CN109385953A - 一种波纹钢管-钢夹层复合管混凝土组合构件 - Google Patents

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    • E02D27/12—Pile foundations

Abstract

一种波纹钢管‑钢夹层复合管混凝土组合构件，它涉及一种建筑结构构件。本发明为解决现有的钢管混凝土结构耐腐性差、防撞和抗冲击能力弱、外钢管易向外发生局部鼓曲的问题。所述波纹钢管‑钢夹层复合管混凝土组合构件包括波纹钢管(1)、夹层填充物(2)、钢管(3)和核心混凝土(4)，钢管(3)位于波纹钢管(1)内且二者同轴设置，夹层填充物(2)填充在波纹钢管(1)和钢管(3)之间，波纹钢管(1)、夹层填充物(2)和钢管(3)构成波纹钢管‑钢夹层复合管，核心混凝土(4)填充在钢管(3)内。本发明的波纹管‑混凝土‑钢管组合构件用于建筑、桥梁柱墩上。

Description

一种波纹钢管-钢夹层复合管混凝土组合构件
技术领域
本发明属于一种建筑结构构件，具体涉及一种波纹钢管-钢夹层复合管混凝土组合构件，属于建筑、桥梁技术领域。
背景技术
钢管混凝土由于钢管的套箍作用使得核心混凝土处于三向受压状态，大大改善了核心混凝土的强度、塑性、韧性，同时核心混凝土也一定程度上延缓了钢管向内的局部屈曲，从而使得钢管混凝土较为充分地发挥了钢材和混凝土两种材料的优势，具有承载力高、抗震性能优异、经济性能突出等特点，目前在国内外土木工程领域得到了广泛的应用。但是，随着钢管混凝土在海洋结构、桥梁结构和风机塔架等领域中的应用比例逐渐上升，钢管混凝土裸露的外管及易遭受盐渍环境、邻海水域、工业环境等复杂环境的腐蚀作用，导致钢管和混凝土之间的组合效应逐渐发生退化，构件强度降低、延性变差、脆性增大，最终使得结构在未达到设计使用年限就已发生失效；此外，对于作为桥梁结构、海洋结构的钢管混凝土而言，除了容易遭受外部环境的腐蚀作用外，还经常受到船舶和车辆的撞击作用，严重影响了桥梁的安全性，容易导致经济损失大、死亡的安全事故。
发明内容
本发明为解决现有的钢管混凝土结构耐腐性差、防撞和抗冲击能力弱、外钢管易向外发生局部鼓曲的问题，进而提供一种波纹钢管-钢夹层复合管混凝土组合构件。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
本发明的波纹钢管-钢夹层复合管混凝土组合构件包括波纹钢管1、夹层填充物2、钢管3和核心混凝土4，钢管3位于波纹钢管1内且二者同轴设置，夹层填充物2填充在波纹钢管1和钢管3之间，波纹钢管1、夹层填充物2和钢管3构成波纹钢管-钢夹层复合管，核心混凝土4填充在钢管3内。
在一个实施方案中，波纹钢管1为镀锌波纹钢管，波纹钢管1为螺旋波纹钢管、环形波纹钢管或两个半管拼接。
在一个实施方案中，波纹钢管1由多个钢管通过法兰盘顺次螺栓连接而成。
在一个实施方案中，夹层填充物2的厚度为钢管3直径的1/5～1/25，夹层填充物2的厚度范围为20mm～200mm。
在一个实施方案中，夹层填充物2为灌浆料、细石混凝土或RPC高性能混凝土。
在一个实施方案中，波纹钢管3为圆管。
在一个实施方案中，核心混凝土4为普通混凝土、高强混凝土或再生混凝土。
在一个实施方案中，所述波纹钢管-钢夹层复合管混凝土组合构件在工厂内完成波纹钢管1、钢管3的制备以及夹层填充料2的浇筑工作，形成波纹钢管-钢夹层复合管，然后将波纹钢管-钢夹层复合管运至现场进行安装连接，再进行内部核心混凝土4的浇筑。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明通过外部的波纹钢管和夹层填充料使得钢管混凝土结构原本外露的钢管与外界环境实现了隔离，与外部环境直接接触的波纹钢管在镀锌层的保护下具有较好的耐腐蚀性能，且夹层填充料结构致密、防渗耐腐蚀性好，实现了对内部钢管的双重保护作用，较好地解决了钢管混凝土耐腐蚀性能差的问题；
本发明由波纹钢管、夹层填充料、钢管、核心混凝土四层材料组成，核心混凝土受到钢管和波纹钢管的双重约束作用，提高了构件的承载能力；钢管受到内部核心混凝土和外部夹层填充料的双重限制，一定程度上限制了钢管的的局部屈曲；夹层填充料实现了波纹钢管不规则表面与内部钢管之间的连接；充分发挥了四种材料的优势，改善了钢管混凝土的力学性能；
当本发明的混凝土构件受到车辆、船舶的撞击作用时，外部波纹钢管和夹层填充料可以起到缓冲作用，吸收车辆、船舶的撞击时产生的巨大能量；且夹层灌浆料的厚度和模量可根据实际工程进行调整，较好地解决了钢管混凝土的防撞、抗冲击能力差的问题；
本发明的钢管和波纹钢管可作为夹层填充物的浇筑模板，波纹钢管-钢夹层复合管可作为内部核心混凝土的浇筑模板，复合管轴向刚度大，施工过程中不需要额外的保护，且复合管能够实现工厂预制，减少了施工过程中的模板使用量，加快了施工速度，降低了工程造价。
附图说明
图1是本发明的整体结构立体示意图；
图2是本发明的整体结构剖视图。
图3是本发明的横截面示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1～3所示，本实施方式的波纹钢管-钢夹层复合管混凝土组合构件包括波纹钢管1、夹层填充物2、钢管3和核心混凝土4，钢管3位于波纹钢管1内且二者同轴设置，夹层填充物2填充在波纹钢管1和钢管3之间，波纹钢管1、夹层填充物2和钢管3构成波纹钢管-钢夹层复合管，核心混凝土4填充在钢管3内。
波纹钢管-钢夹层复合管混凝土组合构件的生产制作主要包括以下几个步骤：
步骤一、制备波纹钢管1：以镀锌螺旋波纹钢管为例，将普通钢板在波纹钢管制作机具生产线上进行热浸镀锌、机械轧制、螺旋卷管、咬口接缝等工艺完成波纹钢管的制作，并将波纹钢管切割成所需要的尺寸，并保证波纹钢管端部与管轴垂直；
步骤二、制备钢管3：通过购买无缝钢管或通过钢板卷曲焊接制备所需直径和厚度的钢管，并将钢管切割成所需的长度；
步骤三、制备复合管：将钢管放置在波纹钢管中并保证二者同轴，并在二者之间的空隙中浇筑夹层填充料2并进行必要的养护，其中内钢管和波纹钢管上下端头需预留必要的连接构造；
步骤四、浇筑核心混凝土4：将制备好的波纹钢管-钢夹层复合管运输至现场进行吊装就位和安装连接，波纹钢管-钢夹层复合管可承担施工过程中产生的荷载，最后从复合管底部或者顶部完成核心混凝土的浇筑，充分振捣密实后并进行养护，即完成了波纹钢管-钢夹层复合管混凝土组合构件的制备工作。
为增强夹层填充物2与钢管3之间的组合作用，避免在荷载作用夹层填充料和外钢管之间产生滑移，可在钢管3表面设置一定数量的抗剪键，抗剪键沿钢管3的圆周方向均布设置，抗剪键可以为抗剪栓钉或抗剪钢板。如此设计，可以增强钢管混凝土1的钢管和混凝土的黏结。
具体实施方式二：本实施方式波纹钢管1为镀锌波纹钢管，波纹钢管1为螺旋波纹钢管、环形波纹钢管或两个半管拼接。如此设计，外部环境直接接触的波纹钢管在镀锌层的保护下具有较好的耐腐蚀性能，且夹层填充料结构致密、防渗耐腐蚀性好，实现了对内部钢管的双重保护作用，较好地解决了钢管混凝土耐腐蚀性能差的问题。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式波纹钢管1由多个钢管通过法兰盘顺次螺栓连接而成。如此设计，工程应用中，在工厂先预制波纹钢管-钢夹层复合管，复合管内部的波纹钢管1和钢管3预留一定的长度，运输至现场后根据实际情况采用焊接或者法兰连接。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：如图1～3所示，本实施方式夹层填充物2的厚度为钢管3直径的1/5～1/25，夹层填充物2的厚度范围为20mm～200mm。如此设计，当本发明的混凝土构件受到车辆、船舶的撞击作用时，外部波纹钢管和夹层填充料可以起到缓冲作用，吸收车辆、船舶的撞击时产生的巨大能量；且夹层灌浆料的厚度和模量可根据实际工程进行调整，较好地解决了钢管混凝土的防撞、抗冲击能力差的问题。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：如图1～3所示，本实施方式夹层填充物2为灌浆料、细石混凝土或RPC高性能混凝土。如此设计，当构件所需防撞和抗冲击能力较高时，夹层填充料的厚度可适当增大，并采用弹性较好、模量较低的环氧树脂类灌浆料或橡胶等复合材料；当构件所需强度和刚度较大时，夹层填充物可采用高模量高强度的水泥基灌浆料或者细石混凝土等；当构件防腐性能要求较高时，夹层填充物可采用致密、抗渗和防腐性能较好的活性粉末混凝土等。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或四相同。
具体实施方式六：如图1和图2所示，本实施方式波纹钢管3为圆管。如此设计，其波纹钢管3的厚度和强度可按照实际需要进行选用。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：如图1和图3所示，本实施方式核心混凝土4为普通混凝土、高强混凝土或再生混凝土。如此设计，内部核心混凝土4的强度等级按照实际需要进行设计，荷载要求较高时，核心混凝土内部可配置钢筋或者型钢。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、四或六相同。
具体实施方式八：如图1～3所示，本实施方式所述波纹钢管-钢夹层复合管混凝土组合构件在工厂内完成波纹钢管1、钢管3的制备以及夹层填充料2的浇筑工作，形成波纹钢管-钢夹层复合管，然后将波纹钢管-钢夹层复合管运至现场进行安装连接，再进行内部核心混凝土4的浇筑。其它组成及连接关系与具体实施方式七相同。
以上实施例只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述事例限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
采用以下试验验证本发明的效果：
实施例：一种波纹钢管-钢夹层复合管混凝土组合构件，它具体由镀锌波纹钢管1、夹层填充物2、钢管3、核心混凝土4四部分构成，波纹钢管1为镀锌螺旋波纹钢管，其公称直径为264mm，厚度为1.45mm，高度为800mm，波高为6.5mm，波长为38mm，表面螺旋角为9°，钢材屈服强度为336MPa；
本实施例所述钢管3为圆钢管，其高度为800mm，直径为219mm，厚度为2mm，钢材屈服强度为270.2MPa；
本实施例所述夹层填充料为HGM-3型灌浆料，其平均厚度为22mm，其立方体抗压强度为68.8MPa；
本实施例所述内部核心混凝土为C30级普通混凝土，其立方体抗压强度为31.5MPa；
按照本发明具体实施方式制作了波纹钢管-钢夹层复合管混凝土组合构件共三个，通过轴压试验测得其轴压承载力分别为2993.4kN、3067.6kN、3120.2kN，采用“钢管混凝土统一理论”对相同几何条件和相同套箍系数的钢管混凝土试件进行了计算，得到其轴压承载力为2556.3kN。由此可见，本发明得到的波纹钢管-钢夹层复合管混凝土组合构件相对于相同几何条件和相同套箍系数的钢管混凝土承载力提高了接近20％，且构件具有更好的延性、抗腐蚀性能、防撞和抗冲击性能。
本实施例通过试验验证了本发明所带来的有益效果。

Claims (8)

1.一种波纹钢管-钢夹层复合管混凝土组合构件，其特征在于：所述波纹钢管-钢夹层复合管混凝土组合构件包括波纹钢管(1)、夹层填充物(2)、钢管(3)和核心混凝土(4)，钢管(3)位于波纹钢管(1)内且二者同轴设置，夹层填充物(2)填充在波纹钢管(1)和钢管(3)之间，波纹钢管(1)、夹层填充物(2)和钢管(3)构成波纹钢管-钢夹层复合管，核心混凝土(4)填充在钢管(3)内。
2.根据权利要求1所述的波纹钢管-钢夹层复合管混凝土组合构件，其特征在于：波纹钢管(1)为镀锌波纹钢管，波纹钢管(1)为螺旋波纹钢管、环形波纹钢管或两个半管拼接。
3.根据权利要求1或2所述的波纹钢管-钢夹层复合管混凝土组合构件，其特征在于：波纹钢管(1)由多个钢管通过法兰盘顺次螺栓连接而成。
4.根据权利要求3所述的波纹钢管-钢夹层复合管混凝土组合构件，其特征在于：夹层填充物(2)的厚度为钢管(3)直径的1/5～1/25，夹层填充物(2)的厚度范围为20mm～200mm。
5.根据权利要求1、2或4所述的波纹钢管-钢夹层复合管混凝土组合构件，其特征在于：夹层填充物(2)为灌浆料、细石混凝土或RPC高性能混凝土。
6.根据权利要求5所述的波纹钢管-钢夹层复合管混凝土组合构件，其特征在于：波纹钢管(3)为圆管。
7.根据权利要求1、2、4或6所述的波纹钢管-钢夹层复合管混凝土组合构件，其特征在于：核心混凝土(4)为普通混凝土、高强混凝土或再生混凝土。
8.根据权利要求7所述的波纹钢管-钢夹层复合管混凝土组合构件，其特征在于：所述波纹钢管-钢夹层复合管混凝土组合构件在工厂内完成波纹钢管(1)、钢管(3)的制备以及夹层填充料(2)的浇筑工作，形成波纹钢管-钢夹层复合管，然后将波纹钢管-钢夹层复合管运至现场进行安装连接，再进行内部核心混凝土(4)的浇筑。
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