CN201883701U - 一种外套钢管混凝土加固混凝土柱结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种外套钢管混凝土加固混凝土柱结构，它包括旧混凝土柱，旧混凝土柱侧面设有孔洞，孔洞内部固设有钢筋，旧混凝土柱外围设有钢管，钢筋外端部焊接在钢管内壁，旧混凝土柱外壁和钢管内壁之间充填有新混凝土。本实用新型采用外套钢管、间隙内填高性能微膨胀混凝土来实现对原结构的加固，工艺简单可行、结构整体性能好、充分发挥不同材料性能、加固效果可靠。

Description

一种外套钢管混凝土加固混凝土柱结构

技术领域

本实用新型涉及一种新型加固柱结构，尤其涉及一种利用外套钢管的加固混凝土柱。

背景技术

由于许多既有建筑的使用功能发生改变，实际使用荷载增加，原有的结构已不能满足承载力要求；随着有些地区抗震设防等级的提高，原有建筑物不能满足“强柱弱梁”的抗震设防要求；另外还有一些已建和在建的建筑物由于设计或施工的原因，存在一些缺陷；另外由于各种灾害原因，使混凝土结构出现损伤，承载力下降。这些原因造成钢筋混凝土结构的加固和修复问题变得越来越突出。

目前，为提高混凝土柱的承载力，常采用增大截面、外包刚等常规手段进行加固。但增大截面加固新老混凝土常共同工作性不好，协同变形性能差，对结构塑性改善较小；此外设置模板施工难度较大。干式外包钢则是外包钢与原构件不能整体工作，彼此只能单独受力，外包钢性能利用率低，整体性差；湿式外包钢法则是不能有效地提高柱的抗弯刚度，降低柱子的长细比，特别不适合应用于经撞击破坏、火灾等局部表面破坏较大，迫切需要大幅提高刚度的混凝土柱的加固。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决上述问题而提供一种采用外套钢管、间隙内填高性能微膨胀混凝土来实现对原结构的加固，工艺简单可行、结构整体性能好、充分发挥不同材料性能、加固效果可靠。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：

它包括旧混凝土柱，旧混凝土柱侧面设有孔洞，孔洞内部设置有钢筋，旧混凝土柱外围设有钢管，钢筋外端部焊接在钢管内壁，旧混凝土柱外壁和钢管内壁之间充填有新混凝土。

上述的钢管由两块半圆柱形钢板通过将端头焊接而成，或者两块凹形钢板通过将两端头 焊接而成，焊接面形成纵向焊缝。

上述的钢管由多节钢管焊接而成，相邻节钢管之间焊接形成水平焊缝。

上述相邻节钢管中的纵向焊缝错位布置。

与现有技术相比，本实用新型取得了以下的技术效果：

1、该结构应用范围广，由于混凝土柱的物理老化等造成结构的损伤，或遭受撞击、火灾及地震等灾害使得结构受到破坏，或由于加层改造等其它原因造成混凝土柱承载力与刚度不足等，需要对混凝土柱进行加固的工程都可以采用结构形式；

2、有效的解决了新、旧结构存在整体工作共同受力问题，通过在原结构中的设置钢筋生根技术增强了新老混凝土的粘结力，通过设置钢筋与外套钢管内壁的焊接，间隙浇筑高性能微膨胀混凝土，形成原结构-加固混凝土-外套钢管的新型组合柱，增强了结构的整体性；

3、创造性的将钢管混凝土原理应用于混凝土柱的扩大截面加固中，利用钢管混凝土的原理扩大截面加固混凝土柱，充分发挥了混凝土与钢材的性能，既有效提高了混凝土柱的承载力与刚度，同时也改善了结构的塑性与韧性，由于外套钢管的作用，如后填混凝土采用高强高性能混凝土，其强度也可得到有效发挥，改变了扩大截面后浇混凝土一般强度不高和强度利用率较低的局面；

4、通过外套钢管约束内填膨胀混凝土产生的膨胀力，使核心混凝土处于三轴受压状态，有效提高新老混凝土的抗压强度，一定程度上消除后浇混凝土的收缩对原结构产生的附加荷载效应；

5、此外，外套钢管又可作为后浇混凝土的模板，可节约模板成本，缩短工期，该结构形式不仅加固效果好、加固可靠性高，而且加固时操作简单、施工方便、工程成本较低，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型的截面示意图；

图2为本实用新型外套钢管焊接缝布置图；

图3为本实用新型加工制作的工艺流程图。

其中：1-混凝土柱外壁、2-钢管、3-钢筋、4-混凝土柱、5-混凝土、6-纵向焊缝、7-水平焊缝。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型的实施例。

实施例1

参见图1-2，一种外套钢管混凝土加固混凝土柱结构，它包括旧混凝土柱4，旧混凝土柱侧面设有孔洞，孔洞内部设置有钢筋3，旧混凝土柱外围设有钢管2，钢筋外端部焊接在钢管内壁，旧混凝土柱外壁1和钢管内壁之间充填有新混凝土5所述的钢管由两块半圆柱形钢板通过将端头焊接而成，或者两块凹形钢板通过将两端头焊接而成，焊接面形成纵向焊缝6。所述的钢管由多节钢管焊接而成，相邻节钢管之间焊接形成水平焊缝7。所述相邻节钢管中的纵向焊缝错位布置。新混凝土5为高性能混凝土，可以选用自密实混凝土、高强混凝土和纤维混凝土等。

在旧混凝土柱周边设置钢筋，设置的钢筋不宜过密，本实用新型优选设置的钢筋间的夹角为90°，所设置的钢筋选择螺栓式锚筋或自锁锚杆，可增强所钢筋的锚固力，提高新老混凝土的整体性。所设置的钢筋锚固长度一般选用10d～20d(d为所设置的钢筋直径)，但不应超过混凝土柱的3/8厚度。

用于容纳钢筋的孔洞直径D不宜过大或过小，因如结构胶层过厚，易造成胶层出现气泡，影响胶接质量；过小则设置的钢筋施工难于进行，易造成钢筋周边部分区域无胶，影响钢筋质量。在d＜12mm时，D＝d+4mm；12mm＜d＜20mm时，D＝d+6mm；20mm＜d时，D＝d+8mm。

所设置的钢筋胶选用收缩率低、胶粘强度高、耐化学介质作用、可常温固化的环氧树脂类的建筑结构胶。若采用自锁锚杆，可采用无机灌浆料填充用于容纳钢筋的孔洞。

根据原混凝土柱不同的截面形式选择外套钢管，对于工程中常见的圆形截面与方形截面柱，圆形外套钢管一般由两块半圆形钢板(矩形外套钢管则是有两个 

型)通过端头 焊接组合而成，钢管厚度以2～4mm为宜，新老混凝土强度利用率最高。多节组合焊缝应纵向错开布置；每节长度以2～4m为宜，两节接触部位水平方向焊接成体。

外套钢管扩大截面加固混凝土柱承载力的主要影响因素有：外套钢管的厚度、后浇混凝土的厚度、后浇混凝土强度与原结构强度的比值。这三个因素对结构受力的影响不是独立的，比如随着加固混凝土层厚度的增加或加固混凝土强度的提高，外包钢管的约束作用则相对减弱，从而对加固柱承载力的提高又有一定的限制，故设计时应将三个因素进行综合考虑。加固混凝土厚度、强度与外套钢管的厚度可由相关的承载力计算公式计算，最终确定合理的加固混凝土强度、厚度及外套钢管的厚度。

外套钢管与原结构间隙内可进行配筋，增加结构的配筋率，提高承载力。

间隙内浇筑高性能混凝土应为微膨胀混凝土，包括高强混凝土、自密实混凝土或纤维混凝土。其在结硬的过程中产生体积膨胀，膨胀作用不仅可抵消混凝土因收缩产生的拉应力，且可在混凝土中产生一定了膨胀压力，既可消除后浇混凝土因收缩而对原结构产生的附加荷载效应，又可通过外套钢管的紧箍作用，使核心混凝土处于三轴受压状态，提高混凝土的强度。膨胀自应力σ_c为0.2～0.7MPa时，其限制膨胀率ε的最大值为0.05％，最小值为0.015％。

加固混凝土强度等级可高于原混凝土柱结构，经试验研究发现，提高后浇混凝土强度，加固组合柱承载力增长明显。这与加大混凝土截面加固法中通常不建议采用高强度混凝土加固的作法有明显不同。原因在于，加大混凝土截面加固法中加固混凝土处环向受拉状态，加固混凝土强度得不到充分利用。而在本方法中，外套钢管对加固混凝土起到了很好的约束作用，核心混凝土受到加固混凝土与钢管双重约束的作用。当部分核心混凝土最先达到其极限压应力时，并不会立即退出工作。此时，加固混凝土由于外包钢管的约束也不会发生严重的横向膨胀而丧失承载力，其纵向压应力开始增加，后浇混凝土的抗压强度可得到充分发挥。最后组合柱由于大部分核心混凝土被压碎破坏。

另外，加固混凝土强度等级高于核心混凝土的情况与两者强度等级相同时应力应变发展过程有所不同。新、旧混凝土采用相同强度等级时，在受力全过程中，加固混凝土的纵向压 应力始终滞后于核心混凝土，而加固混凝土强度等级高于核心混凝土时，由于加固混凝土弹性模量较大，应力增长迅速，加固混凝土的纵向压应力逐渐超过核心混凝土的纵向压应力，而其纵向压应变则始终滞后于核心混凝土纵向压应变。

外套钢管应进行表面防腐处理，根据使用环境以及使用要求的不同选择相应的防腐措施。包括：热镀锌防腐法、防锈漆涂层防腐法和利用外套钢丝网喷射砂浆细石混凝土防腐法，其中热镀锌防腐法适用于室外环境较为恶劣的结构，防锈漆涂层防腐法适用于室内结构，而利用外套钢丝网喷射砂浆细石混凝土防腐是一种新型防腐技术，适用于水下工程，比如桥墩等；此外在外套钢管的外面围裹粘结纤维布也能有效地防腐，还可改善结构延性性能。

参见附图3，对本实用新型作进一步的说明，主要施工工序为：

施工准备→原混凝土柱表面处理→设置钢筋→外套钢管→将所设置的钢筋与外套钢管内壁焊接→浇筑加固混凝土→外套钢管外表面防腐及外装修处理。

下面结合示意图及实例详述如下：

(1)施工准备：阅读图纸、施工前备好工程所需的钢材、水泥等各种材料及施工工具的准备。

(2)原混凝土柱表面处理；首先采用结构注缝胶对原混凝土柱4表面微细裂缝和深层裂缝进行灌浆，固化后对原混凝土柱4表面进行凿毛；最后利用清水对表面进行彻底清理干净，

(3)设置钢筋；在混凝土柱周边设置钢筋3，设置的钢筋间的夹角为90°。设置钢筋的工序为：钻孔→孔洞处理→钢筋表面处理→配胶→注胶→插筋→养护。如果后浇混凝土需要配筋，应在设置钢筋后，外套钢管前进行绑扎钢筋。

(4)外套钢管；根据原混凝土柱4不同的截面形式选择外套钢管2，如图3所示，钢管厚度为2～4mm，每节长度L为2～4m，两节接触部位由水平焊缝焊接成体，纵向焊缝6与纵向焊缝错开布置。

(5)将设置的钢筋3与外套钢管2内壁进行焊接；在设置的钢筋3与外套钢管2内壁接触部位进行焊接，形成原结构-设置钢筋-外套钢管的加固混凝土组合柱，增强了结构的整 体性。

(6)在间隙内浇筑混凝土5；为了增强新老混凝土粘结强度，也可在老混凝土表面抹上环氧树脂、水泥浆、膨胀剂水泥浆等作为粘结剂。间隙内后浇筑混凝土5为高强混凝土、自密实混凝土或纤维混凝土等；0.05％≥混凝土限制膨胀率≥0.015％的微膨胀混凝土。

(7)外套钢管2外表面清理并做防腐处理。

本实用新型的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变形而不脱离本实用新型的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围内，则本实用新型的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (4)

1.一种外套钢管混凝土加固混凝土柱结构，其特征在于：它包括旧混凝土柱（4），旧混凝土柱侧面设有孔洞，孔洞内部植有钢筋（3），旧混凝土柱外围设有钢管（2），钢筋外端部焊接在钢管内壁，旧混凝土柱外壁（1）和钢管内壁之间充填有新混凝土（5）。

2.根据权利要求1所述的外套钢管混凝土加固混凝土柱结构，其特征在于：所述的钢管由两块半圆柱形钢板通过将端头焊接而成，或者两块凹形钢板通过将两端头焊接而成，焊接面形成纵向焊缝（6）。

3.根据权利要求2所述的外套钢管混凝土加固混凝土柱结构，其特征在于：所述的钢管由多节钢管焊接而成，相邻节钢管之间焊接形成水平焊缝（7）。

4.根据权利要求3所述的外套钢管混凝土加固混凝土柱结构，其特征在于：所述相邻节钢管中的纵向焊缝错位布置。

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