CN105714984A - 内置圆管带拉筋的方形及异形钢管混凝土柱及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了内置圆管带拉筋的方形及异形钢管混凝土柱，包括由若干直钢板组装焊接而成的方形或异形钢管柱，钢管柱内浇筑有混凝土，还包括内置于钢管柱内的若干圆管及拉筋，拉筋沿钢管柱长度方向布置若干组，拉筋的端部与钢管柱的各个边的直钢板螺栓连接或焊接。本发明将圆钢管混凝土柱的承载力优势和方钢管混凝土柱节点处理简易方便的优势相结合，使得柱的结构性能得到进一步的优化。

Description

内置圆管带拉筋的方形及异形钢管混凝土柱及其施工方法

技术领域

本发明涉及建筑技术领域，具体为一种方形及异形钢管混凝土柱及其施工方法。

背景技术

钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件。钢管混凝土按截面形式不同，分为方钢管混凝土、圆钢管混凝土和异性钢管混凝土等。钢管可采用轧制钢管(圆形)或者通过焊接钢板成形的钢管(方形、矩形等)。

钢管混凝土构件的内部混凝土与外包钢管形成整体，在受力过程中相互作用，充分发挥两种材料的优点，其受力性能大大高于组成钢管混凝土的钢管和核心混凝土单独承载力之和。在轴向压力作用下，钢管对混凝土的横向变形产生约束作用，使混凝土处于三向受压应力状态，提高了混凝土的抗压强度，更有利地发挥混凝土的抗压性能。钢管由于内填充混凝土的存在，大大提高了钢管壁的侧向刚度，避免和延迟了钢管发生屈曲，保证了钢管材料的受力性能的发挥。

此外，与钢筋混凝土柱相比，采用钢管混凝土柱没有绑扎钢筋、支模和拆模等工序，施工简便，因管内无钢筋，浇灌容易，振捣密实。与钢结构构件相比，钢管混凝土的构造通常比钢结构构件简单，焊缝少，易于制作。钢管混凝土是在高层建筑和大跨度桥梁中应用高强混凝土的一种最有效和最经济的结构形式。

现有的圆形钢管混凝土柱与梁板连接比方形与矩形的施工难度更大，在节点处理方面是施工的难点；而方钢管混凝土虽然节点连接处理方式简单，但是其受压承载力与圆钢管混凝土相比具有明显差距；带拉筋的钢管混凝土柱虽然能够明显提升结构的延性，但是对于承载力的提高有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢管混凝土柱，其内置圆管带拉筋，使得柱的结构性能得到进一步的优化。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

内置圆管带拉筋的方形及异形钢管混凝土柱，包括由若干直钢板组装焊接而成的方形或异形钢管柱，所述的钢管柱内浇筑有混凝土，还包括内置于钢管柱内的若干圆管及拉筋，所述的拉筋沿钢管柱长度方向布置若干组，拉筋的端部与钢管柱的各个边的直钢板螺栓连接或焊接。

所述的拉筋为直杆拉筋或环箍式拉筋。所述的拉筋为直杆拉筋时，若干直杆拉筋为内置圆管定位，所述的圆管位于直杆拉筋之间；所述的拉筋为环箍式拉筋时，其包括环箍筋及位于外围的若干焊接在环箍筋上的连接筋，所述的连接筋与钢管柱的各个边的直钢板螺栓连接或焊接，所述的圆管安装在环箍筋内部。

进一步地，所述的环箍式拉筋的环箍筋与圆管之间的间距为3～10mm。

优选地，异形钢管柱的形状为“L形”或“T形”。

优选地，所述的混凝土为微膨胀混凝土。

本发明还公开了上述钢管混凝土柱的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）、确定采用拉筋的形式，根据实际的需要确定钢管柱的尺寸和形状及内置圆管的直径，，然后按照以下情况进行拉筋形式的选择：对于方形钢管柱，当长宽比大于2时，选用直杆拉筋；当长宽比小于2时，内置圆管的直径小于钢管柱短边宽度的一半时，选用直杆拉筋，否则选用环箍式拉筋。

对于异形钢管柱，当内置圆管的直径小于钢管柱短边宽度的一半时，选用直杆拉筋，否则选用环箍式拉筋。

（2）、若选用直杆拉筋，按以下流程施工：S1、将组装成钢管柱的各直钢板拼接组装，并焊接固定；S2.在直钢板上对称打通对穿小孔，各对穿小孔连接形成的内部空间刚好容置圆管；S3.预制好直杆拉筋，并将直杆拉筋穿入小孔，直杆拉筋两端与钢板焊接固定或者螺栓固定；S4.消除钢管柱上的焊缝的残余应力；S5.将圆管插入各直杆拉筋形成的内部空间内；S6.往钢管柱和圆管内浇筑混凝土。

（3）、若选用环箍式拉筋，按以下流程施工：S1.根据钢管柱及内置圆管的尺寸预制环箍筋及连接筋，将连接筋焊接在环箍筋上；S2.将预制的可组装成钢管柱的各直钢板分别按照预设打孔；S3.将环箍式拉筋的一端先与一边钢板螺栓连接或焊接，然后再与另一边钢板螺栓连接或焊接；S4.将各钢板拼接处焊接形成钢管柱；S5.消除钢管柱上的焊缝的残余应力；S6.将圆管插入环箍筋内；S7.往钢管柱和圆管内浇筑混凝土。

优选地，步骤（2）（3）中消除钢管柱上的焊缝的残余应力时采用振动时效法，即将制备得到的方形及异形钢管混凝土柱放置在振动时效设备上，施加附加交变应力或变形。

采用上述技术方案后，本发明具有如下优点：

1、本发明将圆钢管混凝土柱的承载力优势和方钢管混凝土柱节点处理简易方便以及约束拉筋对结构延性增强的优点集于一身。内置圆管在核心混凝土中形成第一层强约束，对混凝土承载力的提高比较明显，而外部方钢管的作用是为混凝土整体提供约束，与内置圆管的约束叠加，继续增强柱体承载力以及提供与梁连接的便利性。同时通过拉筋的布设使内置圆管得到较为精确的定位，克服了圆管位置误差过大影响结构性能，造成工程隐患的缺陷。

2、将拉筋的形式根据不同的情况分为两种，当内置圆管的直径大于钢管柱短边宽度的一半时，直杆拉筋沿钢管柱的短边间距过大，拉筋对结构的作用明显弱化，选用环箍式拉筋。环箍式拉筋满足了直杆拉筋无法满足的内置圆管增大核心混凝土约束面积比例的要求，在此基础上，拉筋间距得到了缩小，方钢管的抗屈曲约束增强，提升柱子的延性；沿长度方向一定间距放置的环箍式拉筋能够对内置圆管起到增强约束的作用，进一步提高了柱子的承载力。环箍筋对内置圆管也起到很好的精确定位固定作用。

附图说明

图1为实施例一的方形钢管混凝土柱的结构示意图。

图2为图1的A-A剖面示意图。

图3为实施例一的“L形”钢管混凝土柱的结构示意图。

图4为实施例二的方形钢管混凝土柱的结构示意图。

图5为实施例三的方形钢管混凝土柱的结构示意图。

图6为图5的B-B剖面示意图。

图7为实施例三的“T形”钢管混凝土柱的结构示意图。

图8为实施例三的“L形”钢管混凝土柱的结构示意图。

主要组件符号说明：

1：钢管柱，2：圆管，3：直杆拉筋，4：混凝土，5：环箍式拉筋，51：环箍筋，52：连接筋。

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

本实施例公开了内置圆管带拉筋的方形及异形钢管混凝土柱的结构，适用于长宽比小于2,内置圆管的直径小于钢管柱短边宽度的一半的方形钢管混凝土柱结构；或内置圆管的直径小于钢管柱短边宽度的一半的异形钢管混凝土柱结构。

如图1，图2所示为一方形钢管混凝土柱，包括由四块直钢板组装焊接而成的方形钢管柱1，钢管柱1的长宽比小于2，内置于钢管柱1内的一圆管2及若干直杆拉筋3，直杆拉筋3沿钢管柱1长度方向布置几组，每一组由四根直杆拉筋3组成。直杆拉筋3与钢管柱1的各个边的直钢板螺栓连接或焊接。直杆拉筋3为内置圆管2定位，圆管2位于直杆拉筋3之间；钢管柱1及圆管2内浇筑有混凝土4。混凝土4为微膨胀混凝土效果更佳。

该结构也适用于异形钢管混凝土柱，如图3所示为一“L形”钢管混凝土柱，包括由六块直钢板组装焊接而成的方形钢管柱1，内置于钢管柱1内的三个圆管2及若干直杆拉筋3，直杆拉筋3沿钢管柱长度方面布置若干组，每一组由八根直杆拉筋3组成。

本实施例的方形及异形钢管混凝土柱的施工方法包括以下步骤：

S1.将组装成钢管柱1的各直钢板拼接组装，并焊接固定。

S2.在直钢板上对称打通对穿小孔，各对穿小孔连接形成的内部空间刚好容置圆管2。每组直杆拉筋3内形成一个可容置圆管2的方形，使待插入圆管的边缘与方形边的最小距离为3～10mm，以使圆管2能够较好的定位安装。

S3.预制好直杆拉筋3，并将直杆拉筋3穿入小孔，直杆拉筋3两端与钢板焊接固定或者螺栓固定。

S4.采用振动时效法消除钢管柱1上的焊缝的残余应力：将制备得到的方形及异形钢管混凝土柱放置在振动时效设备上，施加附加交变应力或变形。其消除的原理是使施加的附加交变应力与残余应力叠加，通过材料内摩擦吸收能量达到或超过材料的某一微观极限应力值时,工件内部发生一定的微观粘弹塑性金属力学变化,从而在一定程度上降低和均匀工件内部的残余应力,提高工件将来的尺寸稳定性及疲劳寿命等性能。经过振动处理的后钢管混凝土柱上的残余应力可以被消除20%~80%左右，高拉应力区消除的比低应力区大。

S5.将圆管2插入各直杆拉筋3形成的内部空间内。

S6.往钢管柱1和圆管2内浇筑微膨胀混凝土。

实施例二

本实施例公开了内置圆管带拉筋的方形混凝土柱的结构，适用于长宽比大于2的方形钢管混凝土柱结构。

如图4所示为一方形钢管混凝土柱，包括由四块直钢板组装焊接而成的方形钢管柱1，内置于钢管柱1内的三个圆管2及若干直杆拉筋3。

图4中，钢管柱1的长宽比大于2，且内置圆管2的直径大于钢管柱1短边宽度的一半的，由于这种情况，钢管柱1呈细长形，钢管柱1两长边壁可以对圆管起定位约束的作用，因此直接采用直杆拉筋3即可。直杆拉筋3沿钢管柱1长度方向布置几组，每一组由六根平行于钢管柱1短边的直杆拉筋3组成。直杆拉筋3与钢管柱1的长边的直钢板螺栓连接或焊接。直杆拉筋3为内置圆管2定位，圆管2位于直杆拉筋3之间；钢管柱1及圆管2内浇筑有混凝土4。

对于钢管柱1的长宽比大于2，且内置圆管2的直径小于等于钢管柱1短边宽度的一半的方形钢管混凝土柱，可采用实施例一方形钢管混凝土柱的结构，其拉筋仍选用直杆拉筋3，每组为若干呈垂直交叉的直杆拉筋3组成。

本实施例具体的施工方法与实施一相同。

实施例三

本实施例公开了内置圆管带拉筋的方形及异形钢管混凝土柱的结构，适用于长宽比小于2，内置圆管的直径大于或等于钢管柱短边宽度的一半的方形钢管混凝土柱；或内置圆管的直径大于或等于钢管柱短边宽度的一半的异形钢管混凝土柱。

如图5，图6所示为一方形钢管混凝土柱，包括由四块直钢板组装焊接而成的方形钢管柱1，内置于钢管柱1内的一圆管2及若干环箍式拉筋5，环箍式拉筋5沿钢管柱1长度方向布置几组。每组环箍式拉筋5包括环箍筋51及位于外围的若干焊接在环箍筋51上的连接筋52，连接筋52与钢管柱1的各个边的直钢板螺栓连接或焊接，圆管2安装在环箍筋51内部。钢管柱1及圆管2内浇筑混凝土4。混凝土4为微膨胀混凝土效果更佳。

该结构也适用于异形钢管混凝土柱，如图7所示为一种“T形”钢管混凝土柱，如图8所示为一种“L形”钢管混凝土柱，包括由若干块直钢板组装焊接而成的“T形”或“L形”钢管柱1，内置于钢管柱1内的若干圆管2及多组环箍式拉筋5。连接筋52与异形钢管柱1的直板边螺栓连接或焊接，各圆管2安装在环箍筋51内部。

本实施例的方形及异形钢管混凝土柱的施工方法包括以下步骤：

S1、根据钢管柱1（异形或长宽比小于2的方形钢管柱）及内置圆管2的尺寸（其中内置圆管的直径>(钢管柱短边宽度/2)）预制环箍筋51及连接筋52（环箍筋51的内径大于圆管2外径6～20mm），将连接筋52焊接在环箍筋51上。

S2.将预制的可组装成钢管柱1的各直钢板分别按照预设打孔。

S3.将环箍式拉筋5的一端先与一边钢板螺栓连接或焊接，然后再与另一边钢板螺栓连接或焊接。

S4.将各钢板拼接处焊接形成钢管柱1。

S5.采用振动时效法消除钢管柱1上的焊缝的残余应力。其原理同实施一。

S6.将圆管2插入环箍筋51内，圆管2与环箍筋51同轴安装，间距为3～10mm。

S7.往钢管柱1和圆管2内浇筑微膨胀混凝土。

综上，本发明将圆钢管混凝土柱的承载力优势和方钢管混凝土柱节点处理简易方便的优势相结合。采用约束拉筋一方面增强结构的延性，另一方面使内置圆管精确定位，使得柱的结构性能得到进一步的优化，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 (6)

1.内置圆管带拉筋的方形及异形钢管混凝土柱，包括由若干直钢板组装焊接而成的方形或异形钢管柱，所述的钢管柱内浇筑有混凝土，其特征在于：还包括内置于钢管柱内的若干圆管及拉筋，所述的拉筋沿钢管柱长度方向布置若干组，拉筋的端部与钢管柱的各个边的直钢板螺栓连接或焊接；

所述的拉筋为直杆拉筋或环箍式拉筋；所述的拉筋为直杆拉筋时，若干直杆拉筋为内置圆管定位，所述的圆管位于直杆拉筋之间；所述的拉筋为环箍式拉筋时，其包括环箍筋及位于外围的若干焊接在环箍筋上的连接筋，所述的连接筋与钢管柱的各个边的直钢板螺栓连接或焊接，所述的圆管安装在环箍筋内部。

2.如权利要求1所述的内置圆管带拉筋的方形及异形钢管混凝土柱，其特征在于：所述的环箍式拉筋的环箍筋与圆管之间的间距为3～10mm。

3.如权利要求1所述的内置圆管带拉筋的方形及异形钢管混凝土柱，其特征在于：异形钢管柱的形状为“L形”或“T形”。

4.如权利要求1所述的内置圆管带拉筋的方形及异形钢管混凝土柱，其特征在于：所述的混凝土为微膨胀混凝土。

5.权利要求1～4任一项所述的内置圆管带拉筋的方形及异形钢管混凝土柱的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）、确定采用拉筋的形式，根据实际的需要确定钢管柱的尺寸和形状及内置圆管的直径，然后按照以下情况进行拉筋形式的选择：对于方形钢管柱，当长宽比大于2时，选用直杆拉筋；当长宽比小于2时，内置圆管的直径小于钢管柱短边宽度的一半时，选用直杆拉筋，否则选用环箍式拉筋；

对于异形钢管柱，当内置圆管的直径小于钢管柱短边宽度的一半时，选用直杆拉筋，否则选用环箍式拉筋；

（2）、若选用直杆拉筋，按以下流程施工：S1.将组装成钢管柱的各直钢板拼接组装，并焊接固定；S2.在直钢板上对称打通对穿小孔，各对穿小孔连接形成的内部空间刚好容置圆管；S3.预制好直杆拉筋，并将直杆拉筋穿入小孔，直杆拉筋两端与钢板焊接固定或者螺栓固定；S4.消除钢管柱上的焊缝的残余应力；S5.将圆管插入各直杆拉筋形成的内部空间内；S6.往钢管柱和圆管内浇筑混凝土；

（3）、若选用环箍式拉筋，按以下流程施工：S1.根据钢管柱及内置圆管的尺寸预制环箍筋及连接筋，将连接筋焊接在环箍筋上；S2.将预制的可组装成钢管柱的各直钢板分别按照预设打孔；S3.将环箍式拉筋的一端先与一边钢板螺栓连接或焊接，然后再与另一边钢板螺栓连接或焊接；S4.将各钢板拼接处焊接形成钢管柱；S5.消除钢管柱上的焊缝的残余应力；S6.将圆管插入环箍筋内；S7.往钢管柱和圆管内浇筑混凝土。

6.如权利要求5所述的内置圆管带拉筋的方形及异形钢管混凝土柱的施工方法，其特征在于，步骤（2）（3）中消除钢管柱上的焊缝的残余应力时采用振动时效法，即将制备得到的方形及异形钢管混凝土柱放置在振动时效设备上，施加附加交变应力或变形。