CN1057874A

CN1057874A - 贮能钢管混凝土的制作方法及其构件

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Publication number: CN1057874A
Application number: CN 91103472
Authority: CN
Inventors: 钟莉; 刘滨晨
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-05-24
Filing date: 1991-05-24
Publication date: 1992-01-15
Anticipated expiration: 2006-05-24
Also published as: CN1030411C

Abstract

一种贮能钢管混凝土的制作方法，在钢管内壁涂有隔离润滑剂，在钢管中浇灌核心混凝土后立即进行脱水压密，并在压密力的作用下进行混凝土的养护。核心混凝土达到设计强度后，在其两端安装封头钢盖板，通过此钢盖板对核心混凝土进行二次极限加压，并在此压力作用下将钢管壁与封头钢盖板固结在一起，然后卸荷，制成贮能钢管混凝土构件。它具有承载能力大、自重轻、质量可靠的特点，用于高层建筑、大跨结构、大承载量的柱、桩，等工程中具有显著的经济效益。

Description

本发明属于建筑工程结构构件，或一种结构材料。

普通钢管混凝土构件较之同截面的钢管和混凝土各自单独承载能力之和有很大提高，因此得到发展。“预应力钢管混凝土柱”（专利号CN86106474.5）是对普通钢管混凝土构件受力机理的改进，使承载能力进一步有很大提高，但实践证明仍有以下不足：

1、在对核心混凝土轴向加压、造成钢管壁环向受拉的预应力后，卸掉加在核心混凝土上的轴向压力时，核心混凝土有回弹变形，钢管壁环向受拉的预应力值也要随之减小，它说明在对核心混凝土轴轴向加压时，输入到构件中的能量，在加压荷重卸掉后，未被完全贮存，而是随着核心混凝土的回弹变形，有很大的能量损失。

2、在实际使用中要保证只让核心混凝土受压，不允许钢管壁出现轴向压应力，这在实际工程应用中是难以保证的，因此限制了该发明的应用。

3、核心混凝土未经预压密实，构件的承载能力未被充分发挥。

本发明的目的是提出一种新的贮能钢管混凝土的制作方法：首先使核心混凝土预压密实，以提高核心混凝土的强度。然后在核心混凝土达到设计强度后，在核心混凝土的两端加上钢盖板，再对核心混凝土第二次施加轴向压应力，使其转换成钢管壁的环向拉应力，同时，在这种轴向加压状态下，把钢管端头与钢盖板固定住，使钢管壁与两端的钢盖板联成一个整体，把核心混凝土封在其中。最后再卸掉作用在核心混凝土上的轴向压应力，此时，核心混凝土的回弹变形将顶推钢盖板，使钢管壁又产生轴向拉应力。形成钢管壁双向受拉和核心混凝土双向受压的预应力钢管混凝土构件。这种对核心混凝土实行预加压，经过力的转换，所输入到钢管混凝土中的能量被全部转换为钢管壁的双向预拉应力和核心混凝土的预压应力贮存在构件内部，形成了一种预贮能量的新型钢管混凝土预制构件，它进一步提高了钢管混凝土构件的承载能力，同时由于钢管的两个端头是用钢盖板封住的，可以和其它任何常规钢构件一样进行构件的相互联接，能用于结构的任何部位，扩大了它的应用范围。

本发明的贮能钢管混凝土构件，是由钢管、核心混凝土、及端部钢盖板组成，其特征是钢管的内壁涂有一层隔离润滑剂，核心混凝土在现浇后进行脱水和第一次预压，并在压密状态下进行养护，达到设计强度后，再在核心混凝土的端部安装上封头钢盖板，进行第二次加压，并在加压状态下固定住封头钢盖板（与钢管壁焊接或用丝扣联结）。然后卸荷，制成贮能钢管混凝土构件。

其特征还在于贮能钢管混凝土构件若作为柱子使用，其底部封头钢盖板是一块与钢管内径尺寸相等的园形平板，其上部封头是一个由一节短钢管、焊在短钢管上的牛腿联接件、内十字加劲板、顶板、上限位对中环和也经过两次预压密的核心混凝土所组成的柱头预制件。

本发明的贮能钢管混凝土构件的制作方法是：

一、在钢管内壁涂刷一层隔离润滑剂，达到使后浇灌的核心混凝土与钢管壁之间能充份隔离，同时其润滑作用应达到使核心混凝土在轴向压缩、环向膨胀过程中与钢管壁之间产生相对位移时的摩擦系数等于零的效果，它可以是石腊与机油的热溶混合液、沥青和橡胶的冷涂混合液。

二、在钢管的一端先焊上一个封头钢盖板，若作为柱构件使用，应先焊上一个柱头预制件。

三、在钢管中浇入核心混凝土，立即用真空泵对核心混凝土进行脱水，使核心混凝土中的水灰比保持在0.36左右。

四、在核心混凝土初凝前，对核心混凝土进行第一次加压，压应力值按钢管壁的厚度不同来确定，取400kg/cm²～1200kg/cm²之间。

五、用工具式承力架使核心混凝土保持在受压状态下养护，在温度+15℃的环境中养护约24小时，即可从工具式承力架中取出进行自然养护。

六、在核心混凝土达到设计强度后，在核心混凝土敞开的一端安装上与钢管内径相同的后封头钢盖板。

七、在后安装的后封头钢盖板上对核心混凝土进行第二次加压，核心混凝土在轴向压缩过程中产生环向膨胀，造成钢管壁环向受拉的预应力。

对核心混凝土实行第二次加压的应力值，应使钢管壁产生的环向拉应力值达到钢材的弹性强度极限，开始进入塑性状态为止，它随钢管壁的厚度不同，可以达到2000～3000kg/cm²。在此应力状态下再将后封头钢盖板与钢管壁焊接在一起。

八、卸去通过后封头钢盖板加在核心混凝土上的二次加压荷重，由于核心混凝土的回弹，将顶推两端的钢盖板，使钢管壁又产生轴向受拉的预应力。最终完成了新材料的复合过程，制成了使钢管壁双向受拉，核心混凝土双向受压的贮能钢管混凝土构件。

本发明的优点是：

一、这种贮能钢管混凝土在制作过程中是把预先施加在核心混凝土上的轴向压应力，全部转化为钢管壁的双向拉应力和核心混凝土的双向压应力，以预应力的型式进行了贮存，使预输入的能量全部转换为结构的内能贮存在这种新的复合材料中，没有任何能量的浪费和损失。

二、这种贮能钢管混凝土的构件或元件在生产制作过程中都经过了极限加压的检验，用于实际工程时质量有可靠的保证，而且在极限加压后的卸载过程中的“应力-应变”曲线，就是实际使用时的“应力-应变”曲线。因此，构件在使用前，其承载能力和各个荷载阶段的变形是已知的，这对结构的安全使用具有重要意义。

三、这种贮能钢管混凝土在实际使用时，可以使钢管壁和核心混凝土同时受力。尤其是受压工作时，只要外加荷载不超过原来制造此构件时施加的轴向压应力，钢管壁就没有产生局部失稳的可能性，整个构件就不会失去承载能力。与前项发明“预应力钢管混凝土柱”比较，其轴向受压的承载能力可提高10～15%。

四、由于这种贮能钢管混凝土是把钢管和核心混凝土在应力状态下通过钢盖板的封堵焊接形成了一个复合整体，复合后的弹性模量随钢管壁的厚度而改变，约为（4.0～5.0）×10⁵kg/cm²，是混凝土弹性模量的2～2.5倍，能大量减少结构的变形。

五、由于这种贮能钢管混凝土能让钢管和混凝土同时受力，也能在节点处进行各种联结处理，承受拉、压、剪、弯各种应力，保证了结构的整体性，能和一般钢结构一样用于各种结构体系。

六、由于这种贮能钢管混凝土的核心混凝土受压强度能达到2000～3000kg/cm²，组合后的受压强度与全钢柱的强度相近，但重量却只有全钢材柱重量的2.5分之一，能大量减轻结构自重。

以下结合附图及实施例，对本发明作进一步的描述：

图1是本发明贮能钢管混凝土元件的纵剖面图。

图2是图1的a-a剖面

1-钢管壁

2-经过压密处理的核心混凝土

3-后封头钢盖板

4-先封头钢盖板

5-隔离润滑剂

图3是本发明贮能钢管混凝土带柱头构件的纵剖面

2′-预先经过二次压密处理的柱头核心混凝土

6-柱头短钢管

7-内十字加劲板

8-与梁联结的I型牛腿联结件

9-柱头顶板

10-与上柱联结的上限位对中环

11-柱身、柱头的联结焊缝

2′、5、6、7、8、9、10共同组成柱头预制件，通过11与柱身联结。

图4是图3的b-b俯视图

图5是图3的c-c剖面

图6是图3的d-d侧视图

图7是本发明标准试件的试验曲线

曲线1-是对核心混凝土第二次轴向加压使钢管壁产生的环向拉应力达到钢材的弹性极限时的“应力-应变”曲线。（相当于前述专利“预应力钢管混凝土柱”的“应力-应变”曲线）

曲线2-是在曲线1的加压极限状态下将后封头钢盖板与钢管壁焊接后，卸载过程的“应力-应变”曲线。

曲线3-是制成的贮能钢管混凝土试件轴向加压的“应力-应变”曲线。

本实施例是一个标准试件。

试件高290毫米，钢管外径83毫米，壁厚5毫米，核心混凝土300＃。

1、在钢管1内壁涂刷隔离润滑剂5;

2、在钢管1的一端先焊上封头钢盖板4，板厚8mm;

3、在钢管内浇灌核心混凝土2;

4、在现浇的核心混凝土中插入真空脱水芯棒，进行混凝土的真空脱水，使混凝土的水灰比降低到0.36，然后抽出脱水芯棒。

5、在核心混凝土初凝前，对核心混凝土进行轴向加压，使核心混凝土高度密实，压应力值为600kg/cm²。（25T）。

6、用工具式承力架使核心混凝土保持在这种压力下进行养护，在温度15℃的环境中约20小时（掺有早强剂），然后卸开承力架进行自然养护。

7、当核心混凝土达到设计强度后，在核心混凝土的敞开端安上后封头钢盖板3（板厚8mm，边缘破口4mm）。

8、在后封头钢盖板外对核心混凝土第二次施加轴向压应力，使核心混凝土因轴向压缩产生环向膨胀，造成钢管壁的环向受拉应力达到钢材的弹性极限时为止，此时核心混凝土的压应力达到2150kg/cm²。混凝土早已进入塑性工作状态，总变形量为8.09毫米。卸掉轴向压力后，核心混凝土回弹变形为2.31毫米，有5.78毫米的残余变形不能恢复。

9、接着再次对核心混凝土进行重复的轴向加压，则试件的“应力-应变”曲线呈弹性工作状态，如图7的曲线1所示。当加压应力重新达到2100kg/cm²时，保持在此应力状态下，把后封头钢盖板3与钢管壁1焊接在一起。

10、逐步卸掉轴向压力，卸荷时的“应力-应变”曲线是一条标准的正比例曲线，如图7中的曲线2所示。此时由于核心混凝土2的回弹要顶推钢盖板3、4，使钢管壁中又产生轴向拉应力。最终制成了贮能钢管混凝土试件。

11、对最终制成的贮能钢管混凝土试件进行全断面的轴向加压试验，其“应力-应变”曲线如图7中的曲线3所示，是一条与曲线2基本平行的正比例曲线。其轴向受压的承载能力高出前述专利“预应力钢管混凝土柱”的承载能力约13%。

本发明的贮能钢管混凝土具有强度高，自重轻，产品质量可靠等优点，用于高层建筑、大跨结构、大荷重的柱、桩、中时，能够取得显著的经济效益。

Claims

1、一种贮能钢管混凝土构件的制作方法，其特征在于：

a、在钢管内壁涂刷一层隔离润滑剂，其材料可以是石腊、机油热溶混合液或沥青橡胶的冷涂混合液。

b、在核心混凝土浇灌后，立即进行真空脱水，随后对尚未初凝的核心混凝土施加轴向压力，使混凝土达到密实。

c、在核心混凝土保持轴向压力的状态下进行养护。

d、当核心混凝土达到设计强度后，在核心混凝土的端部安装上封头钢盖板，通过此钢盖板对核心混凝土进行第二次轴向加压，使钢管壁产生的环向拉应力达到钢材的弹性极限强度为止。

e、在核心混凝土保持轴向压力的作用下，将钢盖板与钢管壁固接在一起，然后卸荷，在卸荷过程中，由于核心混凝土的回弹顶推封头钢盖板使钢管壁又产生轴向拉应力，制成钢管壁双向受拉，核心混凝土双向受压的贮能钢管混凝土构件。

2、如权利要求1所述的贮能钢管混凝土构件的制作方法，其特征在于：

a、柱头预制件是由一节短钢管。焊在短钢管上的牛腿联结件、内十字加劲板、顶板、上限位对中环和经过二次预压密的核心混凝土所组成。

b、钢管内壁和内十字加劲板上均刷有一层隔离润滑剂。