CN205712739U - 内置十形超高性能混凝土型材增强普通混凝土组合柱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种内置十形超高性能混凝土型材增强普通混凝土组合柱，包括矩形截面混凝土柱，矩形截面混凝土柱内配置十形超高性能混凝土(UHPC)型材，十形超高性能混凝土型材由正交两道腹板以及垂直于腹板端部的四个翼缘组成。本实用新型能局部利用混凝土自约束功能，替代钢材对混凝土的约束作用，节约钢材并降低造价；相比于钢材与混凝土的组合，超高性能混凝土与普通混凝土结合后可减小材料间的横向变形差，提高构件的组合效果并有利于承载能力的发挥，具有结构简单、材料新颖、性能优越、适应建筑工业化生产等特点。

Description

内置十形超高性能混凝土型材增强普通混凝土组合柱

技术领域

本实用新型属于建筑工程技术领域，尤其涉及一种内置十形超高性能混凝土型材增强普通混凝土组合柱。

背景技术

钢筋混凝土结构柱作为一种量大面广的竖向承重构件，其在各类建筑工程和桥梁工程中发挥了重要作用。然而面对高速发展的经济需求，全球普遍出现人口聚集区域化、城市用地紧张等局面，这就向城市规划者和建设者提出了更为苛刻的要求，即如何在有限的生存环境下提高人居生活质量并紧跟城市发展的步伐。因此，高层及超高层建筑、重载桥梁等重要生命线工程应运而生，这势必对传统钢筋混凝土结构柱产生巨大的冲击，其主要为钢筋混凝土柱的承载能力有限、抗震性能较差、耐久性能不良等缺陷，如此便限制了这类构件在上述结构中的应用。

为了满足结构承载能力的需求，诸多增强型措施被用于钢筋混凝土柱，这些措施主要包括提高混凝土强度(如采用高强混凝土)、增加含钢率(如采用型钢混凝土)以及使用约束混凝土(如钢管混凝土)等。高强混凝土虽然能提高柱本身的承载能力，但高强混凝土的脆性对结构柱的抗震性能十分不利。当然约束混凝土能有效解决这类技术难题，然而另一个问题也随之产生，即使用钢管混凝土时钢管在节点处的构造将是影响结构整体性能的关键，而钢管混凝土节点的工艺技术十分复杂，其性能难以得到有效保证；此外，钢管与混凝土之间容易出现粘脱现象，削弱钢管对混凝土的约束作用，组合效果变差。显然，内置的型钢可以在这方面弥补相应的不足，但在钢材使用量上则显得不够经济，同时型钢混凝土结构对环境的耐久性能、耐腐蚀性能要求较高，一旦型钢产生较大的锈蚀，锈胀必然引起混凝土开裂等现象，这类后果十分严重。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种构造简单、施工便捷、性能优良、经济节约的内置十形超高性能混凝土型材增强普通混凝土组合柱。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：内置十形超高性能混凝土型材增强普通混凝土组合柱，包括矩形截面混凝土柱，矩形截面混凝土柱内配置十形超高性能混凝土型材，十形超高性能混凝土型材由正交两道腹板以及垂直于腹板端部的四个翼缘组成。

腹板位于混凝土柱矩形截面的中轴线上。

翼缘与混凝土柱矩形截面对应各边相互平行。

十形超高性能混凝土型材由超高性能混凝土浇筑成型。

针对现有钢筋混凝土柱存在的不足，发明人设计了一种内置十形超高性能混凝土型材增强普通混凝土组合柱，包括矩形截面混凝土柱，矩形截面混凝土柱内配置十形超高性能混凝土型材，十形超高性能混凝土型材由正交两道腹板以及垂直于腹板端部的四个翼缘组成。

本实用新型通过两方面实现了传统钢筋混凝土柱承载能力的大幅度提高：

<1>使用高致密性和高强度的超高性能混凝土作为混凝土柱的内部增强材料，成为其内普通混凝土的约束骨架，而这两个“高”恰恰促使了超高性能混凝土可取代传统型钢对混凝土的约束材料，克服了在极端环境下钢材易锈蚀的缺陷，也有利于节约钢材并降低工程造价和后期维护所需的费用。

<2>超高性能混凝土沿袭了混凝土可浇注性的特点，将其浇筑成由腹板和翼缘构成的十形截面型材，并对由型材包围在内的混凝土进行了有效地分区，形成了4个独立的束状单元柱，而更小的柱体截面可发挥约束紧致的作用，增强柱的承载能力。

总之，本实用新型充分利用混凝土自约束功能(超高性能混凝土约束普通混凝土)，充分发挥混凝土材料间横向变形系数相近的特色，以此取代钢材对混凝土的约束作用，节约钢材并降低造价；基于超高性能混凝土优良的密实性、可浇筑性以及高强度，具有结构简单、材料新颖、性能优越等特点。此外，通过预制超高性能混凝土型材可实现建筑工业化的要求，同时轻薄高强的超高性能混凝土有利于机械化吊装，能有效加快施工进度。

附图说明

图1是本实用新型内置十形超高性能混凝土型材增强普通混凝土组合柱柱体骨架(十形超高性能混凝土型材)示意图。

图2是本实用新型内置十形超高性能混凝土型材增强普通混凝土组合柱空间立体示意图。

图1和图2中：1腹板一，2腹板二，3翼缘一，4翼缘二，5翼缘三，6翼缘四，7普通混凝土。

具体实施方式

基本结构

如图1和图2所示，本实用新型的内置十形超高性能混凝土型材增强普通混凝土组合 柱，包括矩形截面混凝土柱，矩形截面混凝土柱内配置十形超高性能混凝土型材，十形超高性能混凝土型材由正交两道腹板以及垂直于腹板端部的四个翼缘通过浇筑超高性能混凝土而成。腹板位于柱矩形截面的中轴线上，而翼缘与柱截面各边相互平行。

设计原理

如图1所示，在矩形截面混凝土柱中配置十形超高性能混凝土型材，十形超高性能混凝土型材由两道腹板及其四个翼缘组成。其中，腹板一和腹板二分别位于矩形截面柱两正交中轴线上，在各腹板端部设置翼缘一、翼缘二、翼缘三和翼缘四，并分别垂直各自的腹板，由此将除超高性能混凝土型材保护层外的矩形截面分割成四个更小的矩形截面，且四个小矩形截面的面积相等；由超高性能混凝土翼缘和腹板组成的十形骨架将其内的普通混凝土约束，而十形超高性能混凝土骨架是在预制构件厂生产的，并采用蒸汽养护后成型生产使用。

1)首先在预制构件厂支模形成如图1所示的十形骨架，骨架的两道腹板相互正交，骨架的四个翼缘分别位于腹板的端部并相互垂直，之后向腹板和翼缘中浇筑超高性能混凝土并采用蒸汽养护成型；

2)将十形超高性能混凝土型材骨架吊装至框架结构中的特定位置，采用预埋连接件将十形骨架与基础或下部楼层进行连接；

3)将柱支好模后，向其中剩余空间浇筑普通混凝土即得。

综上所述，本实用新型应用超高性能混凝土作为普通混凝土柱构件的内部增强材料，与现有技术相比具有如下优点：

1)对矩形截面局部分区后，每一个束状单元可等效为一个分体柱，而各束状分体柱又是通过腹板和翼缘的超高性能混凝土薄板联系在一起，即连体内有分体，这样便形成一个又独立又统一的截面形式；

2)超高性能混凝土(UHPC)是一种高强度、高模量、高延性的超高性能纤维增强水泥复合材料，UHPC还具有相当高的致密性，抗渗系数很高，水分基本不易透过UHPC进入内部普通混凝土。如果用UHPC代替普通混凝土结构，通常可以采用较小的板厚，降低结构自重，从而降低工程造价。因此以超高性能混凝土取代钢材；

3)可将由超高性能混凝土浇筑而成的十形骨架作为预制构件在工厂实现建筑工业化生产，保证超高性能混凝土的浇筑和养护质量，加快施工进度，有利于节约综合费用；

4)超高性能混凝土拥有比普通混凝土更加优越的抗拉强度、抗压强度和耐久性能，能显著提高矩形柱的承载能力和耐腐蚀性，在极端环境下采用此类构件也能保证其力学性 能的发挥，对于实现混凝土自约束功能具有良好的应用前景。

Claims (4)

1.一种内置十形超高性能混凝土型材增强普通混凝土组合柱，包括矩形截面混凝土柱，其特征在于：所述矩形截面混凝土柱内配置十形超高性能混凝土型材；所述十形超高性能混凝土型材由正交两道腹板以及垂直于腹板端部的四个翼缘组成。

2.根据权利要求1所述的内置十形超高性能混凝土型材增强普通混凝土组合柱，其特征在于：所述腹板位于混凝土柱矩形截面的中轴线上。

3.根据权利要求1所述的内置十形超高性能混凝土型材增强普通混凝土组合柱，其特征在于：所述翼缘与混凝土柱矩形截面对应各边相互平行。

4.根据权利要求1所述的内置十形超高性能混凝土型材增强普通混凝土组合柱，其特征在于：所述十形超高性能混凝土型材由超高性能混凝土浇筑成型。