CN105201144A - 年轮式配多重螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了年轮式配多重螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱，包括方钢管、螺旋箍筋、纵筋、横向放射钢筋和高强混凝土；纵筋与螺旋箍筋绑扎或焊接组成单筒钢筋笼；单筒钢筋笼有直径不同的多个，从大到小依次套设，并分别与横向放射钢筋绑扎或焊接组成筒中筒结构钢筋笼；筒中筒结构钢筋笼置于方钢管内腔中，方钢管内腔浇筑高强混凝土。本发明的高强混凝土柱构造简单、施工方便、延性好、承载力高且抗震性能优越，适用于超高层建筑、工业重型厂房及其他承受重型荷载等特殊结构的承重柱。

Description

年轮式配多重螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱

技术领域

本发明属于土木工程领域中承重结构的竖向构件，具体涉及一种年轮式配多重螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱。

背景技术

在土木工程领域中，建筑材料及材料组合形式出现了多样性发展，其中最广泛采用的材料为钢材与混凝土，按钢材与混凝土组合形式的不同分为钢筋混凝土、型钢混凝土、钢管混凝土主要三种，按混凝土强度，混凝土分为普通混凝土和高强混凝土。

配螺旋箍筋钢筋混凝土属于钢筋混凝土，主要用于圆形框架柱和桩基。螺旋箍筋钢筋混凝土的特点在于：当柱受压时螺旋箍筋可以对混凝土产生较强的横向约束力，能有效改善混凝土的延性，并能在一定范围提高柱子的承载力，螺旋箍筋钢筋混凝土的这一特点类似于钢管混凝土。此外，螺旋箍筋钢筋笼有制作方便，施工速度快的优点，使其在桩基础领域获得广泛应用。但是，《混凝土结构设计规范》(GB50010-2012)对配螺旋箍筋的钢筋混凝土柱的设计给出了一些限制条件，柱的长宽比L/D≤12，并且不考虑螺旋箍筋外部混凝土的强度。这是因为，柱子主要承受轴向荷载时螺旋箍筋才能发挥其约束作用，且其仅对螺旋箍筋内部的混凝土产生约束。

钢管混凝土主要分圆、方两种截面形式。圆钢管混凝土特点：圆钢管对其内部的核心混凝土约束强，使得圆钢管混凝土具承载力高、延性好和抗震性能优越等优点，但圆形截面又使其具有不利建筑空间布置、节点复杂等不足。方钢管混凝土特点：相比圆钢管混凝土方钢管混凝土的承载力和延性稍差一些，但其具有建筑空间布置方便、节点构造相对简单且更受业主和建筑师青睐等优点。总体来说，圆钢管混凝土与方钢管混凝土各自的优缺点具有互补性。如何有效地将两者的特点融合，取长补短，以形成力学性能优越、综合经济效益优良的新型结构形式，将是一个具有创新性的技术思路。

相比普通混凝土，高强混凝土的典型特点是：强度高，延性差，容易发生脆性破坏。在应用方面，国外已应用的强度最高达C130，而国内应用的强度远未达到这个水平，如我国《高层建筑结构技术规程》(JGJ3-2010)建议八度地震区的混凝土强度不宜高于C70。应用高强混凝土的意义在于其可以有效减少建筑材料用量，节约资源，符合可持续发展线路。如何有效改善高强混凝土的延性是高强混凝土进一步推广应用的关键技术问题之一。

目前，超高层建筑、大跨桥梁的规模不断增加，引起了结构构件的尺寸不断增大，如在建的天津117大厦的建筑高度达597m，其底层的钢管混凝土巨柱截面最大长度达22.8m，像这类截面宽度大于2m的巨型柱子，其混凝土收缩问题变得尤为突出。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种构造简单、施工方便、延性好、承载力高且抗震性能优越的年轮式配多重螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱。

本发明以如下技术方案解决上述技术问题：

年轮式配多重螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱，包括方钢管、螺旋箍筋、纵筋、横向放射钢筋和高强混凝土；纵筋与螺旋箍筋绑扎或焊接组成单筒钢筋笼；单筒钢筋笼有直径不同的多个，从大到小依次套设，并分别与横向放射钢筋绑扎或焊接组成筒中筒结构钢筋笼；筒中筒结构钢筋笼置于方钢管内腔中，方钢管内腔浇筑高强混凝土。

所述方钢管为热轧成型，或由钢板焊接成型。

所述方钢管边长≥600mm。

相邻两个单筒钢筋笼的距离不小于100mm。

所述螺旋箍筋的螺距为50mm～300mm，且不大于螺旋直径的五分之一。

所述单筒钢筋笼的直径为方钢管的边长的0.3～0.9倍。

单筒钢筋笼的中心轴和方钢管中心轴重合。

所述的年轮式配多重螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱的制作方法，制作步骤如下：

1)螺旋箍筋与纵筋绑扎或焊接成单筒钢筋笼；

2)多个直径不同的单筒钢筋笼从大到小依次套设，并分别与横向放射钢筋绑扎或焊接组成筒中筒结构钢筋笼；各个单筒钢筋笼的中心轴均重合；

3)筒中筒结构钢筋笼置于方钢管内腔中，方钢管的中心轴与各个单筒钢筋笼的中心轴重合；

4)方钢管内腔浇筑高强混凝土，养护成型后即成。

本发明的实质性特点和优点在于：

本发明的高强混凝土柱，其内部钢筋的分布规律仿照树木主干的年轮。本发明的方钢管节点构造简单，施工方便，利于建筑空间布置；高强混凝土强度高，提高了构件承载力，节约建筑材料；螺旋箍筋成型工序简单。筒中筒结构钢筋笼与方钢管对核心高强混凝土提供了多重约束作用，有效改善了高强混凝土的延性，减少了方钢管内部高强混凝土的收缩量，承载力高，适用于超高层建筑、工业重型厂房及其他承受重型荷载等特殊结构的承重柱。

附图说明

图1是本发明年轮式配多重螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱的结构示意图。图中：1—螺旋箍筋，2—纵筋，4—横向放射钢筋，6—方钢管，7—高强混凝土。

图2是本发明年轮式配多重螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱和没有配钢筋的方钢管高强混凝土柱的轴向压力与平均应变关系曲线对比图。图中，a：本发明年轮式配多重螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱的轴向压力与平均应变关系曲线，b：没有配钢筋的方钢管高强混凝土柱的轴向压力与平均应变关系曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细介绍本发明的实施方式，但不作为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，年轮式配多重螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱，包括方钢管6、螺旋箍筋1、纵筋2、横向放射钢筋4和高强混凝土7。

方钢管6边长为2000mm，由壁厚为40mm的钢板焊接成型，钢材强度为Q390。螺旋箍筋1采用直径为12mm的钢筋，纵筋2和横向放射钢筋4均采用直径为20mm的钢筋，上述钢筋强度等级均为HRB400。螺旋箍筋1的螺距为100mm。高强混凝土7的强度等级为C80。

纵筋2有多根，分别与螺旋箍筋1焊接组成单筒钢筋笼。

单筒钢筋笼有4个，直径分别为方钢管6的边长的0.3倍、0.5倍、0.7倍及0.9倍，4个单筒钢筋笼从大到小依次套设，相邻两个单筒钢筋笼之间的距离为200mm。

4个单筒钢筋笼分别与横向放射钢筋4焊接组成筒中筒结构钢筋笼；筒中筒结构钢筋笼置于方钢管6内腔中，方钢管6内腔浇筑高强混凝土7。

上述4个单筒钢筋笼和方钢管6的中心轴均重合。

上述年轮式配多重螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱的制作方法，制作步骤如下：

1)螺旋箍筋1与纵筋2焊接成单筒钢筋笼；

2)4个直径不同的单筒钢筋笼从大到小依次套设，并分别与横向放射钢筋4焊接组成筒中筒结构钢筋笼；4个单筒钢筋笼的中心轴均重合；

3)筒中筒结构钢筋笼置于方钢管6内腔中，方钢管6的中心轴与4个单筒钢筋笼的中心轴重合；

4)方钢管6内腔浇筑高强混凝土7，养护成型后即成。

对本发明的年轮式配多重螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱和没有配钢筋的方钢管高强混凝土柱分别制作模型并进行力学性能试验，试验结果如图2所示，当本发明的年轮式配多重螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱比没有配钢筋的方钢管高强混凝土柱多用了26.8％的钢材时，其承载力提高了803kN，增幅为39.1％；延性指标从2.73提高到7.20，增幅为163.7％。由此表明，本发明的年轮式配多重螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱的承载力和抗震性能均显著得到了提高。

Claims (8)

1.年轮式配多重螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱，其特征在于：包括方钢管、螺旋箍筋、纵筋、横向放射钢筋和高强混凝土；纵筋与螺旋箍筋绑扎或焊接组成单筒钢筋笼；单筒钢筋笼有直径不同的多个，从大到小依次套设，并分别与横向放射钢筋绑扎或焊接组成筒中筒结构钢筋笼；筒中筒结构钢筋笼置于方钢管内腔中，方钢管内腔浇筑高强混凝土。

2.根据权利要求1所述的年轮式配多重螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱，其特征在于：所述方钢管为热轧成型，或由钢板焊接成型。

3.根据权利要求1所述的年轮式配多重螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱，其特征在于：所述方钢管边长≥600mm。

4.根据权利要求1所述的年轮式配多重螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱，其特征在于：相邻两个单筒钢筋笼的距离不小于100mm。

5.根据权利要求1所述的年轮式配多重螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱，其特征在于：所述螺旋箍筋的螺距为50mm～300mm，且不大于螺旋直径的五分之一。

6.根据权利要求1所述的年轮式配多重螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱，其特征在于：所述单筒钢筋笼的直径为方钢管的边长的0.3～0.9倍。

7.根据权利要求1所述的年轮式配多重螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱，其特征在于：单筒钢筋笼的中心轴和方钢管中心轴重合。

8.根据权利要求1所述的年轮式配多重螺旋箍筋方钢管高强混凝土柱的制作方法，其特征在于，制作步骤如下：

1)螺旋箍筋与纵筋绑扎或焊接成单筒钢筋笼；

2)多个直径不同的单筒钢筋笼从大到小依次套设，并分别与横向放射钢筋绑扎或焊接组成筒中筒结构钢筋笼；各个单筒钢筋笼的中心轴均重合；

3)筒中筒结构钢筋笼置于方钢管内腔中，方钢管的中心轴与各个单筒钢筋笼的中心轴重合；

4)方钢管内腔浇筑高强混凝土，养护成型后即成。