CN105756286A - 四束状超高性能混凝土约束普通混凝土矩形柱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四束状超高性能混凝土约束普通混凝土矩形柱，包括矩形截面混凝土柱，混凝土柱的柱体骨架包括包覆在柱身外的外包板和分隔柱截面内部空间的内隔板，柱体骨架由超高性能混凝土(UHPC)浇筑成型外包板和内隔板将矩形柱截面分割成四个大小相同的且独立的束状矩形单元体，形成四个束状的独立分体柱；各分体柱内可浇筑普通强度等级的混凝土及配置构造需求的钢筋笼骨架。本发明充分利用混凝土自约束功能，取代钢材对混凝土的外包约束作用，节约钢材并降低造价；基于UHPC优良的密实性、可浇筑性以及高强度，截面分区后的四束状能显著提高混凝土柱的承载能力和耐久性能，具有结构简单、材料新颖、性能优越、适应建筑工业化生产等特点。

Description

四束状超高性能混凝土约束普通混凝土矩形柱

技术领域

本发明属于建筑工程技术领域，尤其涉及一种四束状超高性能混凝土约束普通混凝土矩形柱。

背景技术

钢筋混凝土结构柱作为一种量大面广的竖向承重构件，其在各类建筑工程和桥梁工程中发挥了重要作用。然而面对高速发展的经济需求，全球普遍出现人口聚集区域化、城市用地紧张等局面，这就向城市规划者和建设者提出了更为苛刻的要求，即如何在有限的生存环境下提高人居生活质量并紧跟城市发展的步伐。因此，高层及超高层建筑、重载桥梁等重要生命线工程应运而生，这势必对传统钢筋混凝土结构柱产生巨大的冲击，其主要为钢筋混凝土柱的承载能力有限、抗震性能较差、耐久性能不良等缺陷，如此便限制了这类构件在上述结构中的应用。

为了满足结构承载能力的需求，诸多增强型措施被用于钢筋混凝土柱，这些措施主要包括提高混凝土强度(如采用高强混凝土)、增加含钢率(如采用型钢混凝土)以及使用约束混凝土(如钢管混凝土)等。高强混凝土虽然能提高柱本身的承载能力，但高强混凝土的脆性对结构柱的抗震性能十分不利。当然内置的型钢可以在这方面弥补高强混凝土的不足，然而另一个显著问题也随之而来，即在柱内布置较多的型钢将导致施工阶段混凝土的浇筑十分困难，不能保证混凝土的浇筑质量。显然，采用约束混凝土技术能更好地避免上述现象的产生，钢管混凝土柱秉承了钢结构与混凝土结构的优势，但在钢材使用量上则显得不够经济，且钢管与混凝土之间容易出现粘脱等现象，其可削弱钢管对混凝土的约束作用，组合效果变差。虽然相应的构造措施(如设置加劲肋和约束拉杆)也被提出来用于改善钢管混凝土柱的性能，但是这些措施会对钢管造成较大的损伤，并且加工成本也大幅度增加。此外，外包的钢管在钢管混凝土柱后期防腐、防火处理上也极为繁琐，若处理不当，则十分不利于结构的耐久性能和防火性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种构造简单、施工便捷、性能优良、经济节约的四束状超高性能混凝土约束普通混凝土矩形柱。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：四束状超高性能混凝土约束普通混凝土柱，包括矩形截面混凝土柱，矩形截面混凝土柱的柱体骨架包括包覆在柱外的外包板和分隔柱截面内部空间的内隔板，柱体骨架由超高性能混凝土浇筑成型，且构成骨架的外包板和内隔板相互贯通连接；外包板和内隔板将矩形柱截面分割成四个大小相同的矩形独立单元体，形成四个束状的独立分体柱。

内隔板有两道，分别位于矩形截面柱的正交中轴线上，并分别垂直于两个方向的柱外包板

在每个单元体内放置钢筋笼骨架，并采用普通混凝土将各单元体浇筑密实。

钢筋笼骨架为矩形，由纵向钢筋和水平箍筋绑扎而成。

针对现有钢筋混凝土柱存在的不足，发明人设计了一种四束状超高性能混凝土约束普通混凝土柱，包括矩形截面混凝土柱，矩形截面混凝土柱的柱体骨架包括包覆在柱外的外包板和分隔柱截面内部空间的内隔板，柱体骨架由超高性能混凝土浇筑成型；外包板和内隔板将矩形柱截面分割成四个大小相同的矩形独立单元体，形成四个束状的独立分体柱。

本发明通过三方面实现了钢筋混凝土柱承载能力的大幅度提高：

<1>使用高致密性和高强度的超高性能混凝土作为混凝土柱的外包板和内隔板，形成对内部普通混凝土的约束骨架，而这两个“高”恰恰促使了超高性能混凝土可取代传统钢管对混凝土的约束材料，克服了外包钢管抗腐蚀性差、抗火性不良等缺陷，也有利于节约钢材并降低工程造价和后期维护所需的费用。

<2>超高性能混凝土沿袭了混凝土可浇注性的特点，将其作为内隔板将矩形柱的内部空间进行分区，形成四个束状的独立分体柱，更小的柱体截面可发挥约束紧致的作用，有利于对混凝土材料更强的约束效应；通过在正交两个方向设置内隔板，并将矩形截面均分为四等份，有利于柱截面均匀受力，发挥材料的承压能力。

<3>在各束独立分体柱内可配置多种类型的加强措施，如钢筋笼骨架、型钢骨架、钢管、PVC管以及高强混凝土等，方便满足不同承载力需求的混凝土柱设计形式。

总之，本发明充分利用混凝土自约束功能(超高性能混凝土约束普通混凝土)，充分发挥混凝土材料间横向变形系数相近的特色，以此取代钢材对混凝土的外包约束作用，节约钢材并降低造价；基于超高性能混凝土优良的密实性、可浇筑性以及高强度，多束状能显著提高矩形柱的承载能力和耐久性能，具有结构简单、材料新颖、性能优越等特点。此外，通过预制超高性能混凝土柱体骨架可实现建筑工业化的要求，同时轻薄高强的超高性能混凝土有利于机械化吊装，能有效加快施工进度。

附图说明

图1是本发明四束状超高性能混凝土约束普通混凝土柱柱体骨架示意图。

图2是本发明四束状超高性能混凝土约束普通混凝土柱空间立体示意图。

图1和图2中：1内隔板一，2内隔板二，3外包板，4纵向钢筋，5水平箍筋，6普通混凝土。

具体实施方式

基本结构

如图1和图2所示，本发明的四束状超高性能混凝土约束普通混凝土柱，包括矩形截面混凝土柱，矩形截面混凝土柱的柱体骨架包括包覆在柱外的外包板和分隔柱截面内部空间的内隔板，柱体骨架是由超高性能混凝土一次性浇筑成型的预制构件，且构成骨架的外包板和内隔板相互贯通连接；在矩形柱截面正交两个方向的中轴线上设置两道内隔板，分别垂直于各边外包板；外包板和内隔板将矩形柱截面分割成四个大小相同的矩形独立单元体，形成四个束状的独立分体柱。在每个单元体内放置适度配筋的钢筋笼骨架，并采用普通混凝土将各单元体浇筑密实。

设计原理

如图1所示，在矩形截面柱的柱体骨架中，内隔板一和内隔板二分别位于矩形截面柱两正交中轴线上，并分别垂直于柱各边的外包板，由此将大的矩形截面分割成四个更小的矩形截面，且四个小矩形截面的面积相等；通过在矩形截面柱体外部设置外包板，形成外包约束内部的功能，并将内隔板和外包板相互贯通成为一个整体骨架；通过对矩形骨架支模并向其内浇筑超高性能混凝土，采用蒸汽养护后成型为矩形超高性能混凝土柱体骨架。该生产过程宜在较高规格的预制构件厂进行生产，保证构件质量。如图2所示，在图1柱体骨架的基础上，根据需要通过配置相应的纵向钢筋和水平箍筋，并将由两者绑扎而成的矩形钢筋笼骨架放置于各束状分体柱内，进一步增强矩形柱的承载能力；之后，向其内空间浇筑普通混凝土，由此形成四束状超高性能混凝土约束普通混凝土柱。

生产使用

1)首先在预制构件厂支模形成如图1所示的矩形柱柱体骨架，在柱截面正交两个方向的中轴线上设置两道内隔板，分别垂直于各边外包板，之后向外包板和内隔板中浇筑超高性能混凝土并采用蒸汽养护成型；

2)将矩形超高性能混凝土柱体骨架吊装至框架结构中的特定位置，采用预埋连接件将柱体骨架与基础或下部楼层进行连接；

3)按照一定的规格绑扎矩形钢筋笼骨架，该钢筋笼骨架由分布于矩形截面四个角点的纵向钢筋和一定箍筋间距的水平箍筋构成；

4)将钢筋笼骨架分别放入矩形柱柱体的各束分体柱内，并向其中浇筑普通混凝土即得。

综上所述，本发明应用超高性能混凝土约束普通混凝土的四束状矩形截面柱，与现有技术相比具有如下优点：

1)对矩形截面分区后，每一个束状单元可等效为一个分体柱，而各束状分体柱又是通过外包和内隔的超高性能混凝土薄板联系在一起，即连体内有分体，这样便形成一个又独立又统一的截面形式；

2)在各束状截面内，可采用多种措施用于提高矩形柱的承载能力，其内的配置方式更加灵活，可为钢筋笼骨架、型钢骨架、钢管、PVC管等，甚至在各分体柱仅采用普通混凝土或高强混凝土；若采用高强混凝土的增强方式，能有效克服高强混凝土所具有的脆性性质，实现优优组合；

3)超高性能混凝土(UHPC)是一种高强度、高模量、高延性的超高性能纤维增强水泥复合材料，UHPC还具有相当高的致密性，抗渗系数很高，水分基本不易透过UHPC进入内部普通混凝土。如果用UHPC代替普通混凝土结构，通常可以采用较小的板厚，降低结构自重，从而降低工程造价。因此以超高性能混凝土取代钢管，一方面超高性能混凝土良好的密实性并不输于钢材，且其抗压强度也远大于钢材的强度，因此可节约钢材并降低造价；另一方面能避免因钢材锈蚀产生的耐久性能降低以及防火措施要求苛刻等后期维护所需要的人力、物力投入，实现一劳永逸的目的；

4)可将由超高性能混凝土浇筑而成的矩形柱柱体作为预制构件在工厂实现建筑工业化生产，保证超高性能混凝土的浇筑和养护质量，加快施工进度，有利于节约综合费用；

5)超高性能混凝土拥有比普通混凝土更加优越的抗拉强度、抗压强度和耐久性能，能显著提高矩形柱的承载能力和耐腐蚀性，在极端环境下采用此类构件也能保证其力学性能的发挥，对于实现混凝土自约束功能具有良好的应用前景。

Claims (4)

1.一种四束状超高性能混凝土约束普通混凝土矩形柱，包括矩形截面混凝土柱，其特征在于：所述矩形截面混凝土柱的柱体骨架包括包覆在柱外的外包板和分隔柱截面内部空间的内隔板，柱体骨架由超高性能混凝土浇筑成型，且构成骨架的外包板和内隔板相互贯通连接；所述外包板和内隔板将矩形柱截面分割成四个大小相同的矩形独立单元体，形成四个束状的独立分体柱。

2.根据权利要求1所述的四束状超高性能混凝土约束普通混凝土矩形柱，其特征在于：所述内隔板有两道，分别位于矩形截面柱的正交中轴线上，并分别垂直于两个方向的柱外包板。

3.根据权利要求1所述的四束状超高性能混凝土约束普通混凝土矩形柱，其特征在于在每个所述单元体内放置钢筋笼骨架，并采用普通混凝土将各单元体浇筑密实。

4.根据权利要求1所述的四束状超高性能混凝土约束普通混凝土矩形柱，其特征在于：所述钢筋笼骨架为矩形，由纵向钢筋和水平箍筋绑扎而成。