CN106049758A - 一种内设约束板铝合金管混凝土组合柱 - Google Patents

一种内设约束板铝合金管混凝土组合柱 Download PDF

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王玉梅
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邓志恒
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Abstract

一种内设约束板铝合金管混凝土组合柱，由如下结构构成：一铝合金管构成柱体，柱体两端固连有封盖，封盖相对于柱体的外侧设置有连接件，连接件为一侧壁贯通的四方体，底壁上开有螺纹孔，通过加强螺钉与封盖固连，顶壁和侧壁上开有螺纹孔，通过加强螺钉连接横贯其中的组合梁，柱体内一体成型有约束板，铝合金管及约束板的空腔内填充有混凝土，所述铝合金管宽度为b，管壁厚度为d，约束板的壁厚为t，为保证整体结构的稳定性，满足d＝(1/25‑1/40)*b,t＝(1/40‑1/50)*b。本发明结构承载力高、耐久性好、施工简单、设计美观，质量轻，成本低，具有很好的经济价值和实用价值。

Description

一种内设约束板铝合金管混凝土组合柱
技术领域
本发明涉及新型材料与新结构体系在建筑工程应用领域，特别涉及一种内设约束板铝合金管混凝土组合柱。
背景技术
在建筑工程领域中柱是一种最基本的结构形式，常用的结构形式有现钢筋混凝土柱，钢结构柱、型钢混凝土柱、钢管混凝土柱等。这几种结构形式柱在建筑工程领域广泛应用，对建筑工程发展发挥的巨大作用。钢管混凝土是一种性能优良的组合柱结构形-式，充分利用了混凝土在三向应力作用下强度大幅提高，延性好的特点，主要不足是钢管自重较大，形成受力合理的复杂截面，施工比较困难，需要比较多的焊接工艺，在一些情况下还比较难以实现。钢管需要进行防锈处理，并定期维护。因此，研究和开发具有优良性能的新材料和新结构体系，仍然是建筑工程领域的重要研究和发展方向。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种内设约束板铝合金管混凝土组合柱。该结构承载力高、耐久性好、施工简单、设计美观，质量轻，成本低，具有很好的经济价值和实用价值。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种内设约束板铝合金管混凝土组合柱，由如下结构构成：一铝合金管构成柱体，柱体两端固连有封盖，封盖相对于柱体的外侧设置有连接件，连接件为一侧壁贯通的四方体，底壁上开有螺纹孔，通过加强螺钉与封盖固连，顶壁和侧壁上开有螺纹孔，通过加强螺钉连接横贯其中的组合梁或上层节点的柱体，柱体内一体成型有约束板，铝合金管及约束板的空腔内填充有混凝土，所述铝合金管宽度为b，管壁厚度为d，约束板的壁厚为t，为保证整体结构的稳定性，满足d＝(1/25-1/40)*b,t＝(1/40-1/50)*b。
进一步的，所述螺纹孔与加强螺钉对应，在连接件每个面上均匀分布成方形，连接件上部有组合梁或柱体的中间节点，加强螺钉的螺母均在连接件一侧，顶部连接件上的加强螺钉的螺母均位于上侧。
进一步的，所述柱体的铝合金管截面为矩形或圆形。
进一步的，所述铝合金管内约束板为十字形，井字形，或H型。
进一步的，所述混凝土采用强度C40以上的混凝土。
进一步的，所述铝合金管材料采用6系或7系铝合金。
进一步的，所述铝合金管及其内的十字形约束板采用挤压成型工艺一体成型制得。
进一步的，所述铝合金管密度为2.7g/cm3。
进一步的，所述内设约束板铝合金管混凝土组合柱的结构承载力计算方法按钢-组合结构设计规程DLJ/T5085--1999计算。
进一步的，所述铝合金管及其内的约束板所采用的挤压成型工艺由如下步骤组成:
将铝合金原料进行熔化；
铸锭处理，形成棒坯；
将所述棒坯预计热至230-250℃之后做好表面润滑，将棒坯装入挤压筒；
将挤压筒与预先制备的对应形状的模体连接；
挤压成型，将所述铝合金棒坯加热至530℃-550℃，并通过挤压机以1-3m|min的速度进行挤压成型，形成铝合金管；
将挤压成型的铝合金管进行风冷淬火；
时效处理，将风冷淬火后的铝合金管加热至175℃，并保持8小时；
将挤后制品进行再加工，去除毛刺，矫直，之后按预定的长度进行剪切；
检查合格后得到铝合金管成品。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
1、重量轻，本发明合金铝密度为2.7g/cm3，约为钢材密度的1/3。这一优点可减少结构自重，降低施工安装劳动强度。
2、铝合金管可以挤压成型，方便形成管内十字形约束板。这是铝合金在加工方面相对于钢材的最主要的优点。挤压成型可以生产出热轧和焊接所不能得到的复杂截面的型材,可以使得构件截面的形式更加合理，这也是钢管结构难以实现的。
2、强度高，6000系和7000系列的铝合金的强度分别为200MPa--260MPa、和400MPa--500MPa,6000系强度与Q235相当，7000系是Q235钢材的两倍，Q345钢材的1.5倍左右。
4、耐腐蚀性能好。铝合金在大气的影响下其表面能自然地形成一层氧化层。这层氧化层在很大程度上防止了铝合金的腐蚀，因而铝合金可免维护。
5、铝合金具有特殊的光泽与质感，从而获得良好的装饰效，不需要另外装修即可获得良好装饰效果，可免结构粉刷和装修，节省相关费用。
6、6系或7系铝合金材料的价格约为钢材价格的6倍左右,考虑到铝的密度只有钢材的1/3,综合考虑结构自重减轻、施工的便捷，免维护费用和装饰材料等,新型铝合金管混凝土组合柱有应用前景，特别是在承载力和耐久性环境要求高的使用条件下更具优势。
附图说明
图1为本发明的内设十字形约束板矩形铝合金管截面示意图。
图2为本发明内设十字形约束板矩形铝合金管混凝土组合柱截面示意图。
图3为本发明内设十字形约束板圆形铝合金管混凝土组合柱截面示意图。
图4为本发明内设井字形约束板方形铝合金管混凝土组合柱截面示意图。
图5为本发明顶部节点的结构示意图。
图6为本发明的结构与组合梁连接示意图。
图7为本发明中间节点的连接件结构示意图。
其中，1-柱体，2-封盖，3-连接件，4-顶壁，5-约束板，6-混凝土，7-底壁，8-加强螺钉，9-螺纹孔，10-组合梁，11-侧壁。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明技术方案做进一步详细描述：
为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实例对本发明进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例，仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
一种内设约束板铝合金管混凝土组合柱，由如下结构构成：一铝合金管构成柱体1，柱体1两端固连有封盖2，封盖2相对于柱体1的外侧设置有连接件3，连接件3为一侧壁贯通的四方体，底壁7上开有螺纹孔9，通过加强螺钉8与封盖2固连，顶壁4和侧壁11上开有螺纹孔9，通过加强螺钉8连接横贯其中的组合梁10或上层节点的柱体1，柱体1内一体成型有约束板5，铝合金管及约束板5的空腔内填充有混凝土6，所述铝合金管宽度为b，管壁厚度为d，约束板的壁厚为t，为保证整体结构的稳定性，满足d＝(1/25-1/40)*b,t＝(1/40-1/50)*b。
进一步的，所述螺纹孔9与加强螺钉8对应，在连接件3每个面上均匀分布成方形，连接件上部有组合梁或柱体的中间节点，加强螺钉的螺母均在连接件一侧，顶部连接件上的加强螺钉的螺母均位于上侧。
进一步的，所述柱体1的铝合金管截面为矩形或圆形。
进一步的，所述铝合金管内约束板5为十字形，井字形，或H型。
进一步的，所述混凝土6采用硬度C40以上的混凝土。
进一步的，所述铝合金管材料采用6系或7系铝合金。
进一步的，所述铝合金管及其内的约束板5采用挤压成型工艺一体成型制得。
进一步的，所述铝合金管密度为2.7g/cm3。
进一步的，所述内设约束板铝合金管混凝土组合柱的结构承载力计算方法按钢-组合结构设计规程DLJ/T5085--1999计算。
进一步的，所述铝合金管及其内的约束板所采用的挤压成型工艺由如下步骤组成:
将铝合金原料进行熔化；
铸锭处理，形成棒坯；
将所述棒坯预计热至230-250℃之后做好表面润滑，将棒坯装入挤压筒；
将挤压筒与预先制备的对应形状的模体连接；
挤压成型，将所述铝合金棒坯加热至530℃-550℃，并通过挤压机以1-3m|min的速度进行挤压成型，形成铝合金管；
将挤压成型的铝合金管进行风冷淬火；
时效处理，将风冷淬火后的铝合金管加热至175℃，并保持8小时；
将挤后制品进行再加工，去除毛刺，矫直，之后按预定的长度进行剪切；
检查合格后得到铝合金管成品。
以下以方形柱体，十字形约束板进行说明：
本发明的工作原理为：
如图1-7所示，利于铝合金管稳定性及对混凝土的有效约束。管内填充混凝土(详见附图说明)形成内设十字形约束板铝合金管混凝土组合柱。结构受力时混凝土横向变形受到矩形铝合金管的约束，通过内设十字形约束板，提高矩形铝合金截面的稳定性和对混凝土的约束力，使混凝土形成更强的被动三向受力，混凝土强度大幅提升，延性提高，结构具有承载力高延性好的特点，对截面尺寸大的矩形截面铝合金柱提高截面稳定性和强度的重要技术措施和方法。铝合金管自重轻，便于安装施工。
铝合金管采用挤压成型，复杂截面方便成型，无需采用焊接。铝合金有很好的外观，不需装修即可获得很好的装饰效果，节省装修费用。结构承载力计算方法可按钢-组合结构设计规程(DLJ/T5085--1999)方法计算。由于铝合金管内浇筑混凝土，两种材料组合后刚度较大，所以稳定性相对容易满足。
实施例：
如图1所示，采用本发明的组合柱建造框架组合结构房屋。层高3.6米，采用方形组合柱，合金铝管采用6系高强铝合金，材料条件屈服强度240MPa,弹性模量70GPa,混凝土采用C40强度等级。具体实施步骤如下：
1，根据房屋进深和开间，初定方形铝合金柱管尺寸b；
2、按相关荷载设计规范取值，计算结构设计荷载，最不利内力组合值；
3、根据设计荷载确定方形铝合金管壁厚d和内设十字形约束板厚t；
4、根据设计铝合金管截面，在工厂加工，制作铝合金管及连接件；
5、现场安装方形铝合金管空心柱，铝合金管与基础预埋件采用螺栓连接；
6、灌注方形铝管混凝土；
7、安装方形连接件及横梁、上层铝合金柱管。
8、支板模并浇筑楼板混凝土；
9、重复步骤6-8完成上层楼面柱、梁、板结构。
从实施案例可以看出采用本发明技术，采用本发明生产的矩形铝合金管混凝土组合柱，结构承载力高，铝合金管及连接件在工厂加工，铝合金重量仅为钢材的1/3，方便现场架设，节省劳动强度，施工速度快。特别是内设十字形约束板矩形铝合金管通过挤压成型，一次形成受力合理的复杂截面，不需要焊接，既保证质量，也大大减少施工工序和焊接工作量，这是与矩形钢管混凝土结构相比的突出优势。铝合金管不需要防腐处理及后期维护，结构美观，不需要额外装修，节省装修成本，具有很好的综合技术优势。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种内设约束板铝合金管混凝土组合柱，由如下结构构成：一铝合金管构成柱体(1)，柱体(1)两端固连有封盖(2)，连接件(3)为一侧壁贯通的四方体，底壁(7)上开有螺纹孔(9)，通过加强螺钉(8)与封盖(2)固连，顶壁(4)和侧壁(11)上开有螺纹孔(9)，通过加强螺钉(8)连接横贯其中的组合梁(10)或上层节点的柱体(1)，柱体(1)内一体成型有约束板(5)，铝合金管及约束板(5)的空腔内填充有混凝土(6)，所述铝合金管宽度为b，管壁厚度为d，约束板的壁厚为t，为保证整体结构的稳定性，满足d＝(1/25-1/40)*b,t＝(1/40-1/50)*b。
2.根据权利要求1所述的内设约束板铝合金管混凝土组合柱，其特征在于，所述螺纹孔(9)与加强螺钉(8)对应，在连接件(3)每个面上均匀分布成方形，连接件(3)上部有组合梁(10)或柱体(1)的中间节点，加强螺钉(8)的螺母均在连接件一侧，顶部连接件(3)上的加强螺钉(8)的螺母均位于上侧。
3.根据权利要求1所述的内设约束板铝合金管混凝土组合柱，其特征在于，所述柱体(1)的铝合金管截面为矩形或圆形。
4.根据权利要求1所述的内设约束板铝合金管混凝土组合柱，其特征在于，所述铝合金管内约束板(5)为十字形，井字形，或H型。
5.根据权利要求1所述的内设约束板铝合金管混凝土组合柱，其特征在于，所述混凝土(6)采用强度C40以上的混凝土。
6.根据权利要求1所述的内设约束板铝合金管混凝土组合柱，其特征在于，所述铝合金管材料采用6系或7系铝合金。
7.根据权利要求1所述的内设约束板铝合金管混凝土组合柱，其特征在于，所述铝合金管及其内的约束板(5)采用挤压成型工艺一体成型制得。
8.根据权利要求1所述的内设约束板铝合金管混凝土组合柱，其特征在于，所述铝合金管密度为2.7g/cm3。
9.根据权利要求1所述的内设约束板铝合金管混凝土组合柱，其特征在于，所述内设约束板铝合金管混凝土组合柱的结构承载力计算方法按钢-组合结构设计规程DLJ/T5085--1999计算。
10.根据权利要求1所述的内设约束板铝合金管混凝土组合柱，其特征在于，所述铝合金管及其内的约束板所采用的挤压成型工艺由如下步骤组成:
将铝合金原料进行熔化；
铸锭处理，形成棒坯；
将所述棒坯预计热至230-250℃之后做好表面润滑，将棒坯装入挤压筒；
将挤压筒与预先制备的对应形状的模体连接；
挤压成型，将所述铝合金棒坯加热至530℃-550℃，并通过挤压机以1-3m|min的速度进行挤压成型，形成铝合金管；
将挤压成型的铝合金管进行风冷淬火；
时效处理，将风冷淬火后的铝合金管加热至175℃，并保持8小时；
将挤后制品进行再加工，去除毛刺，矫直，之后按预定的长度进行剪切；
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