CN105178512A - 一种约束型钢管混凝土构件 - Google Patents

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一种约束型钢管混凝土构件，由纵筋(1)、箍筋(2)、钢管(3)、核心混凝土(4)、界面层(5)共同构成，其特征在于核心混凝土(4)填充于钢管(3)内部，钢管(3)和核心混凝土(4)之间设置有界面层(5)，钢管(3)表面开设有一条及一条以上的减压槽口(6)，每条减压槽口(6)的长度为沿构件的周长方向环向一周，减压槽口(6)的深度大于等于钢管(3)厚度的80％且小于钢管(3)厚度，减压槽口(6)宽度的总和不小于构件长度的2％，减压槽口(6)内设有纤维增强复合材料(7)，其纤维方向沿着构件环向。本发明克服了普通钢管混凝土结构中钢管主要承受竖向应力、易屈曲的技术缺陷，适用于各种桥梁、建筑的竖向承重构件。

Description

一种约束型钢管混凝土构件
技术领域
本发明涉及一种约束型钢管混凝土构件，应用于各类桥梁、建筑的柱型结构，属于土木工程领域。
背景技术
在钢管混凝土结构中，钢与混凝土共同工作，充分发挥各自的优点，使得构件具有良好的延性，尤其是优良的抗震性能，同时，钢管混凝土结构具有施工方便、刚度大等优点，然而，钢管混凝土结构仍然存在着自身的固有不足：1)钢管既要承受竖向应力，又要承受横向应力，且钢管主要以承受竖向应力为主；2)竖向应力的作用使得钢管最终必然出现局部屈曲的破坏模式，其降低了钢管混凝土结构的延性，且屈曲难易修复。
在工程常用设计参数条件下，常规的钢管混凝土结构受压承载力略大于钢管与核心混凝土竖向承载力的简单叠加，原因是由于钢管对核心混凝土具有一定的约束作用，这一约束作用的效果相当于将钢管直接承受竖向承载力提高约1.3倍，如果将钢管的钢材完全用作约束作用，其等效于普通的约束箍筋，可将钢管直接承受竖向承载力提高约2.0倍，但常规的钢管混凝土结构不能发挥这一效果，传统的技术倾向于加强钢管与混凝土的整体性，如中国专利第“201210580378.4”号，公开了一种“一种内设剪力钉的SCS钢管混凝土结构”，通过剪力钉增强钢管与核心混凝土的粘结，又如中国专利第“201320034226.4”号，公开了一种钢管混凝土柱，通过在钢管内部焊接螺纹钢筋条提高钢管和混凝土握裹力，这些技术都使得钢管更加侧重于发挥竖向承载的作用，而不是环向约束作用，简单的在钢管表面开设槽口，钢管由于其与核心混凝土的粘结与摩擦作用，其仍然承受很大的竖向应力，且槽口处的钢管无疑会提前屈曲，形成薄弱截面。
为克服上述不足，本发明提出一种约束型钢管混凝土构件，减小钢管承担竖向荷载作用，提高钢管对核心混凝土的环向约束效应，从而提高钢管混凝土构件的综合性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种约束型钢管混凝土构件，解决普通钢管混凝土结构中钢管主要承受竖向应力、易屈曲的技术缺陷，充分发挥钢管的约束效果，同时，避免薄弱截面的出现，其具有承载力高、延性好、抗震性能好等优点，适用于各种桥梁、建筑的竖向承重构件。
本发明的技术方案：一种约束型钢管混凝土构件，由纵筋、箍筋、钢管、核心混凝土、界面层共同构成，其特征在于核心混凝土填充于钢管内部，钢管和核心混凝土之间设置有界面层，钢管表面开设有一条及一条以上的减压槽口，每条减压槽口的长度为沿构件的周长方向环向一周，减压槽口的深度大于等于钢管厚度的80％且小于钢管厚度，减压槽口宽度c的总和不小于构件长度的2％，减压槽口内设有纤维增强复合材料，其纤维方向沿着构件环向，且其环向拉伸承载力大于减压槽口缺损钢材的拉伸承载力。
所述的一种约束型钢管混凝土构件，其特征在于，界面层采用润滑油、聚四氟乙烯、石蜡、沥青、沥青砂浆中的一种，界面层满设于钢管的内表面。
所述的一种约束型钢管混凝土构件，其特征在于，一条及一条以上的减压槽口在钢管表面的纵向间隔布置，布置间距s宜均匀，布置间距的大小应根据钢管和核心混凝土传递的粘结力与摩擦力确定。
所述的一种约束型钢管混凝土构件，其特征在于，纤维增强复合材料的纤维增强体为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种或是其中的几种混杂而成，并浸渍环氧树脂实现与减压槽口的粘结。
所述的一种约束型钢管混凝土构件，其特征在于，所述构件的截面形式是圆形、椭圆形、长方形、等边多边形中的一种。
在本发明的构件中，界面层起到隔离钢管与核心混凝土的作用，使得钢管与核心混凝土之间的粘结与摩擦力大大减小，减小钢管承受竖向荷载的作用，间隔布置的减压槽口隔断了大部分竖向荷载在钢管的竖向传递，使得钢管承受竖向荷载的作用进一步减小，因而，钢管主要为核心混凝土提供环向约束的作用，同时，减压槽口内的纤维增强复合材料为单向材料，弥补了减压槽口引起的钢管环向约束承载力的降低，且不会传递竖向应力。在本发明的构件承受压力荷载时，减压槽口宽度c的总和不小于构件长度的2％，其为构件提供其受压过程中足够的竖向变形空间。本发明克服了普通钢管混凝土构件自身的固有不足，具有如下有益的效果：
(1)钢管主要为核心混凝土提供约束作用，钢管混凝土构件的抗压承载力得到大幅度提高，相对于普通钢管混凝土构件，钢管对受压承载力的贡献可提高1.5倍左右。
(2)基本消除了钢管承担竖向应力的作用，避免了普通钢管混凝土构件中钢管过早的出现局部屈曲的破坏模式。
(3)最大程度的发挥了钢与混凝土组合作用的综合性能。
附图说明：
图1是圆形约束型钢管混凝土构件纵截面图；
图2是圆形约束型钢管混凝土构件A-A横截面示意图；
图3是圆形约束型钢管混凝土构件B-B横截面示意图；
图4是图1中I处采用矩形减压槽口的局部放大示意图；
图5是图1中I处采用梯形减压槽口的局部放大示意图；
图6是图1中I处采用U形减压槽口的局部放大示意图。
在附图1～附图5中，1为纵筋；2为箍筋；3为钢管；4为核心混凝土；5为界面层；6为减压槽口；7为纤维增强复合材料。
具体实施方式：
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1-图6所示，本发明提出一种约束型钢管混凝土构件，由纵筋1、箍筋2、钢管3、核心混凝土4、界面层5共同构成，其特征在于核心混凝土4填充于钢管3内部，钢管3和核心混凝土4之间设置有界面层5，钢管3表面开设有一条及一条以上的减压槽口6，每条减压槽口6的长度为沿构件的周长方向环向一周，减压槽口6的深度大于等于钢管3厚度的80％且小于钢管3厚度，减压槽口6宽度c的总和不小于构件长度的2％，减压槽口6内设有纤维增强复合材料7，其纤维方向沿着构件环向，且其环向拉伸承载力大于减压槽口6缺损钢材的拉伸承载力。
界面层5采用润滑油、聚四氟乙烯、石蜡、沥青、沥青砂浆中的一种，界面层5满设于钢管3的内表面，界面层5起到隔离钢管3与核心混凝土4的作用，使得钢管3与核心混凝土4之间的粘结与摩擦力大大减小，减小钢管3承受竖向荷载的作用。
一条及一条以上的减压槽口6在钢管3表面的纵向间隔布置，布置间距s宜均匀，间隔布置的减压槽口6隔断了大部分竖向荷载在钢管3的竖向传递，使得钢管3承受竖向荷载的作用进一步减小，布置间距s的大小应根据钢管3和核心混凝土4传递的粘结力与摩擦力确定，原则上保证一个布置间距s内钢管3和核心混凝土4的粘结力与摩擦力在减压槽口6产生的竖向应力不超过钢管3的屈服强度，在本发明的构件承受压力荷载时，减压槽口6宽度c的总和不小于构件长度的2％，其为构件提供其受压过程中足够的竖向变形空间。
纤维增强复合材料7的纤维增强体为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种或是其中的几种混杂而成，并浸渍环氧树脂实现与减压槽口6的粘结，纤维增强复合材料为单向材料，弥补了减压槽口6引起的钢管3环向约束承载力的降低，且不会传递竖向应力。
具体实施中(如图1-图6)，先加工钢管3，在钢管3外表面沿环向开设减压槽口6，减压槽口6的截面形状可采用矩形(如图4)、梯形(如图5)、U形(如图6)，其深度大于等于钢管3厚度的80％且小于钢管3厚度，并在钢管3表面的纵向间隔布置，布置间距均匀，为了为构件提供其受压过程中足够的竖向变形空间，减压槽口6宽度c的总和不小于构件长度的2％，减压槽口6内设有纤维增强复合材料7，在钢管3内表面均匀涂抹界面层5，随后，绑扎或焊接纵筋1、箍筋2形成钢筋骨架，以钢管3为模板浇筑混凝土，即完成一种约束型钢管混凝土构件。
在实施例中，所述构件的截面形式是圆形，其截面形式同样可为椭圆形、长方形、等边多边形中的一种。

Claims (5)

1.一种约束型钢管混凝土构件，由纵筋(1)、箍筋(2)、钢管(3)、核心混凝土(4)、界面层(5)共同构成，其特征在于核心混凝土(4)填充于钢管(3)内部，钢管(3)和核心混凝土(4)之间设置有界面层(5)，钢管(3)表面开设有一条及一条以上的减压槽口(6)，每条减压槽口(6)的长度为沿构件的周长方向环向一周，减压槽口(6)的深度大于等于钢管(3)厚度的80％且小于钢管(3)厚度，减压槽口(6)宽度c的总和不小于构件长度的2％，减压槽口(6)内设有纤维增强复合材料(7)，其纤维方向沿着构件环向，且其环向拉伸承载力大于减压槽口(6)缺损钢材的拉伸承载力。
2.根据权利要求1所述的一种约束型钢管混凝土构件，其特征在于，界面层(5)采用润滑油、聚四氟乙烯、石蜡、沥青、沥青砂浆中的一种，界面层(5)满设于钢管(3)的内表面。
3.根据权利要求1所述的一种约束型钢管混凝土构件，其特征在于，一条及一条以上的减压槽口(6)在钢管(3)表面的纵向间隔布置，布置间距s宜均匀。
4.根据权利要求1所述的一种约束型钢管混凝土构件，其特征在于，纤维增强复合材料(7)的纤维增强体为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种或是其中的几种混杂而成，并浸渍环氧树脂实现与减压槽口(6)的粘结。
5.根据权利要求1所述的一种约束型钢管混凝土构件，其特征在于，所述构件的截面形式是圆形、椭圆形、长方形、等边多边形中的一种。
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