CN204238123U - 一种三角型截面钢管再生混凝土墩柱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三角型截面钢管再生混凝土墩柱，主要由钢管（1）和U形钢槽（2）构成；其中，所述的钢管（1）和U形钢槽相互焊接在一起，形成三角型墩柱；所述的U形钢槽（2）由外包钢板焊接而成；所述钢管（1）和U形钢槽（2）的内部均分别设有抗剪钢栓（3），并且在钢管（1）的内部浇筑再生骨料混凝土（4），在U形钢槽（2）的内部浇筑普通骨料混凝土（5）。本实用新型承载力高、整体稳定性好、抗震性能好、施工工艺简单、造价低有利于推广、低碳环保等；可应用于受力多变和有较大抗扭要求的桥梁下部构件中，适用于抗震要求较高或者工程材料难以运达的区域，有利于再生混凝土在桥梁工程中的推广应用和建筑垃圾资源化。

Description

一种三角型截面钢管再生混凝土墩柱

技术领域

本实用新型属于钢与混凝土组合结构的桥梁工程技术领域，涉及桥梁下构墩柱，尤其是一种三角型截面钢管再生混凝土墩柱；可应用于受力多变和有较大抗扭要求的桥梁下部构件中，有利于再生混凝土在桥梁工程中的推广应用和建筑垃圾资源化。

背景技术

随着我国经济社会的进步与发展，人们生活水平的不断提高，城镇化建设的不断推进，如今我国已成为全世界最大的建筑市场，巨大的市场需求使得砂石供不应求日趋严重，随着天然砂石的不断快速开采，天然骨材资源渐趋于枯竭，对生态环境造成了不可逆的破坏。与此同时，近年来，我国每年拆除和新建工程产生的废弃混凝土数量巨大，并呈逐年上升趋势，对环境产生了巨大的负面影响，如何处理废弃混凝土碎块的问题更趋严峻。

一般将废弃混凝土经过破碎、清洗和筛分分级，按一定比例相互配合后得到的骨料称为“再生骨料”，而把利用再生骨料作为部分或全部代替砂石等天然骨料配制而成的混凝土称为再生骨料混凝土，简称再生混凝土。再生混凝土技术既能解决废旧混凝土的处置问题，又能节省天然砂石，带来显著的社会效益、经济效益和环保效益，被认为是发展绿色混凝土，符合建筑和交通行业的循环经济模式和国家提倡的低碳经济政策要求，也是资源环境可持续发展的重要措施，大力开展再生混凝土的技术应用研究是非常必要的。

然而，由于再生骨料的内在损伤和表面吸附了一定量的老水泥砂浆，对其某些性能如堆积密度、表观密度、吸水率等产生很大的影响，并进一步影响到再生混凝土的性能，极大地限制了其推广应用。

因此，如何充分的将再生骨料应用到桥梁构件中也成了本领域技术人员研究的一个方向。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有技术中存在的一些不足，提供了一种三角型截面钢管再生混凝土墩柱，该墩柱具有承载力高、整体稳定性好、抗震性能好、施工工艺简单、造价低有利于推广、低碳环保等优点，有利于再生混凝土在桥梁工程中的推广应用。

为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种三角型截面钢管再生混凝土墩柱，主要由钢管和U形钢槽构成；其中，所述的钢管和U形钢槽相互焊接在一起，形成三角型墩柱；所述的U形钢槽由外包钢板焊接而成；所述钢管和U形钢槽的内部均分别设有抗剪钢栓，并且在钢管的内部浇筑再生骨料混凝土，在U形钢槽的内部浇筑普通骨料混凝土。

在本实用新型中，针对再生骨料混凝土应用存在的问题，发明人设计了一种三角型截面钢管再生混凝土墩柱，主要由钢管、U形钢槽、普通骨料混凝土、再生骨料混凝土构成。钢管墩柱与U形钢槽组成稳定的三角型；U形钢槽由外包钢板焊接而成；圆形钢管内部浇筑再生骨料混凝土，U形钢槽内部浇筑普通骨料混凝土；圆形钢管及U形钢槽内部均焊接梅花布置的抗剪钢栓。由于外包钢管的约束作用，使核心区再生骨料混凝土处于三向受压状态，产生了套箍效应，在受压状态下，提高了再生骨料混凝土的强度，进而提高再生骨料混凝土的耗能能力和抗震性能。另外，灌注了普通混凝土的U形槽钢与灌注了再生骨料混凝土的钢管焊接形成三角型稳定截面，加强了墩柱的水平方向联系，可以有效地防止钢管发生局部屈曲，结构的延性性能、耗能能力和抗震性能得以明显改善。此外，由于钢管使再生骨料混凝土与大气环境相隔绝，其耐久性差的问题得以解决，同时外包U形钢槽和钢管起到了施工模板的作用，有利于加快施工速度，降低施工成本，产生了较大的经济效益。因此，本实用新型的三角型截面钢管再生混凝土墩柱可应用于受力多变和有较大抗扭要求的桥梁下部构件中，适用于抗震要求较高或者工程材料难以运达的区域，扩展了再生混凝土应用范围。

作为本实用新型的进一步说明，以上所述的U形钢槽的宽度B与钢管的直径D的比值在0.4～0.5之间。采用这样的比值不仅可以加强U形钢槽与钢管之间的连接，同时又避免U形钢槽端部相重叠，可靠省材，保证了安全又避免了浪费。

作为本实用新型的进一步说明，以上所述的U形钢槽的长度L1、L2、L3分别与钢管的直径D的比值在1.5～3.5之间。U形钢槽的长度设置考虑到为各墩柱提供足够强度的水平方向的联系，同时应避免各墩柱过近对基础产生不利影响；经发明人多次反复验证，上述的比值可以保证墩柱的达到相应的指标要求。

作为本实用新型的进一步说明，以上所述的U形钢槽在三角型墩柱的竖直方向每隔5～8m设置一组。这样可以加强各墩柱水平方向的连接，提高结构整体稳定性和抗震性，可在竖直方向设置多组U形钢槽。

作为本实用新型的进一步说明，以上所述的抗剪钢栓为梅花布置并焊接在钢管和U形钢槽的内部。

作为本实用新型的进一步说明，以上所述的抗剪钢栓在钢管内设置的间距小于0.5倍钢管的直径D；抗剪钢栓在U形钢槽内设置的间距小于U形钢槽的宽度B。主要考虑到钢管内再生混凝土需采用竖向分层浇筑及外包钢板已有的套箍作用，钢管内抗剪钢栓的间距设置不宜过小，但应小于0.5倍钢管的直径D。

作为本实用新型的进一步说明，以上所述的三角型墩柱的三角形内角α1、α2、α3均在30°～120°范围内取值。可以改善各受力节点的受力状态，并加强三角型截面的稳定性，提高墩柱的安全可靠性。

作为本实用新型的进一步说明，以上所述的三角型墩柱的含钢率为0.06～0.2。参照《型钢混凝土组合结构技术规程》（JGJ138-2001）规定对异形柱的含钢率的有关规定进行设置，保证墩柱安全可靠。

作为本实用新型的进一步说明，以上所述的再生骨料混凝土由新砂浆和再生骨料组成，并且再生骨料掺入量占再生骨料混凝土重量不大于50%，具体掺入量应根据再生骨料混凝土强度要求经试验确定；所述的再生骨料由原始天然骨料和附着老砂浆组成。

作为本实用新型的进一步说明，以上所述的再生骨料混凝土强度等级不低于C35；所述的普通骨料混凝土强度等级不低于C50，并且普通骨料混凝土的强度等级大于再生骨料混凝土。

本实用新型的设计原理：

钢管再生混凝土墩柱通过设置U形钢槽组成稳定的三角型截面，增强各墩柱间水平方向的联系，以增强墩柱的抗侧刚度、承载能力及变形能力。由于外包钢管的“套箍”约束，再生混凝土的承载力和抗震性得到了极大的增强，其具体的工作原理是：当处于轴向受压时，混凝土会发生横向变形，横向变形受到外包钢管约束情况下，混凝土微裂缝的扩展会受到制约，变形性能相应增强，从而提高了承载力；由于核心混凝土受到钢管约束，在地震作用下混凝土内部微裂纹也不容易扩展，从而提高了抗震能力。U形钢槽外包钢板与普通混凝土、外包钢管与再生混凝土通过抗剪钢栓紧密连接，有利于混凝土和钢板（钢管）协同工作。同时，外包钢管使再生混凝土与大气环境相隔绝，其耐久性较差的问题得以解决。由于外包U形钢槽和钢管起到了施工模板的作用，有利于加快施工速度，降低施工成本，产生了较大的经济效益。

本实用新型的优点：

1.本实用新型的三角型截面钢管再生混凝土墩柱具有承载力高、整体稳定性好、抗震性能好、施工工艺简单、造价低有利于推广、低碳环保等优点，有利于再生骨料混凝土在桥梁工程中的推广应用。

2. 本实用新型的三角型截面钢管再生混凝土墩柱经济环保，有利于推广。本发明采用钢管再生混凝土结构，在满足再生混凝土强度要求的前提下，再生骨料掺入量比例较高，经济环保，有利于再生骨料混凝土的推广应用。

2. U形槽钢与钢管焊接形成三角型稳定截面，加强了墩柱的水平方向联系，可以有效地防止钢管发生局部屈曲，结构的延性性能、耗能能力和抗震性能得以明显改善。

3.再生骨料混凝土浇筑在钢管内部，使再生骨料混凝土与大气环境相隔绝，其耐久性差的问题得以解决，同时由于外包钢管的约束作用，使核心区再生骨料混凝土处于三向受压状态，产生了套箍效应，在受压状态下，提高了再生骨料混凝土的强度，进而提高再生骨料混凝土的耗能能力和抗震性能。

4.U形钢槽和钢管起到了施工模板的作用，有利于加快施工速度，降低施工成本，产生了较大的经济效益。

附图说明

图1是本实用新型一实施例中U形钢槽和钢管连接的结构示意图。

图2是本实用新型另一实施例中U形钢槽和钢管连接的结构示意图。

图3是本实用新型再一实施例中U形钢槽和钢管连接的结构示意图。

图4是本实用新型又一实施例中U形钢槽和钢管连接的结构示意图。

附图标记：1-钢管，2 -U形钢槽，3-抗剪钢栓，4-再生骨料混凝土，5-普通骨料混凝土。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

实施例1：

如图1所示，一种三角型截面钢管再生混凝土墩柱，主要由钢管1和U形钢槽2构成；其中，所述的钢管1和U形钢槽相互焊接在一起，形成三角型墩柱；所述的U形钢槽2由外包钢板焊接而成；所述钢管1和U形钢槽2的内部均分别设有抗剪钢栓3，并且在钢管1的内部浇筑再生骨料混凝土4，在U形钢槽2的内部浇筑普通骨料混凝土5。

所述的U形钢槽2的宽度B与钢管1的直径D的比值为0.4。所述的U形钢槽2的长度L1、L2、L3分别与钢管1的直径D的比值均为2。所述的U形钢槽2在三角型墩柱的竖直方向每隔5m设置一组。

所述的抗剪钢栓3为梅花布置并焊接在钢管1和U形钢槽2的内部。所述的抗剪钢栓3在钢管1内设置的间距为钢管1的直径D的0.3倍；抗剪钢栓3在U形钢槽2内设置的间距为U形钢槽2的宽度B的0.7倍。

实施例2：

一种三角型截面钢管再生混凝土墩柱，主要由钢管1和U形钢槽2构成；其中，所述的钢管1和U形钢槽相互焊接在一起，形成三角型墩柱；所述的U形钢槽2由外包钢板焊接而成；所述钢管1和U形钢槽2的内部均分别设有抗剪钢栓3，并且在钢管1的内部浇筑再生骨料混凝土4，在U形钢槽2的内部浇筑普通骨料混凝土5。

所述的U形钢槽2的宽度B与钢管1的直径D的比值为0.45。所述的U形钢槽2的长度L1与钢管1的直径D的比值为1.5，L2与钢管1的直径D的比值为2.5，L3与钢管1的直径D的比值为2。所述的U形钢槽2在三角型墩柱的竖直方向每隔6m设置一组。

所述的抗剪钢栓3为梅花布置并焊接在钢管1和U形钢槽2的内部。所述的抗剪钢栓3在钢管1内设置的间距为钢管1的直径D的0.5倍；抗剪钢栓3在U形钢槽2内设置的间距约为U形钢槽2的宽度B。

实施例3：

一种三角型截面钢管再生混凝土墩柱，主要由钢管1和U形钢槽2构成；其中，所述的钢管1和U形钢槽相互焊接在一起，形成三角型墩柱；所述的U形钢槽2由外包钢板焊接而成；所述钢管1和U形钢槽2的内部均分别设有抗剪钢栓3，并且在钢管1的内部浇筑再生骨料混凝土4，在U形钢槽2的内部浇筑普通骨料混凝土5。

所述的U形钢槽2的宽度B与钢管1的直径D的比值为0.5。所述的U形钢槽2的长度L1与钢管1的直径D的比值为2，L2与钢管1的直径D的比值为2.5，L3与钢管1的直径D的比值为3.5。所述的U形钢槽2在三角型墩柱的竖直方向每隔8m设置一组。

所述的抗剪钢栓3为梅花布置并焊接在钢管1和U形钢槽2的内部。所述的抗剪钢栓3在钢管1内设置的间距为钢管1的直径D的0.4倍；抗剪钢栓3在U形钢槽2内设置的间距为U形钢槽2的宽度B的0.5。

上述实施例的三角型截面钢管再生混凝土墩柱既可以满足承载力要求，又具有良好抗震性能和整体稳定性，并能显著提高再生混凝土耐久性，扩大再生混凝土应用范围，此外，该结构施工方便，造价低廉环保。其制作过程为：

首先将若干排抗剪钢栓连接件按梅花布置焊接在钢板上，然后再将钢板通过焊接组合成U形钢槽 (开口朝上)，然后把U形钢槽焊接在圆形钢管上形成三角型截面墩柱，随后在圆形钢管内部浇筑再生混凝土，在U形钢槽内部浇筑普通混凝土。

需要说明的是，在本实用新型的工程实际应用过程中，可根据工程实际要求，以三角形为“单元”进行扩展组合形成多行多列墩柱，诸如，图2为两排两列墩柱，图3为两排三列墩柱，图4为三排三列墩柱，以此类推，即本实用新型的实施不限于以上实施例。

Claims (7)

1. 一种三角型截面钢管再生混凝土墩柱，主要由钢管（1）和U形钢槽（2）构成；其特征在于：所述的钢管（1）和U形钢槽相互焊接在一起，形成三角型墩柱；所述的U形钢槽（2）由外包钢板焊接而成；所述钢管（1）和U形钢槽（2）的内部均分别设有抗剪钢栓（3），并且在钢管（1）的内部浇筑再生骨料混凝土（4），在U形钢槽（2）的内部浇筑普通骨料混凝土（5）。

2. 根据权利要求1所述的三角型截面钢管再生混凝土墩柱，其特征在于：所述的U形钢槽（2）的宽度B与钢管（1）的直径D的比值在0.4～0.5之间。

3. 根据权利要求1或2所述的三角型截面钢管再生混凝土墩柱，其特征在于：所述的U形钢槽（2）的长度L1、L2、L3分别与钢管（1）的直径D的比值在1.5～3.5之间。

4. 根据权利要求1所述的三角型截面钢管再生混凝土墩柱，其特征在于：所述的U形钢槽（2）在三角型墩柱的竖直方向每隔5～8m设置一组。

5. 根据权利要求1所述的三角型截面钢管再生混凝土墩柱，其特征在于：所述的抗剪钢栓（3）为梅花布置并焊接在钢管（1）和U形钢槽（2）的内部。

6. 根据权利要求5所述的三角型截面钢管再生混凝土墩柱，其特征在于：所述的抗剪钢栓（3）在钢管（1）内设置的间距小于0.5倍钢管（1）的直径D；抗剪钢栓（3）在U形钢槽（2）内设置的间距小于U形钢槽（2）的宽度B。

7. 根据权利要求1所述的三角型截面钢管再生混凝土墩柱，其特征在于：所述的三角型墩柱的三角形内角α1、α2、α3均在30°～120°范围内取值。