CN108385900A - 损伤可控的钢管混凝土叠合柱及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及结构工程技术领域,公开了一种损伤可控的钢管混凝土叠合柱及其制作方法,该叠合柱包括钢管和钢筋笼,所述钢管设置在所述钢筋笼内,且二者之间的空间内浇筑第一混凝土锚固,所述钢筋笼由锚固在所述第一混凝土内的纵筋和箍筋连接构成,其特征在于,所述纵筋包括第一纵筋和第二纵筋,所述第一纵筋的强度低于所述第二纵筋的强度,且所述第二纵筋为外表面具有弱粘结特性的钢筋。本发明的损伤可控的钢管混凝土叠合柱能够提供二次刚度,控制残余位移,实现损伤的可控性。
Description
技术领域
本发明涉及结构工程技术领域,特别是涉及一种损伤可控的钢管混凝土叠合柱及其制作方法。
背景技术
随着我国建筑工业的迅速发展,高层及大型复杂建筑结构对钢材和混凝土的性能要求越来越高。在高层和大型复杂建筑结构中,柱是关键的竖向承重构件,因此研制抗震性能好且具有高恢复性的柱是高层及大型复杂建筑抗震减灾设计的核心问题。高强混凝土作为一种新的建筑材料,具有抗压强度高、抗变形能力强、耐久性好的优点,被广泛的应用在柱的制作中。但高强混凝土也存在延性较差的缺点,为此发展钢纤维混凝土可有效改善高强混凝土的延性不足。另外有效的使用高强钢筋和高强型钢,也可改善高强混凝土承重构件的延性,提高其抗震耗能能力和震后可恢复性能。钢管混凝土叠合柱是一种以钢管混凝土柱为芯柱,在钢管外围绑扎钢筋并现浇混凝土而成的组合构件。叠合柱具有承载力高、刚度大、良好的抗火性能和变形能力等诸多优点,在实际工程中应用较为广泛。
然而,由于房屋建筑遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震作用时,钢筋混凝土柱往往损伤严重,震后残余变形大,震后需修复加固或拆除重建。对于超高层建筑和大型复杂建筑,地震后若不能很快恢复结构功能,不但会造成巨大的经济损失,而且会对震后的社会安定、正常生产生活造成严重的影响。在分析了传统的钢筋混凝土结构在地震作用下性能和经济效益的基础上,有科研人员提出损伤可控结构,损伤可控结构是指在地震等灾害作用下结构损伤不会过度发展,灾后能在合理的技术条件和经济条件下经过修复即可恢复其预期功能的结构。因此,在保证建筑结构具有足够抗震能力的前提下,研究具备损伤可控、较高恢复性能的钢筋混凝土叠合柱是十分必要的。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的钢管混凝土柱延性差、震后残余变形大、修复困难的问题,提供一种损伤可控的钢管混凝土叠合柱及其制作方法。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题,本发明提供一种损伤可控的钢管混凝土叠合柱,包括钢管和钢筋笼,所述钢管设置在所述钢筋笼内,且二者之间的空间内浇筑第一混凝土锚固,所述钢筋笼由锚固在所述第一混凝土内的纵筋和箍筋连接构成,所述纵筋包括第一纵筋和第二纵筋,所述第一纵筋的强度低于所述第二纵筋的强度,且所述第二纵筋为外表面具有弱粘结特性的钢筋。
进一步地,相邻两个所述第一纵筋之间设置多个所述第二纵筋,相邻两个所述第二纵筋、或所述第一纵筋与第二纵筋之间分别通过所述箍筋连接固定;或
相邻两个所述第二纵筋之间设置多个所述第一纵筋,相邻两个所述第一纵筋、或所述第一纵筋与所述第二纵筋之间分别通过所述箍筋连接固定。
进一步地,所述钢筋笼由纵筋和箍筋连接构成长方体型或多边体型;所述第一纵筋设置在所述钢筋笼的对角处,所述第二纵筋设置在所述钢筋笼的边上;所述钢筋笼的每条边上的第二纵筋与相邻边上的所述第二纵筋通过所述箍筋连接固定。
进一步地,所述第一纵筋为高强钢筋,其强度等级包括HRB500级或HRB600级;所述第二纵筋为外表面具有弱粘结特性的超高强钢筋,其屈服强度在1200MPa以上。
进一步地,所述第二纵筋为光面超高强钢筋;或所述第二纵筋为外表面具有弱粘结性涂层的超高强钢筋。
进一步地,所述钢管内浇筑有第二混凝土,且所述第二混凝土为高强混凝土;所述第一混凝土为钢纤维混凝土。
进一步地,所述第一混凝土内掺杂的钢纤维占所述第一混凝土的体积率低于或等于2%。
进一步地,所述第一混凝土的强度等级为C60-C80,所述第二混凝土的强度等级为C60-C100。
本发明还提供了一种损伤可控的钢管混凝土叠合柱的制作方法,包括以下步骤:
步骤S1:将预制的钢管锚固在基础内;
步骤S2:将第一纵筋和第二纵筋分别设置在所述钢管的外围,并用过箍筋绑扎为一体形成钢筋笼;其中,所述第一纵筋的强度低于所述第二纵筋的强度,且所述第二纵筋为外表面具有弱粘结特性的钢筋;
步骤S3:在所述钢筋笼外搭架模板,并在钢管与钢筋笼之间的空间内浇筑第一混凝土,在所述钢管内浇筑第二混凝土;
步骤S4:拆模养护,形成损伤可控的钢管混凝土叠合柱。
(三)有益效果
本发明提供的一种损伤可控的钢管混凝土叠合柱及其制作方法,该钢管混凝土叠合柱中构成钢筋笼的纵筋采用两种强度不同的第一纵筋和第二纵筋,且第二纵筋为外表面具有弱粘结特性的钢筋,一方面第一纵筋能维持混凝土的浇筑强度,另一方面第二纵筋由于其表面的弱粘结性,会导致第二纵筋与混凝土之间的粘结力变小,变形相对独立,约束变小,其变形能力能够得以充分发挥,从而减少混凝土的受拉变形,控制混凝土裂缝开展、减小裂缝宽度,同时由于第二纵筋的强度高于第一纵筋,第二纵筋的弹性段较长,当第一纵筋在地震作用下发生屈服时第二纵筋仍处于弹性段,能够提供二次刚度,控制残余位移,实现钢管混凝土叠合柱的损伤可控性。
附图说明
图1为本发明的一种损伤可控的钢管混凝土叠合柱的结构示意图;
图2为图1的损伤可控的钢管混凝土叠合柱的俯视结构示意图;
图3为图1的损伤可控的钢管混凝土叠合柱的主视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1给出了本发明的一种损伤可控的钢管混凝土叠合柱的结构示意图。本发明实施例提供的一种损伤可控的钢管混凝土叠合柱,如图1所示,包括:钢管1和钢筋笼2,所述钢管1设置在所述钢筋笼2内,且二者之间的空间内浇筑第一混凝土3锚固,所述钢筋笼2由锚固在所述第一混凝土3内的纵筋21和箍筋22连接构成,所述纵筋21包括第一纵筋211和第二纵筋212,所述第一纵筋211的强度低于所述第二纵筋212的强度,且所述第二纵筋212为外表面具有弱粘结特性的钢筋。
其中,钢管1可采用强度等级Q345以上的钢材制成,可以为长方体柱型或圆柱体型,本实施例对此不作限定;钢筋笼2由若干纵筋21通过箍筋22绑扎形成的笼状结构,钢管1可处在钢筋笼2所围成的区域内的任意地方,优选设置在钢筋笼2的中心处。
钢筋笼2由若干个纵筋21通过箍筋22绑扎为一体形成,可以为长方体型、多边体型或圆柱体型,本实施例对此不作限定;其中,纵筋21包括第一纵筋211和第二纵筋212,第一纵筋211可为抗震中常用的高强钢筋,优选强度等级包括HRB500级或HRB600级的高强钢筋,第二纵筋212的强度较第一纵筋211高,可以为超高强钢筋,所述超高强钢筋为屈服强度在1200MPa以上的钢筋,但不限于此。第一纵筋211和第二纵筋212分别可以为圆钢筋或方钢筋,本实施例对纵筋21的形状和数量不作具体限定。第二纵筋212的外表面可以为光面,比如所述第二纵筋212为光面钢筋,光面钢筋的外表面与第一混凝土3之间具有弱粘结性,其他能够与第一混凝土3之间产生弱粘结力的钢筋、或者在钢筋的表面涂敷弱粘结涂层使钢筋表面产生弱粘结性的钢筋均在本实施例的保护范围之内,其中弱粘结涂层可以为稻壳灰或硅灰,但不限于此。
第一混凝土3可为本领域常用的混凝土或抗震效果较好的高强混凝土,本实施例对此不作限定,第一混凝土3浇筑在钢管1和钢筋笼2之间的空间内,将钢管1和钢筋笼2进行锚固形成钢管混凝土叠合柱,第一纵筋211、第二纵筋212和箍筋22均锚固在第一混凝土3内。
本发明实施例提供的一种损伤可控的钢管混凝土叠合柱,该叠合柱中构成钢筋笼2的纵筋21采用两种强度不同的第一纵筋211和第二纵筋212,且第二纵筋212为外表面具有弱粘结特性的钢筋,一方面第一纵筋211能维持混凝土的浇筑强度,另一方面第二纵筋212由于其表面的弱粘结性,会导致第二纵筋212与混凝土之间的粘结力变小,变形相对独立,约束变小,其变形能力能够得以充分发挥,从而减少混凝土的受拉变形,控制混凝土裂缝开展、减小裂缝宽度,同时由于第二纵筋的强度高于第一纵筋,第二纵筋的弹性段较长,当第一纵筋在地震作用下发生屈服时第二纵筋仍处于弹性段,能够提供二次刚度,控制残余位移,实现损伤的可控性。
基于上述实施例,作为一种优选实施例,相邻两个所述第一纵筋211之间设置多个所述第二纵筋212,相邻两个所述第二纵筋212、或所述第一纵筋211与第二纵筋212之间分别通过所述箍筋22连接固定;或者相邻两个所述第二纵筋212之间设置多个所述第一纵筋211,相邻两个所述第一纵筋211、或所述第一纵筋211与所述第二纵筋212之间分别通过所述箍筋22连接固定。
第一纵筋211与第一混凝土3之间具有一定粘结性,增强抗震的效果,第二纵筋212与第一混凝土3之间是粘结性的,约束小,变形相对独立,在地震作用下第一纵筋211发生屈服时第二纵筋212可提供二次刚度,控制残余位移,实现损伤的可控性,将第一纵筋211和第二纵筋212均衡分布,使混凝土的损伤可控达到均衡,能够快速实现震后的损伤修复。
当钢筋笼2为对角结构时,如长方体型或多边体型,一般会考虑将具有一定粘结性的第一纵筋211设置在钢筋笼2的对角处,具有弱粘结性的第二纵筋212设置在所述钢筋笼2的边上。
如图1所示,钢筋笼2是由纵筋21和箍筋22连接构成的长方体型;所述第一纵筋211设置在所述钢筋笼2的对角处,所述第二纵筋212设置在所述钢筋笼2的边上,且钢筋笼2的边上设置两个第二纵筋212;钢筋笼2的每条边上的第二纵筋212与相邻边上的第二纵筋212分别通过箍筋22绑扎固定。箍筋22可以为八角箍或拉筋,其与纵筋21的连接方式不限于绑扎这一连接方式,在此不作赘述。
考虑到钢管混凝土叠合柱在承受轴力作用时,该钢管混凝土叠合柱的核心部分是钢管1内的混凝土承受主要的轴力,并提供主要的抗剪承载力,钢管1外的混凝土承担较少轴力,变形能力大。因此,基于上述实施例,作为一种优选实施例,所述钢管1内浇筑有第二混凝土4,且所述第二混凝土4为高强混凝土;所述第一混凝土3为钢纤维混凝土。
具体地,第一混凝土3优选强度等级为C60-C80,第二混凝土4优选强度等级为C60-C100。为了改善混凝土基体及其与钢筋界面间的力学特性,第一混凝土3内掺杂的钢纤维占所述第一混凝土的体积率低于或等于2%。
与普通钢管混凝土柱相比,由于本发明实施例钢管混凝土叠合柱将钢管1内置于混凝土柱内,使叠合柱具有良好的抗火性能,此外,钢管1较好约束住管内高强混凝土的同时还可显著改善高强混凝土的延性,同时钢管1外的第一混凝土3为钢纤维混凝土,该钢纤维混凝土可以解决普通混凝土抗拉强度差、易开裂的缺点,提高叠合柱的受侧抗拉强度,缓解由于裂缝的发展而造成的纵筋的腐蚀问题。
本发明实施例的一种损伤可控的钢管混凝土叠合柱的制作方法如下:
步骤S1:将预制的钢管1锚固在基础5内;
步骤S2:将第一纵筋211和第二纵筋212分别设置在所述钢管1的外围,并用过箍筋22绑扎为一体形成钢筋笼2,将钢筋笼2锚固在基础5内;其中,所述第一纵筋211的强度低于所述第二纵筋212的强度,且所述第二纵筋为外表面具有弱粘结特性的钢筋;
步骤S3:在所述钢筋笼2外搭架模板,并在钢管1与钢筋笼2之间的空间内浇筑第一混凝土3,在钢管1内浇筑第二混凝土4,第一混凝土3为钢纤维混凝土,第二混凝土4为高强混凝土;
步骤S4:拆模养护,形成损伤可控的钢管混凝土叠合柱。
其中,与上述实施例相同的结构在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种损伤可控的钢管混凝土叠合柱,包括钢管和钢筋笼,所述钢管设置在所述钢筋笼内,且二者之间的空间内浇筑第一混凝土锚固,所述钢筋笼由锚固在所述第一混凝土内的纵筋和箍筋连接构成,其特征在于,所述纵筋包括第一纵筋和第二纵筋,所述第一纵筋的强度低于所述第二纵筋的强度,且所述第二纵筋为外表面具有弱粘结特性的钢筋。
2.如权利要求1所述的损伤可控的钢管混凝土叠合柱,其特征在于,相邻两个所述第一纵筋之间设置多个所述第二纵筋,相邻两个所述第二纵筋、或所述第一纵筋与第二纵筋之间分别通过所述箍筋连接固定;或
相邻两个所述第二纵筋之间设置多个所述第一纵筋,相邻两个所述第一纵筋、或所述第一纵筋与所述第二纵筋之间分别通过所述箍筋连接固定。
3.如权利要求1所述的损伤可控的钢管混凝土叠合柱,其特征在于,所述钢筋笼由纵筋和箍筋连接构成长方体型或多边体型;所述第一纵筋设置在所述钢筋笼的对角处,所述第二纵筋设置在所述钢筋笼的边上;所述钢筋笼的每条边上的第二纵筋与相邻边上的所述第二纵筋通过所述箍筋连接固定。
4.如权利要求1所述的损伤可控的钢管混凝土叠合柱,其特征在于,所述第一纵筋为高强钢筋,其强度等级包括HRB500级或HRB600级;所述第二纵筋为外表面具有弱粘结特性的超高强钢筋,其屈服强度在1200MPa以上。
5.如权利要求1-4任一项所述的损伤可控的钢管混凝土叠合柱,其特征在于,所述第二纵筋为光面超高强钢筋;或所述第二纵筋为外表面具有弱粘结性涂层的超高强钢筋。
6.如权利要求1所述的损伤可控的钢管混凝土叠合柱,其特征在于,所述钢管内浇筑有第二混凝土,且所述第二混凝土为高强混凝土;所述第一混凝土为钢纤维混凝土。
7.如权利要求6所述的损伤可控的钢管混凝土叠合柱,其特征在于,所述第一混凝土内掺杂的钢纤维占所述第一混凝土的体积率低于或等于2%。
8.如权利要求6所述的损伤可控的钢管混凝土叠合柱,其特征在于,所述第一混凝土的强度等级为C60-C80,所述第二混凝土的强度等级为C60-C100。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的损伤可控的钢管混凝土叠合柱的制作方法,包括如下步骤:
步骤S1:将预制的钢管锚固在基础内;
步骤S2:将第一纵筋和第二纵筋分别设置在所述钢管的外围,并用过箍筋绑扎为一体形成钢筋笼;其中,所述第一纵筋的强度低于所述第二纵筋的强度,且所述第二纵筋为外表面具有弱粘结特性的钢筋;
步骤S3:在所述钢筋笼外搭架模板,并在钢管与钢筋笼之间的空间内浇筑第一混凝土,在所述钢管内浇筑第二混凝土;
步骤S4:拆模养护,形成损伤可控的钢管混凝土叠合柱。
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