CN105926853A - 一种内置高强型钢的半预制钢管混凝土柱及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内置高强型钢的半预制钢管混凝土柱及其制备方法，包括钢管、在钢管内部沿竖向依次放置的多根相互间隔的预制混凝土节段；钢管的内壁与预制混凝土节段的外壁之间留有间隙；每根预制混凝土节段的中部预留有竖向贯通的型钢通道，该型钢通道用于安放型钢；该型钢通道的壁面与型钢的外表面之间留有间隙；钢管内部灌注有灌浆材料；该灌浆材料填满各预制混凝土节段之间的间隙、型钢通道的壁面与型钢的外表面之间的间隙，以及预制混凝土节段的外壁与钢管的内壁之间的间隙。本方法制备的内置高强型钢的半预制钢管混凝土柱，在同样的承载力要求下可显著减小柱的截面尺寸，从而增加建筑物的使用面积，达到很好的经济和社会效益。

Description

一种内置高强型钢的半预制钢管混凝土柱及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土柱，尤其涉及一种内置高强型钢的半预制钢管混凝土柱及其制备方法。
背景技术
超高层建筑结构的下部柱子由于所承受的竖向荷载巨大，其截面尺寸通常很大，不仅占据较多建筑空间，影响建筑物的使用功能，而且因构件自重增大导致结构的地震作用加大，对结构抗震不利。
近年来，高强钢材的生产和应用日趋成熟，该类材料的采用无疑对减小柱子的截面尺寸是有益的。但由于高强钢材的受压屈曲常常早于其受压屈服，使其高强度的优势并不能充分发挥。
目前，我国建筑业正朝着建筑工业化方向迈进，其特点之一就是大力发展预制装配式构件，以实现构件精度和质量提高、人力消耗降低、施工速度加快等目的。但若对柱子进行整体预制，由于其自重很大，将会给后续运输和吊装带来很大困难；若对柱子进行分段预制然后现场拼接，又可能因柱子整体性受到削弱而导致其受力性能降低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结构简单、构件尺寸较小、施工方便快捷的内置高强型钢的半预制钢管混凝土柱及其制备方法。其具有承载能力高、刚度大、延性好、抗震性能优等特点。在这种柱子中，由于高强型钢受到外部混凝土和钢管的有力约束，可有效避免高强钢材的受压屈曲，从而充分发挥其高强优势。与此同时，在这种柱子中，仅仅是对钢管内部的混凝土进行分段预制，由于它们都受到外部完整钢管的有效约束，因此柱子的整体性可得到较好保障。
本发明通过下述技术方案实现：
一种内置高强型钢的半预制钢管混凝土柱，包括钢管1、在钢管1的内部沿竖向依次放置的多根相互间隔的预制混凝土节段3；钢管1的内壁与预制混凝土节段3的外壁之间留间隙；
每根预制混凝土节段3的内部分别预埋有伸出其顶部的吊环装置5和伸出其底部的短钢筋6；
每根预制混凝土节段3的中部预留有轴向贯通的型钢通道，该型钢通道用于安放型钢2；该型钢通道的壁面与型钢2的外表面之间留有间隙；
钢管1的内部灌注有灌浆材料4；该灌浆材料4填满各预制混凝土节段3之间的间隙、型钢通道的壁面与型钢2的外表面之间的间隙，以及预制混凝土节段3的外壁与钢管1的内壁之间的间隙。
所述预制混凝土节段3由天然骨料混凝土或再生骨料混凝土或再生块体混凝土浇筑而成；混凝土的抗压强度不小于30MPa；
钢管1的内壁与预制混凝土节段3的外壁之间的间隙为5～15mm；型钢通道的壁面与型钢2的外表面之间的间隙为5～10mm；钢管1的底部侧面留有灌浆孔；灌浆材料4通过该灌浆孔自下而上灌入钢管1的内部，并填满各预制混凝土节段3之间的间隙、型钢通道的壁面与型钢2的外表面之间的间隙，以及预制混凝土节段3的外壁与钢管1的内壁之间的间隙。
所述型钢2的横截面形状为工字型、H型或者十字型，型钢通道的横截面形状与其相对应；所述型钢2的屈服强度超过460MPa；所述钢管1的横截面为圆形或多边形。
所述吊环装置5的留出高度小于10mm；所述短钢筋6的数量为3～4根，直径不小于20mm，外露部分长度为10～15mm；所述灌浆材料4为化学灌浆材料或者水泥基灌浆材料。
一种内置高强型钢的半预制钢管混凝土柱的制备方法如下：
步骤一：预制混凝土节段3时，支模分为外模板和内模板，外模板的横截面形状为圆形或多边形，内模板的横截面形状为型钢2的横截面形状；在支模的顶部和底部分别预埋吊环装置5和短钢筋6；然后往外模板与内模板之间的空隙内，浇筑天然骨料混凝土或再生骨料混凝土或再生块体混凝土，充分振捣，待其凝固后得到预制混凝土节段3；
步骤二：施工位置放置底板，将型钢2直立焊接在底板上；采用吊机将钢管1套装在型钢2的外部，并使型钢2位于钢管1的中部，再将钢管1与底板焊接固定；
步骤三：将成型的预制混凝土节段3运输至施工现场，并对其充分浇水润湿；采用吊机通过吊环装置5将表面湿润的预制混凝土节段3沿竖向依次吊入步骤二事先已安装好的钢管1内部，在此吊装过程中型钢2沿竖向穿过预制混凝土节段3的预留型钢通道；然后通过灌浆管将灌浆材料4从钢管1底部侧面的灌浆孔由下自上高压灌注，直至填满钢管1内部的全部间隙；待灌浆材料4凝固后，对灌浆孔焊补密封并磨平，得到内置高强型钢的半预制钢管混凝土柱。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
(1)本发明的一种内置高强型钢的半预制钢管混凝土柱，由于高强型钢被置于预制混凝土节段的预留型钢通道内部，而预制混凝土节段外面还有钢管，加之钢管内部的所有间隙都被灌浆材料充填密实，因此高强型钢受到外部混凝土和钢管的有力约束，可有效避免高强钢材的受压屈曲，从而充分发挥其高强优势。
(2)由于仅仅是对钢管内部的混凝土进行分段预制，而它们都受到外部完整钢管的有效约束，加之钢管内部的所有间隙都被灌浆材料充填密实，因此柱子的整体性可得到较好保障。
(3)高强型钢的采用大大提高了柱子的竖向承载力，使得柱子的截面尺寸可明显减小，建筑物的使用面积增大，同时柱子的自重显著减轻，结构的地震作用以及地基基础造价随之降低，经济效益好。
(4)由于每根预制混凝土节段的高度有限，使得其堆叠、运输、吊装较为方便。
附图说明
图1为本发明内置高强型钢的半预制钢管混凝土柱轴向剖视结构示意图。
图2为本发明内置高强型钢的半预制钢管混凝土柱径向剖视结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例1
如图1、2所示。本发明公开了一种内置高强型钢的半预制钢管混凝土柱，包括钢管1、在钢管1的内部沿竖向依次放置的多根相互间隔的预制混凝土节段3；钢管1的内壁与预制混凝土节段3的外壁之间留间隙；
每根预制混凝土节段3的内部分别预埋有伸出其顶部的吊环装置5和伸出其底部的短钢筋6；
每根预制混凝土节段3的中部预留有轴向贯通的型钢通道，该型钢通道用于安放型钢2；该型钢通道的壁面与型钢2的外表面之间留有间隙；
钢管1的内部灌注有灌浆材料4；该灌浆材料4填满各预制混凝土节段3之间的间隙、型钢通道的壁面与型钢2的外表面之间的间隙，以及预制混凝土节段3的外壁与钢管1的内壁之间的间隙。
所述预制混凝土节段3由天然骨料混凝土或再生骨料混凝土或再生块体混凝土浇筑而成；混凝土的抗压强度不小于30MPa；
钢管1的内壁与预制混凝土节段3的外壁之间的间隙为5～15mm；型钢通道的壁面与型钢2的外表面之间的间隙为5～10mm；钢管1的底部侧面留有灌浆孔；灌浆材料4通过该灌浆孔自下而上灌入钢管1的内部，并填满各预制混凝土节段3之间的间隙、型钢通道的壁面与型钢2的外表面之间的间隙，以及预制混凝土节段3的外壁与钢管1的内壁之间的间隙。
所述型钢2的横截面形状为工字型、H型或者十字型，型钢通道的横截面形状与其相对应；所述型钢2的屈服强度超过460MPa；所述钢管1的横截面为圆形或多边形。
所述吊环装置5的留出高度小于10mm；所述短钢筋6的数量为3～4根，直径不小于20mm，外露部分长度为10～15mm；所述灌浆材料4为化学灌浆材料或者水泥基灌浆材料。
本实施例钢管1的横截面为圆形，外径1000mm，壁厚20mm，钢管1长度3660mm，钢材牌号Q345，实测屈服强度400MPa；每根预制混凝土节段3均为圆柱体，直径940mm，高度1200mm，其中部预留的上、下贯通的型钢通道的壁面与型钢2的外表面之间的间隙为5mm，混凝土抗压强度为50MPa；短钢筋6伸出底面15mm，吊环装置5的留出高度9mm；焊接H型钢的横截面积658.02cm2，钢材牌号Q890，实测屈服强度900MPa；灌浆材料选用环氧树脂化学灌浆材料。
内置高强型钢的半预制钢管混凝土柱制备方法，可通过如下步骤实现：
步骤一：预制混凝土节段3时，支模分为外模板和内模板，外模板的横截面形状为圆形或多边形，内模板的横截面形状为型钢2的横截面形状；在支模的顶部和底部分别预埋吊环装置5和短钢筋6；然后往外模板与内模板之间的空隙内，浇筑天然骨料混凝土或再生骨料混凝土或再生块体混凝土，充分振捣，待其凝固后得到预制混凝土节段3；
步骤二：施工位置放置底板，将型钢2直立焊接在底板上；采用吊机将钢管1套装在型钢2的外部，并使型钢2位于钢管1的中部，再将钢管1与底板焊接固定；
步骤三：将成型的预制混凝土节段3运输至施工现场，并对其充分浇水润湿；采用吊机通过吊环装置5将表面湿润的预制混凝土节段3沿竖向依次吊入步骤二事先已安装好的钢管1内部，在此吊装过程中型钢2沿竖向穿过预制混凝土节段3的预留型钢通道；然后通过灌浆管将灌浆材料4从钢管1底部侧面的灌浆孔由下自上高压灌注，直至填满钢管1内部的全部间隙；待灌浆材料4凝固后，对灌浆孔焊补密封并磨平，得到内置高强型钢的半预制钢管混凝土柱。
为对比起见，取外径1000mm、壁厚20mm的相同材料圆钢管，只是内置H型钢的钢材牌号改取Q345，制作内置普强H型钢的半预制钢管混凝土柱。研究得出，本实施例中内置高强H型钢的半预制钢管混凝土柱的轴压承载力为145982kN，而内置普强H型钢的半预制钢管混凝土柱的轴压承载力仅为113081kN，可见在柱子截面尺寸相同的情况下，前者的轴压承载力比后者提高了29.1％。
为对比起见，取外径774mm、壁厚20mm的相同材料圆钢管，内置型钢面积658.02cm2，钢材牌号Q890，实测屈服强度900MPa，制作内置高强H型钢的半预制钢管混凝土柱。经计算可知，其可达到与上述内置普强H型钢的半预制钢管混凝土柱相同的轴压承载力113081kN，即在同样的承载力要求下，内置高强H型钢的半预制钢管混凝土柱的横截面积减少了40.1％，混凝土用量随之减少45.7％。
为对比起见，取外径1000mm、壁厚20mm的相同材料圆钢管，内置H型钢的钢材牌号取Q890，混凝土的立方体抗压强度取50MPa，制作内置高强H型钢的全现浇钢管混凝土柱。通过计算得出，两种柱子的轴压承载力均为145982kN，但本发明内置高强H型钢的半预制钢管混凝土柱更便于实现工业化生产。
实施例2
本实施例除下述特征外，其他特征与实施例1相同。
所述钢管1的横截面为圆形，外径1500mm，壁厚30mm，钢管1的长度3660mm，钢材牌号Q345，实测屈服强度400MPa；每根预制混凝土节段3均为圆柱体，直径1420mm，高度1200mm,其中部预留的上、下贯通的型钢通道的壁面与型钢2的外表面之间的间隙为5mm，混凝土抗压强度为50MPa；短钢筋6伸出底面15mm，吊环装置5的留出高度9mm；焊接H型钢的横截面积1480.55cm2，钢材牌号Q890，实测屈服强度900MPa；灌浆材料选用环氧树脂化学灌浆材料。
为对比起见，取外径1500mm、壁厚30mm的相同材料圆钢管，只是内置H型钢的钢材牌号改取Q345，制作内置普强H型钢的半预制钢管混凝土柱。研究得出，本实施例中内置高强H型钢的半预制钢管混凝土柱的轴压承载力为328460kN，而内置普强H型钢的半预制钢管混凝土柱的轴压承载力仅为254433kN，可见在柱子截面尺寸相同的情况下，前者的轴压承载力比后者提高29.1％。
为对比起见，取外径1160mm、壁厚30mm的相同材料圆钢管，内置型钢面积1480.55cm2，钢材牌号Q890，实测屈服强度900MPa，制作内置高强H型钢的半预制钢管混凝土柱。经计算可知，其可达到与上述内置普强H型钢的半预制钢管混凝土柱相同的轴压承载力254433kN，即在同样的承载力要求下，内置高强H型钢的半预制钢管混凝土柱的横截面积减少了40.2％，混凝土用量随之减少45.8％。
为对比起见，取外径1500mm、壁厚30mm的相同材料圆钢管，内置H型钢的钢材牌号取Q890，混凝土的立方体抗压强度取50MPa，制作内置高强H型钢的全现浇钢管混凝土柱。通过计算得出，两种柱子的轴压承载力均为328460kN，但本发明内置高强H型钢的半预制钢管混凝土柱更便于实现工业化生产。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种内置高强型钢的半预制钢管混凝土柱，其特征在于：包括钢管(1)、在钢管(1)的内部沿竖向依次放置的多根相互间隔的预制混凝土节段(3)；钢管(1)的内壁与预制混凝土节段(3)的外壁之间留间隙；
每根预制混凝土节段(3)的内部分别预埋有伸出其顶部的吊环装置(5)和伸出其底部的短钢筋(6)；
每根预制混凝土节段(3)的中部预留有轴向贯通的型钢通道，该型钢通道用于安放型钢(2)；该型钢通道的壁面与型钢(2)的外表面之间留有间隙；
钢管(1)的内部灌注有灌浆材料(4)；该灌浆材料(4)填满各预制混凝土节段(3)之间的间隙、型钢通道的壁面与型钢(2)的外表面之间的间隙，以及预制混凝土节段(3)的外壁与钢管(1)的内壁之间的间隙。
2.根据权利要求1所述的内置高强型钢的半预制钢管混凝土柱，其特征在于：所述预制混凝土节段(3)由天然骨料混凝土或再生骨料混凝土或再生块体混凝土浇筑而成；混凝土的抗压强度不小于30MPa；
钢管(1)的内壁与预制混凝土节段(3)的外壁之间的间隙为5～15mm；型钢通道的壁面与型钢(2)的外表面之间的间隙为5～10mm；钢管(1)的底部侧面留有灌浆孔；灌浆材料(4)通过该灌浆孔自下而上灌入钢管(1)的内部，并填满各预制混凝土节段(3)之间的间隙、型钢通道的壁面与型钢(2)的外表面之间的间隙，以及预制混凝土节段(3)的外壁与钢管(1)的内壁之间的间隙。
3.根据权利要求1所述的内置高强型钢的半预制钢管混凝土柱，其特征在于：所述型钢(2)的横截面形状为工字型、H型或者十字型，型钢通道的横截面形状与其相对应；所述型钢(2)的屈服强度超过460MPa；所述钢管(1)的横截面为圆形或多边形。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的内置高强型钢的半预制钢管混凝土柱，其特征在于：所述吊环装置(5)的留出高度小于10mm；所述短钢筋(6)的数量为3～4根，直径不小于20mm，外露部分长度为10～15mm；所述灌浆材料(4)为化学灌浆材料或者水泥基灌浆材料。
5.权利要求1至4中任一项所述的内置高强型钢的半预制钢管混凝土柱的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：预制混凝土节段(3)时，支模分为外模板和内模板，外模板的横截面形状为圆形或多边形，内模板的横截面形状为型钢(2)的横截面形状；在支模的顶部和底部分别预埋吊环装置(5)和短钢筋(6)；然后往外模板与内模板之间的空隙内，浇筑天然骨料混凝土或再生骨料混凝土或再生块体混凝土，充分振捣，待其凝固后得到预制混凝土节段(3)；
步骤二：施工位置放置底板，将型钢(2)直立焊接在底板上；采用吊机将钢管(1)套装在型钢(2)的外部，并使型钢(2)位于钢管(1)的中部，再将钢管(1)与底板焊接固定；
步骤三：将成型的预制混凝土节段(3)运输至施工现场，并对其充分浇水润湿；采用吊机通过吊环装置(5)将表面湿润的预制混凝土节段(3)沿竖向依次吊入步骤二事先已安装好的钢管(1)内部，在此吊装过程中型钢(2)沿竖向穿过预制混凝土节段(3)的预留型钢通道；然后通过灌浆管将灌浆材料(4)从钢管(1)底部侧面的灌浆孔由下自上高压灌注，直至填满钢管(1)内部的全部间隙；待灌浆材料(4)凝固后，对灌浆孔焊补密封并磨平，得到内置高强型钢的半预制钢管混凝土柱。
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