CN104675019A - 一种内置预加工半连续钢筋笼的钢管混凝土柱及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种内置预加工半连续钢筋笼的钢管混凝土柱及施工方法，所述钢管柱包括内部预制有断续钢筋笼的钢筒和连续钢筋笼；所述内部预制有断续钢筋笼的钢筒由断续钢筋笼、巨型钢筒和拉结件组成的整体；所述巨型钢筒内部被纵向竖隔板和横向竖隔板分隔成若干个腔体，每个腔体内沿高度方向间隔设置有横向分隔板，所述断续钢筋笼位于相邻横向分隔板之间，其通过拉结件与巨型钢筒内壁连接成整体；所述连续钢筋笼沿腔体长度通长设置，所述横向分隔板中部有供连续钢筋笼穿过的孔洞。本申请解决了超长巨型钢管混凝土柱结构抗压强度低以及防火性能差的技术问题，可广泛应用与超高层大跨度结构中。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢管混凝土柱及其施工方法，特别是一种内置预加工半连续钢筋笼的钢管混凝土柱及施工方法。
背景技术
随着城市建筑物规模不断的增加和抗震技术的要求，钢管混凝土结构应用越多，常用的钢管混凝土结构为外包钢管，内浇筑混凝土的方式，但是此构造形式存在一些问题，比如混凝土存在收缩和徐变的问题，尤其对大尺寸钢管混凝土，内部体积较大的混凝土在收缩之后，与钢管存在微裂缝，这样可能导致混凝土和钢管无法同时受力，达到预定的受力效果。
为解决上述问题，也出现一种大截面钢管混凝土柱如图1所示，其构造形式包括外包钢管1围合成的钢筒，核心区放置连续的钢筋笼，连续的钢筋笼由通长的纵向钢筋4和小箍筋3焊接形成，连续的钢筋笼和钢筒之间的分散放置竖向的连续钢筋11，内浇筑钢筋混凝土的方式，此结构形式在一定程度上增强了限制了混凝土的收缩，增加了外钢管和内混凝土的整体性，由于钢筋的设置增加了钢管混凝土柱的韧性在一定程度上提高了其抗震性能，此结构形式适用于柱截面尺寸较大的情况。
上述结构在具体实施过程中，存在如下问题：从结构受力角度，上述结构形式由于只有核心区有横向约束的箍筋，大面积的混凝土无约束的横向箍筋，在外部荷载作用下，其中部首先破坏，如图2所示，从图中可以看到在外荷载F作用下，变形曲线一12中部的曲率非常大，出现凸肚现象。那为何不给大面积的混凝土也增加横向约束，提高其抗压强度呢，其根源在于，大截面钢管混凝土柱钢筋部分的施工需要进入钢管内，工人进入钢管内施工空间狭小，作业时间长，而且施工现场往往为多工种交叉作业很容易发生事故。因此，在现有的大截面钢管混凝土柱的离散分布的连续钢筋施加横向约束在现场无法实施。
发明内容
本发明的目的是提供一种内置预加工半连续钢筋笼的钢管混凝土柱及施工方法，要解决的技术问题是增强现有的大截面钢管混凝土柱的抗压强度，提高其承载力并降低其施工难度，提高施工效率和施工安全性的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种内置预加工半连续钢筋笼的钢管混凝土柱，包括混凝土、内部预制有断续钢筋笼的钢筒和连续钢筋笼；所述内部预制有断续钢筋笼的钢筒由断续钢筋笼、巨型钢筒和拉结件组成的整体；所述巨型钢筒内部被纵向竖隔板和横向竖隔板分隔成若干个腔体，每个腔体内沿高度方向间隔设置有横向分隔板，所述断续钢筋笼位于相邻横向分隔板之间，其通过拉结件与巨型钢筒内壁连接成整体；所述连续钢筋笼沿腔体长度通长设置，所述横向分隔板中部有供连续钢筋笼穿过的孔洞。
进一步地，所述横向分隔板中心孔洞的整体件或以钢筒中心为中心放射状分布的多个独立件。
进一步地，所述外包钢板、纵向竖隔板或横向竖隔板表面焊接有栓钉。
进一步地，所述横向分隔板在同一位置设置至少一层。
进一步地，所述横向分隔板沿所述腔体高度方向的设置间距为0.2m～30m。
进一步地，所述拉结件为直的短钢筋、端部带弯头的短钢筋、钢垫块或者卡子。
优选地，所述巨型钢筒和/或所述腔体的横断面为圆形、多边形或十字形。
一种上述内置预加工半连续钢筋笼的钢管混凝土柱的施工方法，其步骤如下：
步骤一，将外包钢板、纵向竖隔板和横向竖隔板、横向分隔板焊接形成多个巨型钢筒模块；
步骤二，将大箍筋、非通长的纵向钢筋焊接形成断续钢筋笼；同时将通长的纵向钢筋和小箍筋焊接形成连续钢筋笼；
步骤三，将断续钢筋笼放入巨型钢筒模块，并与巨型钢筒模块内壁焊接形成整体；
步骤四，形成不同长度规格的多个巨型钢筒模块标准节；
步骤五，将多个巨型钢筒模块标准节及连续钢筋笼运送至施工现场，并在现场将巨型钢筒模块标准节拼合成多腔钢筒标准节，然后多腔钢筒标准节续接成整根柱子；
步骤六，将连续钢筋笼吊入柱子的中空部分；
步骤七，浇筑混凝土，使混凝土、连续钢筋笼、断续钢筋笼及腔体形成整体。
进一步地，所述断续或连续钢筋笼的焊接也可在多腔钢筒标准节运送至现场后焊接，此时相应省略连续钢筋笼运送环节。
进一步地，所述步骤三中，将断续钢筋笼与腔体内壁焊接时，预先在腔体内壁间隔焊接连接件。
优选地，所述步骤一中，将外包钢板、纵向竖隔板和横向竖隔板、横向分隔板焊接形成多个巨型钢筒模块时，预先在钢板表面焊接栓钉。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：
本发明提出了一种新型的钢管混凝土柱结构形式，此结构由于将巨型钢筒和断续的钢筋笼设置为一体，既满足了给断续纵向钢筋施加横向约束，提高钢管混凝土巨柱抗压强度，同时，无需或减少钢筒内施工，提高的施工效率，降低了施工难度，减少的事故的发生率。
通过给断续纵向钢筋施加横向约束使钢管和混凝土在施工和正常使用阶段能够紧密接触，充分发挥钢管对混凝土的约束作用，充分减少混凝土收缩对承载力带来的不利影响。
本发明提出了一种新型的钢管混凝土柱结构形式具有良好的抗震性能。首先，多腔钢管对混凝土形成多腔空间约束，同时，传统钢管混凝土柱破坏主要是发生在柱的中部区域，本新型柱通过非连通纵筋在中部设置的箍筋，起到加强中部混凝土约束的作用，能够进一步提高钢管混凝土柱的抗震的承载力和延性。
本发明提出了一种新型的钢管混凝土柱其内部的钢筋笼包括连续钢筋笼和断续的钢筋笼，断续的钢筋笼与混凝土一起构成内置的钢筋半连通的钢筋混凝土部分，在火灾中，外包钢板首先失效，但是内置的钢筋混凝土部分构成钢筋混凝土柱，能够继续承担火灾中的荷载，从而有效提高结构的防火能力。
在施工过程中，本发明提供的施工方法非连通纵筋和箍筋可以预加工成钢筋笼，通过连接件与钢管焊接到一起，直接运输到施工现场，连通钢筋和箍筋也可以预加工为钢筋笼，钢板也是预加工，可以有效提高施工质量，缩短施工时间。
本发明可广泛应用于超高层大跨度结构中。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1现有的大截面钢管混凝土柱的断面图。
图2是现有的大截面钢管混凝土柱在外荷载作用下的变形示意图。
图3是是单腔钢管混凝土柱纵向剖视图。
图4是图1的A-A一种横剖视图。
图5是图1的A-A另一种横剖视图。
图6是图1的B-B一种横剖视图。 图7是图1的B-B另一种横剖视图。 图8为施工方法流程图。
图9是第二种多腔钢管混凝土柱纵向剖视图。
图10是图9的E-E一种横剖视图。
图11是图9的E-E第二种横剖视图。
图12是图9的E-E第三种横剖视图。
图13是图9的F-F横剖视图。
图14是内置预加工半连续钢筋笼的钢管混凝土柱的受力变形示意图。
附图标记： 1－外包钢板、2－横向隔板、3－小箍筋、4－通长的纵向钢筋、5－大箍筋、6－非通长的纵向钢筋、7－混凝土、8－拉结件、9－横向竖隔板、10－纵向竖隔板、11－连续纵向钢筋、12－变形曲线一、13－变形曲线二。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术方案，下面结合附图给出具体的实施例。
实施例一参见图3、图4、图6和图7，是一种内置预加工半连续钢筋笼的钢管混凝土柱，包括内部预制有断续钢筋笼的钢筒和连续钢筋笼；所述内部预制有断续钢筋笼的钢筒由断续钢筋笼、巨型钢筒和拉结件8组成的整体；所述巨型钢筒内部被纵向竖隔板10和横向竖隔板9分隔成若干个腔体，每个腔体内沿高度方向间隔设置有横向分隔板2，所述断续钢筋笼位于相邻横向分隔板2之间，其通过拉结件8与巨型钢筒内壁连接成整体；所述连续钢筋笼沿腔体长度通长设置，所述横向分隔板2中部有供连续钢筋笼穿过的孔洞。所述核心钢筋笼和断续钢筋笼中心轴相同，所述混凝土浇筑在腔体和所述连续钢筋笼以及所述连续钢筋笼和所述断续钢筋笼之间的缝隙。此实施例中腔体的个数为一个。
进一步地，所述连续钢筋笼由通长的纵向钢筋4、小箍筋5连接而成。
进一步地，所述断续钢筋笼由非通长的纵向钢筋6和大箍筋3连接而成。
所述大箍筋5、小箍筋3是两种箍筋直径相对而言，大箍筋5的直径或内接圆的直径，大于小箍筋3的直径或内接圆的直径。
进一步地，所述大箍筋5和小箍筋3为圆形箍筋。
进一步地，所述钢筒和腔体的横断面为方形。
所述横向分隔板2在同一位置设置至少一层，本实施例为两层，所述横向分隔板2沿所述腔体高度方向的设置间距为0.2m～30m。通常的设置位置在楼层位置。
所述横向分隔板2中心孔洞的整体件，在其他实施例中，所述横向分隔板2还可以是以筒状结构中心为中心放射状分布的多个独立件。
为了增加混凝土和连续钢筋笼及断续钢筋笼之间的握裹力，所述外包钢板、纵向竖隔板或横向竖隔板表面焊接有栓钉。
所述拉结件8为直的短钢筋、端部带弯头的短钢筋、钢垫块或者卡子。
实施例二参见图9、图10和图13，与实施例一不同的是，所述钢筒由纵向竖隔板10和横向竖隔板9和分隔成6个腔体，钢筒和腔体均为矩形截面。
形成断续钢筋笼的大箍筋5和形成连续钢筋笼的小箍筋3均为圆形。
实施例三参见图9、图11和图13，与实施例二不同的是，形成断续钢筋笼的大箍筋5为矩形，形成连续钢筋笼的小箍筋3均为圆形。
实施例四参见图9、图12和图13，与实施例三不同的是，所述腔体内壁和钢筋笼之间设置有拉结件8。所述拉结件8为直的短钢筋或端部带弯头的短钢筋。
为了说明本申请的技术方案与现有技术的技术方案所产生的技术效果，将本申请的内置预加工半连续钢筋笼的钢管混凝土柱和现有的大截面钢管混凝土柱在相同外荷载作用F下的变形情况进行对比请参见图14，从示意图中可以看出，当巨型钢筒内部预制有断续钢筋笼，断续钢筋笼中的非通长的纵向钢筋6通过大箍筋3施加横向约束，并通过连接件8与巨型钢筒的内壁连接成整体后，钢管柱中部的变形曲线二13明显比变形曲线一12的弯曲程度减小，从而证明横向约束的施加，有效的提高的巨型钢管柱的抗压强度和延性。
上述的内置预加工半连续钢筋笼的钢管混凝土柱的施工方法，参见图8，其步骤如下：
步骤一，将外包钢板1、纵向竖隔板10和横向竖隔板9、横向分隔板2焊接形成多个巨型钢筒模块；
步骤二，将大箍筋5、非通长的纵向钢筋6焊接形成断续钢筋笼；同时将通长的纵向钢筋4和小箍筋3焊接形成连续钢筋笼；
步骤三，将断续钢筋笼放入巨型钢筒模块，并与巨型钢筒模块内壁焊接形成整体；
步骤四，形成不同长度规格的多个巨型钢筒模块标准节；
步骤五，将多个巨型钢筒模块标准节及连续钢筋笼运送至施工现场，并在现场将巨型钢筒模块标准节拼合成多腔钢筒标准节，然后多腔钢筒标准节续接成整根柱子；
步骤六，将连续钢筋笼吊入柱子的中空部分；
步骤七，浇筑混凝土，使混凝土、连续钢筋笼、断续钢筋笼及腔体形成整体。浇筑混凝土的方式一般选择为泵压式。
由于本方法适用于巨型钢管混凝土柱，其截面一般都较大，因此上述方式是一种典型方式，对于截面较小的钢管混凝土柱，也可省略巨型钢筒模块标准节制作环节，直接制作为多腔钢筒标准节。
其中，所述连续钢筋笼的焊接也可在多腔钢筒标准节运送至现场后焊接，此时相应省略连续钢筋笼运送环节。
其中，所述步骤三中，将断续钢筋笼与腔体内壁焊接时，预先在腔体内壁间隔焊接连接件8。
其中，步骤一中，将外包钢板、纵向竖隔板和横向竖隔板、横向分隔板焊接形成多个巨型钢筒模块时，预先在钢板表面焊接栓钉。
Claims (11)
1.一种内置预加工半连续钢筋笼的钢管混凝土柱，其特征在于：包括混凝土、内部预制有断续钢筋笼的钢筒和连续钢筋笼；所述内部预制有断续钢筋笼的钢筒由断续钢筋笼、巨型钢筒和拉结件（8）组成的整体；所述巨型钢筒内部被纵向竖隔板（10）和横向竖隔板（9）分隔成若干个腔体，每个腔体内沿高度方向间隔设置有横向分隔板（2），所述断续钢筋笼位于相邻横向分隔板（2）之间，其通过拉结件（8）与巨型钢筒内壁连接成整体；所述连续钢筋笼沿腔体长度通长设置，所述横向分隔板（2）中部有供连续钢筋笼穿过的孔洞。
2.根据权利要求1所述的内置预加工半连续钢筋笼的钢管混凝土柱，其特征在于：所述横向分隔板（2）中心孔洞的整体件或以钢筒中心为中心放射状分布的多个独立件。
3.根据权利要求1或2所述的内置预加工半连续钢筋笼的钢管混凝土柱，其特征在于：所述外包钢板（1）、纵向竖隔板（10）或横向竖隔板（9）表面焊接有栓钉。
4.根据权利要求3所述的内置预加工半连续钢筋笼的钢管混凝土柱，其特征在于：所述横向分隔板（2）在同一位置设置至少一层。
5.根据权利要求3所述的内置预加工半连续钢筋笼的钢管混凝土柱，其特征在于：所述横向分隔板（2）沿所述腔体高度方向的设置间距为0.2m～30m。
6.根据权利要求1所述的内置预加工半连续钢筋笼的钢管混凝土柱，其特征在于：所述拉结件（8）为直的短钢筋、端部带弯头的短钢筋、钢垫块或者卡子。
7.根据权利要求1所述的内置预加工半连续钢筋笼的钢管混凝土柱，其特征在于：所述巨型钢筒和/或所述腔体的横断面为圆形、多边形或十字形。
8.一种如权利要求1至7任意一项所述的内置预加工半连续钢筋笼的钢管混凝土柱的施工方法，其步骤如下：
步骤一，将外包钢板（1）、纵向竖隔板（10）和横向竖隔板（9）、横向分隔板（2）焊接形成多个巨型钢筒模块；
步骤二，将大箍筋（5）、非通长的纵向钢筋（6）焊接形成断续钢筋笼；同时将通长的纵向钢筋（4）和小箍筋（3）焊接形成连续钢筋笼；
步骤三，将断续钢筋笼放入巨型钢筒模块，并与巨型钢筒模块内壁焊接形成整体；
步骤四，形成不同长度规格的多个巨型钢筒模块标准节；
步骤五，将多个巨型钢筒模块标准节及连续钢筋笼运送至施工现场，并在现场将巨型钢筒模块标准节拼合成多腔钢筒标准节，然后多腔钢筒标准节续接成整根柱子；
步骤六，将连续钢筋笼吊入柱子的中空部分；
步骤七，浇筑混凝土，使混凝土、连续钢筋笼、断续钢筋笼及腔体形成整体。
9.根据权利要求8所述的内置预加工半连续钢筋笼的钢管混凝土柱的施工方法，其特征在于：所述断续或连续钢筋笼的焊接也可在多腔钢筒标准节运送至现场后焊接，此时相应省略连续钢筋笼运送环节。
10.根据权利要求8所述的内置预加工半连续钢筋笼的钢管混凝土柱的施工方法，其特征在于：所述步骤三中，将断续钢筋笼与腔体内壁焊接时，预先在腔体内壁间隔焊接连接件（8）。
11.根据权利要求8所述的内置预加工半连续钢筋笼的钢管混凝土柱的施工方法，其特征在于：所述步骤一中，将外包钢板（1）、纵向竖隔板（10）和横向竖隔板（9）、横向分隔板（2）焊接形成多个巨型钢筒模块时，预先在钢板表面焊接栓钉。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |