CN105155780B - 薄壁冷弯钢管再生骨料混凝土异形柱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄壁冷弯钢管再生骨料混凝土异形柱，包括由冷弯钢管围成的十字形、T形或L形的异形柱柱体，以及填充于所述异形柱柱体内的再生骨料混凝土；所述冷弯钢管的首尾连接处留有预设长度的搭接部，并通过自攻螺丝固定连接，在异形柱柱体长度的方向，在各柱肢上间隔设置有若干组对拉螺杆，所述对拉螺杆沿柱肢结合部设置。本发明在冷弯钢管的接缝处采用自攻螺丝连接，而无需焊接，施工快捷方便，有利于现场操作，人工成本低。在进一步的实施例中，采用再生混凝土，环保节约。

Description

薄壁冷弯钢管再生骨料混凝土异形柱

技术领域

本发明属于固定建筑物，尤其是一种薄壁冷弯钢管再生骨料混凝土异形柱。

背景技术

随着社会的发展和居民生活水平的逐步提高，住户对住宅内部有四角平整光滑、整齐美观，大开间，大净空的要求。这就形成了异形柱结构的设计思想。

目前，在普通居民楼中采用多层异形钢筋混凝土框架的并不少见。但是，随着高层和超高层建筑逐渐增多，建筑层数的增多，上部荷载的增大，必然会导致柱截面的增大，钢筋混凝土异形柱的承载力有限，势必要增大钢筋混凝土异形柱的截面来满足工程上对承载力的要求。

但是现有钢管混凝土异形柱在制作过程中存在多条焊缝(如图1a至图1c所示)，并且焊缝均在凹角处需要立焊，焊接困难且难以保证质量。

发明内容

发明目的：一个目的是提供一种薄壁冷弯钢管再生骨料混凝土异形柱，以解决现有技术存在的上述问题。

技术方案：一种薄壁冷弯钢管再生骨料混凝土异形柱，包括由冷弯钢管围成的十字形、T形或L形的异形柱柱体，以及填充于所述异形柱柱体内的再生骨料混凝土；所述冷弯钢管的首尾连接处留有预设长度的搭接部，并通过自攻螺丝固定连接，在异形柱柱体长度的方向，在各柱肢上间隔设置有若干组对拉螺杆，所述对拉螺杆沿柱肢结合部设置。

进一步的，所述冷弯钢管由Q345钢板冷弯而成，壁厚为3～6mm，最小宽厚比为100。所述自攻螺丝为M5.0的自攻螺丝。所述对拉螺杆由Q235制成，沿柱体长度方向上，相邻对拉螺杆的间距为300mm。所述再生骨料混凝土包括以下重量比的原料：水：水泥：砂：粗骨料＝1:(2.5～3.0):(2.8～3.5):(9～10)，所述粗骨料包括45～70mm的废弃砖块和天然粗骨料，废弃砖块的替代率为50％。所述再生混凝土由以下重量比的原料组成：水：水泥：砂：粗骨料＝1:2.7:3.0:9.4。所述再生混凝土还包括按照单位质量的废弃砖块10min吸水率计算的水量。

有益效果：与现有技术相比，上述技术方案在冷弯钢管的接缝处采用自攻螺丝连接，而无需焊接，施工快捷方便，有利于现场操作，人工成本低。在进一步的实施例中，采用再生混凝土，环保节约。

附图说明

图1a至图1c为现有技术的结构示意图。

图2a至图2c为本发明异形柱的结构示意图。

图3a至图3c是套箍效应示意图。

具体实施方式

如图2a至图2c所示，本发明的薄壁冷弯钢管再生骨料混凝土异形柱主要包括柱体、再生骨料混凝土和对拉螺杆。其中，异形柱柱体由冷弯钢管1围成，形状为十字形、T形或L形。以及填充于所述异形柱柱体内的再生骨料混凝土4；所述冷弯钢管的首尾连接处留有预设长度的搭接部，并通过自攻螺丝固定连接，在异形柱柱体长度的方向，在各柱肢上间隔设置有若干组对拉螺杆3，所述对拉螺杆沿柱肢结合部设置。

施工阶段，将冷弯钢管1通过自攻螺丝2和对拉螺杆3成型，然后吊装运输到指定安装位置，将冷弯钢管1底部与下部结构进行焊接，然后向内部浇筑内填充混凝土，进行养护。当内填充混凝土初凝后，在冷弯钢管表面进行防腐和防锈处理。

如图3a、图3b和图3c所示，承受荷载时，轴力由冷弯钢管1和内填充混凝土共同承担，剪力由冷弯钢管1承担。并且，冷弯钢管1和内填充混凝土4之间通过自攻螺丝2来传递竖向内力来保证共同变形和受力。内填充混凝土4受压过程中会向外膨胀，冷弯钢管1受到对拉螺杆3的拉结作用，对内填充混凝土产生向内的挤压，形成套箍效应，从而进一步提高异形柱的抗压能力。

所述冷弯钢管由Q345钢板冷弯而成，壁厚为3～6mm，最小宽厚比为100。自攻螺丝为M5.0的自攻螺丝。对拉螺杆由Q235制成，沿柱体长度方向上，相邻对拉螺杆的间距为300mm。

在进一步的实施例中，将3～6mm的薄钢板在冷弯机上进行弯折，成型为需要形状(十字形、T形、L形)的冷弯钢管1，且冷弯钢管1接头处(起始端和终止端)各留出100mm的延伸，作为连接处。将自攻螺丝2打入冷弯钢管1进行连接。在连接好的冷弯钢管1上每隔300mm间距钻孔，插入对拉螺杆3，旋紧内外两层螺丝。

在进一步的实施例中，进一步描述再生混凝土的相关内容。一般来说，再生混凝土包括以下重量比的原料：水：水泥：砂：粗骨料＝1:(2.5～3.0):(2.8～3.5):(9～10)，所述粗骨料包括45～70mm的废弃砖块和天然粗骨料(碎石)，废弃砖块的替代率为50wt％。以C25为例，通过下述实施例说明本发明的实验效果。

实施例1

再生混凝土由以下重量比的原料组成：水：水泥：砂：粗骨料＝1:2.7:3.0:9.4。

采用本行业规定标准方法进行检测，实验数据如下：塌落度175，和易性良好，7天抗压强度29.5MPa，28天抗压强度48.0MPa。试块破坏荷载为633.78kN。

实施例2

再生混凝土由以下重量比的原料组成：水：水泥：砂：粗骨料＝1:2.5:3.2:9.6。

采用本行业规定标准方法进行检测，实验数据如下：塌落度165，和易性优异，7天抗压强度26.5MPa，28天抗压强度49.5MPa。试块破坏荷载629.48kN。

实施例3

再生混凝土由以下重量比的原料组成：水：水泥：砂：粗骨料＝1:2.8:2.8:9.4。采用本行业规定标准方法进行检测，实验数据如下：塌落度170，和易性优异，7天抗压强度23.5MPa，28天抗压强度45.5MPa。试块破坏荷载为628.90kN。

实施例4

再生混凝土由以下重量比的原料组成：水：水泥：砂：粗骨料＝1:2.95:3.35:9.8。采用本行业规定标准方法进行检测，实验数据如下：塌落度180，和易性优异，7天抗压强度29.5MPa，28天抗压强度46.5MPa。试块破坏荷载为590.40kN。

实施例5

再生混凝土由以下重量比的原料组成：水：水泥：砂：粗骨料＝1:2.6:3.4:9.1。

采用本行业规定标准方法进行检测，实验数据如下：塌落度160，和易性优异，7天抗压强度25.5MPa，28天抗压强度43.5MPa。试块破坏荷载为597.04kN。

上述实施例中替代率为50％，A＝0.610，B＝0.581，其基本性能与替代率为0的混凝土相差不大，能够达到其性能的90～95％左右，优于现有的各种再生混凝土。

实施例6-8

加入再生骨料改性材料。所述再生骨料改性材料包括：减水剂、补强剂和膨胀剂。减水剂的用量为配料总量的0.1-0.5wt％，补强剂的用量为配料总量的3-5wt％，膨胀剂为配料总量的1-3wt％。

所述减水剂的结构式如下：

其中，R₁、R₂、R₃、R₄和R₅均选自H或CH₃，n为35～55，m为25～45，a、b、c和d为正整数，M为一价阳离子。

所述补强剂为硅灰，膨胀剂为硫铝酸盐。

上述新型聚羧酸减水剂的制备方法，步骤如下：

步骤1：制备或购买大分子单体，按照预定的配比称取原料；

步骤2：将烷基聚醚、丙烯酸单体、阻聚剂、催化剂和协水剂加入到反应釜中升温至160℃，回流状态进行酯化反应5小时，得到中间产物；催化剂选自硫酸、甲苯磺酸、固体酸ZrO₂的一种或几种，所说阻聚剂选自羟基苯甲醚、苯二酚、硫化二苯胺中的一种的或几种，所述协水剂选自乙酸乙酯、异戊醇中的一种或两种。

步骤3：分离出中间产物并加热至90℃进行溶解，同时滴加其他单体和引发剂溶液，滴加时间为1.2小时，滴加完毕后保温6小时，反应完成后，冷却至40℃，用氢氧化钠溶液调节pH为7，即获得目标产物。

实施例6中，水、水泥、沙、碎石和废弃砖块的配比与实施例1相同，加入0.25wt％的减水剂，4.2wt％的补强剂和1.8wt％的膨胀剂。

实施例7中，水、水泥、沙、碎石和废弃砖块的配比与实施例2相同，加入0.12wt％的减水剂，3.1wt％的补强剂，以及2.8wt％的膨胀剂。

实施例8中，水泥、沙、碎石和废弃砖块的配比与实施例3相同，加入0.45wt％的减水剂，4.8wt％的补强剂，以及1.1wt％的膨胀剂。

采用相同的测试方法，得到的28d强度的数据如下：44.8、45.2和50.5。

在该组实施例中，清洗再生骨料，可除去其上附着的粉尘，同时硅灰能够少混凝土内部的空隙率和空隙尺寸，改善骨料界面上的水泥浆体结构，硅灰的火山灰效应和微粒填充效应，浆体与骨料的粘结性好。高效减水剂，不仅能降低水灰比，更为重要的是使拌合料中的水泥更加分散，使硬化后的空隙率及孔隙分布情况得到进一步的改善。膨胀剂能够抵消再生骨料产生的收缩，解决了现有技术再生骨料混凝土收缩率大的问题。

在进一步的实施例中，所述再生混凝土还包括按照单位质量的废弃砖块10min吸水率计算的水量。一般来说再生骨料的吸水量会高一些，因此按照一定的比例多加入部分水量。但是这不是绝对的，如果经检测，再生骨料本身已经含有部分水，其吸水量与天然骨料接近的话，可以不采用该实施例的需水量计算方法。

总之，钢管可作为混凝土的模板，在浇筑混凝土时可省去支模、拆模的工序和材料。同时钢管不仅承受轴向的纵向应力，同时还对核心混凝土施加横向约束，使其处于三向受压的应力状态；而外钢管由于核心混凝土的存在，在一定程度上延缓了钢管的局部屈曲，增强钢管壁的稳定。因而，钢管混凝土结构用于受压是一种很合理的结构，充分利用了钢和混凝土两种材料的优点，在具有较大承载力的同时，结构的延性和韧性得到进一步的提高，抗震性能和抗风性能更优。与钢筋混凝土结构相比它更适用于超高层建筑，以及要求具有较大使用空间、较小构件截面尺寸的框架结构。柱肢与墙体等宽，建筑立面整齐、美观。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。

Claims (1)

1.一种薄壁冷弯钢管再生骨料混凝土异形柱，其特征在于，包括由冷弯钢管(1)围成的十字形、T形或L形的异形柱柱体，以及填充于所述异形柱柱体内的再生骨料混凝土(4)；所述冷弯钢管的首尾连接处留有预设长度的搭接部，并通过自攻螺丝固定连接，在异形柱柱体长度的方向，在各柱肢上间隔设置有若干组对拉螺杆(3)，所述对拉螺杆沿柱肢结合部设置；

所述冷弯钢管由Q345钢板冷弯而成，壁厚为3～6mm，最小宽厚比为100；

所述自攻螺丝为M5.0的自攻螺丝；

所述对拉螺杆由Q235制成，沿柱体长度方向上，相邻对拉螺杆的间距为300mm；

所述再生骨料混凝土包括以下重量比的原料：水：水泥：砂：粗骨料＝1:2.7:3.0:9.4，所述粗骨料包括45～70mm的废弃砖块和天然粗骨料，废弃砖块的替代率为50％；

所述再生混凝土还包括按照单位质量的废弃砖块10min吸水率计算的水量；

还包括再生骨料改性材料，所述再生骨料改性材料包括：减水剂、补强剂和膨胀剂，减水剂的用量为配料总量的0.25wt％，补强剂的用量为配料总量的4.2wt％，膨胀剂为配料总量的1.8wt％；

所述减水剂的结构式如下：

其中，R₁、R₂、R₃、R₄和R₅均选自H或CH₃，n为35～55，m为25～45，a、b、c和d为正整数，M为一价阳离子；

所述补强剂为硅灰，膨胀剂为硫铝酸盐；

上述新型聚羧酸减水剂的制备方法，步骤如下：

步骤1：制备或购买大分子单体，按照预定的配比称取原料；

步骤2：将烷基聚醚、丙烯酸单体、阻聚剂、催化剂和协水剂加入到反应釜中升温至160℃，回流状态进行酯化反应5小时，得到中间产物；催化剂选自硫酸、甲苯磺酸、固体酸ZrO₂的一种或几种，所说阻聚剂选自羟基苯甲醚、苯二酚、硫化二苯胺中的一种的或几种，所述协水剂选自乙酸乙酯、异戊醇中的一种或两种；

步骤3：分离出中间产物并加热至90℃进行溶解，同时滴加其他单体和引发剂溶液，滴加时间为1.2小时，滴加完毕后保温6小时，反应完成后，冷却至40℃，用氢氧化钠溶液调节pH为7，即获得目标产物；

施工阶段，将冷弯钢管通过自攻螺丝和对拉螺杆成型，然后吊装运输到指定安装位置，将冷弯钢管底部与下部结构进行焊接，然后向内部浇筑内填充混凝土，进行养护；当内填充混凝土初凝后，在冷弯钢管表面进行防腐和防锈处理。