CN110607877A - 一种带开孔t形肋的l形钢管再生混凝土异形柱及作法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带开孔T形肋的L形钢管再生混凝土异形柱及作法，其中，异形柱包括L形钢管骨架、T形肋骨架、加强箍骨架和全再生混凝土；所述L形钢管骨架由多块钢板焊接而成；所述T形肋骨架由两块钢板焊接而成，且腹板开设孔洞，开孔T形肋以并列或错列方式与L形钢管内壁焊接；所述加强箍骨架为由螺旋箍筋与纵筋绑扎形成的钢筋笼；所述全再生混凝土的粗骨料全部来源于废弃混凝土。在上述方案中，L形钢管和加强箍可提高全再生混凝土承载力，促进废弃混凝土循环利用幅度；开孔T形肋可改善钢管与全再生混凝土的粘结性能，延缓钢管的局部屈曲；同时，上述方案可在工厂预制，现场施工无需模板，生产效率及全再生混凝土的质量得到提高。

Description

一种带开孔T形肋的L形钢管再生混凝土异形柱及作法

技术领域

本发明涉及一种建筑构件，特别涉及一种采用全再生混凝土和开孔T形肋的L形钢管混凝土异形柱，属于钢与混凝土组合结构技术领域。

背景技术

随着我国城市建设的高速发展，已有建筑物的加固与修缮、城市新区和住宅小区的不断开发和规模化建设以及市政公用设施的新建，均会产生大量的建筑垃圾。此外，我国每年都有大量的建筑结构因达到设计使用年限而拆除。据统计，“十二五”期间，我国每年拆除的建筑面积约4.6亿平方米，而每万平方米的拆除工程会产生7000吨 – 12000吨建筑垃圾。然而，绝大部分建筑垃圾主要采取回填、掩埋和露天堆放的处理方式，耗用巨额的征用土地费、垃圾清运费等建设经费。同时，大量的建筑垃圾随意堆放，不仅占用土地，而且污染环境，直接或间接地影响空气质量。建筑垃圾已经加剧了我国城市土地、资源的紧张局面，严重影响了社会经济和生态环境的协调发展。

与此同时，对混凝土的需求仍在不断加大。据统计，近五年年均混凝土用量约20亿立方米，天然骨料开采用量约40亿吨，大量的天然砂石骨料由于不断开采而日趋枯竭，造成生态破坏。由此可见，研究废弃混凝土的再生利用迫在眉睫，而且意义重大。

目前，国内高层、超高层建筑迅猛发展，钢管混凝土柱是一种将钢管结构与混凝土结构优点结合为一体的组合结构形式。同时，异形柱结构体系避免了普通框架柱室内柱楞突出、占用建筑空间的问题，改善了建筑观瞻，为建筑设计及使用功能带来灵活性和方便性。将再生混凝土灌入钢管异形柱中，可形成钢管再生混凝土异形柱，外部钢管对内部再生混凝土的约束作用可显著改善再生混凝土的受力性能，促进了再生混凝土的应用和推广；同时，与钢筋混凝土异形柱相比，该结构体系具有施工简便、节约模板、承载能力和抗震能力优良的特点。

但是，由于柱子主要承受轴向压力，当钢管混凝土异形柱达到极限承载力时，角部钢管发生塑性变形，异形柱各肢中部钢管与混凝土易发生剥离或产生局部失稳。研究表明：导致上述技术问题的主要原因是外钢管对核心混凝土所产生的约束力不足。在现阶段实际应用中，为了弥补钢管对核心混凝土约束能力不足的缺陷，主要采用在钢管内壁焊接栓钉或矩形肋板等构造措施，劳动量大且效果并不理想。

发明内容

发明目的：针对大量建筑垃圾亟待处理，天然资源过度开采，以及现有异形柱技术存在的不足之处，一个目的是提供一种承载力高、协同工作性能强且稳定性好、可高效实现建筑废弃物资源化利用的带开孔T形肋L形钢管再生混凝土异形柱，进一步的目的是提供上述带开孔T形肋L形钢管再生混凝土异形柱的制作施工方法。

技术方案：一种带开孔T形肋的L形钢管再生混凝土异形柱，包括L形钢管骨架、T形肋骨架、加强箍骨架和全再生混凝土；所述L形钢管骨架由钢板焊接而成；所述T形肋骨架由两块钢板焊接而成，且腹板开设孔洞，开孔T形肋通过并列或错列方式与L形钢管内壁焊接；所述加强箍骨架为由螺旋箍筋与纵筋绑扎形成的钢筋笼；所述全再生混凝土中的粗骨料全部来源于废弃混凝土。

作为方案的进一步优化，所述开孔T形肋在腹板上均匀等间距开设孔洞，孔洞形状为圆形或正六边形，且孔心位于同一竖直线上，孔洞间距为100 mm – 300 mm。

作为方案的进一步优化，所述加强箍骨架安置于纵横柱肢交汇处。螺旋箍筋间距d为40 mm – 80 mm，直径为8 mm – 12mm；纵筋沿加强箍圆周均匀布置6根，直径为6 mm – 10mm，且纵筋直径小于螺旋箍筋直径。

作为方案的进一步优化，所述全再生混凝土强度等级为C30，废弃混凝土强度等级不低于C25；以重量份数计，所述全再生混凝土配合比为，水：水泥：砂：再生粗骨料：粉煤灰：减水剂= 1:1.60:1.87:4.17:0.32:0.01。

进一步的，本发明提供了一种上述带开孔T形肋的L形钢管再生混凝土异形柱制作及施工方法，包括如下步骤：

步骤1. 按照尺寸要求，在加工厂截取L形钢管的各组成钢板，然后，在T形肋的腹板上按要求开设孔洞，并将开孔T形肋按照一定间距与钢板进行焊接，最后，将各钢板焊接形成L形钢管异形柱；

步骤2. 在加工厂将钢筋制作成螺旋形状，并按照箍筋间距，沿圆周均匀绑扎纵筋，形成加强箍骨架；

步骤3. 将加工完成的L形钢管异形柱和加强箍运至施工现场，定位安装加强箍后，将L形钢管异形柱吊装至预定位置；

步骤4. 按照设计配合比，配制并浇筑全再生商品混凝土，自然养护28天后，即形成带开孔T形肋的L形钢管再生混凝土异形柱。

有益效果：

(1) 相较于钢筋混凝土异形柱，钢管再生混凝土异形柱无需模板，施工简便，具有较高的承载能力和良好的塑性变形能力；同时，在纵横柱肢交汇处设置加强箍，可有效提高相应全再生混凝土的承载能力和横向变形性能，使钢管再生混凝土异形柱优良的力学性能得以充分发挥；

(2) 在竖向开孔T形肋腹板上，开设等间距布置的多个孔洞，且全再生混凝土浇筑完毕后，T形肋腹板两个侧面的全再生混凝土均可以发挥抗剪作用，填充于孔洞中的全再生混凝土相当于多个竖向分布的插入孔洞的销钉，同时，T形肋的翼缘有效地限制了钢管内壁与全再生混凝土的分离。腹板、翼缘和全再生混凝土三者协同工作，大大改善了目前钢管混凝土普遍存在的钢管与混凝土粘结力不足的问题，同时，有效延缓了钢管局部屈曲的发生，提高了钢管再生混凝土异形柱的整体工作性能；

(3) 全再生混凝土既节约资源，保护生态环境，又减少了废弃混凝土填埋所占用的土地，符合国家倡导的“绿水青山就是金山银山”的环境保护宗旨；同时，在钢与混凝土组合结构领域应用全再生混凝土，加大了废弃混凝土循环再生的幅度，这对于建筑垃圾的高效资源化利用具有重要而深远的意义；

(4) 所采用的L形钢管异形柱与加强箍均在钢结构工厂加工制作，可以实现机械化批量生产，生产效率高，并大大节约工期，降低工程成本；同时，全再生混凝土在商品混凝土搅拌站选料、配制，再生骨料品质容易得到保证，全再生混凝土的质量及生产效率能够得到大幅度提高。

附图说明

图1是实施例1中带开孔T形肋的L形钢管再生混凝土异形柱的平面示意图；

图2是实施例2中带开孔T形肋的L形钢管再生混凝土异形柱的平面示意图；

图3是开圆孔T形肋立体示意图；

图4是开正六边形孔T形肋立体示意图；

图5是实施例1~2中加强箍立体示意图；

图6是 T形肋腹板圆孔切割示意图；

图7是 T形肋成形后的开圆孔腹板示意图；

图8是 T形肋腹板正六边形孔切割示意图；

图9是 T形肋成形后开正六边形孔腹板示意图。

图1~2中：1–L形钢管，2–开孔T形肋，3–加强箍，4–全再生混凝土。

具体实施方式

如图1至图5所示，本发明的带开孔T形肋的L形钢管再生混凝土异形柱包括L形钢管骨架(1)、T形肋骨架(2)、加强箍骨架(3)和全再生混凝土(4)。其中，L形钢管骨架由多块钢板焊接而成，钢板牌号为Q235或Q355，板厚4 mm – 8 mm，最大宽厚比为60，钢板焊接采用对接焊缝，可部分焊透或全焊透；加强箍骨架为由螺旋箍筋与纵筋绑扎形成的钢筋笼；全再生混凝土中的粗骨料全部来源于废弃混凝土。

在进一步的实施例中，加强箍骨架安置于纵横柱肢交汇处。螺旋箍筋由光面钢筋或热轧带肋钢筋弯曲而成，其强度等级为HPB300、HRB335、HRB400或HRB500，间距d为40 mm– 80 mm，直径为8 mm – 12mm；纵筋采用光面钢筋，强度等级为HPB300，沿加强箍圆周均匀布置6根，直径为6 mm – 10 mm，且纵筋直径小于螺旋箍筋直径。

在进一步的实施例中，全再生混凝土强度等级为C30，废弃混凝土强度等级为C25；以重量份数计，全再生混凝土配合比为，水：水泥：砂：再生粗骨料：粉煤灰：减水剂= 1:1.60:1.87:4.17:0.32:0.01。采用本行业规定的标准方法进行检测，实验数据如下：坍落度180 mm，和易性能优异，28天立方体试块破坏荷载为735.75 kN，抗压强度为32.7 MPa。

在进一步的实施例中，先对T形肋的腹板开孔，然后由开孔腹板与另一块翼缘钢板焊接组成T形肋骨架。所用的钢板牌号为Q235或Q355，板厚4 mm – 10 mm，最大宽厚比为40，腹板与翼缘焊接采用对接全焊透焊缝。T形肋在腹板上开设的孔洞均匀等间距，孔洞形状为圆形或正六边形，且孔心位于同一竖直线上，孔洞间距为100 mm – 300 mm。开孔T形肋通过并列或错列方式与L形钢管内壁焊接，可采用双面角焊缝形式。

实施例1

在该实施例中，T形肋在腹板上均匀等间距开设圆孔（见图3），开孔过程如图6所示：首先，从腹板一端沿预定的虚线进行切割，然后，从腹板另一端沿预定的点画线进行切割。切割完成后，产生①、②两块腹板，将①、②两块腹板错开对接，使①号腹板波谷对准②号腹板波峰，然后，在相邻波峰（谷）水平段结合处，采用对接全焊透焊缝将①、②两块腹板焊接成形。成形后的开圆孔腹板如图7所示。在该实施例中，由于L形异形柱肢厚较大，开孔T形肋通过并列方式与肢长方向对立两钢管内壁焊接（见图1），T形肋间距为200 mm，T形肋腹板截面高度不超过肢厚的1/3。

实施例2

在该实施例中，T形肋在腹板上均匀等间距开设正六边形孔（见图4），开孔过程如图8所示：从腹板右端沿预定的虚线进行切割，产生①、②两块腹板，将①、②两块腹板错开对接，使①号腹板半个正六边形孔对准②号腹板半个正六边形孔，然后，在两孔连接水平段，采用对接全焊透焊缝将①、②两块腹板焊接成形。成形后的开正六边形孔腹板如图9所示。在该实施例中，由于L形异形柱肢厚较小，开孔T形肋通过错列方式与肢长方向对立两钢管内壁焊接（见图2），T形肋间距为150 mm，T形肋腹板截面高度应大于肢厚的1/2。

进一步的，描述本发明制造上述带开孔T形肋的L形钢管再生混凝土异形柱的方法，包括如下步骤：

步骤1. 按照尺寸要求，在加工厂截取L形钢管的各组成钢板，然后，在T形肋的腹板上按要求开设孔洞，并将开孔T形肋按照一定间距与钢板进行焊接，最后，将各钢板焊接形成L形钢管异形柱；

步骤2. 在加工厂将钢筋制作成螺旋形状，并按照箍筋间距，沿圆周均匀绑扎纵筋，形成加强箍骨架；

步骤3. 将加工完成的L形钢管异形柱和加强箍运至施工现场，定位安装加强箍后，应计算L形钢管异形柱的受弯和受剪能力，确定合理的吊装方案，控制异形柱的变形在弹性范围之内，将异形柱吊装至预定位置；

步骤4. 按照设计配合比，配制并浇筑全再生商品混凝土，自然养护28天后，即形成带开孔T形肋的L形钢管再生混凝土异形柱。

在上述实施例中，L形钢管便于设计施工，避免柱楞突出，提高全再生混凝土的承载力，加强箍对纵横柱肢交汇处全再生混凝土具有较强的约束作用，L形钢管和加强箍协同作用，促进废弃混凝土循环利用的幅度；沿竖向布置的开孔T形肋比普通肋板多一道翼缘，且腹板均匀开孔，使现浇的全再生混凝土连成整体，可显著加强钢管与全再生混凝土的粘结性能，有效延缓钢管局部屈曲的发生。本发明采用的开孔T形肋和加强箍可使钢管与全再生混凝土的材料性能得到充分发挥，保证结构具有较高的承载能力和良好的抗震性能；同时，上述L形钢管、T形肋和加强箍可在工厂预制，全再生混凝土可在商品混凝土搅拌站配制，现场施工无需模板，生产效率及质量能够得到提高；且T形肋开孔方式节约钢材，增加腹板截面高度，降低工程造价。

以上所述仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种带开孔T形肋的L形钢管再生混凝土异形柱，包括L形钢管骨架(1)、T形肋骨架(2)、加强箍骨架(3)和全再生混凝土(4)，其特征在于：所述L形钢管骨架由多块钢板焊接而成；所述T形肋骨架由两块钢板焊接而成，且腹板开设孔洞，开孔T形肋通过并列或错列方式与L形钢管内壁焊接；所述加强箍骨架为由螺旋箍筋与纵筋绑扎形成的钢筋笼；所述全再生混凝土中的粗骨料全部来源于废弃混凝土。

2.根据权利要求1所述的带开孔T形肋的L形钢管再生混凝土异形柱，其特征在于：所述开孔T形肋在腹板上均匀等间距开设孔洞，孔洞形状为圆形或正六边形，且孔心位于同一竖直线上，孔洞间距为100 mm – 300 mm。

3.根据权利要求1所述的带开孔T形肋的L形钢管再生混凝土异形柱，其特征在于：所述加强箍骨架安置于纵横柱肢交汇处，螺旋箍筋间距d为40 mm – 80 mm，直径为8 mm – 12mm，纵筋沿加强箍圆周均匀布置6根，直径为6 mm – 10 mm且纵筋直径小于螺旋箍筋直径。

4.根据权利要求1所述的带开孔T形肋的L形钢管再生混凝土异形柱，其特征在于：所述全再生混凝土强度等级为C30，废弃混凝土强度等级不低于C25；以重量份数计，所述全再生混凝土配合比为，水：水泥：砂：再生粗骨料：粉煤灰：减水剂= 1:1.60:1.87:4.17:0.32:0.01。

5.权利要求1至4任一项所述带开孔T形肋的L形钢管再生混凝土异形柱的制作方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1. 按照尺寸要求，在加工厂截取L形钢管的各组成钢板，然后，在T形肋的腹板上按要求开设孔洞，并将开孔T形肋按照一定间距与钢板进行焊接，最后，将各钢板焊接形成L形钢管异形柱；

步骤2. 在加工厂将钢筋制作成螺旋形状，并按照箍筋间距，沿圆周均匀绑扎纵筋，制成加强箍骨架；

步骤3. 将加工完成的L形钢管异形柱和加强箍运至施工现场，定位安装加强箍后，将L形钢管异形柱吊装至预定位置；

步骤4. 按照设计配合比，配制并浇筑全再生商品混凝土，自然养护28天后，即形成带开孔T形肋的L形钢管再生混凝土异形柱。