CN108166682A - 内置预制芯柱组合柱结构及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的内置预制芯柱组合柱结构及其制作方法，所述结构包括混凝土块，混凝土块内壁沿周向围设有多个第一钢管组件，第一钢管组件沿轴向设置，混凝土块和第一钢管组件之间设置有第一箍筋，第一箍筋套设于第一钢管组件外壁，在相对设置的第一钢管组件上还套设有第二箍筋或者拉筋。组合柱的抗拉主要由抗拉强度很高的钢管组件承受，组合柱的抗压主要通过混凝土块和钢管组件共同承受，使得组合柱具有很强的抗弯和抗压性能，采用本发明的组合柱结构可有效减小高层、超高层及大跨度结构的柱截面尺寸，从而减小组合柱柱体的重量及其占用的使用空间，减轻整体结构的地震作用，也大大节约了钢材的用量，更加经济实用。
Description
技术领域：
本发明涉及组合结构技术领域，具体涉及一种内置预制芯柱组合柱结构及其制作方法。
背景技术：
随着社会的发展，出现了越来越多的高层、超高层和大跨度建筑。这种建筑，由于柱子承受的轴向和偏心荷载较大，因此需要柱子有很强的抗压和抗弯能能力，同时，柱子的截面和重量越小越好，柱子的截面越小，占用的空间越小，建筑上可获得更多的使用空间，柱子的重量越小，结构的自重越小，结构受到的地震作用越小，对提高结构的安全性越有利。采用高强柱，可同时满足上述要求。因此，研发高强柱，一直是建筑领域的重要方向之一。
因此，提出一种轻质、高抗压和高抗弯能力的内置预制芯柱组合柱结构及其制作方法，以满足人们的使用需求。
发明内容：
本发明的目的是提供一种具有轻质、高抗压和高抗弯能力的内置预制芯柱组合柱结构及其制作方法，更好的满足实际高层、超高层建筑结构和大跨度结构工程设计施工的需要。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供的内置预制芯柱组合柱结构，包括高强钢管，所述高强钢管内部中心处沿轴向设置有第一钢管组件，在所述高强钢管和所述第一钢管组件之间沿周向围设有多个第二钢管组件，所述高强钢管内部灌装有高强混凝土，所述第一钢管组件包括第一钢管，所述第一钢管内部灌装有高强灌浆料，所述第二钢管组件包括第二钢管，所述第二钢管内部中心处沿轴向设置有碳纤维，所述第二钢管内部灌装有高强灌浆料。
所述高强钢管的横截面为方形，或者为圆形。
所述碳纤维的横截面为一字形，或者为十字形。
所述第一钢管和第二钢管的横截面为圆形。
当所述高强钢管的横截面为方形时，所述第二钢管组件在所述高强钢管及第一钢管组件之间围设呈矩形。
所述矩形四个角处的第二钢管组件内部设置的碳纤维的横截面为十字形。
所述矩形四条边上的第二钢管组件内部设置的碳纤维的横截面为一字形，且一字形的碳纤维与所述高强钢管的钢管壁平行。
当所述高强钢管横截面为圆形时，所述第二钢管组件在所述高强钢管及第一钢管组件之间围设呈圆形。
所述第二钢管组件内部设置的碳纤维的横截面为一字形，且一字形的碳纤维与所述高强钢管的直径相切。
上述内置预制芯柱组合柱结构的制作方法，具体步骤如下：
步骤一：预制高强钢管
所述高强钢管的横截面为方形或者圆形；
步骤二：预制第一钢管组件
所述第一钢管组件包括第一钢管，所述第一钢管的横截面为圆形，且在所述第一钢管内部灌装有高强灌浆料；
步骤三：预制第二钢管组件
所述第二钢管组件包括第二钢管，所述第二钢管的横截面为圆形，所述第二钢管内部中心处沿轴向设置有碳纤维，所述第二钢管内部灌装有高强灌浆料；
步骤四：预定高强钢管、第一钢管组件和第二钢管组件的安装位置
在作业台座上标示出所述高强钢管、所述第一钢管组件和所述第二钢管组件的安装位置，且所述第一钢管组件位于所述高强钢管内部中心处，所述第二钢管组件在所述高强钢管和所述第一钢管组件之间沿周向排设；
步骤五：吊装第一钢管组件
将所述第一钢管组件吊装至步骤四中台座上标示的第一钢管组件的安装位置，并进行固定；
步骤六：吊装第二钢管组件
将所述第二钢管组件吊装至步骤四中台座上标示的第二钢管组件的安装位置，并进行固定；
步骤七：吊装高强钢管
将所述高强钢管吊装至步骤四中台座上标示的高强钢管的安装位置，并进行固定；
步骤八：灌注高强混凝土
向所述高强钢管内部灌注高强混凝土，待高强混凝土凝固即可。
在所述步骤三中，安装碳纤维时，首先将碳纤维的一端固定于工作台上，将其另一端拉伸至第二钢管外部，并将所述碳纤维的上端拉直，使所述碳纤维呈绷紧状态，然后调整所述第二钢管的位置，使所述碳纤维位于所述第二钢管的中心处，将所述第二钢管靠近工作台的一端封堵，向所述第二钢管中灌注高强灌浆料，直至灌满，待高强灌浆料凝固即可。
本发明内置预制芯柱组合柱结构及其制作方法的有益效果：本发明的结构在高强钢管内部嵌装钢管组件，向高强钢管中灌注高强混凝土，钢管组件中灌注高强灌浆料，钢管组件中还可以设置碳纤维，组合柱的抗拉由抗拉强度很高的碳纤维、高强钢管和钢管组件共同承受，组合柱的抗压主要通过高强钢管、钢管组件、高强混凝土和高强灌浆料共同承受，使得组合柱具有很强的抗弯和抗压性能，采用本发明的组合柱结构可有效减小高层、超高层及大跨度结构的柱截面尺寸，从而减小组合柱柱体的重量及其占用的使用空间，减轻整体结构的地震作用。
附图说明：
图1为本发明内置预制芯柱组合柱结构实施例一的结构示意图；
图2为本发明内置预制芯柱组合柱结构实施例二的结构示意图；
图3为第一钢管组件的结构示意图；
图4为第二钢管组件内部设置的碳纤维的横截面为十字形时的结构示意图；
图5为第二钢管组件内部设置的碳纤维的横截面为一字形时的结构示意图；
图中：1-高强钢管，11-高强方钢管，12-高强圆钢管，2-第一钢管组件，21-第一钢管，3-第二钢管组件，31-第二钢管，32-碳纤维，4-高强混凝土，5-高强灌浆料。
具体实施方式：
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
根据图1～图5所示，本发明提供的内置预制芯柱组合柱结构，包括高强钢管1，所述高强钢管1的横截面为方形，或者为圆形，所述高强钢管1内部中心处沿轴向设置有第一钢管组件2，在所述高强钢管1和所述第一钢管组件2之间沿周向围设有多个第二钢管组件3，所述高强钢管1内部灌装有高强混凝土4，所述第一钢管组件2包括第一钢管21，在本实施例中，所述第一钢管21的横截面为圆形，所述第一钢管21内部灌装有高强灌浆料5，所述第二钢管组件3包括第二钢管31，在本实施例中，所述第二钢管31的横截面为圆形，所述第二钢管31内部中心处沿轴向设置有碳纤维32，所述碳纤维32的横截面为一字形，或者为十字形，所述第二钢管31内部灌装有高强灌浆料5。
进一步地，根据图1所示，当所述高强钢管1的横截面为方形时，所述第二钢管组件3在所述高强钢管1及第一钢管组件2之间围设呈矩形，且所述矩形四个角处的第二钢管组件3内部设置的碳纤维32的横截面为十字形，所述矩形四条边上的第二钢管组件3内部设置的碳纤维32的横截面为一字形，一字形的碳纤维与所述高强钢管1的钢管壁平行。
进一步地，根据图2所示，当所述高强钢管1横截面为圆形时，所述第二钢管组件3在所述高强钢管1及第一钢管组件2之间围设呈圆形，且所述第二钢管组件3内部设置的碳纤维32的横截面为一字形，一字形的碳纤维与所述高强钢管1的直径相切。
上述内置预制芯柱组合柱结构的制作方法，具体步骤如下：
步骤一：预制高强钢管1
所述高强钢管1的横截面为方形或者圆形；
步骤二：预制第一钢管组件2
所述第一钢管组件2包括第一钢管21，所述第一钢管21的横截面为圆形，且在所述第一钢管21内部灌装有高强灌浆料5；
步骤三：预制第二钢管组件3
所述第二钢管组件3包括第二钢管31，所述第二钢管31的横截面为圆形，所述第二钢管31内部中心处沿轴向设置有碳纤维32，所述第二钢管31内部灌装有高强灌浆料5；
且在安装碳纤维32时，首先将碳纤维32的一端固定于工作台上，将其另一端拉伸至第二钢管31外部，并将所述碳纤维32的上端拉直，使所述碳纤维32呈绷紧状态，然后调整所述第二钢管31的位置，使所述碳纤维32位于所述第二钢管31的中心处，将所述第二钢管31靠近工作台的一端封堵，向所述第二钢管31中灌注高强灌浆料5，直至灌满，待高强灌浆料5凝固即可；
步骤四：预定高强钢管1、第一钢管组件2和第二钢管组件3的安装位置
在作业台座上标示出所述高强钢管1、所述第一钢管组件2和所述第二钢管组件3的安装位置，且所述第一钢管组件2位于所述高强钢管1内部中心处，所述第二钢管组件3在所述高强钢管1和所述第一钢管组件2之间沿周向排设；
步骤五：吊装第一钢管组件2
将所述第一钢管组件2吊装至步骤四中台座上标示的第一钢管组件2的安装位置，并进行固定；
步骤六：吊装第二钢管组件3
将所述第二钢管组件3吊装至步骤四中台座上标示的第二钢管组件3的安装位置，并进行固定；
步骤七：吊装高强钢管1
将所述高强钢管1吊装至步骤四中台座上标示的高强钢管1的安装位置，并进行固定；
步骤八：灌注高强混凝土4
向所述高强钢管1内部灌注高强混凝土4，待高强混凝土4凝固即可。
且在制备时，第一钢管21和第二钢管31的直径均大于50mm，碳纤维32的边缘距离第二钢管31内壁均小于10mm，以保证高强灌浆料5与碳纤维32的充分接触。
本发明的结构中，组合柱的抗拉由抗拉强度很高的碳纤维32、高强钢管1和钢管组件共同承受，组合柱的抗压主要通过高强钢管1、钢管组件、高强混凝土4和高强灌浆料5共同承受，使得组合柱具有很强的抗弯和抗压性能，因此，该柱具有很高的抗弯和抗压性能，采用该柱可有效减小高层、超高层及大跨度结构的柱截面尺寸，从而减小柱子占用的使用空间和柱子的重量，减轻整体结构的地震作用。
下面结合附图详细描述本发明的内置预制芯柱组合柱结构的两个实施例：
实施例一：
根据图1所示，本发明提供的内置预制芯柱组合柱结构，包括横截面为方形的高强方钢管11，所述高强方钢管11内部中心处沿轴向设置有第一钢管组件2，所述第一钢管组件2包括横截面为圆形的第一钢管21，所述第一钢管21内部灌装有高强灌浆料5，形成芯柱结构，在所述高强方钢管11和所述第一钢管组件2之间沿周向围设有多个第二钢管组件3，所述第二钢管组件3包括横截面为圆形的第二钢管31，所述第二钢管31内部中心处沿轴向设置有碳纤维32，所述碳纤维32的横截面为一字形，或者为十字形，所述第二钢管31内部灌装有高强灌浆料5，所述第二钢管组件3在所述高强方钢管11及第一钢管组件2之间围设呈矩形，且所述矩形四个角处的第二钢管31内部设置的碳纤维32的横截面为十字形，所述矩形四条边上的第二钢管31内部设置的碳纤维32的横截面为一字形，所述横截面为十字形的碳纤维32与高强灌浆料5组合形成十字形芯柱，其布置在矩形的四个角部，双向受拉或者受压，所述横截面为一字形的碳纤维32与高强灌浆料5组合形成一字形芯柱，其布置在十字形芯柱之间，且一字形芯柱的碳纤维32与所述高强方钢管11的钢管壁平行，单向受拉或者受压。
实施例二：
根据图2所示，本发明提供的内置预制芯柱组合柱结构，包括横截面为圆形的高强圆钢管12，所述高强圆钢管12内部中心处沿轴向设置有第一钢管组件2，所述第一钢管组件2包括横截面为圆形的第一钢管21，所述第一钢管21内部灌装有高强灌浆料5，形成芯柱结构，在所述高强圆钢管12和所述第一钢管组件2之间沿周向围设有多个第二钢管组件3，所述第二钢管组件3包括横截面为圆形的第二钢管31，所述第二钢管31内部中心处沿轴向设置有碳纤维32，所述第二钢管31内部灌装有高强灌浆料5，所述碳纤维32的横截面为一字形，或者为十字形，所述第二钢管组件2在所述高强圆钢管12及第一钢管组件1之间围设呈圆形，且所述第二钢管组件2内部设置的碳纤维32的横截面为一字形，所述横截面为一字形的碳纤维32与高强灌浆料5组合形成一字形芯柱，其沿所述高强圆钢管12内壁布置，且一字形芯柱的碳纤维32与所述高强圆钢管12的直径相切，单向受拉或者受压。
以上实施例中高强方钢管11、高强圆钢管12、第一钢管21、第二钢管31均为低合金高强度结构钢，其具体采用Q420-Q690钢，屈服强度420MPa-690MPa，高强灌浆料5为CGMJM-Ⅵ，其抗压强度100MPa-120MPa，碳纤维布32为Ⅱ-300，抗拉强度3000Mpa，高强混凝土4强度等级为C60，轴心抗压强度38.5Mpa。
制备得到的内置预制芯柱组合柱结构，通过试验测得高强灌浆料5部分抗压强度为150MPa-180MPa，高强混凝土4部分轴心抗压强度在50Mpa以上，碳纤维布32的抗拉强度在3000Mpa以上，高强钢管1及第一钢管组件2、第二钢管组件3的抗压强度大于等于420MPa，组合柱整体的抗压强度为80MPa-540MPa，单侧抗拉强度大于等于500MPa，即可知，组合柱的整体抗压强度可达到一般钢管混凝土组合柱强度4倍以上，且组合柱中高强混凝土的横截面面积可以减小到普通钢管中混凝土横截面积的1/4以上，组合柱的抗弯强度，可达到一般钢管混凝土的柱的3倍以上，性能得到显著提升。
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种内置预制芯柱组合柱结构，其特征在于：包括高强钢管，所述高强钢管内部中心处沿轴向设置有第一钢管组件，在所述高强钢管和所述第一钢管组件之间沿周向围设有多个第二钢管组件，所述高强钢管内部灌装有高强混凝土，所述第一钢管组件包括第一钢管，所述第一钢管内部灌装有高强灌浆料，所述第二钢管组件包括第二钢管，所述第二钢管内部中心处沿轴向设置有碳纤维，所述第二钢管内部灌装有高强灌浆料。
2.根据权利要求1所述的内置预制芯柱组合柱结构，其特征在于：所述高强钢管的横截面为方形，或者为圆形；所述第一钢管和第二钢管的横截面为圆形。
3.根据权利要求1所述的内置预制芯柱组合柱结构，其特征在于：所述碳纤维的横截面为一字形，或者为十字形。
4.根据权利要求2所述的内置预制芯柱组合柱结构，其特征在于：当所述高强钢管的横截面为方形时，所述第二钢管组件在所述高强钢管及第一钢管组件之间围设呈矩形。
5.根据权利要求4所述的内置预制芯柱组合柱结构，其特征在于：所述矩形四个角处的第二钢管组件内部设置的碳纤维的横截面为十字形。
6.根据权利要求5所述的内置预制芯柱组合柱结构，其特征在于：所述矩形四条边上的第二钢管组件内部设置的碳纤维的横截面为一字形，且一字形的碳纤维与所述高强钢管的钢管壁平行。
7.根据权利要求2所述的内置预制芯柱组合柱结构，其特征在于：当所述高强钢管横截面为圆形时，所述第二钢管组件在所述高强钢管及第一钢管组件之间围设呈圆形。
8.根据权利要求7所述的内置预制芯柱组合柱结构，其特征在于：所述第二钢管组件内部设置的碳纤维的横截面为一字形，且一字形的碳纤维与所述高强钢管的直径相切。
9.根据权利要求1所述的内置预制芯柱组合柱结构及其制作方法的制作方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一：预制高强钢管
所述高强钢管的横截面为方形或者圆形；
步骤二：预制第一钢管组件
所述第一钢管组件包括第一钢管，所述第一钢管的横截面为圆形，且在所述第一钢管内部灌装有高强灌浆料；
步骤三：预制第二钢管组件
所述第二钢管组件包括第二钢管，所述第二钢管的横截面为圆形，所述第二钢管内部中心处沿轴向设置有碳纤维，所述第二钢管内部灌装有高强灌浆料；
步骤四：预定高强钢管、第一钢管组件和第二钢管组件的安装位置
在作业台座上标示出所述高强钢管、所述第一钢管组件和所述第二钢管组件的安装位置，且所述第一钢管组件位于所述高强钢管内部中心处，所述第二钢管组件在所述高强钢管和所述第一钢管组件之间沿周向排设；
步骤五：吊装第一钢管组件
将所述第一钢管组件吊装至步骤四中台座上标示的第一钢管组件的安装位置，并进行固定；
步骤六：吊装第二钢管组件
将所述第二钢管组件吊装至步骤四中台座上标示的第二钢管组件的安装位置，并进行固定；
步骤七：吊装高强钢管
将所述高强钢管吊装至步骤四中台座上标示的高强钢管的安装位置，并进行固定；
步骤八：灌注高强混凝土
向所述高强钢管内部灌注高强混凝土，待高强混凝土凝固即可。
10.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于：在所述步骤三中，安装碳纤维时，首先将碳纤维的一端固定于工作台上，将其另一端拉伸至第二钢管外部，并将所述碳纤维的上端拉直，使所述碳纤维呈绷紧状态，然后调整所述第二钢管的位置，使所述碳纤维位于所述第二钢管的中心处，将所述第二钢管靠近工作台的一端封堵，向所述第二钢管中灌注高强灌浆料，直至灌满，待高强灌浆料凝固即可。
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