CN109098351A - 基于变形吸能原理的多灾种联合防护功能钢管混凝土结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于变形吸能原理的多灾种联合防护功能钢管混凝土结构，该结构包括钢管和套设在钢管外周的防护罩，所述钢管的内腔浇筑有混凝土柱；所述钢管的外壁与防护罩的内壁围合形成容纳空气的腔体，所述腔体内设置有与钢管的外壁和防护罩的内壁固定连接的空气格栅，所述空气格栅包括若干圈环绕钢管外周布置的波纹板组件。本发明在钢管与防护罩形成的腔体内设置有空气格栅，空气格栅内部被空气充满，起到一定的隔热、防火作用，而且在撞击作用下可产生明显的塑性变形而吸收撞击能量，避免内层结构直接承受撞击作用而破坏。
Description
技术领域
本发明涉及钢管混凝土结构的技术领域，具体涉及一种基于变形吸能原理的多灾种联合防护功能钢管混凝土结构。
背景技术
钢管混凝土是由钢管中填充混凝土而形成能共同承受外荷载作用的结构构件，采用钢和混凝土两种材料相互弥补彼此的弱点，充分发挥彼此的长处。常规的钢管混凝土受力结构构件以各种柱、梁、板或组合结构为主，在大跨、重载、轻型桥梁等结构中有着越来越广泛的应用。
在实际使用过程中，现有的钢管混凝土结构主要存在以下缺陷：(1)由于常年经受动荷载作用，容易造成内层结构直接承受撞击作用，易发生局部屈曲，最终导致钢管混凝土结构破坏；(2)在防护火灾、撞击等耦合灾害作用时候防护能力较弱或防护功能单一，易造成结构迅速破坏而失稳，使得钢管混凝土结构的发展与应用受到限制。因此，需对现钢管混凝土结构进行相应改进。
发明内容
本发明的目的在于克服上述背景技术的不足，提供一种防火、防撞击的基于变形吸能原理的多灾种联合防护功能钢管混凝土结构。
为实现上述目的，本发明所设计的一种基于变形吸能原理的多灾种联合防护功能钢管混凝土结构，包括钢管和套设在钢管外周的防护罩，所述钢管的内腔浇筑有混凝土柱；所述钢管的外壁与防护罩的内壁围合形成容纳空气的腔体，所述腔体内设置有与钢管的外壁和防护罩的内壁固定连接的空气格栅，所述空气格栅包括若干圈环绕钢管外周布置的波纹板组件。
上述技术方案中，相邻两圈所述波纹板组件之间设置有波纹钢管。
上述技术方案中，所述波纹板组件由若干块环绕钢管周向均匀间隔布置的波纹钢板组成，相邻两圈所述波纹板组件的波纹钢板交错布置。
上述技术方案中，所述波纹板组件与相邻的波纹钢管之间通过焊接的方式固定。
上述技术方案中，所述波纹钢管的横截面形状呈圆形、椭圆形、多边形或曲边形中的一种。
上述技术方案中，所述钢管内预埋有若干根型钢。
上述技术方案中，所述钢管的横截面形状呈圆形、椭圆形、多边形或曲边形中的一种。
上述技术方案中，所述防护罩的横截面形状呈圆形、椭圆形、多边形或曲边形中的一种。
上述技术方案中，所述防护罩为由金属材料制成的刚性构件。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
其一，本发明的钢管的外壁与防护罩的内壁围合形成容纳空气的腔体，并在腔体内设置有由波纹钢板构成的空气格栅，空气格栅内部被空气充满，起到一定的隔热、防火作用，而且波纹钢板在撞击作用下可产生明显的塑性变形而吸收撞击能量，避免内层结构直接承受撞击作用而破坏。
其二，本发明的钢管外周设置有防护罩，防护罩主要起到防火作用，在一定时间内防止火灾发生后火焰直接烧蚀内层的钢管混凝土结构，避免内层的结构过快升温导致结构失稳，此外，防护罩还可以经受一定的撞击作用，对内部结构起到一定防护。
其三，本发明的结构具备防护火灾、撞击多灾种耦合作用的功能，可以作为防灾的柱、梁、板等构件或组合构件，广泛适用于建筑或工业等其他领域各处重点保护部位。
附图说明
图1为本发明第一种实施方式的基于变形吸能原理的多灾种联合防护功能钢管混凝土结构的结构示意图；
图2为本发明第二种实施方式的基于变形吸能原理的多灾种联合防护功能钢管混凝土结构的结构示意图；
图3为本发明第三种实施方式的基于变形吸能原理的多灾种联合防护功能钢管混凝土结构的结构示意图；
图4为本发明第四种实施方式的基于变形吸能原理的多灾种联合防护功能钢管混凝土结构的结构示意图；
图中：1-钢管、2-防护罩、3-混凝土柱、4-环形空腔、5-空气格栅、6-波纹板组件、6.1-波纹钢板、7-波纹钢管、8-型钢。
具体实施方式
下面结合实施案例详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
实施例1：
如图1所示本发明的第一种基于变形吸能原理的多灾种联合防护功能钢管混凝土结构，包括钢管1和套设在钢管1外周的防护罩2，钢管1的内腔浇筑有混凝土柱3。钢管1和防护罩2的横截面形状均呈圆形，防护罩采用强度较高、耐高温的金属材料(如锰钢)制成。混凝土柱3由常规混凝土，按实际荷载要求设计，但不限于常规混凝土，可以掺入纤维或外掺剂形成高性能混凝土浇筑而成。
防护罩2主要起到防火作用，在一定时间内防止火灾发生后火焰直接烧蚀内层的钢管混凝土结构，避免内层的结构过快升温导致结构失稳，此外，防护罩2还可以经受一定的撞击作用，对内部结构起到一定防护。内层的钢管1和混凝土柱3结构承载主要的荷载，为主要受力构件，由钢管内部浇筑混凝土形成，钢管类型、混凝土标号由实际工程荷载需求确定其尺寸及强度。
钢管1的外壁与防护罩2的内壁围合形成容纳空气的腔体4，腔体4内设置有与钢管1的外壁和防护罩2的内壁固定连接的空气格栅5，空气格栅5内部被空气充满，起到一定的隔热、防火作用。空气格栅5包括两圈环绕钢管1外周布置的波纹板组件6，相邻两圈波纹板组件6之间设置有波纹钢管7。波纹板组件6由若干块环绕钢管1周向均匀间隔布置的波纹钢板6.1组成，若干块波纹钢板6.1呈圆环状布置，相邻两圈波纹板组件6的波纹钢板6.1交错布置。波纹板组件6与相邻的波纹钢管7之间、纹板组件6与钢管1的外壁、防护罩2的内壁均通过焊接的方式固定。
空气格栅5分布于外层的防护罩与内层的钢管之间，在撞击作用下可产生明显的塑性变形而吸收撞击能量，避免内层结构直接承受撞击作用而破坏，波纹钢板在迎接撞击方向上主要产生压缩变形吸能，在钢管背侧以撞击后防护罩的远离造成拉伸变形而吸能，在左右两侧则以撞击后防护罩的侧向滑动产生剪切错动变形而吸能。
本发明结构的制作方法，包括如下步骤：
步骤1：准备钢管1，然后在钢管1内浇筑混凝土柱3；
步骤2：待混凝土柱3固化产生一定强度后，沿钢管1分块将第一圈波纹板组件6焊接在钢管1上，然后在第一圈波纹板组件6外侧焊接波纹钢管7，可以将加工好的波纹钢管7整体从钢管1一端套入后，再分别与每块波纹钢板6.1焊接，也可以将波纹钢管7先分片做成多块圆弧形，然后分段与第一圈的波纹钢板6.1焊接，最后拼接为一整圈波纹钢管7结构；
步骤3：焊接第二圈波纹钢板6.1于波纹钢管7上；
步骤4：套入外侧的防护罩2，然后将第二圈波纹钢板6.1与防护罩2进行焊接。
实施例2：
如图2所示本发明的第二种基于变形吸能原理的多灾种联合防护功能钢管混凝土结构，本实施例2在实施例1的基础上，在钢管1的内部预埋有型钢8，以增加结构的整体刚度，以满足荷载较大时结构的需要。型钢8可采用工字钢形式，在实施例1的制作步骤1浇筑混凝土柱3之前预先放入型钢8再浇筑混凝土，其余制作步骤均与实施例1相同。
实施例3：
如图3所示本发明的第三种基于变形吸能原理的多灾种联合防护功能钢管混凝土结构，本实施例3与实施例1实施及制作步骤相同，不同之处于将钢管1和防护罩2的横截面形状设置为矩形状，每圈的波纹板组件6由若干块波纹钢板6.1呈矩形状布置，以满足其他方柱、矩形柱、梁、板结构的需要。
实施例4：
如图4所示本发明的第四种基于变形吸能原理的多灾种联合防护功能钢管混凝土结构，本实施例4与实施例3实施及制作步骤相同，不同之处在于在钢管1的内部预埋有型钢8，以增加结构的整体刚度，以满足荷载较大时结构的需要。型钢数量不限于一根，具体数量根据外部尺寸及设计荷载确定。
本发明的实施方式不限于以上具体结构形式，可根据实际需要采取多种形状或组合形状。波纹钢板可以布置一圈，也可以布置多圈，而不限于实施例中的两圈。型钢可根据整体结构形式需要而不限于工字钢。本发明的结构整体的尺寸及布局、波纹钢管的尺寸、波纹钢板的尺寸及沿圆周的分布数量、钢管和混凝土柱的强度可由实际场地条件及实际荷载情况、预计可能发生的灾害作用大小按照国家标准给出的钢材、混凝土等材料强度参数进行设计。
其它未详细说明的均属于现有技术。
Claims (9)
1.一种基于变形吸能原理的多灾种联合防护功能钢管混凝土结构，其特征在于：包括钢管(1)和套设在钢管(1)外周的防护罩(2)，所述钢管(1)的内腔浇筑有混凝土柱(3)；所述钢管(1)的外壁与防护罩(2)的内壁围合形成容纳空气的腔体(4)，所述腔体(4)内设置有与钢管(1)的外壁和防护罩(2)的内壁固定连接的空气格栅(5)，所述空气格栅(5)包括若干圈环绕钢管(1)外周布置的波纹板组件(6)。
2.根据权利要求1所述的基于变形吸能原理的多灾种联合防护功能钢管混凝土结构，其特征在于：相邻两圈所述波纹板组件(6)之间设置有波纹钢管(7)。
3.根据权利要求2所述的基于变形吸能原理的多灾种联合防护功能钢管混凝土结构，其特征在于：所述波纹板组件(6)由若干块环绕钢管(1)周向均匀间隔布置的波纹钢板(6.1)组成，相邻两圈所述波纹板组件(6)的波纹钢板(6.1)交错布置。
4.根据权利要求3所述的基于变形吸能原理的多灾种联合防护功能钢管混凝土结构，其特征在于：所述波纹板组件(6)与相邻的波纹钢管(7)之间通过焊接的方式固定。
5.根据权利要求4所述的基于变形吸能原理的多灾种联合防护功能钢管混凝土结构，其特征在于：所述波纹钢管(7)的横截面形状呈圆形、椭圆形或多边形中的一种。
6.根据权利要求1～5所述的基于变形吸能原理的多灾种联合防护功能钢管混凝土结构，其特征在于：所述钢管(1)内预埋有若干根型钢(8)。
7.根据权利要求6所述的基于变形吸能原理的多灾种联合防护功能钢管混凝土结构，其特征在于：所述钢管(1)的横截面形状呈圆形、椭圆形或多边形中的一种。
8.根据权利要求7所述的基于变形吸能原理的多灾种联合防护功能钢管混凝土结构，其特征在于：所述防护罩(2)的横截面形状呈圆形、椭圆形或多边形中的一种。
9.根据权利要求8所述的基于变形吸能原理的多灾种联合防护功能钢管混凝土结构，其特征在于：所述防护罩(2)为由金属材料制成的刚性构件。
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