CN108894328A - 一种新型组合柱及组装方法 - Google Patents

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邱增美
宋明昊
张明远
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    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/18—Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons
    • E04B1/30—Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons the supporting parts being composed of two or more materials; Composite steel and concrete constructions
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00—Structural elongated elements designed for load-supporting
    • E04C3/30—Columns; Pillars; Struts
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Abstract

本发明属于土木工程技术领域，涉及一种新型组合柱及组装方法。包括外钢管、混凝土、填充材料，所述填充材料置于外钢管内的中心位置，混凝土浇筑在外钢管与填充材料之间。本申请组合构件具有良好的抗拉性，抗压性以及抗弯性，且相比部分取替的混凝土组合构件承载力提高了约10％，自重减轻55％‑85％，施工简单，环保。

Description

一种新型组合柱及组装方法
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，涉及一种新型组合柱及组装方法。
背景技术
钢管混凝土利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用，提高混凝土强度的同时延缓或避免钢管过早出现局部屈曲，从而保证其材料性能的充分发挥。因此，钢管混凝土因其具有承载力高、延性性能好、耐火性能好、施工方便等优势，广泛应用于高层建筑、工业厂房和大跨桥梁中，并获得良好收益。
为了提高结构的安全性、减少构件截面尺寸及自重等因素，新型的钢管混凝土组合结构逐步出现。研究者在核心混凝土中添加钢筋来增强结构的延性及抗火性能；在钢管中加入空钢管再浇筑混凝土形成夹层钢管混凝土结构以提高组合构件抗弯刚度及混凝土的约束作用；在钢管中放置型钢再浇筑混凝土形成型钢钢管混凝土结构以提高组合构件的抗压性能、减少构件截面尺寸等。
近年来，随着新材料在土木工程领域中的发展与应用，涌现出一系列由高强混凝土、纤维混凝土、橡胶混凝土以及纤维增强塑料等新材料组成的新型钢管混凝土组合构件。
木材具有良好的弹韧性、材质轻以及耐冲击等特点，加工能耗小，能够固碳、减少环境污染；竹材具有生长周期短、产量高、质量轻、强度高、韧性好、环保及可再生等优点，两者均具有良好的抗压性能、抗拉性能及抗弯性能等。
与钢材、混凝土、纤维增强塑料等材料相比，木材和竹材均为很好的绿色材料，可实现工厂内标准化、模数化的生产，无需现场施工。利用木材或竹材作为现代建筑材料符合社会可持续发展的要求。
因此，结合现有钢管混凝土构件形式，本专利提出采用木材或竹材取替型钢、高强混凝土、纤维混凝土、橡胶混凝土以及纤维增强塑料等形成新型的钢管混凝土组合构件。
发明内容
本发明的目的在于将木材、竹材等绿色环保的生物质工程材料部分代替钢材、混凝土等高污染材料，提高钢管混凝土组合构件性能的同时，推进发展低能耗新兴产业的步伐，促进节能减排的有效实施。
为了达到上述目的，本发明提供一种新型组合柱及组装方法，解决了现有技术中存在的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种新型组合柱，包括外钢管1、混凝土2、填充材料3，所述填充材料3置于外钢管1内的中心位置，混凝土2浇筑在外钢管1与填充材料3之间。
优选的，所述外钢管1的截面为圆形、正方形，所述填充材料3的截面形状为圆形、正方形、长方形、条形、十字形。
优选的，所述外钢管1为普通钢材或高强钢材制作，混凝土为普通混凝土或高强混凝土。
优选的，所述填充材料3为竹材或木材。
优选的，所述外钢管1的长度与填充材料3的长度相等。
优选的，所述的木材和竹材为原木竹或者经过处理加工的重组木竹。
优选的，所述新型组合柱的截面含钢率为4％-20％。
一种新型组合柱的组装方法，具体步骤为：
步骤一：根据建筑要求计算所述外钢管1、填充材料3的尺寸；
步骤二：填充材料3表面涂有防水层和防腐层；
步骤三：将填充材料3放入外钢管1内中心位置；
步骤四：在填充材料3四周灌注混凝土2。
本发明的有益效果是：
本申请将木材(竹材)置于外钢管内的中心位置，浇筑混凝土，钢材强度的提高可明显提高新型组合柱的承载能力，内置木材(竹材)的新型组合柱的承载力与纯钢管混凝土组合柱相比提高了约10％；外钢管内的填充材料选用木材和竹材，其均为绿色材料，具有质量轻、强度高、韧性好、加工能耗低、经济环保等特点，其抗压性能、抗拉性能及抗弯性能均良好，用于本申请的组合柱中可以减轻结构自重、降低工程造价，符合社会可持续发展的要求；同时木材隔热性能好，在同等条件下，其隔热值比标准混凝土高16倍，比钢材高400倍，在钢管混凝土中内置木材可有效的提高组合构件的隔热性能。
在本申请中，在钢管与混凝土约束作用下，木材与竹材的强度均可得到提高，充分发挥其力学性能，进而提高组合柱的整体性能，内部填充材料选用木材或竹材替代部分混凝土，相比这部分的混凝土的自重可减少55％-85％。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1是本申请组合柱的结构示意图；
图2是外钢管与填充材料截面均为圆形的示意图；
图3是外钢管截面为圆形与填充材料截面为正方形的示意图；
图4是外钢管截面为圆形与填充材料截面为长方形的示意图；
图5是外钢管截面为圆形与填充材料截面为长条的示意图；
图6是外钢管截面为圆形与填充材料截面为十字形的示意图；
图7是外钢管截面为正方形与填充材料截面为圆形的示意图；
图8是外钢管截面与填充材料截面均为正方形的示意图；
图9是外钢管截面为正方形与填充材料截面为长方形的示意图；
图10是外钢管截面为正方形与填充材料截面为长条的示意图；
图11是外钢管截面为正方形与填充材料截面为十字的示意图；
图中：外钢管-1，混凝土2，填充材料-3。
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做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。
实施例1:参考图1-11，一种新型组合柱，包括外钢管1、混凝土2、填充材料3，在本实施例中，外钢管1的截面为与填充材料3的截面一致，均为圆形，填充材料3为木材，混凝土2为普通混凝土，所述木材置于外钢管1内的中心位置，木材与外钢管1的长度相等，普通混凝土浇筑在木材的四周，使外钢管1、混凝土2和木材形成整体成为一个新型组合柱。
一种新型组合柱的组装方法，具体步骤为：
步骤一：根据建筑要求计算所述外钢管1、木材的尺寸；
步骤二：在木材表面涂有防水层和防腐层；
步骤三：木材放入外钢管1内的中心位置；
步骤四：在木材四周灌注普通混凝土。
优选的，如图8，在本实施例中，外钢管1的截面与填充材料3的截面均正方形；
优选的，外钢管1的截面与填充材料3的截面不一致，如图3-6，外钢管1截面为圆形，填充材料3的截面为正方形、长方形、条形或十字形；如图7以及图9-11，外钢管1截面为正方形，填充材料3截面为圆形、长方形、条形、十字形。
实施例2：在本实施例中，仅将填充材料3改为竹材，混凝土2改为高强混凝土，其余结构均与实施例1一致。
实施例3：下面结合实验对本发明的应用效果作进一步的说明。
在本实施例中填充材料3为木材，新型组合柱的直径为150mm，长为450mm，外钢管1的厚度为5mm，木材的直径80mm，木材的截面形状与钢管1的截面形状均为圆形，木材置于外钢管1内的中心外置，用普通混凝土浇筑在木材四周，使木材、混凝土与外钢管1形成一个新型组合柱；
对比组：设置与上述规格相同的钢管混凝土构件。
(1)竖向加载：
同时向新型组合柱和对比组的钢管混凝土构件加载竖向荷载，观察受力过程，加载初期，本申请组合构件与对比组的钢管混凝土构件并未出现变形情况；加载中期，继续向本申请组合构件与对比组的钢管混凝土构件施加相同的竖向加载，对比组的钢管混凝土构件出现明显鼓曲，而本申请的组合构件并未出现明显鼓曲；达到极限承载力之后继续加载，直至钢管混凝土构件破坏，由于竹材具有抗压性能、抗拉性能及抗弯性能均良好等优点，本申请的组合构件只是出现局部鼓曲严重的现象，经过多次试验，本申请的组合构件满足承载能力要求，且绿色环保。
(2)水平加载：
同时向新型组合柱和对比组的钢管混凝土构件加载水平荷载，在侧向加载过程中，组合构件在与钢管混凝土构件受到相同荷载时，本申请的新型组合柱未发生明显弯曲，经过多次试验，本申请的组合构件的竹材有效的提高了整体承载能力。
实施例4：在本实施例中填充材料3为竹材，新型组合柱的直径为150mm，长为800mm，外钢管1的厚度为6mm，木材的直径90mm，其余与实施例3相同，得出本申请组合构件具有良好的抗拉性，抗压性以及抗弯性。
本申请组合构件具有良好的力学性能，且相比部分取替的混凝土组合构件承载力提高了约10％，自重减轻55％-85％，施工简单，环保。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种新型组合柱，其特征在于，包括外钢管(1)、混凝土(2)、填充材料(3)，所述填充材料(3)置于外钢管(1)内的中心位置，混凝土(2)浇筑在外钢管(1)与填充材料(3)之间。
2.根据权利要求1所述的一种新型组合柱，其特征在于，所述外钢管(1)的截面为圆形、正方形，所述填充材料(3)的截面形状为圆形、正方形、长方形、条形、十字形。
3.根据权利要求1所述的一种新型组合柱，其特征在于，所述外钢管(1)为普通钢材或高强钢材制作，混凝土为普通混凝土或高强混凝土。
4.根据权利要求1所述的一种新型组合柱，其特征在于，所述填充材料(3)为竹材或木材。
5.根据权利要求1所述的一种新型组合柱，其特征在于，所述外钢管(1)的长度与填充材料(3)的长度相等。
6.根据权利要求4所述的一种新型组合柱，其特征在于，所述的木材和竹材为原木竹或者经过处理加工的重组木竹。
7.根据权利要求1所述的一种新型组合柱，其特征在于，所述新型组合柱的截面含钢率为4％-20％。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种新型组合柱的组装方法，其特征在于，具体步骤为：
步骤一：根据建筑要求计算所述外钢管(1)、填充材料(3)的尺寸；
步骤二：填充材料(3)表面涂有防水层和防腐层；
步骤三：将填充材料(3)放入外钢管(1)内的中心位置；
步骤四：在填充材料(3)四周灌注混凝土(2)。
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