CN116591395A - 一种渐变钢管的插入装配式钢管混凝土叠合柱及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种渐变钢管的插入装配式钢管混凝土叠合柱及施工方法，包括上柱段、中柱段、下柱段，所述下柱段顶端衔接着中柱段，所述中柱段上安装有上柱段，三者外部通过预应力钢筋串联在一起，本发明在预制加工厂提前预制上柱段、中柱段、下柱段，在现场以下柱段作为底层，因为下柱段的第一钢管截面面积最大，再依次叠加中柱段、上柱段，第一钢管逐渐减小，更加符合建筑结构受力特征，可达到优化设计、节约成本的效益，同时完全避免施工现场所需要进行的焊接工作，完全解决现场浇筑混凝土或灌浆材料等湿作业所带来的污染，在施工现场仅需进行简单吊装拼装即可，具有施工便捷、施工效率高、不必等待混凝土硬化等优点。

Description

一种渐变钢管的插入装配式钢管混凝土叠合柱及施工方法

技术领域

本发明涉及一种渐变钢管的插入装配式钢管混凝土叠合柱及施工方法，属于工程结构领域。

背景技术

钢管混凝土叠合柱是内部钢管混凝土外围绑扎钢筋，并钢管混凝土而成的组合结构构件；钢管混凝土叠合柱在施工过程中时常是以内钢管混凝土作为施工骨架，承担梁板传递而来的施工荷载，同时可以施工外围钢筋混凝土，因此具有施工速度快等优势；同时，和钢筋混凝土柱相比，由于内钢管混凝土的存在，内钢管对核心混凝土的强约束使叠合柱具有更高的强度和更好的抗震性能；和钢管混凝土柱相比，由于外围钢筋混凝土的存在，使叠合柱具有很优越的耐久性能和抗火性能。

装配式建筑是由预制部件在工地装配而成的建筑，它把传统建造方式中的大量现场作业工作转移到工厂进行，在工厂加工制作好建筑用构件和配件，运输到建筑施工现场，通过可靠的连接方式在现场装配安装而成。与传统的现浇施工方法相比，装配式建筑具有质量稳定、缩短工期、环保节能等优点。

预制装配式钢管混凝土叠合柱同样也是建筑工业化发展的趋势，然而钢管混凝土叠合柱段之间的装配连接存在较大困难，原因在于叠合柱组成部件较多且复杂，包括内钢管、核心混凝土、纵筋、外围混凝土等，要在完全避免现场湿作业的条件下，实现叠合柱段间的可靠连接，满足内力完全传递，十分具有挑战性。此外，钢管混凝土叠合柱较多用于地震区高层建筑，随着建筑高度的增高，顶层柱承担的竖向荷载比底层柱小得多，因此如果采用等截面内钢管混凝土，将造成材料浪费，不利于节约成本。

发明内容

本发明提供了一种渐变钢管的插入装配式钢管混凝土叠合柱及施工方法，可以有效解决上述问题。

本发明是这样实现的：

一种渐变钢管的插入装配式钢管混凝土叠合柱，包括上柱段、中柱段、下柱段，所述下柱段顶端衔接着中柱段，所述中柱段上安装有上柱段，三者外部通过预应力钢筋串联在一起；

所述上柱段、中柱段、下柱段都包括第一钢管、第一混凝土层、上承力板、下承力板、上端板、下端板、第二混凝土层；

所述第一钢管浇筑有第一混凝土层；在所述第一混凝土层上下两端的端面位置分别安装有上承力板和下承力板；在所述第一钢管上下两端都焊接有上端板和下端板；在所述第一钢管外部设置有第二混凝土层。

作为进一步改进，所述上柱段的第一钢管直径小于中柱段的第一钢管直径，所述中柱段的第一钢管直径小于下柱段的第一钢管直径。

作为进一步改进，所述上柱段、中柱段、下柱段还包括碟形弹簧、弹簧滑扣，在所述上承力板设置若干碟形弹簧，第一钢管内壁上焊接有若干弹簧滑扣。

作为进一步改进，所述上端板和下端板的四个角部开有供预应力钢筋穿过的钢筋孔。

作为进一步改进，在所述上端板和下端板的中间开有供第一钢管穿过安装孔。

作为进一步改进，在所述上端板表面开有榫槽，在所述下端板表面相对榫槽的位置安装有榫头。

作为进一步改进，每一个所述榫槽内安装有橡胶垫片。

作为进一步改进，第一混凝土层的高度小于第一钢管高度。

一种钢管混凝土叠合的施工方法，基于所述的一种渐变钢管的插入装配式钢管混凝土叠合柱，包括如下步骤，

S1，零件准备：加工第一钢管、上承力板、下承力板、碟形弹簧、弹簧滑扣、上端板、下端板，首先，在所述上端板、下端板上开出钢筋孔、安装孔、榫槽，以及下端板上焊接有榫头，按照上述渐变钢管的插入装配式钢管混凝土叠合柱的结构连接关系进行组装；

S2，第一混凝土层浇注：在所述第一钢管内浇筑混凝土形成第一混凝土层，再在第一混凝土层上下两端的第一钢管内部焊接上承力板和下承力板，并在上承力板上设置碟形弹簧；

S3，第二混凝土层浇注：在第一钢管外围绑扎外围纵筋、箍筋，将外围纵筋端部弯折，焊接在上端板、下端板上，在外围纵筋外制作叠合柱模板，在模板与第一钢管之间浇筑外围混凝土形成第二混凝土层，再进行混凝土养护成型；

S4，现场装配：在养护期结束后，拆装模板后将加工好的预制钢管混凝土叠合柱运输到施工现场，在施工现场首先安装底层的下柱段，然后按照内钢管截面尺寸由大及小依次吊装中柱段、上柱段，直至安装完毕；

S5，装配固定：将预应力钢筋穿过上柱段、中柱段、上柱段上的上端板和下端板的钢筋孔，通过在预应力钢筋上施加预应力将所有的叠合柱段连接成为整体。

本发明的有益效果是：

本发明在预制加工厂提前预制上柱段、中柱段、下柱段，在现场以下柱段作为底层，因为下柱段的第一钢管截面面积最大，再依次叠加中柱段、上柱段，第一钢管逐渐减小，更加符合建筑结构受力特征，可达到优化设计、节约成本的效益，同时完全避免施工现场所需要进行的焊接工作，完全解决现场浇筑混凝土或灌浆材料等湿作业所带来的污染，在施工现场仅需进行简单吊装拼装即可，具有施工便捷、施工效率高、不必等待混凝土硬化等优点。

本发明相邻两个柱段的核心混凝土层之间通过碟形弹簧和上承力板、下承力板来传递轴力，二者插入式连接构造能保证节点抗剪强度和刚度不损失，实现柱段间荷载的完全传递，保证装配等同于现浇的效果，并且上一个柱段的榫头与下一个柱段的榫槽配合，剪力通过上端板、下端板插入式榫卯连接实现有效传递，从而保证上柱段上端板、下端板的抗剪强度不损失。

本发明外围纵筋内力通过在上端板、下端板上的焊接锚固长度传递；柱段的第一混凝土层与第二混凝土层之间的共同作用通过第一钢管与上端板、下端板之间的焊接连接传递，保证柱段间装配节点同样具有很好的共同工作性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例提供一种渐变钢管的插入装配式钢管混凝土叠合柱的整体结构示意图。

图2是本发明实施例提供一种渐变钢管的插入装配式钢管混凝土叠合柱的部分结构平面示意图。

图3是本发明实施例提供一种渐变钢管的插入装配式钢管混凝土叠合柱的内部结构示意图。

图4是本发明实施例提供一种渐变钢管的插入装配式钢管混凝土叠合柱的部分结构立体示意图。

图5是本发明实施例提供一种渐变钢管的插入装配式钢管混凝土叠合柱的上钢板结构示意图。

图6是本发明实施例提供一种渐变钢管的插入装配式钢管混凝土叠合柱的下钢板结构示意图。

图中：上柱段-10、中柱段-20、下柱段-30；

第一钢管-101、第一混凝土层-102、上承力板-103、下承力板-104、碟形弹簧-105、弹簧滑扣-106、上端板-107、下端板-108、第二混凝土层-109；

预应力钢筋-110、外围纵筋-111、箍筋-112；

钢筋孔-171、安装孔-172、榫槽-173、榫头-174、橡胶垫片-175。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参照图1-图6所示，一种渐变钢管的插入装配式钢管混凝土叠合柱，包括上柱段10、中柱段20、下柱段30，所述下柱段30顶端衔接着中柱段20，所述中柱段20上安装有上柱段10，三者外部通过预应力钢筋110串联在一起；

所述上柱段10、中柱段20、下柱段30都包括第一钢管101、第一混凝土层102、上承力板103、下承力板104、上端板107、下端板108、第二混凝土层109；

所述第一钢管101浇筑有第一混凝土层102；在所述第一混凝土层102上下两端的端面位置分别安装有上承力板103和下承力板104；在所述第一钢管101上下两端都焊接有上端板107和下端板108；在所述第一钢管101外部设置有第二混凝土层109，这里所述上端板107和下端板108都是钢板。

所述上柱段10的第一钢管101直径小于中柱段20的第一钢管101直径，所述中柱段20的第一钢管101直径小于下柱段30的第一钢管101直径。

本发明在预制加工厂提前预制上柱段10、中柱段20、下柱段30，在现场以下柱段30作为底层，因为下柱段30的第一钢管101截面面积最大，再依次叠加中柱段20、上柱段10，第一钢管101逐渐减小，更加符合建筑结构受力特征，可达到优化设计、节约成本的效益，同时完全避免施工现场所需要进行的焊接工作，完全解决现场浇筑混凝土或灌浆材料等湿作业所带来的污染，在施工现场仅需进行简单吊装拼装即可，具有施工便捷、施工效率高、不必等待混凝土硬化等优点，同时第二混凝土层109的轴力通过上端板107、下端板108完全传递，这里所述的柱段指上柱段10、中柱段20、下柱段30。

作为本发明一种可能的具体实施方式，所述上柱段10、中柱段20、下柱段30还包括碟形弹簧105、弹簧滑扣106，在所述上承力板103设置若干碟形弹簧105，所述第一钢管101内壁上焊接有若干弹簧滑扣106；在预制过程中，相邻两个柱段的核心混凝土层102之间通过碟形弹簧105和上承力板103、下承力板104来传递轴力，二者插入式连接构造能保证节点抗剪强度和刚度不损失，实现柱段间荷载的完全传递，保证装配等同于现浇的效果。

作为本发明一种可能的具体实施方式，在所述上端板107表面开有榫槽173，在所述下端板108表面相对榫槽173的位置安装有榫头174，上一个柱段的榫头174与下一个柱段的榫槽173配合，上下两个柱段的剪力通过上端板107、下端板108插入式榫卯连接实现有效传递，从而保证上柱段的上端板107、下端板108的抗剪强度不损失。

更进一步，所述榫槽173和榫头174的截面形状包括但不限于长方形、正方形和圆形，在其中一个具体实施方式中，所述榫槽173和榫头174为圆形，不用刻意对准任意角度，直接插合就行。

更进一步，每一个所述榫槽173内安装有橡胶垫片175，榫槽173和榫头174配合的时候，因为橡胶垫片175具有弹性，会膨胀充满整个榫槽173，不会进入其他零碎东西，如雨水、碎石等等；增强二者连接关系的紧密性，同时也为下一步张拉预应力后上下柱段进一步咬合留有变形空间。

在其中一个具体实施方式中，所述的橡胶垫片175为中间凹陷、边缘厚的扁状体，在接触的时候，不会发生挤压，而发生移动的现象。

作为本发明一种可能的具体实施方式，所述上端板107和下端板108的四个角部开有供预应力钢筋110穿过的钢筋孔171；在所述上端板107和下端板108的中间开有供第一钢管101穿过安装孔172。

作为本发明一种可能的具体实施方式，在所述预应力钢筋110与第一钢管101外壁之间设有与第一钢管101平行的外围纵筋111，所述外围纵筋111与第一钢管101之间从下至上通过若干箍筋112连接；外围纵筋111内力通过在上端板107、下端板108上的焊接锚固长度传递；柱段的第一混凝土层102与第二混凝土层109之间的共同作用通过第一钢管101与上端板107、下端板108之间的焊接连接传递，保证柱段间装配节点同样具有很好的共同工作性能。

更进一步，所述箍筋112是四边形，由一条钢筋折弯成四边形后首尾焊接而成，方便加工和捆扎。

作为本发明一种可能的具体实施方式，第一混凝土层102的高度小于第一钢管101高度；方便安装上承力板103、下承力板104，也方便与相邻的柱段连接，这里所述的柱段是指上柱段10、中柱段20、下柱段30。

作为本发明一种可能的具体实施方式，第一混凝土层102的高度小于第一钢管101高度，在其中一个具体实施方式中，第一混凝土层102的高度是第一钢管101高度的4/5，第一钢管101内部顶端预留1/5长度的空钢管以便上柱段内钢管混凝土插入连接，第一混凝土层内部结构足够，荷载能力符合标准。

作为本发明一种可能的具体实施方式，第一钢管101可以使用低碳钢管、合金钢管、不锈钢管等形式。

作为本发明一种可能的具体实施方式，渐变钢管的插入装配式钢管混凝土叠合柱的截面可采用方套方和圆套圆等形式。

作为本发明一种可能的具体实施方式，第一混凝土层102和第二混凝土层109都是采用混凝土浇筑而成，这里所述的混凝土是普通混凝土、超高性能混凝土、再生混凝土等。

一种钢管混凝土叠合的施工方法，基于一种渐变钢管的插入装配式钢管混凝土叠合柱，步骤如下；

S1，零件准备：加工第一钢管101、上承力板103、下承力板104、碟形弹簧105、弹簧滑扣106、上端板107、下端板108，首先，在所述上端板107、下端板108上开出钢筋孔171、安装孔172、榫槽173，以及下端板108上焊接有榫头174，按照上述渐变钢管的插入装配式钢管混凝土叠合柱的结构连接关系进行组装；

S2，第一混凝土层浇注：在所述第一钢管101内浇筑混凝土形成第一混凝土层102，再在第一混凝土层102上下两端的第一钢管101内部焊接上承力板103和下承力板104，并在上承力板103上设置碟形弹簧105；

S3，第二混凝土层浇注：在第一钢管101外围绑扎外围纵筋111、箍筋112，将外围纵筋111端部弯折，焊接在上端板107、下端板108上并保证锚固长度满足设计规范要求；然后，在外围纵筋111外制作叠合柱模板，在模板与第一钢管101之间浇筑外围混凝土形成第二混凝土层109；再进行混凝土养护成型；

S4，现场装配：在养护期结束后，拆装模板后将加工好的预制钢管混凝土叠合柱运输到施工现场，在施工现场首先安装底层的下柱段30，然后按照内钢管截面尺寸由大及小依次吊装中柱段20、上柱段10，直至安装完毕；完全避免施工现场所需要进行的焊接工作，完全解决现场浇筑混凝土或灌浆材料等湿作业所带来的污染，在施工现场仅需进行简单吊装拼装即可，具有施工便捷、施工效率高、不必等待混凝土硬化等优点。

S5，装配固定：将预应力钢筋110穿过上柱段10、中柱段20、下柱段30上的上端板107和下端板108的钢筋孔，通过在预应力钢筋110上施加预应力将所有的叠合柱段连接成为整体，通过对预应力钢筋110上施加预应力，实现各叠合柱段上预紧力的施加，由此将所有预制叠合柱段连接成整体，使装配式钢管混凝土叠合柱具有很好的整体性和很大的抗侧刚度，即完成内钢管渐变截面的装配式钢管混凝土叠合柱的所有制作和施工程序。

在步骤S2中，在装配时，将上柱段10的第一钢管101顺着弹簧滑扣106插入到中柱段20的第一钢管101钢管中的1/5的预留空间中，并向下压缩设置在中柱段20的上承力板103表面的碟形弹簧105；同时上柱段10的下端板108的榫头174插入到中柱段20的上端板107的榫槽173中，并向下压缩榫槽173中的橡胶垫片175，使上柱段10和中柱段20叠合，再按照上述方式叠合中柱段20和下柱段30，完成第一钢管101渐变截面的插入装配式钢管混凝土叠合柱的现场装配施工。

在步骤S3和S4中，所述模板是由若干块板块围成的桶状结构，相邻两个板块之间采用连接件连接，这里所述连接件包括钢丝、固定钉等，增强相邻两个板块着连接。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种渐变钢管的插入装配式钢管混凝土叠合柱，其特征在于，包括上柱段（10）、中柱段（20）、下柱段（30），所述下柱段（30）顶端衔接着中柱段（20），所述中柱段（20）上安装有上柱段（10），三者外部通过预应力钢筋（110）串联在一起；

所述上柱段（10）、中柱段（20）、下柱段（30）都包括第一钢管（101）、第一混凝土层（102）、上承力板（103）、下承力板（104）、上端板（107）、下端板（108）、第二混凝土层（109）；

所述第一钢管（101）浇筑有第一混凝土层（102）；在所述第一混凝土层（102）上下两端的端面位置分别安装有上承力板（103）和下承力板（104）；在所述第一钢管（101）上下两端都焊接有上端板（107）和下端板（108）；在所述第一钢管（101）外部设置有第二混凝土层（109）；

所述上柱段（10）的第一钢管（101）直径小于中柱段（20）的第一钢管（101）直径，所述中柱段（20）的第一钢管（101）直径小于下柱段（30）的第一钢管（101）直径。

2.如权利要求1所述的一种渐变钢管的插入装配式钢管混凝土叠合柱，其特征在于，所述上柱段（10）、中柱段（20）、下柱段（30）还包括碟形弹簧（105）、弹簧滑扣（106），在所述上承力板（103）设置若干碟形弹簧（105），所述第一钢管（101）内壁上焊接有若干弹簧滑扣（106）。

3.如权利要求1所述的一种渐变钢管的插入装配式钢管混凝土叠合柱，其特征在于，所述上端板（107）和下端板（108）的四个角部开有供预应力钢筋（110）穿过的钢筋孔（171）。

4.如权利要求3所述的一种渐变钢管的插入装配式钢管混凝土叠合柱，其特征在于，在所述上端板（107）和下端板（108）的中间开有供第一钢管（101）穿过安装孔（172）。

5.如权利要求4所述的一种渐变钢管的插入装配式钢管混凝土叠合柱，其特征在于，在所述上端板（107）表面开有榫槽（173），在所述下端板（108）表面相对榫槽（173）的位置安装有榫头（174）。

6.一种钢管混凝土叠合的施工方法，基于权利要求1-5任意一项所述的一种渐变钢管的插入装配式钢管混凝土叠合柱，其特征在于，包括如下步骤，

S1，零件准备：加工第一钢管（101）、上承力板（103）、下承力板（104）、碟形弹簧（105）、弹簧滑扣（106）、上端板（107）、下端板（108），首先，在所述上端板（107）、下端板（108）上开出钢筋孔（171）、安装孔（172）、榫槽（173），以及下端板（108）上焊接有榫头（174），按照上述渐变钢管的插入装配式钢管混凝土叠合柱的结构连接关系进行组装；

S2，第一混凝土层浇注：在所述第一钢管（101）内浇筑混凝土形成第一混凝土层（102），再在第一混凝土层（102）上下两端的第一钢管（101）内部焊接上承力板（103）和下承力板（104），并在上承力板（103）上设置碟形弹簧（105）；

S3，第二混凝土层浇注：在第一钢管（101）外围绑扎外围纵筋(111)、箍筋（112），将外围纵筋(111)端部弯折，焊接在上端板（107）、下端板（108）上，在外围纵筋(111)外制作叠合柱模板，在模板与第一钢管（101）之间浇筑外围混凝土形成第二混凝土层（109），再进行混凝土养护成型；

S4，现场装配：在养护期结束后，拆装模板后将加工好的预制钢管混凝土叠合柱运输到施工现场，在施工现场首先安装底层的下柱段（30），然后按照内钢管截面尺寸由大及小依次吊装中柱段（20）、上柱段（10），直至安装完毕；

S5，装配固定：将预应力钢筋（110）穿过上柱段（10）、中柱段（20）、上柱段（10）上的上端板（107）和下端板（108）的钢筋孔（171），通过在预应力钢筋（110）上施加预应力将所有的叠合柱段连接成为整体。