杆至管内由外向内传递。

其中，1—外钢管，2—内钢管，3—传力支撑，4—螺栓，5—加劲肋，6—法兰盘上节柱；7—法兰盘下节柱，11—外钢管外法兰盘，12—外钢管内法兰盘，21—内钢管外法兰盘，31—形钢板件，32—螺帽，33—螺杆。

A-管中管钢管混凝土受拉构件，B-支撑斜杆，C-传力路线。

具体实施方式

下面结合具体事例对本发明和附图作进一步详细说明，但是本发明的内容不局限于实施例。

实施例一管中管钢管混凝土受拉构件内外管连接安装

管中管钢管混凝土受拉构件，包括外钢管1、内钢管2为设置工厂加工的法兰盘连接的预制件(按图2和3所示)。在施工现场，外钢管1、内钢管2通过传力支撑3的形钢板件31通过螺帽32和螺杆33(按图6所示)定位拼装，连接好的构件如图4所示。

所述传力支撑3在设置的钢管构件圆形截面上布置均匀的4个支撑，两个方向的传力支撑相互垂直，所述传力支撑3设置在一个或多个节点处，也是每段外钢管1、内钢管2的端口处，所述的传力支撑3只在外钢管1内壁与内钢管2外壁之间，不贯穿两侧钢管壁(按图5所示)。

所述管中管钢管混凝土受拉构件外钢管1、内钢管2横截面为圆形，所述传力支撑3的一侧钢板件(按图6所示)与外钢管1的内壁垂直焊接，另一侧钢板件与对应的内钢管2外壁垂直焊接，然后两钢板件通过螺栓4连接，形成一个传力支撑3。所述焊接通过熔透焊连接。

每两段外钢管1通过分段端口的外钢管外法兰盘11，外钢管内法兰盘12连接在一起，每两段内钢管2通过分段端口的内钢管外法兰盘21连接在一起。

所述法兰盘上节柱6和法兰盘下节柱7之间的端口连接按法兰盘螺栓连接(按图7所示),宜采用有加劲板5连接方式(按图7a所示)，也可采用无加劲板连接方式(按图7b所示)。

最后通过浇筑混凝土形成管中管钢管混凝土受拉构件，如图1所示。

实施例二一种所述管中管钢管混凝土受拉构件的轴拉承载力的计算方法，计算公式如下：

管中管钢管混凝土受拉构件轴心受拉承载力设计值应按下列公式计算：

式中：——考虑构件不能保证共同受力影响的折减系数。当采用本发明的内、外管连接安装方法，取为1(按图8a所示)；当按其它形式时，(按图8b所示)需要通过相关试验测试得到。

n——管中管钢管混凝土受拉构件从外至内钢管总层数；

f_s,i——第i层钢管的抗拉强度设计值(MPa)；

A_s,i——第i层钢管的面积(mm²)。

轴拉承载力计算公式依据为管中管钢管混凝土受拉构件受拉力作用时，管内混凝土将开裂，不承受拉力作用，只有钢管承担全部拉力。然而，钢管受拉力作用而伸长时，径向将收缩；但却受到管内混凝土的阻碍，而成为纵向受拉而环向也受拉的双向拉应力状态，其受拉强度将提高。提高值和所受来自混凝土的阻力大小有关。对于实心截面，钢管的受拉强度提高10％。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种管中管钢管混凝土受拉构件的轴拉承载力的计算方法：其特征在于，管中管钢管混凝土受拉构件内外管连接安装方法包括:

外钢管(1)、内钢管(2)，外钢管(1)、内钢管(2)通过传力支撑(3)的形钢板件(31)通过螺帽(32)和螺杆(33)定位拼装；

计算公式如下：

式中：——考虑构件不能保证共同受力影响的折减系数，采用上述的内、外管连接安装方法，取为1；

n——管中管钢管混凝土受拉构件从外至内钢管总层数；

f_s,i——第i层钢管的抗拉强度设计值(MPa)；

A_s,i——第i层钢管的面积(mm²)。

2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述安装方法中传力支撑(3)在设置的钢管构件圆形截面上布置均匀的4个支撑，按圆截面周长四分点分别布置，两个方向的传力支撑相互垂直。

3.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述安装方法中传力支撑(3)设置在每段外钢管(1)、内钢管(2)的端口处，所述的传力支撑(3)只在外钢管(1)内壁与内钢管(2)外壁之间，不贯穿两侧钢管壁。

4.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述安装方法中管中管钢管混凝土受拉构件外钢管(1)、内钢管(2)横截面为圆形，所述传力支撑(3)的一侧钢板件与外钢管(1)的内壁垂直焊接，另一侧钢板件与对应的内钢管(2)外壁垂直焊接。

5.根据权利要求4所述的计算方法，其特征在于，所述安装方法中焊接为熔透焊或电渣焊。

6.根据权利要求1-5任一权利要求所述的计算方法，其特征在于，所述安装方法中外钢管(1)、内钢管(2)为工厂加工的设置有法兰盘连接的预制件，每两段外钢管(1)通过分段端口的外钢管外法兰盘(11)，外钢管内法兰盘(12)连接在一起，每两段内钢管(2)通过分段端口的内钢管外法兰盘(21)连接在一起。

7.根据权利要求6所述的计算方法，其特征在于，所述安装方法中法兰盘上节柱(6)和法兰盘下节柱(7)之间采用法兰盘螺栓连接，宜采用有加劲板(5)连接方式，也可采用无加劲板连接方式。