CN104863283A - 钢管纤维混凝土支撑 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种钢管纤维混凝土支撑,它属于一种建筑结构构件，特别涉及一种钢-混凝土组合结构支撑构件。为解决框架结构在水平地震作用下侧向位移过大、震后结构损伤严重的问题，同时改善钢结构支撑用钢量较大的不足，本发明提供了一种钢管纤维混凝土支撑。在圆钢管内部浇筑掺加钢纤维或合成纤维的混凝土，使混凝土具有一定的抗拉能力。同时为了将支撑拉力传递给内部混凝土，在钢管内部设置起销栓作用的短钢管。这样钢管混凝土支撑在水平地震荷载作用下能同时承担较大的压力和拉力。采用钢管纤维混凝土支撑的建筑结构，具有优良的抗震性能和较好的材料利用效率，能充分发挥力学性能良好、施工方便、经济合理的优势。

Description

钢管纤维混凝土支撑

技术领域

本发明属于一种建筑结构构件，特别涉及一种钢-混凝土组合结构支撑构件。

背景技术

强烈地震作用下建筑物往往受到很大的水平地震力，目前主要依靠框架结构本身的承载力和延性来耗散地震能量，在结构抗力比按弹性理论设计所需抗力小很多的情况下，也能使结构做到裂而不倒。但延性框架的缺点在于主要依靠主体结构损伤来耗能，地震作用下它的层间位移相当大，震后结构损伤严重，虽能避免倒塌，但不易修复。为了提高延性框架的侧向刚度，目前的研究和应用趋势是将支撑同框架相结合使用。由于支撑在水平地震作用下处于拉压交替受力状态，钢结构支撑成为目前主要的支撑形式。但这种支撑形式用钢量较大，且构件在水平地震作用下易于屈曲，使得其经济性能有待提高。针对这一情况，本发明提出钢管纤维混凝土支撑。在圆钢管内部浇筑掺加钢纤维或合成纤维的混凝土，使混凝土具有一定的抗拉能力。同时为了将支撑拉力传递给内部混凝土，在钢管内部设置起销栓作用的短钢管。这样钢管混凝土支撑在水平地震荷载作用下能同时承担较大的压力和拉力。采用钢管纤维混凝土支撑的建筑结构，具有优良的抗震性能和较好的材料利用效率，能充分发挥力学性能良好、施工方便、经济合理的优势。

发明内容

本发明的目的是解决框架结构在水平地震作用下侧向位移过大、震后结构损伤严重的问题，同时改善钢结构支撑用钢量较大的不足，本发明提供了一种钢管纤维混凝土支撑。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种钢管纤维混凝土支撑，包括钢管、纤维混凝土、端板、浇筑孔、平板、铰接孔、锚固板和短钢管。所述钢管中空，且两端敞口。所述钢管的两端敞口均用端板封堵。所述端板面向钢管内部的平面上连接锚固板。所述锚固板上开有通孔，所述短钢管穿入这个通孔中并焊接。所述端板背向钢管内部的平面上连接平板。所述平板上开有铰接孔，通过这个铰接孔，使得端板铰接在钢结构框架上。所述锚固板和平板的形状相同。所述端板上具有浇筑孔，通过所述浇筑孔向钢管的中空内腔中灌注纤维混凝土。

值得说明的是，本发明是在圆钢管内部浇筑掺加钢纤维或合成纤维的混凝土，使混凝土具有一定的抗拉能力。同时为了将支撑拉力传递给内部混凝土，在钢管内部设置起销栓作用的短钢管。这样钢管混凝土支撑在水平地震荷载作用下能同时承担较大的压力和拉力。

进一步，所述的钢管是圆形截面无缝钢管或焊接钢管。

进一步，端部带有圆形的铰接孔的平板通过销轴与节点板铰接。

进一步，所述纤维混凝土是在普通混凝土的基础上，配合比中加入钢纤维、无机纤维或有机纤维。

进一步，所述的钢管、端板、平板和锚固板采用Q235碳素结构钢或Q345低合金高强度结构钢制成。

本发明提出的钢管纤维混凝土支撑具有下列优点：

1.钢管混凝土支撑相对于钢结构支撑，具有更大的轴向刚度和抗压承载力。钢管混凝土支撑换算得到的钢截面面积通常大于钢结构支撑，同时钢管对纤维混凝土具有良好的约束效应，混凝土又能有效限制钢管的局部屈曲，因而钢管混凝土支撑具有良好的抗震性能。

2.钢管混凝土支撑中采用纤维混凝土，能够改善钢管混凝土在拉压往复作用下的力学性能。由于混凝土抗拉强度远低于抗压强度，采用纤维混凝土能明显提高混凝土在达到开裂前的抗拉承载力，进而使得支撑在拉压循环荷载下具有相近的拉压承载力。

3.框架结构采用钢管纤维混凝土支撑后，抗侧刚度和承载力均显著提高，侧向变形显著降低，强烈地震作用后结构损伤严重程度得以缓解。

4.采用钢管混凝土柱、钢梁、钢管混凝土支撑的框架-支撑结构不仅在抗震性能方面接近或达到采用钢梁、钢柱、钢支撑的纯钢框架-支撑结构，通过发挥混凝土和钢材各自的力学性能优势，提高材料利用效率，显著降低钢材用量，降低结构造价，提高结构体系的经济效益。

5.改善纯钢结构体系的抗火性能。纯钢结构体系在火灾下承载力迅速降低，整个结构有可能垮塌。钢管混凝土柱和钢管混凝土支撑中的混凝土能够吸收火灾热量，延缓钢管温度的上升；在钢管达到耐火极限且承载力下降较多后，内部混凝土能够继续承担荷载，延缓结构垮塌，为人员疏散预留更多时间。

附图说明

图1是钢管纤维混凝土支撑在框架结构中的布置。

图2是钢管纤维混凝土支撑示意图。

图3是图2的A-A截面图。

图4是图3的B-B截面图。

图5是图3的C-C截面图。

图中：钢管1、纤维混凝土2、端板3、浇筑孔4、平板5、铰接孔6、锚固板7、短钢管8、立柱Ⅰ 10、横梁11、立柱Ⅱ 12、节点板Ⅰ 13、节点板Ⅱ 14。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

一种钢管纤维混凝土支撑，包括钢管1、纤维混凝土2、端板3、浇筑孔4、平板5、铰接孔6、锚固板7和短钢管8。

所述钢管1中空，且两端敞口。钢管1可直接采用圆形截面无缝钢管或焊接钢管。所述钢管1的两端敞口均用端板3封堵。实施例中，所述端板3为圆盘状，通过焊接的方式与钢管1连接在一起。

所述端板3面向钢管1内部的平面上连接锚固板7。实施例中，所述锚固板7是一块钢板，其一端是矩形、另一端是半月形。锚固板7的矩形端焊接在端板3上，其板面与锚固板7垂直。实施例中，所述锚固板7上开有通孔，该孔在半月形的中间。所述短钢管8穿入这个通孔中并焊接，形成混凝土内部锚固构造，短钢管8直径和长度由混凝土传递的支撑拉力计算确定(短钢管8的长度应该小于钢管1的内径)。

所述端板3背向钢管1内部的平面上连接平板5。为了将支撑拉力有效传给内部混凝土，所述锚固板7和平板5的形状相同。即平板5也是一块钢板，其一端是矩形、另一端是半月形。平板5的矩形端焊接在端板3上，其板面与端板3垂直。

所述平板5上开有铰接孔6，通过这个铰接孔6，使得支撑(整个)铰接在钢结构框架的节点板上。例如，参见图1，由立柱Ⅰ 10、横梁11和立柱Ⅱ 12组成的框架结构上，钢管1两端的平板5分别与节点板Ⅰ 13和节点板Ⅱ 14铰接。实施例中，采用穿过铰接孔6的金属销轴将钢管1两端的平板5铰接在节点板上。

所述端板3上具有浇筑孔4(通孔)，通过所述浇筑孔4向钢管1的中空内腔中灌注纤维混凝土2。浇筑孔4孔径大小的确定参考混凝土粗骨料粒径，以混凝土顺利浇筑并保证浇筑质量为标准。

实际施工方法如下：先在加工厂将端板3上切割出混凝土浇筑孔4，将平板5和内锚固板7上也切割出预留孔，然后将端板3和平板5、端板3和内锚固板7按要求焊接好，保证平板5和内锚固板7在同一平面内，再与钢管1的端部焊接。将此钢结构构件运到施工现场后，通过混凝土浇筑孔4浇筑纤维混凝土2，待混凝土浇筑密实后将浇筑孔4封好，形成钢管纤维混凝土支撑。装配时，将钢管纤维混凝土支撑与框架节点处的节点板通过销轴连接，形成带有支撑的组合结构框架结构。

Claims (5)

1.一种钢管纤维混凝土支撑，其特征在于：包括钢管(1)、纤维混凝土(2)、端板(3)、浇筑孔(4)、平板(5)、铰接孔(6)、锚固板(7)和短钢管(8)；

所述钢管(1)中空，且两端敞口；所述钢管(1)的两端敞口均用端板(3)封堵；

所述端板(3)面向钢管(1)内部的平面上连接锚固板(7)；所述锚固板(7)上开有通孔，所述短钢管(8)穿入这个通孔中并焊接；

所述端板(3)背向钢管(1)内部的平面上连接平板(5)；所述平板(5)上开有铰接孔(6)，通过这个铰接孔(6)，使得支撑铰接在钢结构框架上；

所述端板(3)上具有浇筑孔(4)，通过所述浇筑孔(4)向钢管(1)的中空内腔中灌注纤维混凝土(2)。

2.根据权利要求1所述的钢管纤维混凝土支撑，其特征在于：所述的钢管(1)是圆形或方形截面的无缝钢管或焊接钢管。

3.根据权利要求1所述的钢管纤维混凝土支撑，其特征在于：端部带有圆形的铰接孔(6)的平板(5)通过销轴与节点板(13)铰接。

4.根据权利要求1所述的钢管纤维混凝土支撑，其特征在于：所述纤维混凝土(2)是在普通混凝土的基础上，配合比中加入钢纤维、无机纤维或有机纤维。

5.根据权利要求1所述的钢管纤维混凝土支撑，其特征在于：所述的钢管(1)、端板(3)、平板(5)和锚固板(7)采用Q235碳素结构钢或Q345低合金高强度结构钢制成。