CN115234027A - 一种双层钢套筒的加固混凝土柱连接结构 - Google Patents
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Abstract
一种双层钢套筒的加固混凝土柱连接结构，包括外层加固半钢套管、内层加固半钢套管和连接壳体，所述外层加固半钢套管和内层加固半钢套管均为半圆筒型，所述外层加固半钢套管的直径大于内层加固半钢套管，所述外层加固半钢套管同轴设置在内层加固半钢套管的外侧，并且通过沿径向布设的径向连接板与内层加固半钢套管连接固定；所述连接壳体设有与外层加固半钢套管相匹配的弧度，连接壳体的一侧固定在外层加固半钢套管的一侧的内侧面上，另一侧上沿轴向设有多个螺栓孔，所述外层加固半钢套管的另一侧上、在与所述螺栓孔对应的位置、设置有与螺栓孔大小相匹配的通孔，本发明提高对既有混凝土柱的加固效果，使施工更加便利，保证连接质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种双层钢套筒的加固混凝土柱连接结构。
背景技术
现有建筑物加固改造工程中，在原有结构上新增填充墙或放置额外设备以改变或扩展建筑物的使用功能是十分常见的改造方式，但是新增荷载往往会超出原有混凝土柱的承载力要求；同时，老旧建筑物在长时间的风化侵蚀作用以及腐蚀作用下，会导致混凝土柱的承载力下降，导致其本身承载力的下降，因此即使不新增额外设备的情况下，也有必要对既有混凝土柱进行加固处理。
常见的混凝土柱加固方法有钢筋混凝土增大截面法、粘贴钢板法或粘贴纤维增强复合材料法等，这些方法在实施过程中需要支护模板、使用建筑结构胶或现场焊接等操作，存在施工复杂、成本过高等缺点。同时，以上方法在加固后存在新旧混凝土结合面、钢板与混凝土结合面、粘贴纤维增强复合材料与混凝土结合面这种受力薄弱面导致加固效果不够好的问题。近年来，钢套管混凝土增大截面法受到重视，相比前述的常见方法，具有以下优点：不需要在新旧混凝土界面作凿毛或粘胶等处理，混凝土浇捣时不需要模板，不需要钢筋安装和绑扎的工序，钢管对内部新旧混凝土均具有约束作用。但是，在钢套管施工过程中，需要进行大量的现场焊接工作，施工成本较高，对焊接质量要求高。
发明内容
本发明解决现有技术的不足而提供一种提高对既有混凝土柱的加固效果，使施工更加便利的双层钢套筒的加固混凝土柱连接结构。
为实现上述目的，本发明首先提出了一种双层钢套筒的加固混凝土柱连接结构，包括钢管结构单元，所述钢管结构单元由两个结构相同的预制半边钢管构件连接而成，所述预制半边钢管构件包括外层加固半钢套管、内层加固半钢套管和连接壳体，
所述外层加固半钢套管和内层加固半钢套管均为半圆筒型，所述外层加固半钢套管的直径大于内层加固半钢套管，所述外层加固半钢套管同轴设置在内层加固半钢套管的外侧，并且通过沿径向布设的径向连接板与内层加固半钢套管连接固定，两个内层加固半钢套管拼装后的内径大于待加固混凝土柱的外径；
所述连接壳体设有与外层加固半钢套管相匹配的弧度，连接壳体的一侧固定在外层加固半钢套管的一侧的内侧面上，另一侧上沿轴向设有多个螺栓孔，所述外层加固半钢套管的另一侧上、在与所述螺栓孔对应的位置、设置有与螺栓孔大小相匹配的通孔，两个预制半边钢管构件通过连接壳体相互连接，并且通过安装在螺栓孔和通孔内的螺栓连接副相互固定。
本实施方式中，所述内层加固半钢套管的两连接侧上、在靠近边缘的位置上分别对应设有相匹配第一卡件和第二卡件，两个所述内层加固半钢套管拼接时通过第一卡件和第二卡件实现周向限位。
本实施方式中，所述第一卡件和第二卡件为沿内层加固半钢套管轴向布设的钢筋或钢条，所述第一卡件设置在内层加固半钢套管的外侧，所述第二卡件设置在内层加固半钢套管的内侧。
本实施方式中，所述内、外层加固半钢套管的高度相匹配，所述连接壳体的高度与内、外层加固半钢套管的高度相匹配。
本实施方式中，所述外层加固半钢套管与连接壳体的固定方式为焊接，所述外层加固半钢套管与连接壳体接触面的两端焊接形成焊缝。
本实施方式中，两个外层加固半钢套管拼装后、其相对侧边之间设有间距，所述间距为焊缝高度的2～3倍。
本实施方式中，所述连接壳体的外径等于加固半钢套管的内径。
本实施方式中，所述螺栓连接副采用高强螺栓连接副。
本实施方式中，所述螺栓连接副包括螺杆、垫片和螺帽，所述螺栓孔与螺杆的大小相匹配，所述螺栓孔内螺纹连接有螺杆，所述螺杆的连接端从连接壳体的外侧伸出，两组预制半边钢管构件拼装时，一侧外层加固半钢套管中螺栓孔内的螺杆插入另一侧外层加固半钢套管的通孔内，在每个螺杆上依次套装垫片和螺帽，通过拧紧螺帽，将两组预制半边钢管构件连接固定。
由于采用上述结构，本装置具有如下优点：
(1)相比新旧混凝土结合面、钢板与混凝土结合面、粘贴纤维增强复合材料与混凝土结合面这种受力薄弱面导致加固效果不好的缺点，本装置利用连接壳体、卡件、径向连接板和螺栓抗剪连接方式将外层加固半钢套管和内层加固半钢套管连接成完整的双层钢套筒，通过双层钢套筒对新混凝土和原混凝土柱的约束作用，使双层加固筒体、新混凝土和混凝土柱共同受力，从而提高柱子的承载能力和变形能力。
(2)相比于现有需要在加固现场支护模板、现场焊接或粘结构胶等复杂操作，本装置中预制半边钢管构件中外层加固半钢套管和连接壳体之间的焊接连接、外层加固半钢套管和连接壳体的开孔等步骤均在工厂提前完成。双层加固筒体组装完成后可直接浇筑混凝土，省去了支护模板、现场焊接或粘结构胶等操作，施工方便，节省了人力成本和时间成本，施工质量容易保证。
(3)相比现有螺栓连接加固结构中的复杂连接方式，本申请中两个预制半边钢管构件的外层加固半钢套管通过螺栓固定连接成整体，而内层加固半钢套管通过第一卡件和第二卡件周向限位，其中创新的连接方式包括三点。一是预制半边钢管构件采用一侧工厂焊接一侧现场螺栓连接，避免现场焊接，减少现场螺栓连接数量，减少制作和施工成本。二是外层加固半钢套管从连接壳体内侧往外侧预拧螺杆固定，两个连接壳体合并后，最后在外侧拧紧螺帽即可连接好整个外层加固半钢套管，解决了外层加固半钢套管合并时无法在外层加固半钢套管内拧螺母、采用单边螺栓连接副成本高的问题，大大降低了现场施工难度，从而提高施工速度，节省时间、人力、材料成本。三是组合后形成的双层钢套筒，相比于单层钢套管加固，其对新混凝土和原混凝土柱的约束作用更强，加固效果更好。
综上所述，本装置利用连接壳体、卡件、径向连接板及螺栓抗剪连接方式将四个半圆筒型的内、外层加固钢套管单元安装在待加固混凝土柱周围，形成完整的双层钢套筒。原有混凝土柱与双层钢套筒形成填充空间；填充空间内部浇筑新混凝土，使双层钢套筒、新混凝土与原结构混凝土柱形成整体，并共同受力。本装置在安装过程中，免现场焊接与免焊缝质量检测工序，方便施工，容易保证连接质量。同时，利用双层钢套筒对内部混凝土的约束性能，能够提高原有混凝土柱的承载力。
附图说明
图1是本发明预制半边钢管构件的结构示意图。
图2是本发明外层加固半钢套管的结构示意图。
图3是本发明内层加固半钢套管的一种结构示意图。
图4是本发明内层加固半钢套管的另一种结构示意图。
图5是本发明图4A-A的剖面图。
图6是本发明预制半边钢管构件安装后的结构示意图。。
图7是本发明安装前两个预制半边钢管构件的错位放置图
图8是本发明安装到待加固混凝土柱上的示意图。
图9是图8中A部的放大示意图。
图10是本发明加固后的柱立面图。
图中，1、外层加固半钢套管；2、连接壳体；3、螺栓连接副；31、螺杆；32、垫片；33、螺帽；4、焊缝；5、螺栓孔；6、通孔；7、内层加固半钢套管；8、径向连接板；81、短连接板；82、长连接板；9、卡件；10、待加固混凝土柱；11、新混凝土。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如图1-10所示，一种双层钢套筒的加固混凝土柱连接结构，包括钢管结构单元，钢管结构单元由两组预制半边钢管构件可拆卸式连接而成，所述预制半边钢管构件包括外层加固半钢套管1、内层加固半钢套管7、连接壳体2、径向连接板8和螺栓连接副3，所述螺栓连接副3包括螺杆31、垫片32和螺帽33，作为优选，螺栓连接副3选择高强螺栓。
如图1、图2所示，外层加固半钢套管1、连接壳体2在工厂提前预制并开螺栓孔5、通孔6，在工厂预制时，在连接壳体2的一侧沿轴向开带螺纹的螺栓孔5，另一侧固定在外层加固半钢套管1上，螺栓孔5的大小与螺杆31的大小相匹配，外层加固半钢套管1的一端开不带螺纹的通孔6，通孔6的大小与螺杆31的大小相匹配，通孔6的数量、位置与连接壳体2上螺栓孔5的数量和位置对应，这样两组预制半边钢管构件连接时，把预先固定在一组预制半边钢管构件的连接壳体2螺栓孔5内的螺杆31穿过另一组预制半边钢管构件的外层加固半钢套管1上的通孔6，具体的，外层加固半钢套管1和连接壳体2高度一致，外层加固半钢套管1和连接壳体2的连接方式为焊接，在加工厂将外层加固半钢套管1与连接壳体2接触面的两端焊上焊缝4。外层加固半钢套管1的制作方法为：首先对半切割一个圆形截面的钢套管，然后在其中的每一半圆形钢套管沿轴向的边缘上切割，减小圆周弧长。所减小的圆周弧长长度可取2～3倍的加固半钢套管1和连接壳体2之间的焊缝4的高度，这样使得两片加固半钢套管1拼合后，两者连接处预留一定距离，从而在连接壳体2与加固半钢套管1焊接后，不会阻碍预制半边钢管构件的拼接；
如图3-5所示，内层加固半钢套管7和卡件9在工厂提前预制，卡件9包括第一卡件和第二卡件，所述第一卡件和第二卡件沿轴向设置在内层加固半钢套管的两连接侧、靠近边缘的位置上，两个所述内层加固半钢套管通过第一卡件和第二卡件周向限位，如图3、4所示，第一卡件和第二卡件为钢筋或钢条，所述第一卡件设置在内层加固半钢套管的外侧，所述第二卡件设置在内层加固半钢套管的内侧；第二卡件的横截面大于第一卡件的横截面，卡件9的高度和内层加固半钢套管7高度相同；优选的，内层加固半钢套管7与卡件9的连接方式为焊接。具体的，内层加固半钢套管7的制作方法为：对半切割一个圆形截面钢管；
最后，将外层加固半钢套管1和内层加固半钢套管7通过沿径向布设的径向连接板固定连接。具体的，径向连接板8包括短连接板81和长连接板82，短连接板81的高度小于长连接板82的高度，长连接板82布设在靠近第一卡件的一端，短连接板81布设在靠近第二卡件的一端，且长连接板82的高度与短连接板81的高度差小于卡件9的高度，这样使得两组内层加固半钢套管7的两轴向连接端错位布设，从而方便一组内层加固半钢套管的第一卡件卡入另一组内层加固半钢套管第二卡件内，更方便实现两组内层加固半钢套管的周向定位；优选的，径向连接板8与外层加固半钢套管和内层加固半钢套管之间连接的方式为焊接。
如图7所示，预制半边钢管构件从工厂运输到待加固混凝土柱10的场地。先将螺杆31预拧进每个预制半边钢管构件的连接壳体2的螺栓孔5中，螺杆31必须从连接壳体2的内侧往外侧拧；然后将两组预制半边钢管构件错位放置在待加固混凝土柱10的两侧，将一组预制半边钢管构件的连接壳体2插入另一组预制半边钢管构件的外层加固半钢套管1内侧，同时一侧内层加固半钢套管的第一卡件、第二卡件分别卡入另一侧内层加固半钢套管第二卡件、第二卡件内，再将一组预制半边钢管构件上的螺杆31插入另一组预制半边钢管构件的通孔6内并穿出，待所有螺杆31与插入对应通孔6后，在每个螺杆31上依次套装垫片32和螺帽33，然后拧紧螺帽33，将两组预制半边钢管构件连接固定，这样完成整个钢管结构单元的安装，在钢管结构单元内以及钢管结构单元与待加固混凝土柱10之间填充新混凝土11，待新混凝土11强度达标后即完成加固；新混凝土11分多次浇筑，每次浇筑完后通过振动棒将新混凝土11振捣密实，然后继续下一次浇筑，直至浇筑完成；加固完成后在整个双层钢套筒周围设有防锈漆层，防止钢材生锈。
作为优选，外层加固半钢套管1、连接壳体2、内层加固半钢套管7、径向连接板8和卡件9均选择钢材制作。
上述双层钢套筒的加固混凝土柱连接结构的施工方法如下：
步骤S1：在工厂提前预制两套连接壳体、两套外层加固半钢套管、两套内层加固半钢套管、四片径向连接板、四个卡件。
步骤S2：首先对连接壳体和外层加固半钢套管进行开孔，然后将连接壳体和外层加固半钢套管未开孔的一端焊接好，形成外层加固半钢套管；然后将内层加固半钢套管和卡件焊接好，形成内层加固半钢套管；最后，用径向连接板将外层加固半钢套管和内层加固半钢套管焊接起来，形成预制半边钢管构件；
步骤S3：确定待加固混凝土柱位置，将预制好的两套预制半边钢管构件从工厂运输至加固场地，然后将螺杆预拧在预制半边钢管构件中的连接壳体上的每个螺栓孔中，螺杆必须从连接壳体内侧往外侧拧；
步骤S4：清理待加固混凝土柱的表面，然后将两套预拧好螺杆的预制半边钢管构件环绕放置在待加固混凝土柱周围，然后将一套预制半边钢管构件中连接壳体上预拧好的螺杆对准另一套预制半边钢管构件中外层加固半钢套管上的通孔，同时将一套预制半边钢管构件上的内层加固半钢套管外侧的卡件与另一套预制半边钢管构件上的内层加固半钢套管内侧的卡件卡装，将螺杆穿过通孔的过程中，确保两套预制半边钢管构件上的卡件互相卡住，待所有螺杆和通孔对准，并连接好卡件后，在每个螺杆上套装垫片并拧紧螺帽，完成整个双层钢套筒的组装；
步骤S5：外层加固半钢套管与内层加固半钢套管之间的间隙内填充新混凝土；
步骤S6：在钢管结构单元与待加固混凝土柱的空隙内填充新混凝土，分为多次浇筑，每次浇筑完利用振捣棒将新混凝土振捣密实后再进行下一次浇筑，直至浇筑完成；
步骤S7：等新混凝土强度检测达标后即加固完成。
步骤S8：加固完成后，在双层钢套筒外围粉刷防锈漆，防止双层钢套筒腐蚀生锈。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种双层钢套筒的加固混凝土柱连接结构，包括钢管结构单元，所述钢管结构单元由两个结构相同的预制半边钢管构件连接而成，其特征在于：所述预制半边钢管构件包括外层加固半钢套管(1)、内层加固半钢套管(7)和连接壳体(2)，
所述外层加固半钢套管(1)和内层加固半钢套管(7)均为半圆筒型，所述外层加固半钢套管(1)的直径大于内层加固半钢套管(7)，所述外层加固半钢套管(1)同轴设置在内层加固半钢套管(7)的外侧，并且通过沿径向布设的径向连接板(8)与内层加固半钢套管(7)连接固定，两个内层加固半钢套管(7)拼装后的内径大于待加固混凝土柱(10)的外径；
所述连接壳体(2)设有与外层加固半钢套管(1)相匹配的弧度，连接壳体(2)的一侧固定在外层加固半钢套管(1)的一侧的内侧面上，另一侧上沿轴向设有多个螺栓孔(5)，所述外层加固半钢套管(1)的另一侧上、在与所述螺栓孔(5)对应的位置、设置有与螺栓孔(5)大小相匹配的通孔(6)，两个预制半边钢管构件通过连接壳体(2)相互连接，并且通过安装在螺栓孔(5)和通孔(6)内的螺栓连接副(3)相互固定。
2.如权利要求1所述的双层钢套筒的加固混凝土柱连接结构，其特征在于：所述内层加固半钢套管(7)的两连接侧上、在靠近边缘的位置上分别对应设有相匹配第一卡件(9)和第二卡件(9)，两个所述内层加固半钢套管(7)拼接时通过第一卡件(9)和第二卡件(9)实现周向限位。
3.如权利要求2所述的双层钢套筒的加固混凝土柱连接结构，其特征在于：所述第一卡件(9)和第二卡件(9)为沿内层加固半钢套管(7)轴向布设的钢筋或钢条，所述第一卡件(9)设置在内层加固半钢套管(7)的外侧，所述第二卡件(9)设置在内层加固半钢套管(7)的内侧。
4.如权利要求1所述的双层钢套筒的加固混凝土柱连接结构，其特征在于：所述内、外层加固半钢套管(1)的高度相匹配，所述连接壳体(2)的高度与内、外层加固半钢套管(1)的高度相匹配。
5.如权利要求1所述的双层钢套筒的加固混凝土柱连接结构，其特征在于：所述外层加固半钢套管(1)与连接壳体(2)的固定方式为焊接，所述外层加固半钢套管(1)与连接壳体(2)接触面的两端焊接形成焊缝(4)。
6.如权利要求5所述的双层钢套筒的加固混凝土柱连接结构，其特征在于：两个外层加固半钢套管(1)拼装后、其相对侧边之间设有间距，所述间距为焊缝(4)高度的2～3倍。
7.如权利要求1所述的双层钢套筒的加固混凝土柱连接结构，其特征在于：所述连接壳体(2)的外径等于加固半钢套管的内径。
8.如权利要求1所述的双层钢套筒的加固混凝土柱连接结构，其特征在于：所述螺栓连接副(3)采用高强螺栓连接副(3)。
9.如权利要求1至8任意一项所述的双层钢套筒的加固混凝土柱连接结构，其特征在于：所述螺栓连接副(3)包括螺杆(31)、垫片(32)和螺帽(33)，所述螺栓孔(5)与螺杆(31)的大小相匹配，所述螺栓孔(5)内螺纹连接有螺杆(31)，所述螺杆(31)的连接端从连接壳体(2)的外侧伸出，两组预制半边钢管构件拼装时，一侧外层加固半钢套管(1)中螺栓孔(5)内的螺杆(31)插入另一侧外层加固半钢套管(1)的通孔(6)内，在每个螺杆(31)上依次套装垫片(32)和螺帽(33)，通过拧紧螺帽(33)，将两组预制半边钢管构件连接固定。
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2022
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