CN105369983B - 一种肋约束薄壁钢管混凝土结构 - Google Patents

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Abstract

一种肋约束薄壁钢管混凝土结构，由纵筋(1)、箍筋(2)、薄壁钢管(3)、核心混凝土(4)、钢肋(5)共同构成，其特征在于纵筋(1)、箍筋(2)绑扎或焊接形成钢筋骨架，核心混凝土(4)包裹钢筋骨架，并填充于薄壁钢管(3)的内部，薄壁钢管(3)的外径或边长与厚度之比大于等于200，薄壁钢管(3)的竖向间隔布置两条及两条以上钢肋(5)，钢肋(5)沿薄壁钢管(3)的截面环向一周呈闭合连接，钢肋(5)与薄壁钢管(3)的外壁连接为一体，其布置间距不大于薄壁钢管(3)的外径或边长。本发明结构变堵为疏，减小可能直接承受竖向荷载的钢管面积，提高钢材的作用效率，本发明结构适用于各种桥梁、建筑的竖向承重构件。

Description

一种肋约束薄壁钢管混凝土结构
技术领域
本发明涉及一种肋约束薄壁钢管混凝土结构，应用于各类桥梁、建筑的竖向构件，属于土木工程领域。
背景技术
众所周知，混凝土的抗压强度高，变形能力差，钢材的抗拉能力强，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。钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的一种组合结构，其能够结合混凝土与钢管二者的优点，一方面，钢管对混凝土形成侧向约束，混凝土抗压性能可得到明显改善，另一方面，由于混凝土的存在，对钢管形成侧向支撑，可阻止或延缓钢管的失稳。钢管混凝土结构具有承载力高、延性好、抗震性能优越、施工方便等突出优点。
现有研究表明，钢管混凝土结构在承受轴压荷载时，其承载力高于相应的钢管受压承载力和混凝土受压承载力之和，这是由于钢管和混凝土之间的相互作用使得钢管内核心混凝土的承载力得到了提高，然而，钢管混凝土结构在承受荷载时，钢管既受到竖向的轴压荷载作用，又受到混凝土膨胀引起的环向拉力作用，钢管容易在双重受力作用下发生局部屈曲，失去对核心混凝土的约束作用，因此，钢管混凝土结构领域常规的技术是采用很厚的钢管以确保钢管局部稳定性，国内外规范对钢管混凝土的应用都限制了其外径或边长与厚度之比的最小限值，以保证钢管混凝土结构的发挥效率。
为克服上述不足，本发明提出一种肋约束薄壁钢管混凝土结构，变堵为疏，减小可能直接承受竖向荷载的钢管面积，将节省的钢管面积设置为环向钢肋，充分发挥环向钢肋对核心混凝土的环向约束效应，提高钢材的作用效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种肋约束薄壁钢管混凝土结构，解决普通钢管混凝土结构中钢管既受到竖向的轴压荷载作用，又受到混凝土膨胀引起的环向拉力作用，对核心混凝土约束效率低，易局部屈曲的技术缺陷，该结构在具有普通钢管混凝土优点的同时，显著提高钢材的约束效果，适用于各种桥梁、建筑的竖向承重构件。
本发明的技术方案：一种肋约束薄壁钢管混凝土结构，由纵筋、箍筋、薄壁钢管、核心混凝土、钢肋共同构成，其特征在于纵筋、箍筋绑扎或焊接形成钢筋骨架，核心混凝土包裹钢筋骨架，并填充于薄壁钢管的内部，薄壁钢管的外径或边长与厚度之比大于等于200，薄壁钢管的竖向间隔布置两条及两条以上钢肋，钢肋沿薄壁钢管的截面环向一周呈闭合连接，钢肋与薄壁钢管的外壁连接为一体，其布置间距不大于薄壁钢管的外径或边长。
所述的一种肋约束薄壁钢管混凝土结构，其特征在于，钢肋的截面为矩形、梯形、弧线形中的一种，其与薄壁钢管的外壁构成封闭的截面，钢肋与薄壁钢管的外壁焊接连接。
所述的一种肋约束薄壁钢管混凝土结构，其特征在于，核心混凝土为自密实微膨胀混凝土，其14天限制膨胀率不小于0.00015。
所述的一种肋约束薄壁钢管混凝土结构，其特征在于，其薄壁钢管的截面为圆形截面、椭圆形截面、长方形截面、等边多边形中的一种。
在本发明的构件中，纵筋的作用提供抗弯承载力，薄壁钢管的主要作用是为结构的混凝土浇筑提供侧向模板，薄壁钢管的外径或边长与厚度之比大于等于200，其并不阻止在钢管混凝结构达到极限荷载时的钢管局部屈曲，在保证最低刚度需求的条件下，用钢量减至最少，节省的钢材主要用于环向钢肋，其对核心混凝土起到强有力的侧向约束作用，提高混凝土的强度与延性，且由于钢肋的间隔布置构造，钢肋不承受也不会承受竖向荷载的作用，定量的比较分析：钢材用于纯环向约束作用，其引起核心混凝土承载力的提高约是钢管直接承受竖向承载力的2倍，在普通钢管混凝土中，钢管对核心混凝土的承载力提高相当于钢管直接承受竖向承载力的1.3倍，相比较，本发明结构对钢材作用效率的提高十分显著。本发明相对于普通钢管混凝土结构，具有本质上的区别，具有如下有益的效果：
(1)薄壁钢管主要为核心混凝土提供侧向模板，结构施工方便。
(2)钢肋显著提高钢材的约束作用效率，相对于普通钢管混凝土结构，钢材约束对受压承载力的贡献可提高1.5倍左右。
(3)充分利用了多种材料的优势，并产生相互结合的异常效果。
附图说明：
图1是矩形肋约束圆截面薄壁钢管混凝土结构纵截面图；
图2是矩形肋约束圆截面薄壁钢管混凝土结构A-A横截面示意图；
图3是矩形肋约束圆截面薄壁钢管混凝土结构B-B横截面示意图；
图4是梯形肋约束圆截面薄壁钢管混凝土结构纵截面图；
图5是弧线形肋约束圆截面薄壁钢管混凝土结构纵截面图。
在附图1～附图5中，1为纵筋；2为箍筋；3为薄壁钢管；4为核心混凝土；5为钢肋。
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5所示，本发明提出一种肋约束薄壁钢管混凝土结构，由纵筋1、箍筋2、薄壁钢管3、核心混凝土4、钢肋5共同构成，其特征在于纵筋1、箍筋2绑扎或焊接形成钢筋骨架，核心混凝土4包裹钢筋骨架，并填充于薄壁钢管3的内部，薄壁钢管3的外径或边长与厚度之比大于等于200，薄壁钢管3的竖向间隔布置两条及两条以上钢肋5，钢肋5沿薄壁钢管3的截面环向一周呈闭合连接，钢肋5与薄壁钢管3的外壁连接为一体，其布置间距不大于薄壁钢管3的外径或边长。
一种肋约束薄壁钢管混凝土结构，其特征在于，钢肋5的截面为矩形、梯形、弧线形中的一种，其与薄壁钢管3的外壁构成封闭的截面，钢肋5与薄壁钢管3的外壁焊接连接。
一种肋约束薄壁钢管混凝土结构，其特征在于，核心混凝土4为自密实微膨胀混凝土，其14天限制膨胀率不小于0.00015。
一种肋约束薄壁钢管混凝土结构，其特征在于，其薄壁钢管3的截面为圆形截面、椭圆形截面、长方形截面、等边多边形中的一种。
具体实施中(如图1-图5)，先加工薄壁钢管3，薄壁钢管3的外径或边长与厚度之比大于等于200，薄壁钢管3的竖向间隔布置两条及两条以上钢肋5，钢肋5沿薄壁钢管3的截面环向一周呈闭合连接，钢肋5与薄壁钢管3的外壁焊接连接为一体，其布置间距不大于薄壁钢管3的外径或边长，钢肋5的截面形状可采用矩形(如图1)、梯形(如图4)、弧线形(如图5)，实施中，绑扎或焊接纵筋1、箍筋2形成钢筋骨架，以带钢肋5的薄壁钢管3为模板浇筑混凝土，核心混凝土4宜加入微膨胀剂，形成微膨胀混凝土，即完成一种肋约束薄壁钢管混凝土结构。

Claims (3)

1.一种肋约束薄壁钢管混凝土结构，由纵筋(1)、箍筋(2)、薄壁钢管(3)、核心混凝土(4)、钢肋(5)共同构成，其特征在于纵筋(1)、箍筋(2)绑扎或焊接形成钢筋骨架，核心混凝土(4)包裹钢筋骨架，并填充于薄壁钢管(3)的内部，薄壁钢管(3)的外径或边长与厚度之比大于等于200，薄壁钢管(3)的高度范围内竖向间隔布置两条及两条以上钢肋(5)，钢肋(5)沿薄壁钢管(3)的截面环向一周呈闭合连接，钢肋(5)与薄壁钢管(3)的外壁连接为一体，其布置间距不大于薄壁钢管(3)的外径或边长，钢肋(5)与薄壁钢管(3)的外壁构成封闭的中空截面，核心混凝土(4)为自密实微膨胀混凝土，其14天限制膨胀率不小于0.00015。
2.根据权利要求1所述的一种肋约束薄壁钢管混凝土结构，其特征在于，钢肋(5)的截面为矩形、梯形、弧线形中的一种，钢肋(5)与薄壁钢管(3)的外壁焊接连接。
3.根据权利要求1所述的一种肋约束薄壁钢管混凝土结构，其特征在于，其薄壁钢管(3)的截面为圆形截面、椭圆形截面、长方形截面、等边多边形中的一种。
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