CN106593003A - 一种外套方形钢管混凝土加固钢管柱的方法 - Google Patents

一种外套方形钢管混凝土加固钢管柱的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种外套方形钢管混凝土加固钢管柱的方法，包括如下步骤：步骤一、在原有钢管柱表面打磨除锈；步骤二、在原有钢管柱外围设置外套方形钢管，所述外套方形钢管将原有钢管柱包覆在内；步骤三、在原有钢管柱和外套方形钢管之间浇筑填充料；所述的填充料为自应力自密实混凝土，该混凝土按重量份计，由以下配比的组分组成：水泥：水：砂：石=1：0.23~0.33：0.85~1.08:0.92~1.09。本发明提出一种外包钢管混凝土对受损钢管柱进行局部或整体加固的方法，局部加固时外套钢管主要起套箍作用，整体加固时外套钢管既可共同承受外力，又能产生套箍作用，为钢管柱加固方法提供了新的思路。

Description

一种外套方形钢管混凝土加固钢管柱的方法
技术领域
本发明涉及一种建筑结构补强加固方法，具体涉及一种外套方形钢管混凝土加固钢管柱的方法。
背景技术
钢管混凝土能够充分发挥钢管与核心混凝土的优点，又可以弥补这两种材料各自的缺点。具有承载能力高、延性好、耗能好、抗震性能好等优点，现阶段在多层、高层与超高层建筑、大跨度桥梁、大型工业厂房等结构中广泛应用，施工方便，缩短工期，降低造价，取得良好的经济效果。现有的钢管混凝土是在钢管内浇筑混凝土，形成实心复合结构，以加大钢管的强度和刚度。专利公开号为CN1538012A的专利“空心钢管混凝土”中提出了一种利用两根不等径的同轴钢管组合，在内外管间隙内填充混凝土，形成空心夹层钢管混凝土柱，达到保证柱子强度的同时，增加断面面积、减轻结构自重的目的，该结构在新建工程中具有良好的应用前景，通常是将两个长度相等的的钢管固定后浇筑混凝土，形成的一种新型组合结构。但本专利涉及一种建筑结构补强加固方法，该服役结构在加固前可能会因其不能完全卸载而处于受力状态，导致原有构件和新加部分之间存在应变滞后、新加部分材料利用率降低问题，目前关于这种结构增强方式还没有较为深入的受力机理研究。
近年来，随着钢结构形式和设计的改进和创新，钢管柱的应用得到了迅速的发展。例如在输电、通讯等基础设施建设中；在工业厂房、车间等建筑中都大量的使用了钢管柱，然而在长期服役过程中，钢管柱会出现腐蚀生锈、开裂等问题，尤其是在沿海地区、工业区和酸雨多发地区。作为一类重要的支撑结构，其结构性能直接影响到服役或生产安全性和经济性。如果整体更换，安装、运输费用较高、尤其是在偏远地区。此外，施工期间需要停止输电或生产，会影响正常的生活和生产。
针对受损的钢管柱，目前常用的加固方法有增大截面法，外包钢加固法，外贴FRP加固法。本专利拟将钢管混凝土结构应用到钢管柱的加固工程中，提出一种外包钢管混凝土对受损钢管柱进行局部或整体加固的方法，局部加固时外套钢管主要起套箍作用，整体加固时外套钢管既可共同承受外力，又能产生套箍作用，为钢管柱加固方法提供了新的思路。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：
一种外套方形钢管混凝土加固钢管柱的方法，包括如下步骤：
步骤一、在原有钢管柱表面打磨除锈；
步骤二、在原有钢管柱外围设置外套方形钢管，所述外套方形钢管将原有钢管柱包覆在内；
步骤三、在原有钢管柱和外套方形钢管之间浇筑填充料。
所述的填充料为自应力自密实混凝土，该混凝土按重量份计，由以下配比的组分组成：水泥：水：砂：石=1：0.23~0.33：0.85~1.08:0.92~1.09。
所述的填充料还包括重量份为0.8-2.5%的减水剂。
所述的自应力自密实混凝土，以重量份计，由以下配比的组分组成：水泥：水：砂：石=1:0.33:0.85:0.97，还包括重量份为0.8%的减水剂。
所述的自应力自密实混凝土，以重量份计，由以下配比的组分组成：水泥：水：砂：石=1:0.28:0.90:1.01，还包括重量份为1.2%的减水剂。
所述的自应力自密实混凝土，以重量份计，由以下配比的组分组成：水泥：水：砂：石=1:0.23:1.08:1.09，还包括重量份为2.5%的减水剂。
所述的外套钢管与原有钢管柱几何中心重合，或根据承载情况进行偏心设置。
所述的钢管柱的截面形状为圆形或多边形结构。
所述的外套方形钢管由两块“[”形钢板现场对缝焊接成为套管，所述的外套方形钢管厚度为3~10mm，以方便套箍和减少自重。
本专利提出一种外套方形钢管混凝土加固钢管柱的方法，利用钢管混凝土的优点，来解决锈蚀、开裂等老旧受损钢管柱存在的安全隐患问题，以及钢管柱整体更换成本高的问题；同时内部中空钢管柱仍可以铺设电线，管道等，不影响正常使用，具体优点如下：
1.用本方法加固的钢管柱与整体更换相比，既可减少自然资源和社会资源的浪费，又能提高承载力和变形能力，延长其服役寿命，具有工期短、费用低等优点。
2.该加固方法的思路在于将增大截面加固法中的纵筋与箍筋用量转化为外套钢管，利用外套钢管，在不增加用钢量的前提下，以达到对原有的钢管柱良好的套箍作用，提高其承载力与延性。
3. 外套钢管加固结构相对其他加固方法可适度减小截面面积，减轻自重，节约工程造价。
4.创造性的将自应力混凝土、自密实混凝土的技术相结合，得到一种自应力自密实新型混凝土，使这种新型高性能混凝土具有良好的流动性、稳定性、均匀性和密实度，并将其引入到钢管混凝土结构当中用于工程加固。
5.外套钢管可作为浇筑填充料的模板，操作简单、施工方便，缩短工期，降低工程成本，且加固可靠性高。
6.该组合加固结构属于一种新型钢管混凝土结构，其综合了钢管混凝土结构与增大截面加固法二者的优势，能够大幅提高原有钢管柱的承载力与延性，相比现有加固方法具有很强的技术优势。
7.相关资料表明，采用加固、改造结构与新建结构相比，可节约40%的投资额，缩短约50%的工期，加固的投资回收速度也是新建结构的3-4倍，经济效益显著，同时对现有结构进行加固修复，可以避免自然资源和社会资源的浪费，具有很高的社会效益。
8.本专利中外套钢管采用外套方形钢管结构，该结构相对于圆形钢管，具有更强的抗弯和抗剪能力；其结点设计更为简单，具有良好的外观而满足容易建筑要求，便于与其他构件连接；其外套钢管制作简便，可以由两块冷弯的钢板对接连续施焊加工而成，也可以由四块矩形钢板拼接对焊而成，相对卷制而成的圆形钢管，方形钢管制作方法更为简便，而且便于运输，施工工期短、成本低；其平整的表面既便于除锈刷漆，又能选用价格更便宜的平板式防火板材以节省造价。
附图说明
图1为本发明钢管柱加固部位截面结构示意图；
其中：1-外套方形钢管，2-钢管柱，3-填充料。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，一种外套方形钢管混凝土加固钢管柱的方法，包括如下步骤：
步骤一、在原有钢管柱2表面打磨除锈；
步骤二、在原有钢管柱外围设置外套方形钢管1，所述外套方形钢管1将原有钢管柱2包覆在内；
步骤三、在原有钢管柱2和外套方形钢管1之间浇筑填充料3。
填充料3为自应力自密实混凝土，外套钢管能够对原钢管柱提供良好的约束是本专利加固方法成功的关键，而内外钢管间隙内填混凝土的浇筑质量则直接影响钢管的约束作用，如采用普通混凝土或无机灌浆料，会导致后浇填充料振捣困难，施工质量得不到保证，且填充料收缩会在填充料与钢管之间产生间隙，导致难以发挥外套钢管的约束作用，并弱化填充料对外套钢管的支撑作用，带来严重的安全隐患。
自密实混凝土具有良好的工作性能，在不振捣的情况下便能密实填充在各种结构中，可减小混凝土作业强度，避免振捣引起的噪音污染，简化施工程序。自应力混凝土的主要作用在于承受荷载，通过自身的化学能并在适当的约束条件下可使混凝土形成自应力，提高弹性模量、粘结力、抗冲模量以及抗疲劳性能等力学性能，并可以使混凝土更加有效的承受荷载、节约材料、减轻自重。自应力自密实混凝土可以发挥二者各自的优势，由于密实度的增加，混凝土的抗渗、抗冻和耐腐蚀性能都得到增加。
本专利中自应力自密实混凝土，按重量份计，由以下配比的组分组成：水泥：水：砂：石=1：0.23~0.33：0.85~1.08:0.92~1.09，其中还包括重量份为0.8-2.5%的减水剂。
实施例1
自应力自密实混凝土，以重量份计，由以下配比的组分组成：水泥：水：砂：石=1:0.33:0.85:0.97，还包括重量份为0.8%的减水剂。
实施例2
自应力自密实混凝土，以重量份计，由以下配比的组分组成：水泥：水：砂：石=1:0.28:0.90:1.01，还包括重量份为1.2%的减水剂。
实施例3
自应力自密实混凝土，以重量份计，由以下配比的组分组成：水泥：水：砂：石=1:0.23:1.08:1.09，还包括重量份为2.5%的减水剂。
经实验测量，本专利中配制的自应力自密实混凝土流动性良好，扩展度均在645-655mm范围内，随着上述三组实施例配方中水灰比的降低，混凝土浆体粘稠度增大，对于标准的150×150×150mm立方体试样块，立方体抗压强度增加，依次为45MPa，54MPa，61MPa。
外套方形钢管由两块“[”形钢板现场对缝焊接成为套管，所述的外套方形钢管厚度为3~10mm，以方便套箍和减少自重。
GB50936-2014中规定，空心钢管混凝土（即外钢管内包含一层空心混凝土，内部不设钢管的结构）的壁厚不宜小于3mm。本课题组经过试验研究，发现壁厚为2.5mm的焊接钢管会出现裂缝崩开现象，不能继续约束内部核心混凝土。因此本专利的外套方形钢管1最小厚度设为3mm。
相关文献表明，实际工程中应用的钢管混凝土柱，大多是采用壁厚小于10mm的钢管，壁厚>10 mm的应用较少，极少数案例用到>20mm壁厚的钢管。在加固钢管柱时，新增截面尺寸则很小，只有100-200mm。考虑到新增钢材面积和新增混凝土面积的匹配，外套钢管壁厚可能不会很大，甚至出现比内部钢管壁更薄的情况。因此，本专利采用壁厚为3-10mm的外套方形钢管，既满足规范要求，又减小钢材的用量，比较经济。
本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (9)

1.一种外套方形钢管混凝土加固钢管柱的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、在原有钢管柱表面打磨除锈；
步骤二、在原有钢管柱外围设置外套方形钢管，所述外套方形钢管将原有钢管柱包覆在内；
步骤三、在原有钢管柱和外套方形钢管之间浇筑填充料。
2.如权利要求1所述的一种外套方形钢管混凝土加固钢管柱的方法，其特征在于：所述的填充料为自应力自密实混凝土，该混凝土按重量份计，由以下配比的组分组成：水泥：水：砂：石=1：0.23~0.33：0.85~1.08:0.92~1.09。
3.如权利要求1所述的一种外套方形钢管混凝土加固钢管柱的方法，其特征在于：所述的填充料还包括重量份为0.8-2.5%的减水剂。
4.如权利要求1所述的一种外套方形钢管混凝土加固钢管柱的方法，其特征在于：所述的自应力自密实混凝土，以重量份计，由以下配比的组分组成：水泥：水：砂：石=1:0.33:0.85:0.97，还包括重量份为0.8%的减水剂。
5.如权利要求1所述的一种外套方形钢管混凝土加固钢管柱的方法，其特征在于：所述的自应力自密实混凝土，以重量份计，由以下配比的组分组成：水泥：水：砂：石=1:0.28:0.90:1.01，还包括重量份为1.2%的减水剂。
6.如权利要求1所述的一种外套方形钢管混凝土加固钢管柱的方法，其特征在于：所述的自应力自密实混凝土，以重量份计，由以下配比的组分组成：水泥：水：砂：石=1:0.23:1.08:1.09，还包括重量份为2.5%的减水剂。
7.如权利要求1所述的一种外套方形钢管混凝土加固钢管柱的方法，其特征在于：所述的外套钢管与原有钢管柱几何中心重合，或根据承载情况进行偏心设置。
8.如权利要求1所述的一种外套方形钢管混凝土加固钢管柱的方法，其特征在于：所述的钢管柱的截面形状为圆形或多边形结构。
9.如权利要求1所述的一种外套方形钢管混凝土加固钢管柱的方法，其特征在于：所述的外套方形钢管由两块“[”形钢板现场对缝焊接成为套管，所述的外套方形钢管厚度为3~10mm。
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