CN215054569U - 一种部分包覆冷弯薄壁型钢-混凝土组合柱 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于结构工程技术领域，具体为一种部分包覆冷弯薄壁型钢‑混凝土组合柱。该组合柱包括两个相同规格的冷弯薄壁C型钢，每个冷弯薄壁C型钢的腹板上均匀分布冲孔，腹板内侧每个冲孔周围形成肋，肋作为组合柱的抗剪件，两个冷弯薄壁C型钢通过各自的腹板外侧相对设置并紧密接触，两个腹板之间通过均匀分布的高强螺栓紧固连接；在一个冷弯薄壁C型钢的内侧填充混凝土一，在另一个冷弯薄壁C型钢的内侧填充混凝土二，混凝土一、混凝土二之间通过冲孔内贯通的混凝土连接成一体。本实用新型中所采用的部分包覆结构提高了钢的抗火、抗腐蚀能力，增加了钢与混凝土的相互作用，提高了构件的延性和整体性能。
Description
技术领域
本实用新型属于结构工程技术领域，具体为一种部分包覆冷弯薄壁型钢-混凝土组合柱。
背景技术
预制装配式结构建筑越来越受到国家重视和建设单位的青睐，其具有施工速度快、质量可控、绿色可持续等特点，是未来国家建筑行业的发展方向。随着冷轧技术的成熟，冷弯薄壁型钢在钢结构中得到了广泛的应用，但在部分包覆结构中还是以热轧钢为主，冷轧钢的使用还比较少。部分包覆冷弯薄壁型钢-混凝土组合柱是一种可以应用于装配式结构的预制组合柱，它可以充分发挥混凝土和冷弯型钢二者的优势性能，主要包括轻质高强、延性好、承载力高、稳定性好、具有良好的抗火和抗腐蚀性能、整体性能良好等优势。
目前组合柱主要包括钢筋混凝土柱、热轧型钢混凝土柱、钢-木组合柱，而对冷弯薄壁型钢-混凝土组合柱研究相对匮乏，所以目前冷弯薄壁型钢-混凝土柱的结构形式很少见。目前应用于部分包覆结构的钢材主要以热轧型钢为主，主要的截面形式有工字形、T形和多个H型钢组成的多边和异型截面等，冷弯型钢的PEC柱(partially encased concretecomposite column,简称PEC柱)几乎没有。冷弯型钢相比于热轧钢更易制作，截面形式更多并且可以降低工程的经济成本，在预制装配式多层建筑上具有很大的优势。
因此，有必要对冷弯薄壁型钢-混凝土组合柱进行研究和创新，提出一种适合时代发展需要、符合实际工程应用要求、施工方便并且具有多种优良性能的部分包覆冷弯薄壁型钢-混凝土组合柱。
实用新型内容
为了优化现有的部分包覆钢-混凝土柱结构，本实用新型的目的在于提供一种部分包覆冷弯薄壁型钢-混凝土组合柱，满足柱各项力学性能，实现预制部分包覆冷弯薄壁型钢-混凝土组合柱在中高层预制装配式钢结构中的大量应用，并有效降低构件的制造成本和提高构件的整体性能以及装配速度。
本实用新型的技术方案是：
一种部分包覆冷弯薄壁型钢-混凝土组合柱，包括两个相同规格的冷弯薄壁C型钢，每个冷弯薄壁C型钢的腹板上均匀分布冲孔，腹板内侧每个冲孔周围形成肋，两个冷弯薄壁C型钢通过各自的腹板外侧相对设置并紧密接触，两个腹板之间通过均匀分布的高强螺栓紧固连接；在一个冷弯薄壁C型钢的内侧填充混凝土一，在另一个冷弯薄壁C型钢的内侧填充混凝土二，混凝土一、混凝土二之间通过冲孔内贯通的混凝土连接成一体。
所述的部分包覆冷弯薄壁型钢-混凝土组合柱，肋作为组合柱的抗剪件。
所述的部分包覆冷弯薄壁型钢-混凝土组合柱，两个腹板上的冲孔一一对应。
所述的部分包覆冷弯薄壁型钢-混凝土组合柱，冷弯薄壁C型钢的翼缘端部带有卷边，混凝土一、混凝土二分别包覆卷边。
本实用新型的设计思想是：
本实用新型部分包覆冷弯薄壁型钢-混凝土组合柱，采用冷轧薄壁型钢，两个腹板冲孔带肋的相同冷弯C型薄壁型钢的腹板并列，并通过一定数量的高强螺栓连接成一个整体。其冷弯薄壁型钢腹板处冲孔留下的肋可以作为组合柱的抗剪件，代替以往柱子中其抗剪作用的栓钉。在两个腹板冲孔的冷弯薄壁C型钢翼缘所围成的区域内浇筑混凝土形成部分包覆冷弯薄壁型钢-混凝土组合柱，并且冷弯型钢两边的混凝土通过冲孔相互贯通，增加了钢与混凝土的相互作用，使混凝土与冷弯薄壁C型钢形成一个牢固的整体。
本实用新型的优点及有益效果是：
1、本实用新型为部分包覆冷弯薄壁型钢-混凝土柱，该柱为预制柱可以在工厂预制完成，部分包覆冷弯型钢-混凝土柱与传统柱子相比预制或者施工时能够有效节省模板的用量。
2、本实用新型采用的是钢与混凝土的组合结构柱，钢翼缘对混凝土有明显的约束作用，从而提高了混凝土的受力性能，同时混凝土抑制了钢翼缘的局部失稳，并提高了柱的整体稳定性；部分填充的混凝土不仅具有防火防腐的作用，同时也可提高构件的抗屈曲能力、承载能力和刚度等性能，混凝土与钢材两种材料在该种结构中都发挥了其优良性能；该新型结构与型钢混凝土结构和钢管混凝土结构相比，具有钢材利用率高、构件的预制化和装配化程度高以及截面形式多样和防火、防腐等优点。
3、本实用新型钢材采用的是冷弯薄壁型钢，相较于热轧钢、冷轧钢成型速度快、产量高，且不损伤涂层，可以做成多种多样的截面形式并且可以提高钢材的屈服点，并且冷轧钢的大量使用可以降低工程的建设成本；冷弯C型钢还会减少组合柱箍筋的用量等。
4、本实用新型所采用的冷弯型钢为两个冷弯薄壁C型钢，并且在两者的腹板处沿翼缘方向进行冲孔，冲孔后所留的肋可以作为组合柱的抗剪件，代替以往柱子中用于抗剪的栓钉，节约了钢材与其他材料的使用，降低了工程的成本；冷弯薄壁C型钢腹板冲孔所留的肋作为组合柱的抗剪件，还可以提高组合柱的抗弯性能。
5、本实用新型中两个冷弯薄壁C型钢腹板处的多个带肋的冲孔增加了钢与混凝土之间的相互作用，从而提高了构件的延性；两个冷弯薄壁C型钢腹板处多个冲孔的存在使得其两侧的混凝土相互贯通，增加了钢与混凝土的相互作用，使得结构中的混凝土不再是被钢分割的独立个体，而是一个相互作用的整体，提高了构件的延性和整体性能。
6、本实用新型中所采用的冷弯薄壁C型钢具有复杂的卷边，增加了冷弯薄壁C型钢与混凝土的接触面积，有利于防止冷弯薄壁型钢由于钢材过薄而发生的翼缘局部失稳，并且冷弯薄壁型钢的复杂卷边在一定程度上可以起到组合柱中纵向通长钢筋的作用，提高了组合柱的极限承载力。
附图说明
图1为本实用新型部分包覆冷弯薄壁型钢-混凝土组合柱外观整体示意图。
图2为本实用新型结构中两个冷弯薄壁C型钢腹板冲孔后的拼接示意图。
图3为本实用新型冷弯薄壁C型钢拼接部分的俯视图。
图4为本实用新型部分包覆冷弯薄壁型钢-混凝土组合柱冲孔处截面示意图。
图5为图4中的A-A剖面图。
图中：1-冷弯薄壁C型钢；2-高强螺栓；3-肋；4-冲孔；5-混凝土一；6-混凝土二；7-腹板；8-翼缘；9-卷边。
具体实施方式
下面将结合本实用新型的说明附图，对本实用新型实施的具体技术方案进行清楚、完整地描述，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所做的功能、方法或者结构上的等效变换亦或是代替，及没有实质性创新的改动，均属于本实用新型的保护范围。
如图1-图5所示，本实用新型提供了部分包覆冷弯薄壁型钢-混凝土组合柱，包括两个相同规格的冷弯薄壁C型钢1，每个冷弯薄壁C型钢1的腹板7上均匀分布冲孔4，腹板7内侧每个冲孔4周围形成肋3，肋3作为组合柱的抗剪件，两个冷弯薄壁C型钢1通过各自的腹板7外侧相对设置并紧密接触，两个腹板7之间通过均匀分布的高强螺栓2紧固连接，两个腹板7上的冲孔4一一对应；在一个冷弯薄壁C型钢1的内侧填充混凝土一5，所述冷弯薄壁C型钢1的翼缘8端部带有卷边9，柱状混凝土一5包覆卷边9；在另一个冷弯薄壁C型钢1的内侧填充混凝土二6，所述冷弯薄壁C型钢1的翼缘8端部带有卷边9，柱状混凝土二6包覆卷边9，混凝土一5、混凝土二6之间通过冲孔4内贯通的混凝土连接成一体。
如图1-图5所示，本实用新型的制作过程如下：
两个冷弯薄壁C型钢1事先用相应机器在腹板7处进行冲孔处理和加工，冲孔的方向为翼缘8延伸的方向，并且保留冷弯薄壁C型钢腹板7冲孔后形成的肋3，随后两个冷弯薄壁C型钢腹板7靠拢并列，在冷弯薄壁C型钢腹板7处通过多个高强螺栓2连接成一个整体。
两个冷弯薄壁C型钢翼缘8围成的区域分别浇筑混凝土一5、混凝土二6，浇筑后截面如图4所示，冷弯薄壁C型钢1两边的混凝土一5、混凝土二6通过冷弯薄壁C型钢腹板7处的冲孔4相互贯通，并且冷弯薄壁C型钢腹板7冲孔形成的肋3增加了混凝土与两个冷弯薄壁C型钢1的相互作用，提高了构件的延性和整体性能。由于混凝土的作用极大地提高了刚度、承载力以及抗火和抗腐蚀性能，从而提高了组合柱稳定性和防屈曲能力，有效的节省了施工时模板的用量，可以应用于装配式钢结构。采用了混凝土与两个冷弯薄壁C型钢的组合形式，发挥了两种材料各自的优势性能，提高了组合柱的整体性能。
冷弯薄壁C型钢1可以根据工程的实际需要采用不同的形状和尺寸，做出有利于结构的必要调整；高强螺栓2作为两个冷弯薄壁C型钢1的连接装置，其数量、型号以及螺栓的排列形式需要根据冷弯薄壁C型钢1的形状、尺寸和工程结构实际需要决定；冷弯薄壁C型钢腹板7处的冲孔4大小和混凝土的等级标号需要根据实际需要采用合适的大小和标号。
本实用新型属于预制装配式冷弯型钢-混凝土组合柱，其冷弯薄壁C型钢1、冷弯薄壁C型钢腹板7处的冲孔操作、两个冷弯薄壁C型钢1的连接以及混凝土的浇筑均可以在工厂制作完成，形成一根完整的部分包覆冷弯薄壁型钢-混凝土组合柱，然后运输到施工场地，现场进行装配即可。按照工程的实际要求，在原有截面的基础上可以给组合柱配上一定数量的纵筋和箍筋，用以提高组合柱的承载力；也可以在翼缘8之间增设系杆，增加整体性，防止冷弯薄壁型钢由于钢材过薄而引起的翼缘局部失稳，提高组合柱的整体性能。
本实用新型中所采用的部分包覆结构提高了钢的抗火、抗腐蚀能力；冷弯型钢相比热轧钢更易制作，截面形式更多；冷弯薄壁C型钢腹板冲孔形成的肋代替了以往抗剪栓钉的抗剪作用，节省了材料；冷弯C型钢腹板处的冲孔使得其两边混凝土相通贯通，增加了钢与混凝土的相互作用，提高了构件的延性和整体性能。
本实用新型中，高强螺栓2可以采用45号钢、40硼钢、20锰钛硼钢、35CrMoA等材质。冷弯薄壁C型钢的壁厚为2～6mm。
对于本领域技术人员而言，本实用新型不限于上述说明书所描述的实施方式，并且并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，上述说明书的方案所提供的施工方案仅仅是一种相对清楚的实施方式，本领域技术人员可以根据工程实际需要理解成其他的实施方式。最后说明，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行详细说明，并且对实用新型仅进行简单修改或者等同替换，及未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种部分包覆冷弯薄壁型钢-混凝土组合柱，其特征在于，包括两个相同规格的冷弯薄壁C型钢，每个冷弯薄壁C型钢的腹板上均匀分布冲孔，腹板内侧每个冲孔周围形成肋，两个冷弯薄壁C型钢通过各自的腹板外侧相对设置并紧密接触，两个腹板之间通过均匀分布的高强螺栓紧固连接；在一个冷弯薄壁C型钢的内侧填充混凝土一，在另一个冷弯薄壁C型钢的内侧填充混凝土二，混凝土一、混凝土二之间通过冲孔内贯通的混凝土连接成一体。
2.按照权利要求1所述的部分包覆冷弯薄壁型钢-混凝土组合柱，其特征在于，肋作为组合柱的抗剪件。
3.按照权利要求1所述的部分包覆冷弯薄壁型钢-混凝土组合柱，其特征在于，两个腹板上的冲孔一一对应。
4.按照权利要求1所述的部分包覆冷弯薄壁型钢-混凝土组合柱，其特征在于，冷弯薄壁C型钢的翼缘端部带有卷边，混凝土一、混凝土二分别包覆卷边。
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