CN203007817U - 内部通长布设双重加劲结构的scs方形钢管混凝土结构 - Google Patents

内部通长布设双重加劲结构的scs方形钢管混凝土结构 Download PDF

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杨光辉
刘永健
高小育
李志立
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张俊光
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Abstract

本实用新型公开了一种内部通长布设双重加劲结构的SCS方形钢管混凝土结构，包括方形钢管、套装于方形钢管内的圆形钢管、布设于方形钢管与圆形钢管之间的多道PBL加劲肋、多道由上至下布设在多道PBL加劲肋上的箍筋和由填充于方形钢管与圆形钢管之间空腔内的混凝土浇筑成型的混凝土结构，方形钢管和圆形钢管呈同轴布设；多道PBL加劲肋的布设方向均与圆形钢管的中心轴线方向一致；方形钢管、圆形钢管和多道PBL加劲肋的纵向长度均相同；多道PBL加劲肋沿圆周方向进行布设；多道箍筋呈平行布设。本实用新型结构简单、设计合理、施工方便且施工成本较低、力学性能优良、使用效果好，能解决现有方形钢管混凝土结构存在的多种问题。

Description

内部通长布设双重加劲结构的SCS方形钢管混凝土结构
技术领域
本实用新型涉及一种钢管混凝土结构，尤其是涉及一种内部通长布设双重加劲结构的SCS方形钢管混凝土结构。
背景技术
钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土后形成的结构。钢和混凝土两种材料相互弥补彼此的弱点，充分发挥彼此的长处，使钢管混凝土具有很高的承载力，有优良的力学性能。现如今，钢管混凝土结构在海洋平台与大跨、重载、轻型桥梁等结构中有着越来越广泛的应用，且所采用的钢管混凝土结构主要有圆形、方形和矩形三种截面形式。但是，目前所使用的钢管混凝土结构普遍存在结构自重大的缺陷，因而在很大程度上限制了钢管混凝土结构的发展应用。
其中，方钢管混凝土结构具有以下优点：第一、方钢管混凝土梁柱节点形式简单，易于施工，尤其在框架结构中，这种节点的优势可以得到很好地发挥；第二、截面的相对惯性矩较大，整体稳定性及抗压弯性能较好；第三、具有良好的抗震性能和延性性能。但是，方钢管对核心混凝土的约束作用较差，易发生局部屈曲，且用钢量较大，结构自重大，因而使得方钢管混凝土的发展应用受到限制。针对方钢管混凝土结构存在的上述缺陷和不足，目前主要采用在方钢管内设加劲肋、钢筋、钢骨、圆钢管等方法进行改善。
综上，现如今的方钢管混凝土柱普遍存在几个问题：第一、方钢管对混凝土的套箍作用较弱，易发生局部屈曲，且组合结构的整体性不够；第二、方钢管混凝土柱的自重偏大，因而限制了柱体的结构尺寸；3.钢材耐火性能较差。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种内部通长布设双重加劲结构的SCS方形钢管混凝土结构，其结构简单、设计合理、施工方便且施工成本较低、力学性能优良、使用效果好，能有效解决现有方形钢管混凝土结构存在的自重大、施工不便、外侧钢管与其内部混凝土之间的连接性能差、外侧钢管对内部混凝土的套箍作用小等问题。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种内部通长布设双重加劲结构的SCS方形钢管混凝土结构，其特征在于：包括方形钢管、套装于方形钢管内部的圆形钢管、布设于方形钢管与圆形钢管之间的多道PBL加劲肋、多道由上至下布设在多道所述PBL加劲肋上的箍筋和待多道所述PBL加劲肋与多道所述箍筋均布设完成后由填充于方形钢管与圆形钢管之间空腔内的混凝土浇筑成型的混凝土结构，所述方形钢管和圆形钢管呈同轴布设；多道所述PBL加劲肋的布设方向均与所述圆形钢管和方形钢管的中心轴线方向一致，多道所述PBL加劲肋均与混凝土结构紧固连接为一体；所述方形钢管、圆形钢管和多道所述PBL加劲肋的纵向长度均相同；所述PBL加劲肋为长条形钢肋板，且所述长条形钢肋板的中部由上至下开有多个通孔，多个所述通孔布设在同一直线上；多道所述PBL加劲肋沿圆形钢管的圆周方向进行布设，每一道所述PBL加劲肋的内侧壁均与圆形钢管的外侧壁紧固连接为一体，且每一道所述PBL加劲肋的外侧壁均与方形钢管的内侧壁紧固连接为一体；多道所述PBL加劲肋上所开设通孔的数量和各通孔的布设位置均相同，多道所述箍筋呈平行布设，多道所述箍筋的数量与多个所述通孔的数量相同，且多道所述箍筋分别自每一道所述PBL加劲肋上所开的多个所述通孔内穿过；所述方形钢管的顶端和多道所述PBL加劲肋的顶端均与所述圆形钢管的顶端相平齐，且所述方形钢管的底端和多道所述PBL加劲肋的底端均与所述圆形钢管的底端相平齐。
上述内部通长布设双重加劲结构的SCS方形钢管混凝土结构，其特征是：多道所述PBL加劲肋沿圆形钢管的圆周方向进行均匀布设；多个所述通孔由上至下呈均匀布设，且多个所述通孔的结构和尺寸均相同。
上述内部通长布设双重加劲结构的SCS方形钢管混凝土结构，其特征是：每一道所述PBL加劲肋的内侧壁与圆形钢管的内侧壁之间均以焊接方式进行连接，且每一道所述PBL加劲肋的外侧壁与方形钢管的外侧壁之间均以焊接方式进行连接。
上述内部通长布设双重加劲结构的SCS方形钢管混凝土结构，其特征是：多道所述PBL加劲肋的厚度均相同，且多道所述PBL加劲肋的厚度均为d1，其中d1≤D，D为方形钢管或圆形钢管的壁厚；所述方形钢管与圆形钢管的壁厚越大，多道所述PBL加劲肋的厚度均越大。
上述内部通长布设双重加劲结构的SCS方形钢管混凝土结构，其特征是：所述方形钢管和圆形钢管的壁厚均为4mm～100mm，且A1︰A2=1︰（0.6～0.8），其中A1=a1+b1，a1为方形钢管的横截面积且b1为方形钢管内侧中空部的横截面积，A2=π·r2且r为圆形钢管的外径。
上述内部通长布设双重加劲结构的SCS方形钢管混凝土结构，其特征是：所述方形钢管的横截面积优选为4m2～10m2且其壁厚优选为18mm～25mm，所述圆形钢管的壁厚优选为18mm～25mm。
上述内部通长布设双重加劲结构的SCS方形钢管混凝土结构，其特征是：每一道所述PBL加劲肋的横向宽度，均与其所布设位置处方形钢管和圆形钢管之间的间距相同；所述通孔为圆形孔，且所述圆形孔的孔径
Figure BDA00002668750300031
Figure BDA00002668750300032
其中d3为所述圆形孔所处PBL加劲肋的横向宽度。
上述内部通长布设双重加劲结构的SCS方形钢管混凝土结构，其特征是：所述长条形钢肋板的厚度为12mm～22mm。
上述内部通长布设双重加劲结构的SCS方形钢管混凝土结构，其特征是：多道所述PBL加劲肋的数量为4道～8道。
上述内部通长布设双重加劲结构的SCS方形钢管混凝土结构，其特征是：所述混凝土结构为碳纤维混凝土结构。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
1、结构简单、设计合理且施工成本较低。
2、结构轻盈且抗震与抗扭性能良好。同时，使用方式灵活，可适用于墩柱、拱肋、横梁等结构中。
3、施工方便、使用效果好、力学性能好且结构轻盈，内外两层钢管之间通过所浇注的混凝土连接成为一个整体。实际使用时，本实用新型能充分改善方形钢管混凝土结构自重大、施工不便等缺陷，其利用方形钢管较大的截面积来提供较大的截面抗扭与抗弯惯性矩，利用圆形钢管有效减小混凝土体积来减轻自重，并且夹层混凝土处于三向受压状态并将内方形钢管连成整体。因而，本实用新型能充分发挥方形钢管混凝土节点所具有的形式简单、易于施工等优点，截面的相对惯性矩较大，抗震、抗扭性能好，能有效克服方形钢管与其内部混凝土之间的连接性能差、外侧钢管对内部混凝土的套箍作用小等缺点，本实用新型利用内置的圆钢管增强对混凝土的套箍作用，并利用圆形钢管有效混凝土体积来减轻自重的目的。
4、内方形钢管之间所浇注的混凝土既可以采用普通混凝土，也可以采用碳纤维混凝土。并且，所采用的碳纤维混凝土中所添加碳纤维的含量为质量百分含量在0.6%左右，可将混凝土的抗拉强度和抗拉延性分别提高30%和25%。碳纤维是由碳纤维长丝经过短切机械切制而成，长度一般以mm为单位，外形为一定长度的绒须，具有轻质、高强、高模、耐腐蚀、导电、屏蔽性能好、吸波性高等特点，且具有分散均匀，喂料方式多样，工艺简单的优点。混凝土中加入适量的短切碳纤维，可以提高混凝土的抗拉强度、抗强度和抗冲击性能，降低干缩，改善耐磨性能，且这种混凝土较普通混凝土质量轻，具有一定的隔热性能和减震性能。与圆形钢管内部以及圆形钢管与方形钢管之间形成的空间内均填满混凝土的钢管混凝土结构相比，本实用新型能充分利用内置圆钢管的强度。
5、利用开孔加劲肋增强方形钢管的面外稳定性，并相应大幅度增强结构抗剪能力，同时将整个钢管混凝土结构的各组成部分紧密连成整体。再配合多道箍筋，将多道开孔加劲肋有机连接为一体，进一步增强了整个钢管混凝土结构的整体性。所设置的开孔加劲肋不仅提高了核心混凝土的抗压强度，增强管壁的稳定性；同时开孔加劲肋充当了剪力件的作用，使钢管与混凝土连成整体，提高了钢与混凝土的组合作用。并且，本实用新型的可操作性强，能有效解决现如今钢管的曲弯时间因与开孔加劲肋刚度有关系而导致的不易控制的难题。
综上所述，本实用新型结构简单、设计合理、施工方便且施工成本较低、力学性能优良、使用效果好，能有效解决现有方形钢管混凝土结构存在的自重大、施工不便、外侧钢管与其内部混凝土之间的连接性能差、外侧钢管对内部混凝土的套箍作用小等多种问题。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型实施例1的结构示意图。
图2为本实用新型实施例1的内部结构示意图。
图3为本实用新型实施例1的顶部结构示意图。
附图标记说明:
1—方形钢管；2—圆形钢管；3—PBL加劲肋；
4—混凝土结构；5—通孔；6—箍筋。
具体实施方式
实施例1
如图1、图2即图3所示，本实用新型包括方形钢管1、套装于方形钢管1内部的圆形钢管2、布设于方形钢管1与圆形钢管2之间的多道PBL加劲肋3、多道由上至下布设在多道所述PBL加劲肋3上的箍筋6和待多道所述PBL加劲肋3与多道所述箍筋6均布设完成后由填充于方形钢管1与圆形钢管2之间空腔内的混凝土浇筑成型的混凝土结构4，所述方形钢管1和圆形钢管2呈同轴布设。多道所述PBL加劲肋3的布设方向均与所述圆形钢管2和方形钢管1的中心轴线方向一致，多道所述PBL加劲肋3均与混凝土结构4紧固连接为一体。所述方形钢管1、圆形钢管2和多道所述PBL加劲肋3的纵向长度均相同。所述PBL加劲肋3为长条形钢肋板，且所述长条形钢肋板的中部由上至下开有多个通孔5，多个所述通孔5布设在同一直线上。多道所述PBL加劲肋3沿圆形钢管2的圆周方向进行布设，每一道所述PBL加劲肋3的内侧壁均与圆形钢管2的外侧壁紧固连接为一体，且每一道所述PBL加劲肋3的外侧壁均与方形钢管1的内侧壁紧固连接为一体。多道所述PBL加劲肋3上所开设通孔5的数量和各通孔5的布设位置均相同，多道所述箍筋6呈平行布设，多道所述箍筋6的数量与多个所述通孔5的数量相同，且多道所述箍筋6分别自每一道所述PBL加劲肋3上所开的多个所述通孔5内穿过。所述方形钢管1的顶端和多道所述PBL加劲肋3的顶端均与所述圆形钢管2的顶端相平齐，且所述方形钢管1的底端和多道所述PBL加劲肋3的底端均与所述圆形钢管2的底端相平齐。
本实施例中，多道所述PBL加劲肋3沿圆形钢管2的圆周方向进行均匀布设。多个所述通孔5由上至下呈均匀布设，且多个所述通孔5的结构和尺寸均相同。
实际加工时，每一道所述PBL加劲肋3的内侧壁与圆形钢管2的内侧壁之间均以焊接方式进行连接，且每一道所述PBL加劲肋3的外侧壁与方形钢管1的外侧壁之间均以焊接方式进行连接。
本实施例中，多道所述PBL加劲肋3的厚度均相同，且多道所述PBL加劲肋3的厚度均为d1，其中d1≤D，D为方形钢管1或圆形钢管2的壁厚；所述方形钢管1与圆形钢管2的壁厚越大，多道所述PBL加劲肋3的厚度均越大。
实际加工时，所述方形钢管1和圆形钢管2的壁厚均为4mm～100mm，且A1︰A2=1︰（0.6～0.8），其中A1=a1+b1，a1为方形钢管1的横截面积且b1为方形钢管1内侧中空部的横截面积，A2=π·r2且r为圆形钢管2的外径。
所述圆形钢管2的壁厚优选为18mm～25mm，A1优选为4m2～10m2且其壁厚优选为18mm～25mm。
本实施例中，所述圆形钢管2的外径为Φ200mm且其壁厚为15mm。实际使用时，可根据具体需要，将所述圆形钢管2的外径在Φ102mm～Φ2000mm的范围内进行相应调整，并将圆形钢管2的壁厚在4mm～100mm的范围内进行相应调整。
本实施例中，所述方形钢管1的横截面为正方形。实际加工时，所述方形钢管1的横截面为长方形。
本实施例中，A1︰A2=1︰0.7。实际使用时，可根据具体需要，将A1︰A2的比例值在1︰（0.6～0.8）的范围内进行相应调整。
本实施例中，所述混凝土结构4为碳纤维混凝土结构。
实际加工时，所述方形钢管1和圆形钢管2的壁厚均优选为18mm～25mm。
本实施例中，A1=D2=6m2，其中D为所述方形钢管1的外侧壁边长，所述方形钢管1的壁厚为20mm。实际使用时，可根据具体需要将A1在4m2～10m2的范围内进行相应调整，并将方形钢管1的壁厚在4mm～100mm的范围内进行相应调整。
实际施工时，当所施工的钢管混凝土结构用于房屋建筑、桥梁等领域时，所述圆形钢管2和方形钢管1的壁厚优选在4mm～66mm的范围内进行相应调整。当所施工的钢管混凝土结构用于海洋平台时，所述圆形钢管2和方形钢管1的壁厚优选在12mm～100mm的范围内进行相应调整。
本实施例中，每一道所述PBL加劲肋3的横向宽度，均与其所布设位置处方形钢管1和圆形钢管2之间的间距相同；所述通孔5为圆形孔，且所述圆形孔的孔径
Figure BDA00002668750300071
其中d3为所述圆形孔所处PBL加劲肋3的横向宽度。
本实施例中，所述长条形钢肋板的厚度为12mm～22mm。
多道所述PBL加劲肋3的数量为4道～8道。本实施例中，多道所述PBL加劲肋3的数量为4道，且4道所述PBL加劲肋3分别固定在方形钢管1的4个侧壁中部。
实际使用时，多道所述PBL加劲肋3的数量也可以为8道，且方形钢管1的4个侧壁上各布设有2道PBL加劲肋3。
本实施例中，所述混凝土结构4为碳纤维混凝土结构。
实际加工制作时，每一道所述PBL加劲肋3的横向宽度，均与其所布设位置处方形钢管1和圆形钢管2之间的间距相同。并且，可以根据具体需要，对所述PBL加劲肋3和所述箍筋6的数量进行相应调整。
实施例2
如图4所示，本实施例中，与实施例1不同的是：A1︰A2=1︰0.6，所述方形钢管1和圆形钢管2的壁厚均为25mm，所述方形钢管1的横截面积为10m2，4道所述PBL加劲肋3分别固定在方形钢管1的两条中心线上。
本实施例中，其余部分的结构和连接关系均与实施例1相同。
实施例3
本实施例中，与实施例1不同的是：A1︰A2=1︰0.8，所述方形钢管1和圆形钢管2的壁厚均为25mm，A1=10m2。
本实施例中，其余部分的结构和连接关系均与实施例1相同。
实施例4
本实施例中，与实施例1不同的是：每一道所述PBL加劲肋3的横向宽度，均为其所布设位置处方形钢管1和圆形钢管2之间间距的所述圆形孔的孔径d2为
Figure BDA00002668750300082
所述圆形钢管2的外径为Φ102mm，所述方形钢管1和圆形钢管2的壁厚均为4mm，A1=4m2。
本实施例中，其余部分的结构和连接关系均与实施例1相同。
实施例4
本实施例中，与实施例1不同的是：每一道所述PBL加劲肋3的横向宽度，均为其所布设位置处方形钢管1和圆形钢管2之间间距的
Figure BDA00002668750300091
所述圆形孔的孔径d2为
Figure BDA00002668750300092
所述圆形钢管2的外径为Φ1000mm，所述方形钢管1和圆形钢管2的壁厚均为40mm，A1=8m2。
本实施例中，其余部分的结构和连接关系均与实施例1相同。
实施例5
本实施例中，与实施例1不同的是：每一道所述PBL加劲肋3的横向宽度，均为其所布设位置处方形钢管1和圆形钢管2之间间距的
Figure BDA00002668750300093
所述圆形孔的孔径d2为
Figure BDA00002668750300094
所述圆形钢管2的外径为Φ2000mm，所述方形钢管1和圆形钢管2的壁厚均为66mm，A1=10m2。
本实施例中，其余部分的结构和连接关系均与实施例1相同。
实施例6
本实施例中，与实施例1不同的是：每一道所述PBL加劲肋3的横向宽度，均为其所布设位置处方形钢管1和圆形钢管2之间间距的所述圆形孔的孔径d2为
Figure BDA00002668750300096
所述圆形钢管2的外径为Φ2000mm，所述方形钢管1和圆形钢管2的壁厚均为100mm，A1=10m2。
本实施例中，其余部分的结构和连接关系均与实施例1相同。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种内部通长布设双重加劲结构的SCS方形钢管混凝土结构，其特征在于：包括方形钢管（1）、套装于方形钢管（1）内部的圆形钢管（2）、布设于方形钢管（1）与圆形钢管（2）之间的多道PBL加劲肋（3）、多道由上至下布设在多道所述PBL加劲肋（3）上的箍筋（6）和待多道所述PBL加劲肋（3）与多道所述箍筋（6）均布设完成后由填充于方形钢管（1）与圆形钢管（2）之间空腔内的混凝土浇筑成型的混凝土结构（4），所述方形钢管（1）和圆形钢管（2）呈同轴布设；多道所述PBL加劲肋（3）的布设方向均与所述圆形钢管（2）和方形钢管（1）的中心轴线方向一致，多道所述PBL加劲肋（3）均与混凝土结构（4）紧固连接为一体；所述方形钢管（1）、圆形钢管（2）和多道所述PBL加劲肋（3）的纵向长度均相同；所述PBL加劲肋（3）为长条形钢肋板，且所述长条形钢肋板的中部由上至下开有多个通孔（5），多个所述通孔（5）布设在同一直线上；多道所述PBL加劲肋（3）沿圆形钢管（2）的圆周方向进行布设，每一道所述PBL加劲肋（3）的内侧壁均与圆形钢管（2）的外侧壁紧固连接为一体，且每一道所述PBL加劲肋（3）的外侧壁均与方形钢管（1）的内侧壁紧固连接为一体；多道所述PBL加劲肋（3）上所开设通孔（5）的数量和各通孔（5）的布设位置均相同，多道所述箍筋（6）呈平行布设，多道所述箍筋（6）的数量与多个所述通孔（5）的数量相同，且多道所述箍筋（6）分别自每一道所述PBL加劲肋（3）上所开的多个所述通孔（5）内穿过；所述方形钢管（1）的顶端和多道所述PBL加劲肋（3）的顶端均与所述圆形钢管（2）的顶端相平齐，且所述方形钢管（1）的底端和多道所述PBL加劲肋（3）的底端均与所述圆形钢管（2）的底端相平齐。
2.按照权利要求1所述的内部通长布设双重加劲结构的SCS方形钢管混凝土结构，其特征在于：多道所述PBL加劲肋（3）沿圆形钢管（2）的圆周方向进行均匀布设；多个所述通孔（5）由上至下呈均匀布设，且多个所述通孔（5）的结构和尺寸均相同。
3.按照权利要求1或2所述的内部通长布设双重加劲结构的SCS方形钢管混凝土结构，其特征在于：每一道所述PBL加劲肋（3）的内侧壁与圆形钢管（2）的内侧壁之间均以焊接方式进行连接，且每一道所述PBL加劲肋（3）的外侧壁与方形钢管（1）的外侧壁之间均以焊接方式进行连接。
4.按照权利要求1或2所述的内部通长布设双重加劲结构的SCS方形钢管混凝土结构，其特征在于：多道所述PBL加劲肋（3）的厚度均相同，且多道所述PBL加劲肋（3）的厚度均为d1，其中d1≤D，D为方形钢管（1）或圆形钢管（2）的壁厚；所述方形钢管（1）与圆形钢管（2）的壁厚越大，多道所述PBL加劲肋（3）的厚度均越大。
5.按照权利要求4所述的内部通长布设双重加劲结构的SCS方形钢管混凝土结构，其特征在于：所述方形钢管（1）和圆形钢管（2）的壁厚均为4mm～100mm，且A1︰A2=1︰（0.6～0.8），其中A1=a1+b1，a1为方形钢管（1）的横截面积且b1为方形钢管（1）内侧中空部的横截面积，A2=π·r2且r为圆形钢管（2）的外径。
6.按照权利要求5所述的内部通长布设双重加劲结构的SCS方形钢管混凝土结构，其特征在于：所述方形钢管（1）的横截面积优选为4m2～10m2且其壁厚优选为18mm～25mm，所述圆形钢管（2）的壁厚优选为18mm～25mm。
7.按照权利要求1或2所述的内部通长布设双重加劲结构的SCS方形钢管混凝土结构，其特征在于：每一道所述PBL加劲肋（3）的横向宽度，均与其所布设位置处方形钢管（1）和圆形钢管（2）之间的间距相同；所述通孔（5）为圆形孔，且所述圆形孔的孔径
Figure FDA00002668750200021
其中d3为所述圆形孔所处PBL加劲肋（3）的横向宽度。
8.按照权利要求7所述的内部通长布设双重加劲结构的SCS方形钢管混凝土结构，其特征在于：所述长条形钢肋板的厚度为12mm～22mm。
9.按照权利要求1或2所述的内部通长布设双重加劲结构的SCS方形钢管混凝土结构，其特征在于：多道所述PBL加劲肋（3）的数量为4道～8道。
10.按照权利要求1或2所述的内部通长布设双重加劲结构的SCS方形钢管混凝土结构，其特征在于：所述混凝土结构（4）为碳纤维混凝土结构。
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