CN112376800A - 螺纹倾斜布置肋钢管混凝土柱及设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明为螺纹倾斜布置肋钢管混凝土柱及设计方法，包括带肋钢管和混凝土，所述带肋钢管包括钢管和固定在钢管上的多个肋，多个肋呈螺旋上升方式固定在钢管上，相邻肋的竖直距离为0.15‑0.3m。该设计方法包括以下内容：确定工程采用钢管的尺寸及形状，制作成钢管；根据钢管的形状及尺寸生产肋，对于圆形钢管，肋的长度取圆形钢管直径的20％，对于矩形钢管则取矩形短边长度的20％；肋的宽度取肋长度的50％；将生产的肋按照螺旋上升方式焊接在钢管内壁。解决了由于在混凝土浇筑完成后养护阶段粗骨料的过快下沉会形成下部粗骨料积聚，导致混凝土离析现象的产生，从而影响混凝土的密实度，造成混凝土的强度降低、钢管混凝土柱发挥不了优良性能的问题。

Description

螺纹倾斜布置肋钢管混凝土柱及设计方法

技术领域

本发明涉及钢管混凝土柱领域，具体是一个为了减少养护阶段粗骨料下沉，在钢筋混凝土柱中安装肋的螺纹倾斜布置肋钢管混凝土柱及设计方法。

背景技术

随着建筑工程的发展和城市现代化进程的加快，为了满足大跨度桥梁及高层建筑的发展需要，钢管混凝土结构进入人们视野，其中钢管混凝土柱的应用最为广泛。钢管混凝土柱将钢材和混凝土有效结合起来，有利于提高结构的性能。为了能够充分地将两种材料的优势发挥出来，要求重视混凝土的质量，然而在混凝土浇筑完成后的养护阶段，由于粗骨料受重力的影响，相较于细骨料下沉会较为迅速，会使混凝土拌合物逐渐分离、内部组成和结构逐渐不均匀，当下沉严重时可造成混凝土离析、密实度差等问题，会出现影响混凝土的泵送施工性能、破坏混凝土结构表观效果、易产生裂缝等问题，将造成混凝土强度下降、严重影响混凝土结构承载能力、破坏结构的安全性能、降低混凝土抗渗、抗冻耐久性能，使混凝土质量受到严重影响，从而导致钢管混凝土柱优越性能受到严重影响，达不到预期效果。因此，为了达到钢管混凝土柱在结构中重要作用，对于养护阶段粗骨料的下沉应有相应的解决办法。

传统技术中为了保证质量，会采用在浇筑层间播撒一层骨料的补救方法，或者为了减少下沉，不得不采用较小塌落度，较短的振捣时间，致使高密度混凝土输送困难，骨料均布率的波动较大，或者加大混凝土拌合中粉煤灰的配比量、提高砂率、增加外加剂等措施来防止离析现象的发生，这些方法都不能简洁有效地解决问题，导致造价昂贵、施工要求高、甚至会对结构产生不利影响。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种螺纹倾斜布置肋钢管混凝土柱及设计方法。本发明采用呈螺纹上升断续布置方式在钢管混凝土柱使用的钢管的内壁上加固较大尺寸的肋，解决了由于在混凝土浇筑完成后养护阶段粗骨料的过快下沉会形成下部粗骨料积聚，导致混凝土离析现象的产生，从而影响混凝土的密实度，造成混凝土的强度降低、钢管混凝土柱发挥不了优良性能的问题。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种螺纹倾斜布置肋钢管混凝土柱，包括带肋钢管和混凝土，所述带肋钢管包括钢管和固定在钢管上的多个肋，多个肋呈螺旋上升方式固定在钢管上，相邻肋的竖直距离为0.15-0.3m。

所述肋为长方体形状，所述钢管为圆形钢管或矩形钢管，为矩形钢管时定义矩形短边的长度为钢管直径，则肋的长度为钢管直径的20％，肋的宽度为肋长度的50％；所述肋的厚度d为肋宽度的5％，优选肋的最小厚度为6mm，最大厚度取钢管厚度。由于肋是与钢管焊接成为整体，所以肋的厚度不能太大，不然在焊接时会影响钢管的性能，也不能太小，增加焊接难度。

所述肋的材质与钢管材质相同。

带肋钢管是采用焊接技术将肋焊接在钢管混凝土柱采用的钢管的内壁上，两者组成整体，在施工现场待带肋钢管安装完成后进行混凝土的浇筑，形成所述钢管混凝土柱。布置肋采用钢管同材质，最大程度保证钢管的性能不受影响。该钢管混凝土柱由于内部螺旋上升肋的存在，在混凝土的浇筑过程中并不会对钢管混凝土柱造成不良影响，在混凝土浇筑完成后的养护阶段，由于布置肋的存在，使粗骨料在下沉过程中受到阻碍甚至拦截，从而防止混凝土的离析，达到混凝土的密实度。有效减缓及阻止了养护阶段粗骨料下沉的现象，避免混凝土离析，造成钢管混凝土性能下降。

在钢管制作过程中，根据图纸确定肋的位置。若为圆形钢管则采用沿钢管混凝土柱的高度方向每0.2m布置一个肋，每1.2m共分布6个肋，该六个肋为一组呈螺旋状缠绕在钢管内壁，形成螺纹状倾斜分布。在钢管每一组的截面方向可以看到每相邻的2个肋之间的角度为60度，6个肋在截面上呈现在同一个圆周上均匀分布的状态；肋的短边与钢管内壁焊接在一起，且每个肋在各自的焊接位置均处于水平状态，直接确定其焊接状态，增大与骨料之间的接触面积，尽可能阻挡骨料下沉，达到更好的效果。

若为矩形钢管则采用每0.2m布置一个肋，每1.2m共分布6个肋，该六个肋为一组呈螺旋状缠绕在钢管内壁，形成螺纹状倾斜分布，在钢管每一组的截面方向看，有四个肋在矩形的四角位置，另外两个在矩形长边的中点位置。此时每个肋的短边与钢管内壁焊接固定在一起，减少焊接工作量的同时对于钢管混凝土中部粗骨料下沉起到作用，肋的长边不进行固定，在养护阶段结束后，肋可以在持续的作用下脱落，进入混凝土中，充当骨料作用，不影响钢管后期的受力情况。

本发明中每六个肋为一组，并不限制钢管混凝土柱的高度，布置肋每1.2m共6个肋成为一组，组数与高度成正相关，钢管混凝土柱的高度越高，布置的组数越多，然而同一个钢管内布置肋的大小虽然相同，但布置时应该按照图纸及具体要求进行焊接，6个肋需要按照一定的顺序施焊，不能随意布置。本发明适用于横截面为矩形和圆形钢管，图中表示的只是特殊情况(长边等于短边)。

本发明通过焊接技术将肋焊接在钢管上，制作完成后方可投入使用。若工程采用的为无缝钢管，则在生产检验完成后根据焊接要求进行肋的焊接工作；若工程采用的是其他类型的钢管，譬如螺旋焊接钢管、由钢板卷制焊接而成的等等，布置肋的焊接工作在钢板焊接完成后进行。所有的焊接必须由持证人员施焊，焊接时采用CO2气体保护焊(焊丝牌号为H08Mn2SiA)，焊缝质量需要满足《钢结构工程施工及验收规范》(GB5205-95)二级质量标准要求。

本发明还保护一种螺纹倾斜布置肋钢管混凝土柱的设计方法，该方法包括以下内容：

确定工程采用钢管的尺寸及形状，制作成钢管；

根据钢管的形状及尺寸生产肋，对于圆形钢管，肋的长度H取圆形钢管直径的20％，对于矩形钢管则取矩形短边长度的20％；肋的宽度h取肋长度的50％；

将生产的肋按照螺旋上升方式焊接在钢管内壁，肋在钢管内壁的布置要求是：

高度方向每1.2m为一组，每组六个肋，对于圆形钢管则是每1.2m能够形成一个在钢管横截面方向六个肋沿圆周方向均匀分布的状态，相邻两个肋之间在钢管横截面上的夹角为60°；对于矩形钢管则是每0.2m高布置一个肋，六个肋呈螺旋上升分布，一组肋在钢管横截面上呈现4个分布在矩形四角、2个分布在矩形长边的中点状态；

在钢管的高度方向上每0.2m布置一个肋，如果不满0.2m，不再布置肋。

布置肋的厚度d取肋宽度的5％；通过上述方式获得肋的厚度小于6mm时，则取肋的厚度为6mm；当获得的肋的厚度大于钢管厚度时，则取肋的厚度为钢管厚度。

本发明有效减缓及阻止了养护阶段过程中粗骨料下沉较快的现象，能够避免混凝土离析，造成混凝土密实度下降从而导致钢管混凝土性能下降的现象。

与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明钢管混凝土柱在原有的钢管内壁固定螺旋状分布的断续肋，每个肋根据工程所用钢管的形状、尺寸制作完成，多个肋按照竖直方向同等距离断续与钢管连接形成整体，不仅不会影响混凝土的浇筑过程，而且在混凝土的养护阶段可以有效地减缓甚至阻止粗骨料的较快下沉，避免造成钢管下部粗骨料积聚、密实度下降、混凝土离析等现象的发生，造成混凝土质量不合格的问题。

2、本发明钢管混凝土柱在钢管内壁布置肋，混凝土浇筑完成后可以实现混凝土与钢管的有效接触，可以减少甚至避免由于混凝土的收缩造成混凝土与钢管的脱离现象，使钢管与混凝土接触更加紧密。钢管混凝土可以更加充分地发挥两种材料的优势，提高钢管混凝土的性能。

3、本发明钢管混凝土柱在钢管内壁布置较大尺寸的肋，由于肋的存在，不仅可以有效防止粗骨料的下沉，对于细骨料的流动也有一定的阻碍作用，有利于保证混凝土密实度，保证混凝土质量。

4、本发明钢管混凝土柱结构简单、方法有效、适用性强。采用焊接技术在钢管内壁连接肋，有效减少、阻止了混凝土粗骨料的下沉，避免因此造成的混凝土离析现象的发生。技术简单、造价低廉、方法有效，解决了传统技术中的问题。

5、本发明中肋的尺寸较大，为矩形形状，水平布置，肋的长宽都与钢管的直径同步变化，肋的长度为钢管直径的20％，宽度为钢管直径的10％，本发明肋尺寸由钢管的形状及尺寸确定，按照一定规则进行与钢管的焊接，在钢管内表面沿高度方向每0.2m布置一个肋，每1.2m成为一组，螺纹倾斜布置在钢管上，肋并不连续，与钢管形成整体，达到防止骨料下沉的目的。

附图说明

图1(a)为本发明钢管混凝土柱采用矩形钢管时肋螺纹倾斜布置的位置分布示意图；

图1(b)为本发明钢管混凝土柱采用圆形钢管时肋螺纹倾斜布置的位置分布示意图；

图2为本发明钢管混凝土柱采用的肋的尺寸示意图；

图3为本发明钢管混凝土柱实施例1一组肋的分布三视图；

图4为本发明钢管混凝土柱实施例2一组肋的分布三视图；

图中，H表示肋的长边尺寸，h表示肋的短边尺寸，d表示肋的厚度。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，但并不以此作为对本申请保护范围的限制。

本发明为一种螺纹倾斜布置肋钢管混凝土柱，包括带肋钢管和混凝土，所述带肋钢管包括钢管和固定在钢管上的多个肋，多个肋呈螺旋上升方式固定在钢管上，相邻肋的竖直距离为0.15～0.3m。

带肋钢管是通过焊接技术焊接在钢管内壁，两者组成整体；在施工现场待带肋钢管安装完成后进行混凝土的浇筑，形成该发明钢管混凝土柱。

本发明中螺纹倾斜指的是肋的分布状态，肋是按照螺纹状倾斜分布在钢管内表面的，像带肋钢筋的表面肋，但这里肋并不是连续的，每1.2m共6个肋的布置位置形成螺纹状分布。

在钢管制作过程中，根据图纸确定肋的位置。若为圆形钢管则采用每0.2m布置一个肋，每1.2m共分布6个肋，该六个肋呈螺旋状缠绕在钢管内壁，形成螺纹状倾斜布置在钢管上，在钢管截面方向可以看到每相邻的2个肋之间的角度为60度，每相邻的6个肋形成在钢管截面上沿圆周均匀分布。若为矩形钢管则采用每0.2m布置一个肋，每1.2m共分布6个肋，该六个肋其中四个在矩形的四角，另外两个在矩形长边的中点，按图纸进行焊接，六个肋呈螺旋倾斜布置，不能随意布置。

该发明通过焊接技术将肋焊接在钢管上，制作完成后方可投入使用。若工程采用的为无缝钢管，则在生产检验完成后根据焊接要求进行肋的焊接工作；若工程采用的是其他类型的钢管，譬如螺旋焊接钢管、由钢板卷制焊接而成的等等，肋的焊接工作在钢板焊接完成后进行。所有的焊接必须由持证人员施焊，焊接时采用CO₂气体保护焊(焊丝牌号为H08Mn2SiA)，焊缝质量需要满足《钢结构工程施工及验收规范》(GB5205-95)二级质量标准要求。

带肋钢管混凝土柱对于不同形状的钢管有不同布置肋的分布。对于圆形钢管混凝土柱，在钢管生产过程中，根据直径的尺寸，将布置肋按照肋的长度取圆形钢管直径的20％，肋的宽度取其长度的50％，肋的厚度取肋宽度的5％，且肋的最小厚度为6mm，最大厚度不超过钢管厚度。本实施例中对于实体肋的厚度进行限制，满足焊脚尺寸及防止骨料下沉目的等要求，减少制作难度。然后根据每1.2m高的钢管横截面上呈现六个肋，六个肋在其横截面上沿圆周方向均匀分布，每个肋与钢管内壁固定，相邻两个肋在横截面上呈60度夹角。在钢管的高度方向上每0.2m布置一个肋，如果不满0.2m，可以不再布置的要求在钢管上焊接肋，最后形成本发明钢管混凝土柱投入使用。本发明对于钢管混凝土柱的高度并没有要求，但是对相邻两个肋之间的高度有要求，沿钢管柱高度方向每0.2m布置一个肋，按照设计要求布置之后若钢管柱高度剩余的尺寸不足0.2m时，可以不再布置。

对于矩形钢管混凝土柱，在钢管生产过程中，根据矩形边的尺寸，将布置肋按照肋的长度取矩形钢管短边尺寸的20％，肋的宽度取其长度的50％，肋的厚度取肋宽度的5％，且满足肋的最小厚度为6mm，最大厚度不超过钢管厚度的要求生产制作出来，能满足焊接加工要求。然后根据每0.2m布置一个肋，按照图纸进行焊接，其中4个分布在四角，2个分布在矩形长边的中点，大体呈螺旋状分布，在钢管的高度方向上每0.2m布置一个肋，如果不满0.2m，可以不再布置的要求在钢管上焊接肋，最后形成本发明钢管混凝土柱投入使用。

本发明钢管混凝土柱在原有的钢管内壁通过焊接技术连接了肋，可以有效地减缓甚至阻止混凝土的养护阶段粗骨料的较快下沉，避免造混凝土离析等现象的发生。本发明钢管混凝土柱对于钢管混凝土的力学性能的影响不计，不是本发明考虑的问题。在钢管与肋的焊接阶段，应按照规范焊接，不能影响钢管的使用及性能，同时应保证肋与钢管的有效连接，实现本发明钢管混凝土柱的目标与价值。

本申请的核心创新点是提供一种在钢管内壁焊接较大肋的新型钢管混凝土柱，旨在利用肋的螺纹倾斜布置实现在混凝土浇筑完成后的养护阶段，有效减缓、阻止粗骨料的下沉，避免造成混凝土离析，同时使钢管与混凝土接触更加紧密，形成整体，防止由于混凝土收缩造成钢管与混凝土分离。本发明有效解决目前防止粗骨料下沉技术的不足，方法简洁有效，具有显著的经济价值和社会价值。

在生产本申请新型钢管混凝土柱时，前期需要了解钢管混凝土柱的具体尺寸，根据钢管的尺寸确定肋的尺寸及分布位置，在制作钢管的过程中通过焊接技术实现钢管与肋的连接，使之成为整体以便投入使用，实现本申请的目标与价值。

实施例1

本实施例以广州江南中心钢管混凝土柱为例，其中钢管混凝土柱采用的为圆形钢管，直径为1200mm，厚度为18mm，混凝土等级为C60。本实施例中肋的尺寸按照如下方式设计：

肋的长度为：H＝1200*20％＝240mm；

肋的宽度为：h＝240*50％＝120mm；

肋的厚度为：d＝120*5％＝6mm；

肋的分布位置如下：钢管直径D＝1200mm，在每1.2m内布置6个肋，在一组肋的钢管横截面中相邻肋之间形成角度60度，具体见图3。

按图中位置进行肋与圆形钢管的焊接。

实施例2

本实施例以香港中心大厦钢管混凝土柱为例，其中钢管混凝土柱采用的为方形钢管，钢管的长边尺寸和短边尺寸一致为800mm，厚度为20mm。本实施例中肋的尺寸按照如下方式设计：

肋的长度为：H＝800*20％＝160mm；

肋的宽度为：h＝160*50％＝80mm；

肋的厚度为：d＝80*5％＝4mm，

根据焊接制作方便本实施例肋的厚度取6mm，即d＝6mm；

肋的分布位置如下：方形钢管截面尺寸为800mm*800mm，在每1.2m高度内布置6个肋，六个肋在高度方向上大体形成螺旋分布，具体见图4。在一组肋的横截面中，有四个肋位于矩形的四角，2个肋分布在矩形两个长边的中点。本实施例中钢管长短边相等，设置为相对的一组平行边的中点，且六个点的分布满足螺旋分布且相邻两点高度方向距离差为0.2m的要求。

按图中位置进行肋与方形钢管的焊接。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (10)

1.一种螺纹倾斜布置肋钢管混凝土柱，包括带肋钢管和混凝土，其特征在于，所述带肋钢管包括钢管和固定在钢管上的多个肋，多个肋呈螺旋上升方式固定在钢管上，相邻肋的竖直距离为0.15-0.3m。

2.根据权利要求1所述的钢管混凝土柱，其特征在于，所述肋为长方体形状，所述钢管为圆形钢管或矩形钢管，为矩形钢管时定义矩形短边的长度为钢管直径，则肋的长度为钢管直径的20％，肋的宽度为肋长度的50％；所述肋的厚度d为肋宽度的5％。

3.根据权利要求1所述的钢管混凝土柱，其特征在于，所述肋的厚度d最小值为6mm，最大厚度不超过钢管厚度；所述肋的材质与钢管材质相同。

4.根据权利要求1所述的钢管混凝土柱，其特征在于，先制作钢管，再将肋按要求焊接在钢管的相应位置，在施工现场待带肋钢管安装完成后进行混凝土的浇筑，形成所述钢管混凝土柱。

5.根据权利要求2所述的钢管混凝土柱，其特征在于，若为圆形钢管则采用沿钢管混凝土柱的高度方向每0.2m布置一个肋，每1.2m共分布6个肋，该六个肋为一组呈螺旋状缠绕在钢管内壁，形成螺纹状倾斜分布；在钢管每一组的横截面上每相邻的2个肋之间的角度为60度，6个肋在横截面上呈现在同一个圆周上均匀分布的状态；

若为矩形钢管则采用每0.2m布置一个肋，每1.2m共分布6个肋，该六个肋为一组呈螺旋状缠绕在钢管内壁，形成螺纹状倾斜分布，在钢管每一组的横截面上，有四个肋在矩形的四角位置，另外两个在矩形长边的中点位置。

6.根据权利要求5所述的钢管混凝土柱，其特征在于，所述肋的短边与钢管内壁焊接在一起，肋的长边不进行固定，且每个肋在各自的螺旋位置均处于水平状态。

7.根据权利要求1所述的钢管混凝土柱，其特征在于，所述钢管为无缝钢管、螺旋焊接钢管或由钢板卷制焊接而成的钢管，若工程采用的为无缝钢管，则在生产检验完成后根据焊接要求进行肋的焊接工作；若工程采用的是螺旋焊接钢管、由钢板卷制焊接而成的钢管，布置肋的焊接工作在钢板焊接完成后进行。

8.根据权利要求1-7任一所述的钢管混凝土柱，其特征在于，在钢管的高度方向上每0.2m布置一个肋，如果不满0.2m，不再布置肋。

9.一种螺纹倾斜布置肋钢管混凝土柱的设计方法，其特征在于：该方法包括以下内容：

确定工程采用钢管的尺寸及形状，制作成钢管；

根据钢管的形状及尺寸生产肋，对于圆形钢管，肋的长度H取圆形钢管直径的20％，对于矩形钢管则取矩形短边长度的20％；肋的宽度h取肋长度的50％；

将生产的肋按照螺旋上升方式焊接在钢管内壁，肋在钢管内壁的布置要求是：

高度方向每1.2m为一组，每组六个肋，对于圆形钢管则是每1.2m能够形成一个在钢管横截面方向六个肋沿圆周方向均匀分布的状态，相邻两个肋之间在钢管横截面上的夹角为60°；对于矩形钢管则是每0.2m高布置一个肋，六个肋呈螺旋上升分布，一组肋在钢管横截面上呈现4个分布在矩形四角、2个分布在矩形长边的中点状态；

在钢管的高度方向上每0.2m布置一个肋，如果不满0.2m，不再布置肋。

10.根据权利要求9所述的设计方法，其特征在于，布置肋的厚度d取肋宽度的5％；通过上述方式获得肋的厚度小于6mm时，则取肋的厚度为6mm；当获得的肋的厚度大于钢管厚度时，则取肋的厚度为钢管厚度。

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