CN112031272B - 一种钢管混凝土柱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢管混凝土柱，涉及结构工程领域，包括钢管、混凝土和加劲肋，钢管内壁设置有供加劲肋安装的内螺纹，加劲肋由加劲板和侧加强板固定连接组成，钢管内填充有混凝土。侧加强板外侧壁具有外螺纹，加劲板上具有通孔，加劲肋的位置可沿内螺纹调节。内螺纹提高了钢管与混凝土的粘结力，加劲板能防止混凝土的相对滑移，有效抑制了混凝土的开裂。加劲肋安装简便，加劲肋加强了钢管的紧箍作用，防止钢管的屈曲变形；提高了钢管的临界力，从而提高钢管的承载力；避免了钢管直径过大，节约结构空间，防止钢管与混凝土的脱黏现象。

Description

一种钢管混凝土柱

技术领域

本发明涉及结构工程领域，具体为一种钢管混凝土柱。

背景技术

在结构工程领域，混凝土的抗压强度高，但抗弯和抗剪能力较弱；而钢材的抗弯能力强且具有良好的弹塑型性，但钢材受压时容易失稳，从而丧失轴向抗压能力。在传统的单一钢结构建筑中，钢柱的横截面面积远小于混凝土柱，导致在设计钢结构时需要加入更多的构造措施来保证稳定性，造成施工工序的繁琐。

在钢管中注入混凝土组成的钢管混凝土柱，在结构上能够将两者的优点结合起来。钢管对内部填充的混凝土具有约束作用，产生套筒效应，使混凝土的抗压强度大幅提高，同时由于混凝土的存在约束了外部钢管的屈曲变形，钢管的刚度也得到了提高。钢管混凝土柱实现了钢管和混凝土的协同工作，抗压承载能力得到大幅提高，此外还具有塑形韧性好、耐火性好以及施工方便等特点，因此被广泛用于结构工程领域。

如申请号为201920290009.9的中国专利公开了一种FRP加固的圆形钢管混凝土抗冲切柱，涉及结构工程领域，为增加钢管混凝土的抗冲切性能而设计。该钢管混凝土柱包括FRP条带、圆形钢管、混凝土、加劲肋和加劲板，圆形钢管外粘黏的FRP条起到保护、抗腐蚀和提高抗冲切性能的作用，内部的加劲肋和加劲板可阻止所述钢管沿径向变形。但该钢管混凝土柱中的加劲肋和加劲板的布置沿着钢管轴向延伸且延伸的长度与钢管一致，只提高了钢管混凝土柱对径向外力的抗冲切性能，而对于轴向的承载能力却没有起到提升作用，也无法有效避免圆形钢管的直径过大，且其安装过程过于复杂，安装之后无法调整其位置。此外，圆形钢管内壁过于光滑，与混凝土的粘结力较小，在混凝土开裂后无法抑制其继续开裂，导致圆形钢管与混凝土的协同作用没有很好的发挥。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的问题作出改进，即本发明要解决的技术问题是提供一种钢管混凝土柱，这种钢管混凝土柱的轴向承载能力强，钢管与混凝土的粘结力强，加劲肋的安装过程简便，加劲肋位置可调节，且可以选择内壁直径较小的钢管。

为解决上述技术问题，本发明的钢管混凝土柱包括钢管、混凝土和加劲肋，所述钢管横截面内侧为圆形，且内壁布有供所述加劲肋安装的内螺纹，所述加劲肋的位置能沿着所述内螺纹调节，所述钢管内填充有混凝土。

作为本发明的优选，所述加劲肋由侧加强板以及与所述侧加强板固定连接的加劲板组成，所述侧加强板和所述加劲板之间通过焊接等方式连接成为一个整体。所述侧加强板为一块直立的半包围圆弧板，其外侧壁布有能与所述内螺纹相旋合的外螺纹，当加劲肋通过所述外螺纹旋合在钢管内壁上时，所述侧加强板整体贴合在钢管内壁上，加强了钢管的紧箍作用，能够有效防止钢管的屈曲变形。

作为本发明的优选，所述加劲板与所述侧加强板连接部位的路径长度至少为所述侧加强板内壁最短圆弧路径的一半以上。至少支撑所述侧加强板圆弧内壁的一半以上。所述侧加强板通过外侧壁的外螺纹与钢管内螺纹旋合而贴合在钢管内壁上，其自身强度并不高，因此需在其圆弧形内壁上设置加劲板来提高强度。若所述加劲板与侧加强板的连接处尺寸较小，加劲板对侧加强板的加强作用不明显，因此优选加劲板与侧加强板连接部位的路径至少为侧加强板最短圆弧路径的一半以上。加劲板的设置不仅提高了前述侧加强板对钢管的紧箍作用，防止钢管的屈曲变形，还提高了钢管的临界力，从而有效提高钢管混凝土柱的承载力。此外，加劲板对钢管内部混凝土的约束作用也起到两方面效果，一是加劲板本身防止了混凝土的相对滑移，二是加劲板使加劲肋整体对钢管的加强作用得到提高，避免了钢管直径过大，从而防止混凝土与钢管的脱黏现象。

作为本发明的优选，所述加劲板也可设置为架设在所述侧加强板内壁上的结构，加劲板的两端与侧加强板内壁连接，且两端之间在侧加强板内壁上的路径长度至少为所述侧加强板内壁最短圆弧路径的一半以上。

作为本发明的优选，所述加劲板的形状设置为月牙形。由前述内容可知，所述侧加强板内壁最短圆弧路径的至少一半以上被加劲板支撑。这样使加劲板对侧加强板起到较好的支撑作用。而加劲板对侧加强板的支撑作用与其自身的形状也有很大的关系，优选为月牙形的加劲板支撑效果较好。月牙形的外圆弧侧加强板的圆弧内壁形状一致，可完美贴合，使加劲板更好地支撑侧加强板；月牙形的内圆弧能对加劲板自身起到较好的支撑作用。

作为本发明的优选，所述加劲板上开有通孔。在安装所述加劲肋时，可将长钢筋或其它类似工具插入所述通孔，将加劲肋旋到钢管内壁上，在加劲肋定位之后，还能通过此方式调节加劲肋的位置。所述加劲肋安装完毕后，若还想提高钢管混凝土柱整体的强度，可以在所述通孔中插入钢筋之后再填充混凝土。

作为本发明的一种优选，加劲肋在钢管内壁上沿轴向均匀间隔排布。在上述条件下，进一步对加劲肋位置的限定体现在加劲肋投影在钢管横截面上的位置关系，为使加劲肋对钢管的加强作用以及对混凝土的限制作用更加均衡，在钢管横截面上加劲肋体现为间隔某个角度圆周阵列排布，且加劲肋中至少有两个在钢管横截面上的投影位置一致。这样的排布使其通孔位置相互对应，从而为通孔内配筋提供条件。同时，这样的加劲肋位置布局还保障了后续往钢管内部浇筑混凝土的流畅性，从而保证钢管内部填满混凝土而不留空隙。

作为本发明的一种优选，所述钢管内壁所布螺纹为密封管内螺纹，供加劲肋旋合。此外，所述螺纹还能增加钢管与所述混凝土的接触面积，从而增大钢管对混凝土的粘结力，使得钢管在混凝土开裂后能够有效抑制其继续开裂。

作为本发明的一种优选，所述混凝土为自密实混凝土。

本发明的有益效果：钢管内壁的螺纹提高了钢管对加劲肋的粘结力，加劲肋中的加劲板防止了混凝土的相对滑移，两者都有效抑制了混凝土开裂后的继续开裂。加劲肋的设置避免了钢管直径过大，选用直径较小的钢管不仅能节约结构空间，还能够进一步防止混凝土与钢管的脱黏现象，从而抑制其开裂。加劲肋通过螺纹旋合在钢管内壁上，安装过程简单，且安装之后仍能调节加劲肋的位置。多个加劲肋的安装布局保障了混凝土浇筑的畅通，保证了钢管内部能够填满混凝土而不留空隙。加劲肋加强了钢管的紧箍作用，有效防止钢管的屈曲变形；提高钢管的临界力，从而提高钢管的承载力。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作出进一步详细的说明。

图1是本发明钢管混凝土柱的结构示意图；

图2是本发明的钢管的示意图；

图3是本发明的加劲肋的结构示意图。

图中：1、钢管，2、混凝土，3、内螺纹，4、加劲肋，5、通孔，6、侧加强板，7、外螺纹，8加劲板。

具体实施方式

以下具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

图1所示钢管混凝土柱由钢管1、加劲肋4和混凝土2组成。所述钢管1横截面内侧为圆形，横截面外侧可采用其他形状，在本实施例中优选采用横截面内外侧皆为圆形的圆形钢管。钢管1内壁上设置有供所述加劲肋4安装的内螺纹3，由于钢管混凝土柱在使用中承受很大的压力，钢管1内壁与加劲肋4螺纹连接的强度需要得到保证，因此钢管1内壁优选采用55°密封圆锥管内螺纹。多个所述加劲肋4依次通过螺纹旋进钢管1内壁的合适位置后，往钢管1内填充混凝土2，形成钢管混凝土柱。加劲肋4的存在避免了钢管1内侧壁的直径过大，因此可优选内侧壁直径较小的钢管，不仅节约了结构空间，还能防止混凝土2与钢管1的脱黏现象。本实施例中钢管1可优选为热轧圆钢管或冷拔圆钢管。

图3所示加劲肋4由加劲板8和侧加强板6组成，加劲板8和侧加强板6固定连接为一个整体，所采用的连接方式优选采用焊接，当然也可采用一体成型等其他方式。由于所述加劲肋4是通过侧加强板6上的外螺纹7与钢管1内壁上的内螺纹3旋合的方式固定在钢管内壁上，侧加强板6就会整体贴合在钢管1内壁上，所以侧加强板6优选采用直立的半包围圆弧板，该圆弧形需与钢管1内壁的形状一致。为保证侧加强板6与钢管1内壁连接的强度，同时防止由于侧加强板6的圆弧形较小导致其脱离钢管1内壁，其圆弧的大小优选为半圆弧及以上。另外由于侧加强板6上还设置有提高其强度的加劲板8，侧加强板6在直立方向上的高度优选为其自身厚度的3倍以上。所述侧加强板6的外侧壁上所布螺纹为能与钢管内侧壁管内螺纹相旋合的管外螺纹7，由于前述钢管1内侧壁管内螺纹优选为55°密封圆锥管内螺纹，所以侧加强板6外侧壁所布外螺纹优选为对应的55°密封圆锥管外螺纹。

由图3可知，在本实施例中所述加劲板8与所述侧加强板6连接部位的路径长度至少为所述侧加强板6内壁最短圆弧路径的一半以上。当然也可采用将加劲板8架设在侧加强板6内壁上的方式，此方式中加劲板8只有两端与侧加强板6连接，则其两端之间在侧加强板6内壁上的路径长度也至少为所述侧加强板6内壁最短圆弧路径的一半以上。在具体实施过程中，可根据实际情况选择上述两种实施方式的一种，但都要保证加劲板8能在侧加强板6内壁最短圆弧一半的路径上提供支撑。因为尽管侧加强板6通过螺纹连接安装后整体紧贴在钢管1内壁能对钢管1起到加强作用，但其自身的强度并不高，导致其对钢管1的加强作用不明显，因此需在其圆弧形内壁上设置加劲板8来提高强度。而加劲板8对侧加强板6的加强作用体现在前者对后者圆弧形内壁的支撑，若加劲板8对侧加强板6的内壁能起到支撑作用的尺寸较小，则加强作用也不显著，因此优选加劲板8对侧加强板的支撑要体现在侧加强板6内壁最短圆弧路径的至少一半以上，且选择上述第一种实施方式中加劲板8与所述侧加强板6连接部位的路径长度至少为所述侧加强板6内壁最短圆弧路径的一半以上更为合适。这也使得加劲板8与侧加强板6连接的一侧优选为与侧加强板6内壁形状一致的圆弧形。在本实施例中，侧加强板6直立设置，加劲板8水平设置，两者连接后呈互相垂直状态。显然在侧加强板6直立设置的前提下，加劲板8也可非水平设置，只要保证其可支撑侧加强板6内壁圆弧路径的至少一半以上即可，但加劲板8水平设置为优选方案。

所述加劲板8形状的选择很多，本实施例中优选月牙形。在前述实施例中，优选加劲板8与侧加强板6连接一侧的形状优选为与侧加强板6形状一致的圆弧形，在此实施方式的前提下，加劲板8外轮廓的形状为圆弧形，加劲板8整体形状的选择余地在于其另一侧，即其内轮廓的形状。优选加劲板8为月牙形满足了其外轮廓为圆弧形的条件，并使其内轮廓也为圆弧形，且圆弧方向一致。在加劲板8受到钢管径向的压力时，加劲板8圆弧形的内轮廓对其自身能起到有效的支撑作用，从而支持对侧加强板6的支撑作用。显然加劲板8内轮廓也可选择其他形状来决定加劲板8整体的形状，可以选择半圆形加劲板、凸月形加劲板或者整圆形加劲板。加劲板8内轮廓形状的选择还应考虑到钢管1内混凝土填充的问题以及加劲板8对混凝土2限制作用。所述三种加劲板的形状不同，它们在在钢管横截面内占的面积大小不同，所以对填充过程中流淌的混凝土2的阻碍作用也不同。月牙形加劲板对混凝土2的阻碍作用较小，能保障混凝土2浇筑时的畅通，从而保证钢管1内部能够填满混凝土2而不留空隙；半圆形加劲板对混凝土2的阻碍作用较大，若要保证混凝土2浇筑时的畅通以及钢管1内部能够填满混凝土2而不留空隙，对混凝土2浇筑的速度有所限制；凸月形加劲板对混凝土2的阻碍作用很大，很难保证混凝土2浇筑时的畅通，更难保证钢管1内部能够填满混凝土2而不留空隙。但在钢管混凝土柱的实际使用中，不同形状的加劲板8对混凝土2的限制作用也存在相对应的区别，且同样取决于加劲板8在钢管1横截面上的面积大小。所述面积越大，加劲板8对混凝土2的限制作用就越大，越能够防止混凝土2的相对滑移。综合考虑上述因素，在具体实施过程中选择半圆形加劲板或月牙形加劲板较为合适。需要补充的是，在节省材料和减重这两方面，月牙形加劲板比半圆形加劲板具有一些优势，在具体实施过程中可酌情考虑如何选择。

由图3可知所述加劲板8上开有通孔5，所述通孔5用于加劲肋4的安装以及位置调节。在本实施例中，加劲板8上开有一个通孔5，显然也可开多个通孔。在安装多个所述加劲肋4时，在所述通孔5中插入长钢筋或其他工具，按设计好的排布方式将加劲肋4沿钢管1内螺纹3依次旋到钢管1内壁的对应位置上，旋进的过程中加劲肋4螺旋上升。若想要调整加劲肋4的位置，也是采用同样的方式。加劲肋4在钢管1内壁上安装完成后，可进行填充混凝土2。在具体实施过程中，若所述钢管混凝土柱在使用中的强度要求较高，可考虑在所述通孔5中插入钢筋之后再填充混凝土2。若要在通孔5中配筋，由于加劲肋4是沿轴向排布在钢管1内壁上的，所以还需要考虑同一竖直方向上下加劲肋4之间通孔5位置的对应。再其他实施例中若选择了前述在钢管1横截面上面积较大的加劲板8，还可以开一个或多个尺寸为所述通孔5两倍以上的第二类通孔，不仅能在节省材料的同时实现加劲板8的减重，还有利于减少此类加劲板8对混凝土2浇筑时的阻碍。

所述加劲肋4在钢管1内壁上沿轴向均匀间隔排布，且加劲肋4中至少有两个在钢管1横截面上的投影位置一致，从而使其通孔5相互对应。图1所示的实施例中，在横截面上的投影即在水平面上的投影，加劲肋4在满足前述排布条件的同时，优选为对称排布在钢管1内壁对称的两边，且相邻两个加劲肋4不在同一侧。这样设置使加劲肋4对钢管混凝土柱整体起到的作用更加均衡，也为后续可能采取的配筋工作提供条件。显然也可采取其他排布方式，因为加劲肋4在钢管轴向上的排布已规定为均匀间隔排布，所以要进一步限定其在钢管横截面上体现出的位置关系，可以采用间隔某个角度圆周阵列排布等。而若不考虑后续配筋工作的情况下，加劲肋4的排布方式更为多样。

图2所示钢管1内壁螺纹为55°密封圆锥管内螺纹，显然也可采用其他密封管内螺纹，由于所述加劲肋4要旋合进钢管1内壁，所示侧加强板6上圆弧外壁上的外螺纹7要与前述钢管内螺纹3相对应，所以本实施例中优选为对应的55°密封圆锥管外螺纹。

图1中填充的混凝土2优选为自密实混凝土。自密实混凝土在自身重力作用下能够流动、密实，即使存在致密钢筋也能完全填充模板，同时获得很好均质性。它的这些特性十分符合此钢管混凝土柱对所填充混凝土2的要求。

Claims (8)

1.一种钢管混凝土柱，包括钢管（1）、填充在所述钢管（1）内的混凝土（2）和设置在所述钢管（1）内壁上的加劲肋（4），其特征在于：所述钢管（1）内壁布有供所述加劲肋安装的内螺纹（3），且所述加劲肋（4）的位置能沿着所述内螺纹（3）调节；所述加劲肋（4）包括侧加强板（6）以及与所述侧加强板（6）固定连接的加劲板（8）；所述侧加强板（6）为半包围的圆弧板，且所述侧加强板（6）的外侧壁具有能与所述内螺纹（3）相旋合的外螺纹（7）。

2.根据权利要求1所述的一种钢管混凝土柱，其特征在于：所述加劲板（8）与所述侧加强板（6）连接部位的路径长度至少为所述侧加强板（6）内壁最短圆弧路径的一半以上。

3.根据权利要求1所述的一种钢管混凝土柱，其特征在于：所述加劲板（8）架设在所述侧加强板（6）内壁上，所述加劲板（8）与所述侧加强板（6）连接的两端之间在侧加强板（6）内壁上的路径长度至少为所述侧加强板（6）内壁最短圆弧路径的一半以上。

4.根据权利要求2所述的一种钢管混凝土柱，其特征在于：所述加劲板（8）的形状设置为月牙形。

5.根据权利要求1所述的一种钢管混凝土柱，其特征在于：所述加劲板（8）上开有通孔（5）。

6.根据权利要求5所述的一种钢管混凝土柱，其特征在于：所述加劲肋（4）在钢管（1）内壁上沿轴向均匀间隔排布。

7.根据权利要求6所述的一种钢管混凝土柱，其特征在于：所述加劲肋（4）中至少有两个在钢管（1）横截面上的投影位置一致。

8.根据权利要求1所述的一种钢管混凝土柱，其特征在于：所述内螺纹（3）为密封管内螺纹。

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