CN108590035A - 高强再生混凝土叠合柱及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及结构工程技术领域，公开了一种高强再生混凝土叠合柱及其制作方法，该叠合柱包括钢管、浇筑在所述钢管内的第一高强再生混凝土和浇筑在所述钢管外的第二高强再生混凝土，还包括：拉结钢筋；所述拉结钢筋穿过所述钢管并被所述钢管分为第一部分、第二部分和第三部分；所述第二部分锚固在所述第一高强再生混凝土内，所述第一部分和第三部分分别锚固在所述第二高强再生混凝土内。本发明的高强再生混凝土叠合柱能够有效地将钢管内外的混凝土连接形成整体，使钢管外围的混凝土和钢管内的混凝土在共同抵抗水平地震作用时协同互补，提高叠合柱的抗震能力和震后可修复性。

Description

高强再生混凝土叠合柱及其制作方法

技术领域

本发明涉及结构工程技术领域，特别是涉及一种高强再生混凝土叠合柱及其制作方法。

背景技术

随着建筑业高速发展，砂石骨料的需求量日益增大；同时老旧建筑拆除以及自然灾害损毁产生了大量建筑垃圾。将废弃混凝土破碎、加工形成再生骨料，用于配制再生混凝土，既能解决天然骨料资源紧缺问题，保护骨料产地的生态环境，又能解决城市废弃物的堆放、占地和环境污染等问题，具有显著的社会、经济和环保效益，因此再生混凝土技术被认为是提高建筑垃圾再资源化利用率的有效措施。高强再生混凝土在高层与超高层建筑、桥梁工程、特种结构工程领域有广阔的发展前景，其自重低，对降低结构自重，提高抗震性能有利。但由于高强再生混凝土的收缩徐变变形较大，耐久性较差，各种力学性能的离散性较大，目前尚未在我国的抗震设防地区推广使用。

柱是高层建筑中主要的竖向承重构件。钢管混凝土叠合柱是指由截面中部的钢管混凝土和钢管外的钢筋混凝土组合而成的柱，具有承载力高、刚度大、抗火性能和抗震性能好等优点。采用高强再生混凝土和叠合柱相结合，可以利用组合构件力学性能的优势有效弥补再生混凝土的力学缺陷，是对再生混凝土在结构层次上的改善。但管内混凝土的浇筑属于隐蔽工程，高强再生混凝土的收缩徐变变形较大、离散性较大，钢管内外混凝土协同性能差，其浇筑质量和抗震性能难以保证，质量检测也较为费工。

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高强再生混凝土收缩徐变变形大、离散性大，钢管内外混凝土协同性能差，叠合柱施工质量难以保证的问题，提供一种高强再生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，本发明提供一种高强再生混凝土叠合柱，包括钢管、浇筑在所述钢管内的第一高强再生混凝土和浇筑在所述钢管外的第二高强再生混凝土，还包括：拉结钢筋；所述拉结钢筋穿过所述钢管并被所述钢管分为第一部分、第二部分和第三部分；所述第二部分锚固在所述第一高强再生混凝土内，所述第一部分和第三部分分别锚固在所述第二高强再生混凝土内。

进一步地，所述钢管壁上设有第一通孔和第二通孔，所述拉结钢筋的第一部分穿过所述第一通孔与所述第二部分相连，所述拉结钢筋的第二部分穿过所述第二通孔与所述第三部分相连。

进一步地，所述拉结钢筋的第一部分、第二部分和第三部分为一整体。

进一步地，所述高强再生混凝土叠合柱包括多个拉结钢筋；所述钢管壁上设有多排与所述拉结钢筋对应的第一通孔和第二通孔；每个所述拉结钢筋的第一部分穿过所述第一通孔与所述第二部分相连，所述拉结钢筋的第二部分穿过对应所述第二通孔与所述第三部分相连。

进一步地，每排第一通孔和第二通孔处于同一水平面上，且上排所述第一通孔和第二通孔的连线与下排所述第一通孔和第二通孔的连线相互垂直。

进一步地，每排所述第一通孔和第二通孔沿所述钢管的横断面的直径方向相对设置。

进一步地，所述第一高强再生混凝土的强度等级为C50-C80，所述第二高强再生混凝土的强度等级为C40-C60，且所述第二高强再生混凝土的强度低于所述第二高强再生混凝土的强度。

进一步地，还包括由多个纵筋和箍筋绑扎形成的钢筋笼，所述钢筋笼设置在所述钢管的外围；所述拉结钢筋的第一部分和第三部分远离所述第二部分的一端分别与所述钢筋笼固连；或

所述拉结钢筋的第一部分和第三部分远离所述第二部分的一端端部冷弯形成勾状结构，并分别与所述钢筋笼相对两侧的纵筋勾连。

进一步地，所述钢管的直径D为所述高强再生混凝土叠合柱柱高的1/2，且D≥200mm；所述钢管的厚度H≥120mm，且D/H≤75。

本发明还提供了一种高强再生混凝土叠合柱的制作方法，包括以下步骤：

步骤S1：将预制的钢管插入基础内锚固；

步骤S2：在所述钢管的外围预制由纵筋和箍筋绑扎形成的钢筋笼，将所述钢筋笼插入所述基础内锚固；

步骤S3：将拉结钢筋穿过所述钢管，被所述钢管分为第一部分、第二部分和第三部分；所述拉结钢筋的两端分别固连在所述钢筋笼上，或所述拉结钢筋的两端冷弯形成勾状结构，并分别勾连在所述钢筋笼相对两侧的纵筋上；

步骤S4：在钢筋笼外搭设模板，在所述钢管内浇筑第一高强再生混凝土，锚固所述拉结钢筋的第二部分；在所述钢管内浇筑第二高强再生混凝土，锚固所述拉结钢筋的第一部分和第三部分；

步骤S5：拆模养护，形成高强再生混凝土叠合柱。

(三)有益效果

本发明提供的一种高强再生混凝土叠合柱及其制作方法，该高强再生混凝土叠合柱采用高强再生混凝土和叠合柱相结合，可以利用组合构件力学性能的优势有效弥补再生混凝土的力学缺陷，钢管的约束作用可以有效改善高强再生混凝土的脆性问题，减小再生骨料对组合构件刚度及力学性能离散性的影响，同时通过将拉结钢筋穿过钢管，部分锚固在钢管外、部分锚固在钢管内，可有效地将钢管内外的混凝土连接形成整体，使钢管外围的混凝土和钢管内的混凝土在共同抵抗水平地震作用时协同互补，减小高强再生混凝土的收缩徐变变形，增强对管内外混凝土的约束作用及截面的抗剪能力，避免混凝土在受力较大时与钢管壁脱开，延缓混凝土的开裂和钢管的屈曲，提高叠合柱的抗震能力和震后可修复性。

附图说明

图1为本发明实施例的一种高强再生混凝土叠合柱的结构示意图；

图2为图1的高强再生混凝土叠合柱的俯视结构示意图；

图3为图1的高强再生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高强再生混凝土叠合柱的结构示意图。本发明实施例提供的一种高强再生混凝土叠合柱，如图1所示，包括：钢管1、浇筑在所述钢管1内的第一高强再生混凝土3、浇筑在所述钢管1外的第二高强再生混凝土4、以及拉结钢筋2；所述拉结钢筋2穿过所述钢管1并被所述钢管1分为第一部分21、第二部分22和第三部分23；所述第二部分22锚固在所述第一高强再生混凝土3内，所述第一部分21和第三部分23分别锚固在所述第二高强再生混凝土4内。

其中，钢管1内浇注高强再生混凝土，钢管1的约束作用改善了高强再生混凝土的脆性和离散性，同时，使管内混凝土的抗压强度大幅度提高，充分发挥高强混凝土抗压强度高的优势，从而减小柱的截面尺寸，增大使用空间；在轴压力和水平地震作用下，由于钢管1和混凝土的存在，延长了叠合柱从屈服到破坏的过程，提高了柱端塑性铰的转动能力，使叠合柱具有良好的延性和耗能能力，建筑的安全度更高，更利于推动再生混凝土的推广使用，更好的适应能源节约型、环境友好型的社会发展需求。但由于钢管1内混凝土的浇筑属于隐蔽工程，高强再生混凝土的收缩徐变变形较大、离散性较大，钢管1内外混凝土协同性能差，其浇筑质量和抗震性能难以保证，质量检测也较为费工，为了增强对钢管1内外高强再生混凝土的约束作用及截面的抗剪能力，采用拉结钢筋2穿过所述钢管1部分锚固在第一高强再生混凝土3内，部分锚固在第二高强再生混凝土4内，使第一高强再生混凝土3和第二高强再生混凝土4连接形成一受力整体。

拉结钢筋2的第一部分21、第二部分22和第三部分23可以连接为一整体，可为直钢筋或其他不规则形状的钢筋，其直径范围优选在4mm-8mm，本实施例对拉结钢筋2的形状和直径不做具体限定。第一高强再生混凝土3和第二高强再生混凝土4分别是高强再生混凝土，第一高强再生混凝土3的强度等级范围优选在C50-C80，第二高强再生混凝土4的强度等级范围优选在C40-C60，钢管1外的第二高强再生混凝土4中可掺入适量钢纤维以改善延性，所用再生混凝土粗骨料取代率在30％-60％之间，细骨料不宜取代。

一般考虑到钢管1内部混凝土为叠合柱的核心，在实际中，钢管1内的第一高强再生混凝土3强度高于钢管1外的第二高强再生混凝土4，但本实施例对此不作限定，钢管1外的第二高强再生混凝土4强度略低于钢管1内的第一高强再生混凝土3强度，能够减少钢管1外围钢筋混凝土部分承担的轴压力，使其在地震时更好的承担大部分的水平力作用，提高叠合柱的延性，充分利用核心钢管混凝土的抗压能力，保证结构牢固不倒塌，达到外围钢筋混凝土和核心钢管混凝土协同互补并充分发挥各自抗力的效果。

上述所述“穿过”是指拉结钢筋2由钢管1的一侧穿入并从钢管1的另一侧穿出，拉结钢筋2的部分(第二部分22)锚固在第一高强再生混凝土3内，部分(第一部分21和第三部分23)锚固在第二高强再生混凝土4内，从而使钢管1内外的高强再生混凝土连为一体，使钢管1外围的第二高强再生混凝土4和钢管1内的第一高强再生混凝土3在共同抵抗水平地震作用时协同互补，本实施例可设置多个相同结构的拉结钢筋2，以使第二高强再生混凝土4和第一高强再生混凝土3的连接更牢固可靠。此处的一侧和另一侧优选为相对的两侧，以钢管1的中轴线为对称线，一侧和另一侧为轴中心对称。更优选来说，拉结钢筋2可与钢管1的中轴线相交，以得到更好的受力一体化结构。另外，在某些情况下，拉结钢筋2可有一定的倾斜度，并不一定均垂直于钢管1方向设置。下文会做更具体的展开。

本发明实施例提供的一种高强再生混凝土叠合柱，采用高强再生混凝土和叠合柱相结合，可以利用组合构件力学性能的优势有效弥补再生混凝土的力学缺陷，钢管1的约束作用可以有效改善高强再生混凝土的脆性问题，减小再生骨料对组合构件刚度及力学性能离散性的影响，同时通过将拉结钢筋2穿过钢管1，部分锚固在钢管1外、部分锚固在钢管1内，可有效地将钢管1内外的混凝土连接形成整体，使钢管1外围的混凝土和钢管1内的混凝土在共同抵抗水平地震作用时协同互补，减小高强再生混凝土的收缩徐变变形，增强对管内外混凝土的约束作用及截面的抗剪能力，避免混凝土在受力较大时与钢管壁脱开，延缓混凝土的开裂和钢管的屈曲，提高叠合柱的抗震能力和震后可修复性。

基于上述实施例，作为一种优选实施例，参见图1和图3，所述钢管1壁上设有第一通孔11和第二通孔12，所述拉结钢筋2的第一部分21穿过所述第一通孔11与所述第二部分22相连，所述拉结钢筋2的第二部分22穿过所述第二通孔12与所述第三部分23相连。

其中，所述第一通孔11和第二通孔12用于方便拉结钢筋2穿过钢管1，所述第一通孔11和第二通孔12的位置关系和数量可随拉结钢筋2穿过钢管1的方式和数量进行设置，例如，拉结钢筋2沿钢管1的直径方向插入并穿过钢管1，则所述第一通孔11和第二通孔12可沿钢管1的直径方向相对设置，本实施例对此不作限定，所述第一通孔11和第二通孔12的直径范围优选在30-40mm，本实施例对此也不作限定。

本实施例在钢管1壁上设置第一通孔11和第二通孔12，不仅方便拉结钢筋2的穿过，还可在对钢管1强度削弱微弱的前提下，大大提高施工质量，便于浇筑钢管1内第一高强再生混凝土3时排气，减轻混凝土内部微裂缝、气泡等缺陷，保证浇筑质量。

为了进一步提高拉结钢筋2连接第一高强再生混凝土3和第二高强再生混凝土4的强度，提高钢管1内外混凝土的连接可靠性，基于上述实施例，作为一种优选实施例，所述高强再生混凝土叠合柱包括多个拉结钢筋2；所述钢管1壁上设有多排与所述拉结钢筋2对应的第一通孔11和第二通孔12；每排第一通孔11和第二通孔12处于同一水平面上，且上排所述第一通孔11和第二通孔12的连线与下排所述第一通孔11和第二通孔12的连线相互垂直；每个所述拉结钢筋2的第一部分21穿过所述第一通孔11与所述第二部分22相连，所述拉结钢筋2的第二部分22穿过对应所述第二通孔12与所述第三部分23相连。

具体地，每排第一通孔11与第二通孔12处在同一水平线上，且上排第一通孔11与第二通孔12的连线和下排第一通孔11与第二通孔12的连线相互垂直，较优选的是每排所述第一通孔11和第二通孔12沿所述钢管1的横断面的直径方向相对设置，即每个拉结钢筋2对应穿过处在同一水平面上的第一通孔11和第二通孔12，且上、下拉结钢筋2呈十字交错设置，该结构能够增强浇筑在钢管1内的第一高强再生混凝土3和浇筑在钢管1外的第二高强再生混凝土4的抗剪能力，提高抗震能力。

一般为增强混凝土的浇筑结构，需先制作钢筋笼，再在钢筋笼中浇筑混凝土，基于上述实施例，作为一种优选实施例，参见图1和图2，还包括由多个纵筋51和箍筋52绑扎形成的钢筋笼5，所述钢筋笼5设置在所述钢管1的外围；所述拉结钢筋2的第一部分21和第三部分23远离所述第二部分22的一端分别与所述钢筋笼5固连；或

所述拉结钢筋2的第一部分21和第三部分23远离所述第二部分22的一端端部冷弯形成勾状结构，并分别与所述钢筋笼5相对两侧的纵筋51勾连。

具体地，纵筋51设置在钢管1的外围四周，通过箍筋52绑扎形成围绕在钢管1外的钢筋笼5，第一高强再生混凝土3浇筑在所述钢管1内，第二高强再生混凝土4浇筑在所述钢筋笼5内。拉结钢筋2的两端分别固定在钢筋笼5上，或者拉结钢筋2的两端冷弯形成勾状勾连在钢筋笼5两侧的纵筋51上。为使结构更牢固，箍筋52还可将纵筋51和拉结钢筋2绑扎在一起，可使拉结钢筋2、第一高强再生混凝土3和第二高强再生混凝土4充分形成牢固的一体，可以减小再生混凝土的收缩徐变变形，增强对管内外混凝土的约束作用及截面的抗剪能力，延缓混凝土的开裂和钢管的屈曲，进一步提高叠合柱的抗震能力和震后可修复性。

基于上述实施例，作为一种优选实施例，所述钢管的直径D为所述高强再生混凝土叠合柱柱高的1/2，且D≥200mm；所述钢管的厚度H≥120mm，且D/H≤75。

其中，钢管1可采用Q345及以上强度的高强钢材，纵筋51采用HRB500级以上强度的钢筋。

钢管1直径为叠合柱柱高的1/2左右，可以有效提高构件承载力且叠合柱可以直接穿越节点区，而钢筋笼5的纵筋51可直接锚固在节点区，也可以从叠合柱外部穿过，使得节点处理较为简单，提高施工效率和质量。

本发明实施例的高强再生混凝土叠合柱的制作方法如下：

步骤S1：将预制的钢管1插入基础6内锚固；

步骤S2：在所述钢管1的外围预制由纵筋51和箍筋52绑扎形成的钢筋笼5，将所述钢筋笼5插入所述基础6内锚固；

步骤S3：将拉结钢筋2穿过所述钢管1，被所述钢管1分为第一部分21、第二部分22和第三部分23；所述拉结钢筋2的两端分别固连在所述钢筋笼5上，或所述拉结钢筋2的两端冷弯形成勾状结构，并分别勾连在所述钢筋笼5相对两侧的纵筋51上；

步骤S4：在钢筋笼5外搭设模板，在所述钢管1内浇筑第一高强再生混凝土3，锚固所述拉结钢筋2的第二部分22；在所述钢管1内浇筑第二高强再生混凝土4，锚固所述拉结钢筋2的第一部分21和第三部分23；

步骤S5：拆模养护，形成高强再生混凝土叠合柱。

具体过程如下：

步骤S1：预制加工圆柱形钢管1，在管壁相对两侧每隔一定竖向距离打第一通孔11和第二通孔12，每排第一通孔11和第二通孔12处同一水平线上，且上排第一通孔11和第二通孔12的连线与下排第一通孔11和第二通孔12的连线呈90°设置。

步骤S2：将所述钢管1插入基础6内固定，在钢管1外按柱的设计尺寸将箍筋52和纵筋51绑扎形成方形钢筋笼5，并伸入基础6内固定。

步骤S3：将加工好的两端带弯钩的拉结钢筋2依次从第一通孔11和对应第二通孔12穿过(或将拉结钢筋2先从第一通孔11和对应第二通孔12穿过，再在现场进行两端的弯折，拉结钢筋2两端的弯折角度可以为90°或180°，但不限于此)，拉结钢筋2两端分别勾住一根纵筋51，后与钢筋笼5绑扎为一体。

步骤S4：在钢筋笼5外搭设模板，先浇筑钢管1内第一高强再生混凝土3，接着浇筑钢管1外第二高强再生混凝土4，浇筑振捣到预定标高时将其表面找平。

步骤S5：拆模养护，形成高强再生混凝土叠合柱。

与上述实施例相同的结构在此不再赘述。

本发明的高强再生混凝土叠合柱，充分发挥叠合柱和再生混凝土材料的性能优势，利用钢管上打孔，孔内穿筋的方式，提高施工质量，改善受力性能，使外围钢筋混凝土和核心钢管混凝土在共同抵抗水平地震作用时协同互补，提高叠合柱的抗震能力和震后可修复性。

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 (10)

1.一种高强再生混凝土叠合柱，包括钢管、浇筑在所述钢管内的第一高强再生混凝土和浇筑在所述钢管外的第二高强再生混凝土，其特征在于，还包括：拉结钢筋；所述拉结钢筋穿过所述钢管并被所述钢管分为第一部分、第二部分和第三部分；所述第二部分锚固在所述第一高强再生混凝土内，所述第一部分和第三部分分别锚固在所述第二高强再生混凝土内。

2.如权利要求1所述的高强再生混凝土叠合柱，其特征在于，所述钢管壁上设有第一通孔和第二通孔，所述拉结钢筋的第一部分穿过所述第一通孔与所述第二部分相连，所述拉结钢筋的第二部分穿过所述第二通孔与所述第三部分相连。

3.如权利要求2所述的高强再生混凝土叠合柱，其特征在于，所述拉结钢筋的第一部分、第二部分和第三部分为一整体。

4.如权利要求3所述的高强再生混凝土叠合柱，其特征在于，所述高强再生混凝土叠合柱包括多个拉结钢筋；所述钢管壁上设有多排与所述拉结钢筋对应的第一通孔和第二通孔；每个所述拉结钢筋的第一部分穿过所述第一通孔与所述第二部分相连，所述拉结钢筋的第二部分穿过对应所述第二通孔与所述第三部分相连。

5.如权利要求4所述的高强再生混凝土叠合柱，其特征在于，每排所述第一通孔和所述第二通孔处于同一水平面上，且上排所述第一通孔和第二通孔的连线与下排所述第一通孔和第二通孔的连线相互垂直。

6.如权利要求5所述的高强再生混凝土叠合柱，其特征在于，每排所述第一通孔和第二通孔沿所述钢管的横断面的直径方向相对设置。

7.如权利要求1所述的高强再生混凝土叠合柱，其特征在于，所述第一高强再生混凝土的强度等级为C50-C80，所述第二高强再生混凝土的强度等级为C40-C60，且所述第二高强再生混凝土的强度低于所述第二高强再生混凝土的强度。

8.如权利要求1-7任一项所述的高强再生混凝土叠合柱，其特征在于，还包括由多个纵筋和箍筋绑扎形成的钢筋笼，所述钢筋笼设置在所述钢管的外围；所述拉结钢筋的第一部分和第三部分远离所述第二部分的一端分别与所述钢筋笼固连；或

所述拉结钢筋的第一部分和第三部分远离所述第二部分的一端端部冷弯形成勾状结构，并分别与所述钢筋笼相对两侧的纵筋勾连。

9.如权利要求8所述的高强再生混凝土叠合柱，其特征在于，所述钢管的直径D为所述高强再生混凝土叠合柱柱高的1/2，且D≥200mm；所述钢管的厚度H≥120mm，且D/H≤75。

10.一种高强再生混凝土叠合柱的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：将预制的钢管插入基础内锚固；

步骤S2：在所述钢管的外围预制由纵筋和箍筋绑扎形成的钢筋笼，将所述钢筋笼插入所述基础内锚固；

步骤S3：将拉结钢筋穿过所述钢管，被所述钢管分为第一部分、第二部分和第三部分；所述拉结钢筋的两端分别固连在所述钢筋笼上，或所述拉结钢筋的两端冷弯形成勾状结构，并分别勾连在所述钢筋笼相对两侧的纵筋上；

步骤S4：在钢筋笼外搭设模板，在所述钢管内浇筑第一高强再生混凝土，锚固所述拉结钢筋的第二部分；在所述钢管内浇筑第二高强再生混凝土，锚固所述拉结钢筋的第一部分和第三部分；

步骤S5：拆模养护，形成高强再生混凝土叠合柱。