CN105298021A - 一种圆钢管混凝土柱及其抗屈曲式加固维修方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种圆钢管混凝土柱及其抗屈曲式加固维修方法，该混凝土柱在圆钢管混凝土柱浇捣前，在圆钢管沿管长度方向按一定间距添加若干约束钢环，所述的约束钢环焊接或螺栓连接在圆钢管的外表面或内表面，约束钢环之间的间距小于圆钢管的管壁受压屈曲波长。本发明利用圆钢管混凝土柱结构本身的屈曲特征规律，施加预应力，不但提升了构件承载力而且提高构件的变形能力，以简单实用的方式高效利用了钢管与混凝土的性能，提升混凝土柱的承载力及加固效果。
Description
技术领域
本发明涉及建筑领域，具体涉及一种圆钢管混凝土柱及其加固维修方法。
背景技术
混凝土的抗压强度高，但抗弯能力很弱，而钢材，特别是型钢的抗弯能力强，具有良好的弹塑性，但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。钢管混凝土作为一种新兴的组合结构，主要以轴心受压和作用力偏心较小的受压构件为主，被广泛使用于框架结构中(如厂房和高层结构中)。钢管混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起，可使混凝土处于侧向受压状态，其抗压强度可成倍提高，而其工作特点使得钢管内混凝土处于三向受压状态，其抗压强度再次得以提升，同时由于混凝土的存在，提高了钢管的刚度，两者共同发挥作用，从而大大地提高了承载能力。
圆钢管混凝土的破坏标志是钢管的局部鼓曲，由于钢管的内部缺陷不明显，因而鼓曲位置可以发生在钢管的任意位置，因而难以判断预测，导致后期的加固维修必须全范围覆盖，不仅针对性不强，而且浪费材料。
现有的圆钢管混凝土结构后期加固维修难度大，效果不明显。目前的加固维修方式主要有以下几种：1、植筋并浇筑混凝土的方式；2、外加钢筋笼并浇筑混凝土；3、加围包裹增强纤维布的加固方式。
方式1植筋加固是利用结构胶将钢筋植入混凝土孔内，待胶固化后，钢筋与混凝土产生握固力，从而起到加固作用。由于植筋技术本身的缺陷-需要钻孔，导致原结构性能出现不可避免的折损，在加固维修方面具有一定风险性，而钢管混凝土柱结构的加固维修无法使用此方法。
方式2外加钢筋笼，即在混凝土柱外面配钢筋网再用混凝土填塞包裹，该方式在有限的截面面积内无法提供较大的加固承载力，费模板，加固后占用过大体积。
方式3在混凝土柱外包裹增强纤维布进行抗震加固，由于纤维布属于脆性材料，变形能力小，使用纤维布包裹的加固方式，加固维修后的结构破坏形式具有突然性，爆发式，使结构可靠性显著下降，而这却是工程实际中应当尽量避免的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种圆钢管混凝土柱及其抗屈曲式加固维修方法，高效利用原结构的屈曲特性规律施加预应力，提升混凝土柱的承载力及加固效果。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种圆钢管混凝土柱，在圆钢管混凝土柱浇捣前，在圆钢管沿管长度方向按一定间距添加若干约束钢环，所述的约束钢环焊接或螺栓连接在圆钢管的外表面或内表面，约束钢环之间的间距小于圆钢管混凝土柱的直径。
进一步优选地，所述的约束钢环之间的间距小于圆钢管混凝土柱的管壁受压屈曲波长α，所述的管壁受压屈曲波长α依据下列公式计算得到：
其中，α是圆钢管半径，t是圆钢管厚度，是圆钢管的泊松比。
其中，所述的约束钢环为紧贴圆钢管外表面或内表面的整圈钢环。
另一实施方式中，所述的约束钢环为紧贴圆钢管外表面的两个半钢环组成，两半钢环间通过螺栓拧固连接。
本发明还公开了上述圆钢管混凝土柱的抗屈曲式加固维修方法，在圆钢管外围一定距离安装钢套件，所述的钢套件与圆钢管同轴设置,所述的钢套件将圆钢管四周完全包覆，最后在钢套件与圆钢管之间浇筑混凝土。
其中，所述的钢套件由两个半圆钢套管组成，两半圆钢套管通过螺栓固定连接。
优选地，在钢套件与圆钢管之间浇筑的混凝土为微膨胀混凝土。
优选地，所述的钢套件外表面焊接有若干加强筋，所述的加强筋的间距小于圆钢管混凝土柱的管壁受压屈曲波长α。
采用上述技术方案后，本发明具有如下优点：
1、本发明的约束钢环由于具有一定的宽度并且间距小于圆钢管混凝土柱的直径，优选地，小于圆钢管混凝土柱的管壁受压屈曲波长，增加环向约束，不仅使结构承载力得到提升，而且将柱受压屈曲的位置限定在未套钢环的位置，方便以后的加固维修。
2、本发明加固维修的方法可以避免原结构的性能折损，极大降低了加固维修风险，充分利用了原结构屈曲特性，以简单实用的方式高效利用了钢管与混凝土的性能，实现了加固后承载力显著提升的同时施工占用空间小的效果，节省模板，施工方式简单快捷。
附图说明
图1a为实施例一约束钢环位于外表面的主视剖面结构示意图。
图1b为图1a的俯视示意图。
图2为实施例一约束钢环位于内表面的剖面结构示意图。
图3a为实施例二的主视剖面结构示意图。
图3b为图3a的俯视示意图。
图4a为实施例三的主视剖面结构示意图。
图4b为图4a的俯视示意图。
图5a为实施例四的主视剖面结构示意图。
图5b为图5a的俯视示意图。
图6a为实施例五的主视剖面结构示意图。
图6b为图6a的俯视示意图。
主要组件符号说明:
1：圆钢管
2：混凝土
31：钢环，32：半钢环
4：螺栓
5：半圆钢套管
6：加强筋。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
实施例一
如图1~2所示，本实施例公开了一种圆钢管混凝土柱，在圆钢管混凝土柱浇捣前，在圆钢管1沿管长度方向按一定间距添加若干约束钢环，约束钢环焊接或螺栓连接在钢管的表面，约束钢环之间的间距小于圆钢管混凝土柱管壁受压屈曲波长。
以下举例说明：
某一圆钢管混凝土柱的外径D为220mm,即r=1/2D=110mm，钢管壁厚t为10mm，泊松比为0.283，取=3.14，代入公式可得管壁受压屈曲波长α：
如图1a、1b为约束钢环为紧贴圆钢管1外表面的整圈钢环31。如图2所示，约束钢环为紧贴圆钢管1内表面的整圈钢环31。钢环31之间的间距h<83.3mm布设。或者直接将约束钢环与圆钢管1制成一体，在钢管制备厂直接将圆钢管1轧制成内部设有凸槽的特殊钢管，凸槽的间距小于圆钢管1管壁受压屈曲波长，最后再圆钢管1内浇捣混凝土2。
实施例二
如图3a、3b所示，本实施例公开了一种圆钢管混凝土柱，本实施例中约束钢环由紧贴圆钢管1外表面的两个半钢环32组成。用螺栓4将两个半钢环32水平对齐卡在圆钢管1的外表面，按小于钢管混凝土管壁受压屈曲波长α的间距设置两个半钢环32的位置，钢管混凝土管壁受压屈曲波长α的计算方法同实施例一。最后拧紧螺栓4并浇筑混凝土2制得圆钢管混凝土柱。本实施例中在钢管混凝土柱上装配约束钢环的方式也可以作为普通钢管混凝土柱的简易抗屈曲式加固维修方法。
实施例三
本实施例公开了圆钢管混凝土柱的抗屈曲式加固维修的方法，在圆钢管1外围一定距离安装钢套件，钢套件为两个半圆钢套管5组成（如图4a、4b所示），半圆钢套管5与混凝土柱的圆钢管1同轴设置,并将圆钢管1四周完全包覆，两个半圆钢套管5通过螺栓4锁固，最后在半圆钢套管5与圆钢管1之间浇筑混凝土2。混凝土2为微膨胀混凝土可增强加固的效果。
实施例四
如图5a、5b所示，本实施例公开了圆钢管混凝土柱的抗屈曲式加固维修的方法，在实施例二得到的圆钢管混凝土柱外设置钢套件，钢套件为两个半圆钢套管5组成，两个半圆钢套管5与圆钢管1同轴设置，将圆钢管1四周笼罩，使用螺栓4将两半圆钢套管5拧紧，最后浇筑微膨胀混凝土。
实施例五
如图6a、6b所示，本实施例公开了圆钢管混凝土柱的抗屈曲式加固维修的方法，在实施例四的两个半圆钢套管5外端焊接若干加强筋6，加强筋6的间距小于圆钢管混凝土柱的管壁受压屈曲波长α。受压屈曲波长α的计算方法同实施例一。加强筋6的增加使两半圆钢套管5的承载力提升，提高加固效果。
综上，本发明以圆钢管混凝土破坏的标志即圆钢管的局部鼓曲为解决思路，提供了带约束钢环的圆钢管混凝土柱及其加固维修方法的多种实施方式，高效利用圆钢管混凝土柱结构本身的屈曲特征规律，施加预应力，不但提升了构件承载力而且提高构件的变形能力，以简单实用的方式高效利用了钢管与混凝土的性能，适于推广应用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种圆钢管混凝土柱，其特征在于：在往圆钢管内浇捣混凝土前，在圆钢管沿管长度方向按一定间距添加若干约束钢环，所述的约束钢环焊接或螺栓连接在圆钢管的外表面或内表面，约束钢环之间的间距小于圆钢管混凝土柱的直径。
2.如权利要求1所述的一种圆钢管混凝土柱，其特征在于：所述的约束钢环之间的间距小于圆钢管混凝土柱的管壁受压屈曲波长α，所述的管壁受压屈曲波长α依据下列公式计算得到：
其中，r是圆钢管半径，t是圆钢管厚度，是圆钢管的泊松比。
3.如权利要求1或2所述的一种圆钢管混凝土柱，其特征在于：所述的约束钢环为紧贴圆钢管外表面或内表面的整圈钢环。
4.如权利要求1或2所述的一种圆钢管混凝土柱，其特征在于：所述的约束钢环为紧贴圆钢管外表面的两个半钢环组成，两半钢环间通过螺栓拧固连接。
5.如权利要求1~4任一项所述的圆钢管混凝土柱的抗屈曲式加固维修方法，其特征在于：在圆钢管外围一定距离安装钢套件，所述的钢套件与圆钢管同轴设置，所述的钢套件将圆钢管四周完全包覆，最后在钢套件与圆钢管之间浇筑混凝土。
6.如权利要求5所述的圆钢管混凝土柱的抗屈曲式加固维修方法，其特征在于：所述的钢套件由两个半圆钢套管组成，两半圆钢套管通过螺栓固定连接。
7.如权利要求5所述的圆钢管混凝土柱的抗屈曲式加固维修方法,其特征在于：在钢套件与圆钢管之间浇筑的混凝土为微膨胀混凝土。
8.如权利要求6所述的圆钢管混凝土柱的抗屈曲式加固维修方法,其特征在于：所述的钢套件外表面焊接有若干加强筋，所述的加强筋的间距小于圆钢管混凝土柱的管壁受压屈曲波长α。
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