CN210562975U - 一种预制装配式中空夹层钢管混凝土构件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种预制装配式中空夹层钢管混凝土构件，包括中空夹层钢管、设置在中空夹层钢管两端的连接件以及设置在内钢管与外钢管之间竖向加劲肋，竖向加劲肋沿中空夹层钢管的周向设置有多个；中空夹层钢管其中一端的连接件上设置有用于将混凝土灌注到内钢管与外钢管之间的空间中的注浆孔；连接件向外钢管外部延伸形成凸缘，凸缘上设置有螺栓孔。本实用新型构件制作时可先完成中空夹层管体以及两端连接件的连接，后通过中空夹层管体顶部的连接件上的注浆孔灌注混凝土，同时管内气体通过其他注浆孔排出，易于确保混凝土的浇筑质量；本实用新型可在工厂预制，有效保证构件加工质量并可实现批量生产。
Description
技术领域
本实用新型属于承重的长条形构件技术领域，具体涉及一种预制装配式中空夹层钢管混凝土构件。
背景技术
钢管混凝土构件是指在钢管中填充混凝土而形成的构件。钢管混凝土利用了钢管和混凝土两种材料在受力过程中的变形约束，使混凝土的强度得以提高，塑性和韧性性能大为改善。同时，由于混凝土的存在可以避免或延缓钢管发生局部屈曲，从而可以保证材料性能的充分发挥。然而，实心截面的钢管混凝土构件在侧向荷载作用下截面旋转轴附近的材料利用率不高，且构件自重较大。中空夹层钢管混凝土构件通过在钢管混凝土构件内部引入钢管，混凝土仅填充于内外钢管混凝土之间而形成的组合构件，可应用于钢管混凝土输电塔架、电杆、风力发电机的塔筒及建筑结构构件等。但由于输电塔架、电杆、风电塔筒等结构的现场施工条件有限，应尽量避免现场湿作业和焊接工作量，以往采用现浇混凝土工艺的中空夹层钢管混凝土构件难以适应实际工程的需求，亟待研发一种预制装配式中空夹层钢管混凝土构件。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种预制装配式中空夹层钢管混凝土构件，解决现有的中空夹层钢管混凝土构件自重大、现场施工不便的问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现：
一种预制装配式中空夹层钢管混凝土构件，包括中空夹层钢管，所述的中空夹层钢管包括内钢管、外钢管和设置在内钢管与外钢管之间的混凝土；还包括设置在中空夹层钢管两端的连接件以及设置在内钢管与外钢管之间竖向加劲肋，所述的竖向加劲肋沿中空夹层钢管的周向设置有多个；
中空夹层钢管其中一端的连接件上设置有用于将混凝土灌注到内钢管与外钢管之间的空间中的注浆孔；所述的连接件向外钢管外部延伸形成凸缘，凸缘上设置有螺栓孔。
具体的，所述的连接件包括主体板设置在主体板上的内连接环和外连接环，其中内连接环与内钢管端部对接，外连接环与外钢管端部对接；外连接环外部的主体板边缘形成所述的凸缘；所述的螺栓孔有多个，沿主体板边缘周向均匀分布。
具体的，所述的连接件上设置有第一通孔，所述的第一通孔与所述的内钢管的孔径匹配；第一通孔设置在主体板的中心。
具体的，所述的连接件包括主体板和设置在主体板上的内连接环，第一通孔设置在主体板的中心，内连接环与内钢管端部对接，外钢管端部连接在主体板上，外钢管外壁与主体板之间通过加劲肋连接。
优选的，所述的主体板为圆形板体。
具体的，所述的竖向加劲肋包括外钢管竖向加劲肋和内钢管竖向加劲肋，所述的外钢管竖向加劲肋一端固定在外钢管内壁上，另一端朝内钢管方向，且该端与内钢管间隔一定距离；所述的内钢管竖向加劲肋一端固定在内钢管外壁上，另一端朝外钢管方向，且该端与外钢管壁间隔一定距离；所述的外钢管竖向加劲肋和内钢管竖向加劲肋沿钢管周向交错设置。
具体的，所述的竖向加劲肋为长条形板体，竖向加劲肋上沿中空夹层钢管的长度方向设置有多个均匀分布的第二通孔。
具体的，所述的注浆孔有多个，绕内钢管与外钢管之间的连接件上周向分布。
进一步的，所述的注浆孔中设置有与注浆孔直径匹配的注浆管。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型构件制作时可先完成中空夹层管体(除混凝土)以及两端连接件的连接，后通过中空夹层管体顶部的连接件上的注浆孔灌注混凝土，同时管内气体通过其他注浆孔排出，易于确保混凝土的浇筑质量；本发明可在工厂预制，有效保证构件加工质量并可实现批量生产。
(2)通过在外钢管和内钢管之间设置带有通孔的竖向加劲肋，有效增强构件外钢管、内钢管与混凝土的连接，使得外钢管、内钢管与混凝土更好地共同工作，提高构件的整体性能，以此进一步降低构件自重，为实现装配化提供前提条件。
本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构示意图。
图2是本实用新型的整体结构侧面剖视图。
图3是本实用新型的整体结构俯视图。
图4是中空夹层钢管一端与连接件的连接示意图。
图5是普通中空夹层钢管混凝土构件(CFDST-1)和本实用新型构件 (CFDST-2)的荷载-位移(侧移)曲线。
图中各标号表示为：
1-中空夹层钢管，2-连接件，3-竖向加劲肋，4-注浆孔，5-注浆管；
11-内钢管，12-外钢管，13-混凝土；
21-主体板，22-内连接环，23-外连接环，24-第一通孔，25-凸缘，26- 螺栓孔；
31-外钢管竖向加劲肋，32-内钢管竖向加劲肋，33-第二通孔。
以下结合附图和具体实施方式对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
以下给出本实用新型的具体实施方式，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。
在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指以相应附图的图面为基准定义的，“内、外”是指相应部件轮廓的内和外。
如图1和图2所示，本实用新型公开一种预制装配式中空夹层钢管混凝土构件，包括中空夹层钢管1，所述的中空夹层钢管1包括内钢管11、外钢管12、设置在内钢管与外钢管之间的混凝土13、设置在中空夹层钢管1两端的连接件2以及设置在内钢管11与外钢管12之间竖向加劲肋3。
其中，竖向加劲肋3沿中空夹层钢管1的周向设置有多个。具体的，如图3所示，竖向加劲肋3由外钢管竖向加劲肋31和内钢管竖向加劲肋32，其中，外钢管竖向加劲肋31一端固定在外钢管12内壁上，另一端朝内钢管 11方向，且该端与内钢管壁之间间距一定距离，保证混凝土浇筑能包裹住外钢管竖向加劲肋。内钢管竖向加劲肋32一端固定在内钢管11外壁上，另一端朝外钢管12方向，同样，为了保证混凝土浇筑能包裹住外钢管竖向加劲肋，内钢管竖向加劲肋的端部与内钢管壁之间间距一定距离。外钢管竖向加劲肋31和内钢管竖向加劲肋32沿钢管周向交错设置。
作为优选实施方案，在竖向加劲肋3上沿中空夹层钢管1的长度方向设置有多个均匀分布的第二通孔33。第二通孔33用于增强内钢管11、外钢管 12与混凝土13的连接，使得内钢管11、外钢管12与混凝土13协同工作，具体的，在本实施例中，竖向加劲肋3为长条形板体，通孔形状为圆形或者椭圆形，也可将竖向加劲肋进而通孔形状设计为其他形状，在本实用新型中，优选本实施例的方案。
本实用新型通过设置竖向加劲肋3，能够有效增强构件外钢管、内钢管与混凝土的连接，使得外钢管、内钢管与混凝土更好地共同工作，提高构件的整体性能，以此进一步降低构件自重，为实现装配化提供前提条件。
如图2所示，连接件2包括主体板21和设置在主体板21上的内连接环 22和外连接环23，其中内连接环22与内钢管11端部对接，外连接环23 与外钢管12端部对接。在主体板21的中心设置第一通孔24，第一通孔24 与内钢管11的孔径匹配；外连接环23外部的一圈主体板21边缘形成凸缘 25，凸缘25上设置有螺栓孔26，具体的，螺栓孔26有多个，沿主体板21边缘周向均匀分布，与其他的中空夹层钢管1通过螺栓连接。使得中空夹层钢管1可在工厂预制，送到现场后再进行安装，有效保证构件加工质量并可实现批量生产。本实施方案中的连接件可选择目前市面上存在的双颈锻造法兰，双颈形成内连接环22和外连接环。
作为本实用新型的另一个实施方案，连接件2由主体板21和设置在主体板21上的内连接环22组成，第一通孔24设置在主体板21的中心，内连接环22与内钢管11端部对接，外钢管12端部连接在主体板21上，外钢管 12外壁与主体板21之间通过加劲肋连接，加劲肋具体为三角形。在本实施方案中，连接件2为目前市面上存在的内颈锻造法兰，内颈形成内连接环 22。
在上述实施方案中，主体板21优选圆形板体。
在主体板21上设置注浆孔4，具体的，该注浆孔4设置在中空夹层钢管1上端部的主体板21上，用于将混凝土浆体灌注到内钢管11与外钢管 12之间的空间中，同时注浆孔4有多个，一方面用于灌注混凝土，另一方面方便排出管内的气体，易于确保混凝土的浇筑质量。还可在注浆孔4中设置一个与注浆孔4直径匹配的注浆管5，方便灌注混凝土。注浆孔4的大小根据混凝土粗骨料大小及注浆管5大小确定，注浆孔4个数根据构件大小确定。在本实施例中，注浆孔4为4个，绕内钢管11与外钢管12之间的主体板沿周向均匀分布。
在制作本实用新型构件时，先将内钢管竖向加劲肋32焊接于内钢管11 外壁上、外钢管竖向加劲肋31焊接于外钢管12内壁上；然后内钢管11、外钢管12的两端与两个连接件2的内连接环22、外连接环23焊接；最后通过注浆管5向构件内灌注混凝土13，灌注时可采用插入式振动器或附着式振捣器协助完成振捣。
本实用新型适的构件用于圆柱形中空夹层钢管混凝土、圆锥形中空夹层钢管混凝土构件，可应用于钢管混凝土输电塔架、电杆、风力发电机的塔筒及建筑结构构件等。
在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，只要其不违背本实用新型的思想，同样应当视其为本实用新型所公开的内容。
本实用新型通过建立普通中空夹层钢管混凝土构件(CFDST-1)、本实用新型混凝土构件(CFDST-2)有限元模型并施加推覆荷载以验证竖向加劲肋3的有效性。
建立的有限元模型中，CFDST-1与CFDST-2的构件高度为8000mm，外钢管直径为1500mm、厚度为14mm，内钢管直径为1272mm、厚度为 12mm，内外钢管之间填充有混凝土。CFDST-2的外钢管、内钢管均设置有 -12×80×8000的纵向加劲肋，加劲肋设有长轴为60mm、短轴为40mm、间距为120mm的椭圆形通孔。此外，因构件端部的法兰可为构件提供较大的约束，为简化分析模型将法兰等效为耦合约束。本构件采用超高强度材料在应用于输电塔、输电杆等领域对减轻结构自重具有重要意义，因此本模型中钢材均采用Q690级低合金高强度结构钢，混凝土采用C120级活性粉末混凝土。
有限元模型中钢材均采用各向同性强化的七折线模型、S4R单元，混凝土采用塑性损伤模型、C3D8R单元。因纵向加劲肋设有多个通孔以实现外钢管、内钢管与混凝土的协同工作，为简化计算模型中纵向加劲肋与混凝土采用嵌入约束，同时不考虑加劲肋的通孔。构件底部均施加固结约束，上部耦合于一个参考点并对该参考点施加推覆荷载，当顶部侧移达到0.03rad时推覆结束。
通过分析0.03rad侧移下构件的整体、混凝土、内钢管的应力云图。CFDST-1与CFDST-2整体受力情况较为相似，构件底部所受弯矩较大故等效应力较大。此外，CFDST-2中混凝土的应力较CFDST-2中混凝土的大，且内钢管竖向加劲肋32具有较大的应力，表明竖向加劲肋3参与工作。
图5为CFDST-1与CFDST-2的荷载-位移(侧移)曲线，其中CFDST-2 的初始刚度、0.03rad侧移时的承载力较CFDST-1的初始刚度、0.03rad侧移时的承载力分别大了8.5％和8.1％。
从有限元仿真分析结果可知，通过在内钢管11、外钢管12分别设置带通孔的竖向加劲肋后，构件的力学性能得到了提升，即采用带通孔的竖向加劲肋3既可以提高钢管屈曲荷载，又可以增强外钢管12、内钢管11与混凝土13的协同工作性能。因此，在相同的荷载作用下，本实用新型构件较普通中空夹层钢管混凝土构件所需材料用量将减小，自重将相应降低，为构件实现预制装配化提供了前提条件。
Claims (9)
1.一种预制装配式中空夹层钢管混凝土构件，包括中空夹层钢管(1)，所述的中空夹层钢管(1)包括内钢管(11)、外钢管(12)和设置在内钢管与外钢管之间的混凝土(13)，其特征在于，
还包括设置在中空夹层钢管(1)两端的连接件(2)以及设置在内钢管(11)与外钢管(12)之间竖向加劲肋(3)，所述的竖向加劲肋(3)沿中空夹层钢管(1)的周向设置有多个；
中空夹层钢管(1)其中一端的连接件(2)上设置有用于将混凝土灌注到内钢管(11)与外钢管(12)之间的空间中的注浆孔(4)；所述的连接件(2)向外钢管(12)外部延伸形成凸缘(25)，凸缘(25)上设置有螺栓孔(26)。
2.如权利要求1所述的预制装配式中空夹层钢管混凝土构件，其特征在于，所述的连接件(2)包括主体板(21)和设置在主体板(21)上的内连接环(22)和外连接环(23)，其中内连接环(22)与内钢管(11)端部对接，外连接环(23)与外钢管(12)端部对接；外连接环(23)外部的主体板(21)边缘形成所述的凸缘(25)；所述的螺栓孔(26)有多个，沿主体板(21)边缘周向均匀分布。
3.如权利要求2所述的预制装配式中空夹层钢管混凝土构件，其特征在于，所述的连接件(2)上设置有第一通孔(24)，所述的第一通孔(24)与所述的内钢管(11)的孔径匹配；第一通孔(24)设置在主体板(21)的中心。
4.如权利要求1所述的预制装配式中空夹层钢管混凝土构件，其特征在于，所述的连接件(2)包括主体板(21)和设置在主体板(21)上的内连接环(22)，第一通孔(24)设置在主体板(21)的中心，内连接环(22)与内钢管(11)端部对接，外钢管(12)端部连接在主体板(21)上，外钢管(12)外壁与主体板(21)之间通过加劲肋连接。
5.如权利要求2或4所述的预制装配式中空夹层钢管混凝土构件，其特征在于，所述的主体板(21)为圆形板体。
6.如权利要求1所述的预制装配式中空夹层钢管混凝土构件，其特征在于，所述的竖向加劲肋(3)包括外钢管竖向加劲肋(31)和内钢管竖向加劲肋(32)，所述的外钢管竖向加劲肋(31)一端固定在外钢管(12)内壁上，另一端朝内钢管(11)方向，且该端与内钢管间隔一定距离；所述的内钢管竖向加劲肋(32)一端固定在内钢管(11)外壁上，另一端朝外钢管(12)方向，且该端与外钢管壁间隔一定距离；所述的外钢管竖向加劲肋(31)和内钢管竖向加劲肋(32)沿钢管周向交错设置。
7.如权利要求1或6所述的预制装配式中空夹层钢管混凝土构件，其特征在于，所述的竖向加劲肋(3)为长条形板体，竖向加劲肋(3)上沿中空夹层钢管(1)的长度方向设置有多个均匀分布的第二通孔(33)。
8.如权利要求1所述的预制装配式中空夹层钢管混凝土构件，其特征在于，所述的注浆孔(4)有多个，绕内钢管(11)与外钢管(12)之间的连接件(2)上周向分布。
9.如权利要求1所述的预制装配式中空夹层钢管混凝土构件，其特征在于，所述的注浆孔(4)中设置有与注浆孔(4)直径匹配的注浆管(5)。
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20200519 |