CN113463843B - 一种高承载再生混凝土组合柱及其建造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高承载再生混凝土组合柱，包括有竖直设置的柱体，柱体沿水平截面方向由内至外依次设置芯柱、现浇层、外壳，柱体内配置有箍筋、纵筋及拉结筋，纵筋包括有多根且沿柱体的竖直方向设置，箍筋及拉结筋设于柱体的多个水平截面上且两者同时位于同一水平截面上，同一水平截面上的箍筋与拉结筋相连接，不同水平截面上的箍筋与竖直方向的纵筋相连接形成钢筋笼。本发明进一步提供一种高承载再生混凝土组合柱的建造方法。本发明提供的一种高承载再生混凝土组合柱及其建造方法，在构件层次上组合了不同种类的混凝土，充分发挥了材料各自的优势，改善了再生混凝土的耐久性能及整个再生混凝土柱的受力性能。

Description

一种高承载再生混凝土组合柱及其建造方法

技术领域

本发明属于土木工程施工技术领域，涉及一种高承载再生混凝土组合柱及其建造方法，具体涉及一种多重螺旋箍筋约束ECC-普通混凝土-再生混凝土组合柱及其建造方法，上述组合柱为具有高承载的承重结构的竖向构件。

背景技术

全国每年旧建筑物拆除产生大量废混凝土，引发的环境问题十分突出，而其填埋处置费用十分巨大。为最大限度地减少对自然资源的开采，必须有效地对废混凝土进行再生利用。已有研究表明将废混凝土破碎加工为再生骨料来制备再生混凝土是一种可行的途径，然而由于再生骨料存在内部损伤以及由于表面附着老砂浆而导致的吸水率大等特征，所制备再生混凝土的力学及耐久性能等均较普通混凝土差，且存在离散性大、延性差、易发生脆性破坏等缺点，这些特点极大地限制了其使用范围。同时，目前废混凝土再利用大多采用完全破碎的方式，而旧建筑物中有的构件还具备一定承载力，直接破碎处理增加了能耗，并损失了部分利用价值。

混凝土柱是使用混凝土材料制成的柱构件，是房屋建筑、桥梁等工程结构中最基本的承重构件，应用范围极广，而一般再生混凝土柱难以满足高承载结构性能要求，在实际工程中应用受到限制，旧建筑物拆除时，其大部分柱构件还具备一定的承载力，而其一般均被破碎处理。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高承载再生混凝土组合柱及其建造方法，用于改善再生混凝土柱的受力与耐久性能，对废弃混凝土结构中的柱进行直接或间接再利用。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种高承载再生混凝土组合柱，包括有竖直设置的柱体，所述柱体沿水平截面方向由内至外依次设置芯柱、现浇层、外壳，所述柱体内配置有箍筋、纵筋及拉结筋，所述纵筋包括有多根且沿柱体的竖直方向设置，所述箍筋及拉结筋设于柱体的多个水平截面上且两者同时位于同一水平截面上，同一水平截面上的所述箍筋与拉结筋相连接，不同水平截面上的所述箍筋与竖直方向的纵筋相连接形成钢筋笼。

优选地，所述芯柱选自预制再生混凝土柱或废旧混凝土柱中的一种。

优选地，所述芯柱的水平截面形状选自方形或圆形中的一种。

更优选地，所述芯柱的方形尺寸为0.3D～0.5D，D≥600mm，其中，D为柱体的外径，mm。

更优选地，所述芯柱的圆形尺寸为0.4D～0.6D，D≥600mm，D为柱体的外径，mm。

优选地，所述现浇层采用普通混凝土浇筑，所述现浇层采用的普通混凝土的强度等级比芯柱采用的混凝土的强度等级至少高一个等级。

优选地，所述外壳采用纤维增强水泥基材料(ECC)预制而成。

优选地，所述外壳的厚度t为D/12，且60mm≤t≤120mm，D≥600mm，D为柱体的外径，mm。

优选地，所述外壳在任意一个水平截面上设有1道箍筋，所述外壳沿柱体的竖直方向设有多根纵筋，所述纵筋与所述箍筋相连接形成第一钢筋笼。

优选地，所述现浇层在任意一个水平截面上设有2道箍筋及1道拉结筋，各道箍筋以芯柱为中心轴呈同心圆分布，所述拉结筋与箍筋相连接形成钢筋网；所述现浇层沿柱体的竖直方向设有多根纵筋，所述纵筋与所述箍筋相连接形成第二钢筋笼。

更优选地，所述箍筋为螺旋箍筋，所述螺旋箍筋的螺距为50～200mm，且不大于螺旋圈直径的1/5。

更优选地，所述拉结筋的每道由四根钢筋组成，并以芯柱为中心轴围绕呈“井”字形布置。

更优选地，相邻水平截面上，所述钢筋网之间的垂直间距为400-600mm。

更优选地，所述第一钢筋笼或第二钢筋笼为单筒钢筋笼，相邻钢筋笼之间的垂直距离≥100mm。

本发明第二方面提供一种高承载再生混凝土组合柱的建造方法，包括以下步骤：

1)采用废旧混凝土或预制再生混凝土中的一种制备芯柱；

2)将纵筋及箍筋连接形成第一钢筋笼，再将第一钢筋笼放入预制外壳模板内，分层浇筑ECC材料，振捣密实、终凝后拆除模板，自然养护，获得预制外壳；

3)将步骤1)获得的芯柱、步骤2)获得的预制外壳运输至施工现场，先将芯柱吊装到安装位置，芯柱与柱中心轴对中；

4)在芯柱外设置现浇层，将现浇层内纵筋及箍筋连接后由内至外形成多个第二钢筋笼，再将第二钢筋笼由内至外依次吊装到安装位置，再安装拉结筋形成多个钢筋网；

5)最后将预制外壳吊装到安装位置，预制外壳与柱中心轴对中；在现浇层内浇筑普通混凝土，养护成型后即得。

优选地，步骤1)中，所述预制再生混凝土制备的芯柱进行自然养护28天。

优选地，步骤2)中，所述分层浇筑的高度≤500mm。

优选地，步骤2)中，所述振捣密实要求达到ECC浆体不再沉落，ECC表面呈现浮浆。

优选地，步骤2)中，所述终凝后拆除模板的时间为≥12h。

优选地，步骤2)中，所述自然养护的时间为28天。

优选地，步骤4)中，所述第二钢筋笼以芯柱为中心轴由外至内依次套设，所述第二钢筋笼还与钢筋网相连接形成筒中筒结构。

更优选地，所述第二钢筋笼以芯柱为中心轴由外至内依次套设有2个。

优选地，步骤5)中，所述养护成型的时间为28天。

优选地，所述建造方法中，所述组合柱所承受的实际受压承载力N不大于理论受压承载力N_u，且N_u符合公式(1)，所述公式(1)为：N_u＝N₁+αN₂+N₃，其中，N_u为组合柱的理论受压承载力，kN；N₁为组合柱的预制外壳提供的受压承载力，kN；N₂为组合柱的现浇层提供的受压承载力，kN；N₃为组合柱的芯柱提供的受压承载力，kN；α为预制外壳对现浇层的约束系数，取值为1.1。

更优选地，所述组合柱的预制外壳提供的受压承载力N₁符合公式(2)、(3)，

所述公式(2)为：N₁＝f_c1A_c1+f′_y1A′_s1+2f_yv1A_sso1，其中，N₁为组合柱的预制外壳提供的受压承载力，kN；f_c1为组合柱的预制外壳的轴心抗压强度，MPa；A_c1为预制外壳的正截面面积，mm²；f′_y1为预制外壳纵筋的屈服强度，MPa；A′_s1为预制外壳的纵筋的截面面积，mm²；f_yv1为组合柱在预制外壳的一道箍筋的屈服强度，MPa；A_sso1为组合柱在预制外壳的一道箍筋的换算截面面积，mm²；

所述公式(3)为：

其中，A_sso1为组合柱在预制外壳的一道箍筋的换算截面面积，mm²；d_cor1为组合柱在预制外壳的一道箍筋内表面之间的距离，mm；A_ss1为组合柱在预制外壳的一道箍筋的截面面积，mm²；s₁为组合柱在预制外壳的一道箍筋的纵向间距，mm。

更优选地，所述组合柱的现浇层提供的受压承载力N₂符合公式(4)、(5)、(6)，

所述公式(4)为：N₂＝f_c2A_c2+f′_y2A′_s2+2(f_yv2A_sso2+f_yv3A_sso3)，其中，N₂为组合柱的现浇层提供的受压承载力，kN；f_c2为现浇层的轴心抗压强度，MPa；A_c2为现浇层的正截面面积，mm²；f′_y2为现浇层的纵筋的屈服强度，MPa；A′_s2为现浇层的纵筋的截面面积，mm²；f_yv2和f_yv3分别为组合柱在现浇层由外至内二道箍筋的屈服强度，MPa；A_sso2和A_sso3为组合柱在现浇层由外至内二道箍筋的换算截面面积，mm²；

所述公式(5)为：

其中，A_sso2为组合柱在现浇层由外至内的外一道箍筋的换算截面面积，mm²；d_cor2为组合柱在现浇层由外至内的外一道箍筋内表面之间的距离，mm；A_ss2为组合柱在现浇层由外至内的外一道箍筋的截面面积，mm²；s₂为组合柱在现浇层由外至内的外一道箍筋的纵向间距，mm；

所述公式(6)为：

其中，A_sso3为组合柱在现浇层由外至内的内一道箍筋的换算截面面积，mm²；d_cor3为组合柱在现浇层由外至内的内一道箍筋内表面之间的距离,mm；A_ss3为组合柱在现浇层由外至内的内一道箍筋的截面面积，mm²；s₃为组合柱在现浇层由外至内的内一道箍筋的纵向间距，mm。

更优选地，所述组合柱的芯柱提供的受压承载力N₃符合公式(7)，所述公式(7)为：N₃＝f_c3A_c3+f′_y3A′_s3，其中，N₃为组合柱的芯柱提供的受压承载力，kN；f_c3为芯柱的轴心抗压强度，MPa；A_c3为芯柱的正截面面积，mm²；f′_y3为芯柱的纵筋的屈服强度，MPa；A′_s3为芯柱的纵筋的截面面积,mm²。

如上所述，本发明提供的一种高承载再生混凝土组合柱及其建造方法，具有以下有益效果：

(1)本发明提供的一种高承载再生混凝土组合柱及其建造方法，其中布置的钢筋笼，对内部再生混凝土芯柱能产生多重约束，可提高再生混凝土组合柱的承载能力和变形性能。

(2)本发明提供的一种高承载再生混凝土组合柱及其建造方法，采用的预制ECC外壳一方面具有高延性、高韧性、耐久性高和自重轻的特点，可实现工业化生产并作为现浇混凝土的永久性模板；另一方面也对内置混凝土起约束和保护作用。

(3)本发明提供的一种高承载再生混凝土组合柱及其建造方法，采用多重螺旋箍筋约束ECC-普通混凝土-再生混凝土组合，在构件层次上组合了不同种类的混凝土，充分发挥了材料各自的优势，改善了再生混凝土的耐久性能及整个再生混凝土柱的受力性能等，为旧建筑拆除后废混凝土柱的再利用提供了有效的处理方式，具有良好的市场前景，可以加快推广再生混凝土的推广应用。

附图说明

图1显示为本发明的再生混凝土组合柱截面(芯柱为圆柱)形式示意图。

图2显示为本发明的再生混凝土组合柱截面(芯柱为方柱)形式示意图。

附图标记

1芯柱

2现浇层

3外壳

4箍筋

5纵筋

6拉结筋

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1-2所示，本发明第一方面提供一种高承载再生混凝土组合柱，包括有竖直设置的柱体，所述柱体沿水平截面方向由内至外依次设置芯柱、现浇层、外壳，所述柱体内配置有箍筋、纵筋及拉结筋，所述纵筋包括有多根且沿柱体的竖直方向设置，所述箍筋及拉结筋设于柱体的多个水平截面上且两者同时位于同一水平截面上，同一水平截面上的所述箍筋与拉结筋相连接，不同水平截面上的所述箍筋与竖直方向的纵筋相连接形成钢筋笼。

在一个优选的实施例中，所述芯柱选自预制再生混凝土柱或废旧混凝土柱中的一种。

具体来说，所述预制再生混凝土柱是采用再生混凝土制备的预制柱，所述再生混凝土是采用一定量再生粗骨料、再生细骨料、再生粉体等再生原料取代天然材料组份制备的混凝土。所述再生混凝土的配合比按照《再生骨料应用技术规程》(JGJ/T 240)进行设置。

上述预制再生混凝土柱表面不进行处理、自然粗糙，内部配有一定量的钢筋以保证其在运输和吊装过程中不发生破坏。上述预制再生混凝土柱中的钢筋用量不少于现行规范《混凝土结构设计规范》GB50010规定的最小配筋率的钢筋。

具体来说，所述废旧混凝土柱是从废旧建筑物中切割下来的柱构件。在进一步优选的方案中，所述废旧混凝土柱可以为从废旧建筑物中切割下来的一整个混凝土柱，也可以为从废旧建筑物中切割下来的多个混凝土短柱拼接而成的混凝土柱。

其中，从废旧建筑物中切割下来的多个混凝土短柱，在拼接时将短柱内钢筋凿出进行连接，连接方式选自对接焊或套筒连接中的一种。

具体来说，所述废旧混凝土柱的表面要打磨粗糙。所述废旧混凝土柱的混凝土强度等级≥C20。

在一个优选的实施例中，如图1、2所示，所述芯柱的水平截面形状选自方形或圆形中的一种。

在进一步优选的实施例中，所述芯柱的方形尺寸为0.3D～0.5D，D≥600mm，其中，D为柱体的外径，mm。

在进一步优选的实施例中，所述芯柱的圆形尺寸为0.4D～0.6D，D≥600mm，D为柱体的外径，mm。

在一个优选的实施例中，如图1、2所示，所述芯柱的中心与柱体的轴心之间位置对中。

在一个优选的实施例中，所述现浇层采用普通混凝土浇筑。

在进一步优选的实施例中，所述现浇层采用的普通混凝土的强度等级比芯柱采用的混凝土的强度等级至少高一个等级。

在一个优选的实施例中，所述外壳采用纤维增强水泥基材料(ECC)预制而成。所述纤维增强水泥基材料(ECC)是指以水泥为基体，以纤维为增强体、加入填料、外加剂和水按一定比例配合，经搅拌和养护而构成的复合材料。

在一个优选的实施例中，所述外壳的厚度t为D/12，且60mm≤t≤120mm，D≥600mm，D为柱体的外径，mm。

在一个优选的实施例中，所述外壳在任意一个水平截面上设有1道箍筋，所述外壳沿柱体的竖直方向设有多根纵筋，所述纵筋与所述箍筋相连接形成第一钢筋笼。

在一个优选的实施例中，所述现浇层在任意一个水平截面上设有2道箍筋及1道拉结筋，各道箍筋以芯柱为中心轴呈同心圆分布，所述拉结筋与箍筋相连接形成钢筋网；所述现浇层沿柱体的竖直方向设有多根纵筋，所述纵筋与所述箍筋相连接形成第二钢筋笼。

在进一步优选的实施例中，所述箍筋为螺旋箍筋，所述螺旋箍筋的螺距为50～200mm，且不大于螺旋圈直径的1/5。

在进一步优选的实施例中，所述拉结筋的每道由四根钢筋组成，并以芯柱为中心轴围绕呈“井”字形布置。

在进一步优选的实施例中，所述钢筋网中，拉结筋与箍筋的连接为绑扎或焊接连接。

在进一步优选的实施例中，相邻水平截面上，所述钢筋网之间的垂直间距为400-600mm，优选为500mm。

在进一步优选的实施例中，所述第一钢筋笼或第二钢筋笼中，纵筋与箍筋的连接为绑扎或焊接连接。

在进一步优选的实施例中，所述第一钢筋笼或第二钢筋笼为单筒钢筋笼，相邻钢筋笼之间的垂直距离≥100mm。所述第一钢筋笼或第二钢筋笼的中心轴与芯柱重合。

本发明第二方面提供一种高承载再生混凝土组合柱的建造方法，包括以下步骤：

1)采用废旧混凝土或预制再生混凝土中的一种制备芯柱；

2)将纵筋及箍筋连接形成第一钢筋笼，再将第一钢筋笼放入预制外壳模板内，分层浇筑ECC材料，振捣密实、终凝后拆除模板，自然养护，获得预制外壳；

3)将步骤1)获得的芯柱、步骤2)获得的预制外壳运输至施工现场，先将芯柱吊装到安装位置，芯柱与柱中心轴对中；

4)在芯柱外设置现浇层，将现浇层内纵筋及箍筋连接后由内至外形成多个第二钢筋笼，再将第二钢筋笼由内至外依次吊装到安装位置，再安装拉结筋形成多个钢筋网；

5)最后将预制外壳吊装到安装位置，预制外壳与柱中心轴对中；在现浇层内浇筑普通混凝土，养护成型后即得。

在一个优选的实施例中，步骤1)中，所述预制再生混凝土的配合比按照《再生骨料应用技术规程》(JGJ/T 240)进行设置，所述预制再生混凝土中的钢筋用量不少于现行规范《混凝土结构设计规范》GB50010规定的最小配筋率的钢筋。保证其在运输和吊装过程中不发生破坏。

在一个优选的实施例中，步骤1)中，所述预制再生混凝土制备的芯柱表面不进行抹平等处理。使其自然粗糙。

在一个优选的实施例中，步骤1)中，所述预制再生混凝土制备的芯柱进行自然养护28天。

在一个优选的实施例中，步骤1)中，所述废旧混凝土制备的芯柱的表面要打磨粗糙。可采用工厂集中处理或现场处理，去除表面抹灰。

在一个优选的实施例中，步骤2)中，所述预制外壳模板由内外两道圆形钢管组装而成，每道钢管均预先沿同一方向切割成四等分，便于终凝后拆模，组装后的两道钢管中心轴重合，内钢管外径与预制外壳内径相同，外钢管内径与预制外壳外径相同。所述预制外壳模板可循环利用。

在一个优选的实施例中，步骤2)中，所述分层浇筑的高度≤500mm。

在一个优选的实施例中，步骤2)中，所述振捣密实要求达到ECC浆体不再沉落，ECC表面呈现浮浆。

在一个优选的实施例中，步骤2)中，所述终凝后拆除模板的时间为≥12h。

在一个优选的实施例中，步骤2)中，所述自然养护的时间为28天。

在一个优选的实施例中，步骤4)中，所述第二钢筋笼以芯柱为中心轴由外至内依次套设，所述第二钢筋笼还与钢筋网相连接形成筒中筒结构。

在进一步优选的实施例中，所述第二钢筋笼以芯柱为中心轴由外至内依次套设有2个。

所述第二钢筋笼通过纵筋与箍筋绑扎或焊接组成单筒钢筋笼，2个单筒钢筋笼直径不同套设，并分别与横向拉结筋绑扎或焊接组成筒中筒结构钢筋笼。

在一个优选的实施例中，步骤5)中，所述养护成型的时间为28天。

在一个优选的实施例中，上述建造方法中，所述组合柱所承受的实际受压承载力N不大于理论受压承载力N_u，且N_u符合公式(1)，所述公式(1)为：N_u＝N₁+αN₂+N₃，其中，N_u为组合柱的理论受压承载力，kN；N₁为组合柱的预制外壳提供的受压承载力，kN；N₂为组合柱的现浇层提供的受压承载力，kN；N₃为组合柱的芯柱提供的受压承载力，kN；α为预制外壳对现浇层的约束系数，取值为1.1。

在进一步优选的实施例中，所述组合柱的预制外壳提供的受压承载力N₁符合公式(2)、(3)，

所述公式(2)为：N₁＝f_c1A_c1+f′_y1A′_s1+2f_yv1A_sso1，其中，N₁为组合柱的预制外壳提供的受压承载力，kN；f_c1为组合柱的预制外壳的轴心抗压强度，MPa；A_c1为预制外壳的正截面面积，mm²；f′_y1为预制外壳纵筋的屈服强度，MPa；A′_s1为预制外壳的纵筋的截面面积，mm²；f_yv1为组合柱在预制外壳的一道箍筋的屈服强度，MPa；A_sso1为组合柱在预制外壳的一道箍筋的换算截面面积，mm²；

所述公式(3)为：

其中，A_sso1为组合柱在预制外壳的一道箍筋的换算截面面积，mm²；d_cor1为组合柱在预制外壳的一道箍筋内表面之间的距离，mm；A_ss1为组合柱在预制外壳的一道箍筋的截面面积，mm²；s₁为组合柱在预制外壳的一道箍筋的纵向间距，mm。

在进一步优选的实施例中，所述组合柱的现浇层提供的受压承载力N₂符合公式(4)、(5)、(6)，

所述公式(4)为：N₂＝f_c2A_c2+f′_y2A′_s2+2(f_yv2A_sso2+f_yv3A_sso3)，其中，N₂为组合柱的现浇层提供的受压承载力，kN；f_c2为现浇层的轴心抗压强度，MPa；A_c2为现浇层的正截面面积，mm²；f′_y2为现浇层的纵筋的屈服强度，MPa；A′_s2为现浇层的纵筋的截面面积，mm²；f_yv2和f_yv3分别为组合柱在现浇层由外至内二道箍筋的屈服强度，MPa；A_sso2和A_sso3为组合柱在现浇层由外至内二道箍筋的换算截面面积，mm²；

所述公式(5)为：

其中，A_sso2为组合柱在现浇层由外至内的外一道箍筋的换算截面面积，mm²；d_cor2为组合柱在现浇层由外至内的外一道箍筋内表面之间的距离，mm；A_ss2为组合柱在现浇层由外至内的外一道箍筋的截面面积，mm²；s₂为组合柱在现浇层由外至内的外一道箍筋的纵向间距，mm；

所述公式(6)为：

其中，A_sso3为组合柱在现浇层由外至内的内一道箍筋的换算截面面积，mm²；d_cor3为组合柱在现浇层由外至内的内一道箍筋内表面之间的距离,mm；A_ss3为组合柱在现浇层由外至内的内一道箍筋的截面面积，mm²；s₃为组合柱在现浇层由外至内的内一道箍筋的纵向间距，mm。

在进一步优选的实施例中，所述组合柱的芯柱提供的受压承载力N₃符合公式(7)，所述公式(7)为：N₃＝f_c3A_c3+f′_y3A′_s3，其中，N₃为组合柱的芯柱提供的受压承载力，kN；f_c3为芯柱的轴心抗压强度，MPa；A_c3为芯柱的正截面面积，mm²；f′_y3为芯柱的纵筋的屈服强度，MPa；A′_s3为芯柱的纵筋的截面面积,mm²。

实施例1

根据上述对混凝土组合柱的要求，采用预制再生混凝土柱作为柱芯，构造高承载再生混凝土组合柱#1，其采用多重螺旋箍筋约束ECC-普通混凝土-再生混凝土组合。如图2所示，混凝土组合柱直径为1000mm，ECC预制外壳厚度为80mm，方形预制再生混凝土柱芯边长为400mm。外壳ECC材料、现浇层普通混凝土和芯柱再生混凝土轴心抗压强度分别为42.7MPa、23.4MPa和20.1MPa，外壳ECC材料、现浇层普通混凝土和芯柱再生混凝土正截面面积分别为231104mm²、393896mm²和160000mm²；外壳部位、现浇层部位和芯柱部位纵筋的屈服强度均为400MPa；外壳部位、现浇层部位和芯柱部位分别配置纵筋数量为8根、8根和4根，纵筋直径均为16mm，纵筋的截面面积分别为1608mm²、1608mm²和804mm²；组合柱从ECC预制外壳到现浇层由外至内第一道、第二道和第三道螺旋箍筋内表面之间的距离分别为920mm、750mm和600mm；组合柱从ECC预制外壳到现浇层由外至内第一道、第二道和第三道螺旋箍筋的纵向间距均为100mm；螺旋箍筋的屈服强度均为300MPa；螺旋箍筋的直径均为10mm。

混凝土组合柱#1的受压承载力按公式(1)-(7)计算，具体结果如下：

N₁＝f_c1A_c1+f′_y1A′_s1+2f_yv1A_sso1＝42.7×231104+400×1608+2×300×2267.7＝11872kN

N₂＝f_c2A_c2+f′_y2A′_s2+2(f_yv2A_sso2+f_yv3A_sso3)

＝23.4×393896+400×1608+2×(300×1848.7+300×1478.9)＝11856.9kN

N₃＝f_c3A_c3+f_y'₃A_s'₃＝20.1×160000+400×804＝3396.8kN

N_u＝N₁+αN₂+N₃＝28311kN

实施例2

根据上述对混凝土组合柱的要求，采用废混凝土柱作为柱芯，构造高承载再生混凝土组合柱#2，其采用多重螺旋箍筋约束ECC-普通混凝土-再生混凝土组合。如图1所示，混凝土组合柱直径为1000mm，ECC预制外壳厚度为80mm，圆形废混凝土柱芯直径为500mm。外壳ECC材料、现浇层普通混凝土和芯柱混凝土轴心抗压强度分别为46.3MPa、24.2MPa和21.6MPa，外壳ECC材料、现浇层普通混凝土和芯柱再生混凝土正截面面积分别为231104mm²、357646mm²和196250mm²；外壳部位、现浇层部位和芯柱部位纵筋的屈服强度均为400MPa；外壳部位、现浇层部位和芯柱部位分别配置纵筋数量为8根、8根和4根，纵筋直径均为16mm，纵筋的截面面积分别为1608mm²、1608mm²和804mm²；组合柱从ECC预制外壳到现浇层由外至内第一道、第二道和第三道螺旋箍筋内表面之间的距离分别为920mm、750mm和600mm；组合柱从ECC预制外壳到现浇层由外至内第一道、第二道和第三道螺旋箍筋的纵向间距均为100mm；螺旋箍筋的屈服强度均为300MPa；螺旋箍筋的直径均为10mm。

混凝土组合柱#2的受压承载力按公式(1)-(7)计算，具体结果如下：

N₁＝f_c1A_c1+f′_y1A′_s1+2f_yv1A_sso1＝46.3×231104+400×1608+2×300×2267.7＝12704kN

N₂＝f_c2A_c2+f′_y2A′_s2+2(f_yv2A_sso2+f_yv3A_sso3)

＝24.2×357546+400×1608+2×(300×1848.7+300×1478.9)＝11292kN

N₃＝f_c3A_c3+f′_y3A′_s3＝21.6×196250+400×804＝4560kN

N_u＝N₁+αN₂+N₃＝29685kN

对比例1

根据上述实施例1、2中组合柱截面尺寸和纵筋配置要求，构建普通钢筋混凝土柱进行受压承载力对比分析。普通钢筋混凝土柱直径为1000mm，普通混凝土23.4MPa；纵筋的屈服强度均为400MPa；配置纵筋数量为20根，纵筋直径均为16mm；箍筋直径为10mm，间距为100mm，屈服强度均为300MPa。计算得到普通钢筋混凝土柱受压承载力为19977kN。

性能比较例1

比较实施例1、2与对比例1中的柱受压承载力可知，本发明中构造的高承载再生混凝土组合柱，采用多重螺旋箍筋约束ECC-普通混凝土-再生混凝土组合，组合柱#1和#2的受压承载力分别为28311kN和29685kN，普通钢筋混凝土柱的受压承载力分别为19977kN，组合柱#1和#2的受压承载力较普通钢筋混凝土柱增加41.7％和48.5％，可见高承载再生混凝土组合柱的受压承载力较普通钢筋混凝土柱增加约40％以上，其承载力优于普通钢筋混凝土柱的承载力要求。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种高承载再生混凝土组合柱，其特征在于，包括有竖直设置的柱体，所述柱体沿水平截面方向由内至外依次设置芯柱(1)、现浇层(2)、外壳(3)，所述柱体内配置有箍筋(4)、纵筋(5)及拉结筋(6)，所述纵筋(5)包括有多根且沿柱体的竖直方向设置，所述箍筋(4)及拉结筋(6)设于柱体的多个水平截面上且两者同时位于同一水平截面上，同一水平截面上的所述箍筋(4)与拉结筋(6)相连接，不同水平截面上的所述箍筋(4)与竖直方向的纵筋(5)相连接形成钢筋笼；

所述芯柱(1)选自预制再生混凝土柱或废旧混凝土柱中的一种；

所述现浇层(2)包括以下条件中的任一项或多项：

B1)所述现浇层(2)采用普通混凝土浇筑，所述现浇层(2)采用的普通混凝土的强度等级比芯柱(1)采用的混凝土的强度等级至少高一个等级；

B2)所述现浇层(2)在任意一个水平截面上设有2道箍筋(4)及1道拉结筋(6)，各道箍筋(4)以芯柱(1)为中心轴呈同心圆分布，所述拉结筋(6)与箍筋(4)相连接形成钢筋网；所述现浇层(2)沿柱体的竖直方向设有多根纵筋(5)，所述纵筋(5)与所述箍筋(4)相连接形成第二钢筋笼；

所述外壳(3)采用纤维增强水泥基材料预制而成。

2.根据权利要求1所述的一种高承载再生混凝土组合柱，其特征在于，所述芯柱(1)的水平截面形状选自方形或圆形中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种高承载再生混凝土组合柱，其特征在于，所述外壳(3)包括以下条件中的任一项或多项：

C1)所述外壳(3)的厚度t为D/12，且60mm≤t≤120mm，D≥600mm，D为柱体的外径，mm；

C2)所述外壳(3)在任意一个水平截面上设有1道箍筋(4)，所述外壳(3)沿柱体的竖直方向设有多根纵筋(5)，所述纵筋(5)与所述箍筋(4)相连接形成第一钢筋笼。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种高承载再生混凝土组合柱的建造方法，包括以下步骤：

1)采用废旧混凝土或预制再生混凝土中的一种制备芯柱；

2)将纵筋及箍筋连接形成第一钢筋笼，再将第一钢筋笼放入预制外壳模板内，分层浇筑ECC材料，振捣密实、终凝后拆除模板，自然养护，获得预制外壳；

3)将步骤1)获得的芯柱、步骤2)获得的预制外壳运输至施工现场，先将芯柱吊装到安装位置，芯柱与柱中心轴对中；

4)在芯柱外设置现浇层，将现浇层内纵筋及箍筋连接后由内至外形成多个第二钢筋笼，再将第二钢筋笼由内至外依次吊装到安装位置，再安装拉结筋形成多个钢筋网；

5)最后将预制外壳吊装到安装位置，预制外壳与柱中心轴对中；在现浇层内浇筑普通混凝土，养护成型后即得。

5.根据权利要求4所述的一种高承载再生混凝土组合柱的建造方法，其特征在于，包括以下条件中的任一项或多项：

D1)在步骤1)中，所述预制再生混凝土制备的芯柱进行自然养护28天；

D2)在步骤2)中，所述分层浇筑的高度≤500mm；

D3)在步骤2)中，所述终凝后拆除模板的时间为≥12h；

D4)在步骤2)中，所述自然养护的时间为28天；

D5)在步骤5)中，所述养护成型的时间为28天。

6.根据权利要求4所述的一种高承载再生混凝土组合柱的建造方法，其特征在于，所述建造方法中，所述组合柱所承受的实际受压承载力N不大于理论受压承载力N_u，且N_u符合公式(1)，所述公式(1)为：N_u＝N₁+αN₂+N₃，其中，N_u为组合柱的理论受压承载力，kN；N₁为组合柱的预制外壳提供的受压承载力，kN；N₂为组合柱的现浇层提供的受压承载力，kN；N₃为组合柱的芯柱提供的受压承载力，kN；α为预制外壳对现浇层的约束系数，取值为1.1。

7.根据权利要求6所述的一种高承载再生混凝土组合柱的建造方法，其特征在于，所述组合柱的预制外壳提供的受压承载力N₁符合公式(2)、(3)，

所述公式(2)为：N₁＝f_c1A_c1+f′_y1A′_s1+2f_yv1A_sso1，其中，N₁为组合柱的预制外壳提供的受压承载力，kN；f_c1为组合柱的预制外壳的轴心抗压强度，MPa；A_c1为预制外壳的正截面面积，mm²；f′_y1为预制外壳纵筋的屈服强度，MPa；A′_s1为预制外壳的纵筋的截面面积，mm²；f_yv1为组合柱在预制外壳的一道箍筋的屈服强度，MPa；A_sso1为组合柱在预制外壳的一道箍筋的换算截面面积，mm²；

所述公式(3)为：

其中，A_sso1为组合柱在预制外壳的一道箍筋的换算截面面积，mm²；d_cor1为组合柱在预制外壳的一道箍筋内表面之间的距离，mm；A_ss1为组合柱在预制外壳的一道箍筋的截面面积，mm²；s₁为组合柱在预制外壳的一道箍筋的纵向间距，mm。

8.根据权利要求6所述的一种高承载再生混凝土组合柱的建造方法，其特征在于，所述组合柱的现浇层提供的受压承载力N₂符合公式(4)、(5)、(6)，

所述公式(4)为：N₂＝f_c2A_c2+f′_y2A′_s2+2(f_yv2A_sso2+f_yv3A_sso3)，其中，N₂为组合柱的现浇层提供的受压承载力，kN；f_c2为现浇层的轴心抗压强度，MPa；A_c2为现浇层的正截面面积，mm²；f′_y2为现浇层的纵筋的屈服强度，MPa；A′_s2为现浇层的纵筋的截面面积，mm²；f_yv2和f_yv3分别为组合柱在现浇层由外至内二道箍筋的屈服强度，MPa；A_sso2和A_sso3为组合柱在现浇层由外至内二道箍筋的换算截面面积，mm²；

所述公式(5)为：

其中，A_sso2为组合柱在现浇层由外至内的外一道箍筋的换算截面面积，mm²；d_cor2为组合柱在现浇层由外至内的外一道箍筋内表面之间的距离，mm；A_ss2为组合柱在现浇层由外至内的外一道箍筋的截面面积，mm²；s₂为组合柱在现浇层由外至内的外一道箍筋的纵向间距，mm；

所述公式(6)为：

其中，A_sso3为组合柱在现浇层由外至内的内一道箍筋的换算截面面积，mm²；d_cor3为组合柱在现浇层由外至内的内一道箍筋内表面之间的距离,mm；A_ss3为组合柱在现浇层由外至内的内一道箍筋的截面面积，mm²；s₃为组合柱在现浇层由外至内的内一道箍筋的纵向间距，mm。

9.根据权利要求6所述的一种高承载再生混凝土组合柱的建造方法，其特征在于，所述组合柱的芯柱提供的受压承载力N₃符合公式(7)，所述公式(7)为：N₃＝f_c3A_c3+f′_y3A′_s3，其中，N₃为组合柱的芯柱提供的受压承载力，kN；f_c3为芯柱的轴心抗压强度，MPa；A_c3为芯柱的正截面面积，mm²；f′_y3为芯柱的纵筋的屈服强度，MPa；A′_s3为芯柱的纵筋的截面面积,mm²。

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