CN110714528A - 一种具有复合构造的巨型方钢管混凝土构件 - Google Patents

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Abstract

一种具有复合构造的巨型方钢管混凝土构件主要应用于大型复杂建筑，包括方钢管、环向肋板、竖向肋板、拉结肋板、钢筋笼、拉结钢筋和混凝土。环向肋板为“口”字型水平焊接在方钢管壁内侧；竖向肋板为“一”字型竖向通长焊接在方钢管壁内侧；拉结肋板为“十”字型式，水平布置在方钢管中部，端部与相接触的方钢管壁内侧、环向肋板和竖向肋板可靠焊接；钢筋笼分布于在由拉结肋板和环向肋板形成的空间中；拉结钢筋水平布置将各钢筋笼拉结固定。通过在方钢管内部设置复合构造以提高界面黏结性能，限制四周钢管壁中部的鼓曲变形而增强约束效果，整个构件整体性较好，且施工简单，易于操作，将促进巨型方钢管混凝土构件的发展。

Description

一种具有复合构造的巨型方钢管混凝土构件
技术领域
本发明是一种具有复合构造的巨型方钢管混凝土构件，属于一种提高黏结性能及约束效果的组合结构构件。
背景技术
随着超高层、大跨度和其他复杂建筑的加速发展，对结构构件提出了高效低耗的要求，钢管混凝土构件具有良好的受力性能和抗震能力，是一种被广泛认可和普遍适用的高性能抗震构件，实际应用中圆钢管混凝土的用量远高于方钢管混凝土，大量研究也表明方钢管混凝土由于截面特性在抗压、抗震等方面均逊色于圆钢管混凝土，但其良好的建筑实用性和相对简单的节点构造仍使得方钢管混凝土仍具有很大的发展空间。
本发明通过在方钢管内部设置复合构造可大幅提高方钢管混凝土的界面黏结性能而使二者始终共同工作，有力地限制四周钢管壁中部的鼓曲变形而增强约束效果，整个构件整体性较好，且施工简单，易于操作。设置复合构造后可减小方形截面的不利性能而促进巨型方钢管混凝土构件的进一步发展和应用。
发明内容
本发明目的在于提供一种具有复合构造的巨型方钢管混凝土构件，主要应用于超高层、大跨度和其他复杂建筑中，通过在方钢管内部设置复合构造以提高方钢管混凝土的界面黏结性能，限制四周钢管壁中部的鼓曲变形，从而增强钢管约束效果，提高方钢管混凝土构件的承载能力和抗震能力，促进方钢管混凝土的发展和应用。
本发明采用以下技术方案：
具有复合构造的巨型方钢管混凝土构件，主要由方钢管、环向肋板、竖向肋板、拉结肋板、钢筋笼、拉结钢筋和混凝土组成；
所述方钢管为巨型截面，主要应用于超高层、大跨度或其他复杂建筑；所述环向肋板双面焊接在钢管壁内侧，整个环向肋板为完整的“口”字型式；所述竖向肋板通长双面焊接在钢管壁四周除角部外的内表面，竖向肋板为间断式布置的“一”字型式，与相接触的环向肋板和拉结肋板可靠焊接；所述拉结肋板由“一”字型肋板焊接为“十”字型式，在肋板端部中间位置开方形槽并与环向肋板良好组装，与相接触的钢管内侧、环向肋板和竖向肋板可靠焊接；所述钢筋笼分布于由拉结肋板和环向肋板形成的各空间中，包括纵筋和箍筋，节点采用绑扎连接或焊接；所述拉结钢筋与各钢筋笼以弯钩形式拉结固定，在拉结肋板的竖向空隙间均匀布置；所述混凝土密实填充，可为中高强或超高强混凝土，也可为再生混凝土或其他混凝土。
作为优选，所述巨型方钢管边长在2m及以上，厚度由《钢管混凝土结构技术规范》GB50936-2014求得，所用钢材强度不低于Q345。
作为优选，所述复合构造中肋板的厚度为方钢管厚度的1/2～2/3，宽度为方钢管混凝土截面边长的1/10～1/5。
作为优选，所述竖向肋板分布间距为1m～2m，所述环向肋板和拉结肋板一般分布间距为1.5m～3m，在节点位置加密间距为1m～2m。
作为优选，所述肋板的连接形式均为双面焊接，组装顺序为环向肋板-拉结肋板-竖向肋板。
作为优选，所述钢筋笼包括纵筋和箍筋，纵筋直径为20mm～40mm，箍筋直径为8mm～16mm，所用钢筋强度不低于400MPa。
作为优选，所述钢筋笼布置在拉结肋板形成的混凝土空间里，当单个空间直径超过2m时布置“回”字形双层钢筋笼，当单个空间直径超过3m时布置“三层钢筋笼。
作为优选，所述拉结钢筋以端部弯钩形式拉结各钢筋笼，在拉结肋板的竖向空隙间均匀设置，拉结钢筋直径为20mm～40mm。
作为优选，所述混凝土可为中高强或超高强混凝土，也可为再生混凝土或其他混凝土，混凝土强度为C50～C100。
制作所述的具有复合构造的巨型方钢管混凝土构件的方法，其特征在于，过程如下：
1)焊接方钢管与环向肋板，整个环向肋板为完整的“口”字型式；
2)焊接方钢管、环向肋板与拉结钢板；
3)焊接方钢管、环向肋板、拉结钢板与竖向肋板；
4)定位钢筋笼，钢筋笼包括纵筋和箍筋，节点采用绑扎连接或焊接；
5)固定拉结钢筋，拉结钢筋与各钢筋笼以弯钩形式与钢筋笼绑扎连接或焊接；
6)浇筑混凝土。
本发明提出的具有复合构造的巨型方钢管混凝土构件，采用在方钢管内部设置环向肋板、竖向肋板、拉结肋板、钢筋笼和拉结钢筋，对于巨型方钢管混凝土构件的承载能力和抗震性能有较大加强作用。该组合构件具有以下优势：
(1)提高方钢管混凝土的界面黏结性能。一方面环向肋板可将大量剪力在方钢管与混凝土间按需传递，极大增加了机械咬合力；另一方面环向肋板、竖向肋板和拉结肋板增加了钢管壁局部刚度，提高了方钢管与混凝土之间的挤压作用，从而增加了界面摩阻力。
(2)增强方钢管对混凝土的约束效果。方钢管由于截面形状的特点，角部能很好地约束混凝土，但钢管壁中部在受到压力或地震作用时容易鼓曲而失去约束效果。通过增加环向肋板、竖向肋板和拉结肋板可有效限制四周钢管壁中部的鼓曲变形，从而增强钢管约束效果，提高方钢管混凝土构件的承载能力和抗震能力。
(3)整体性更好。拉结肋板为四周钢管壁中部建立了直接联系，削弱了方钢管中部在受力过程的“滞后效应”，增强了方钢管的整体性；整个复合构造没有对混凝土空间形成较大的隔断，整体浇筑的混凝土整体性几乎不受影响；复合构造与混凝土相互交错，且有较好的黏结性能，这使得方钢管与混凝土整体性更好。
(4)施工简单，易于操作。本发明保留了钢管混凝土施工的便利性和方钢管混凝土相对简单的节点构造，钢管内部复合构造对于大尺寸钢管而言可选择在工厂预制或现场焊接，施工过程相对简单，易于操作。
附图说明
图1为本发明的立面示意图；
图2为本发明的平面示意图；
附图代号说明：1-方钢管；2-环向肋板；3-竖向肋板；4-拉结肋板；5-钢筋笼；6-拉结钢筋；7-混凝土。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1～2所示，一种具有可恢复性能的内置钢板混凝土组合剪力墙，包括方钢管1、环向肋板2、竖向肋板3、拉结肋板4、钢筋笼5、拉结钢筋6和混凝土7。
制作过程如下：
1)焊接方钢管1，所述方钢管可由4块钢板焊接而成；
2)焊接方钢管1与环向肋板2，按照不同的间距双面焊接在钢管壁内侧，整个环向肋板为完整的“口”字型式；
3)焊接方钢管1、环向肋板2与拉结钢板4，拉结肋板由“一”字型肋板焊接为“十”字型式，在肋板端部中间位置开方形槽并与环向肋板组装，与相接触的钢管内侧和环向肋板焊接；
4)焊接方钢管1、环向肋板2、拉结钢板4与竖向肋板3，竖向肋板通长双面焊接在钢管壁四周除角部外的内表面，竖向肋板为间断式布置的“一”字型式，与相接触的环向肋板和拉结肋板焊接；
5)定位钢筋笼5，钢筋笼分布于由拉结肋板和环向肋板形成的各空间中，包括纵筋和箍筋，节点采用绑扎连接或焊接；
6)固定拉结钢筋6，拉结钢筋与各钢筋笼以弯钩形式与钢筋笼绑扎连接或焊接，在拉结肋板的竖向空隙间均匀布置；
7)浇筑混凝土7，钢管内部其他空间由高强混凝土密实填充。
作为优选，所述巨型方钢管边长在2m及以上，厚度由《钢管混凝土结构技术规范》GB50936-2014求得，所用钢材强度不低于Q345；所述复合构造中肋板的厚度为方钢管厚度的1/2～2/3，宽度为方钢管混凝土截面边长的 1/10～1/5；所述竖向肋板分布间距为1m～2m，所述环向肋板和拉结肋板一般分布间距为1.5m～3m，在节点位置加密间距为1m～2m；所述肋板的连接形式均为双面焊接，组装顺序为环向肋板-拉结肋板-竖向肋板；所述钢筋笼包括纵筋和箍筋，纵筋直径为20mm～40mm，箍筋直径为8mm～16mm，所用钢筋强度不低于400MPa；所述钢筋笼布置在拉结肋板形成的混凝土空间里，当单个空间直径超过2m时布置“回”字形双层钢筋笼，当单个空间直径超过3m时布置“三层钢筋笼；所述拉结钢筋以端部弯钩形式拉结各钢筋笼，在拉结肋板的竖向空隙间均匀设置，拉结钢筋直径为20mm～40mm；所述混凝土可为中高强或超高强混凝土，也可为再生混凝土或其他混凝土，混凝土强度为C50～C100。
以上所述是对本发明示例性的介绍，并未做详细的叙述，凡是依据使用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种具有复合构造的巨型方钢管混凝土构件，其特征在于：包括方钢管(1)、环向肋板(2)、竖向肋板(3)、拉结肋板(4)、钢筋笼(5)、拉结钢筋(6)和混凝土(7)；环向肋板(2)为“口”字型水平焊接在方钢管壁内侧；竖向肋板(3)为“一”字型竖向通长焊接在方钢管壁内侧；拉结肋板(4)为“十”字型式，水平布置在方钢管中部，端部与相接触的方钢管(1)、环向肋板(2)和竖向肋板(3)焊接；钢筋笼(5)分布于在由拉结肋板和环向肋板形成的空间中，由纵筋与箍筋绑扎连接或焊接而成；拉结钢筋(6)水平布置与各钢筋笼(5)以弯钩形式拉结固定；方钢管内部其余空间填充混凝土(7)。
2.根据权利要求1所述的具有复合构造的巨型方钢管混凝土构件，其特征在于：所述巨型方钢管边长在2m及以上，厚度由《钢管混凝土结构技术规范》GB50936-2014求得，所用钢材强度不低于Q345。
3.根据权利要求1所述的具有复合构造的巨型方钢管混凝土构件，其特征在于：所述复合构造中肋板的厚度为方钢管厚度的1/2～2/3，宽度为方钢管混凝土截面边长的1/10～1/5。
4.根据权利要求1所述的具有复合构造的巨型方钢管混凝土构件，其特征在于：所述竖向肋板分布间距为1m～2m，所述环向肋板和拉结肋板分布间距为1.5m～3m，在节点位置加密间距为1m～2m。
5.根据权利要求1所述的具有复合构造的巨型方钢管混凝土构件，其特征在于：所述肋板的连接形式均为双面焊接。
6.根据权利要求1所述的具有复合构造的巨型方钢管混凝土构件，其特征在于：所述钢筋笼的纵筋直径为20mm～40mm，钢筋笼的箍筋直径为8mm～16mm，纵筋和箍筋所用钢筋强度不低于400MPa。
7.根据权利要求1所述的具有复合构造的巨型方钢管混凝土构件，其特征在于：所述钢筋笼布置在拉结肋板形成的混凝土空间中时，当单个空间直径超过2m时布置“回”字形双层钢筋笼，当单个空间直径超过3m时布置“三层钢筋笼。
8.根据权利要求1所述的具有复合构造的巨型方钢管混凝土构件，其特征在于：所述拉结钢筋在拉结肋板的竖向空隙间均匀设置，拉结钢筋直径为20mm～40mm。
9.根据权利要求1所述的具有复合构造的巨型方钢管混凝土构件，其特征在于：所述混凝土强度为C50～C100。
10.制作如权利要求1所述的具有复合构造的巨型方钢管混凝土构件的方法，其特征在于，过程如下：
1)焊接方钢管与环向肋板，整个环向肋板为完整的“口”字型式；
2)焊接方钢管、环向肋板与拉结钢板；
3)焊接方钢管、环向肋板、拉结钢板与竖向肋板；
4)定位钢筋笼，钢筋笼包括纵筋和箍筋，节点采用绑扎连接或焊接；
5)固定拉结钢筋，拉结钢筋与各钢筋笼以弯钩形式与钢筋笼绑扎连接或焊接；
6)浇筑混凝土。
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