CN217711379U - 一种钢管内约束的钢筋混凝土组合柱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种钢管内约束的钢筋混凝土组合柱，属于建筑结构领域。本实用新型采用小直径钢管代替纵向钢筋，当钢管和实心钢筋横截面积相同时，钢管比实心钢筋具有更高的面积二阶矩和回转半径。用钢管代替全部或者部分纵向钢筋，可以减少钢筋是整体屈曲，组合柱中的混合钢筋克服以往钢筋抗拉不抗压的缺点。另一方面，采用钢管约束超高性能混凝土，钢管壁对混凝土起到环向约束作用，显著提高了组合柱的承载，并减小柱截面面积。本实用新型克服了普通钢筋混凝土柱中钢筋的整体屈曲和承载力不足的缺点，显著提升了构件的承载力和延性，在含钢率相同的条件下，可以达到更高的承载力，更小的截面面积，创造出更大的建筑使用空间。

Description

一种钢管内约束的钢筋混凝土组合柱

技术领域

本实用新型属于建筑结构领域，尤其是一种钢管内约束的钢筋混凝土组合柱。

背景技术

钢筋混凝土柱是工程结构中最基本的承重构件，现有的混凝土柱承载力普遍较差，地震时钢筋容易发生整体屈曲。当采用增大截面面积或者改变横向箍筋形式等方法改善上述问题时，自身的重量会有所增加；而过于复杂的横向箍筋形式尽管可以限制钢筋的屈曲，但是在施工方面会造成很大的困难。

混凝土柱的性能可通过使用复合材料得到很大的改善，例如钢管混凝土。型钢和混凝土已被用于建造具有不同截面要求的复合柱，两者之间的协同作用也提高了柱子的各种性能。与用钢筋加固的传统柱相比，复合柱具有更好的性能，并应用于许多结构中。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种钢管内约束的钢筋混凝土组合柱。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种钢管内约束的钢筋混凝土组合柱，包括普通混凝土柱体，普通混凝土柱体内部设有若干个与普通混凝土柱体等高的钢管，所述钢管靠近普通混凝土柱体的边缘设置；所有钢管外围设有若干个横向箍筋，所述横向箍筋设置在钢管的不同高度处；

所述钢管内填充有超高性能混凝土夹层；

所述普通混凝土柱体为正四棱柱状。

进一步的，超高性能混凝土夹层的顶部和钢管顶部齐平。

进一步的，普通混凝土柱体内部设有纵向钢筋，所述纵向钢筋和钢管交替的分布。

进一步的，所述钢管直径不大于100mm。

进一步的，钢管为方形钢管。

进一步的，钢管为圆形钢管。

进一步的，所述超高性能混凝土夹层由UHPC超高性能混凝土制成。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的一种钢管内约束的钢筋混凝土组合柱，采用小直径钢管代替纵向钢筋，当钢管和实心钢筋横截面积相同时，钢管比实心钢筋具有更高的面积二阶矩和回转半径。用钢管代替全部或者部分纵向钢筋，可以减少钢筋是整体屈曲，组合柱中的混合钢筋克服以往钢筋抗拉不抗压的缺点。另一方面，采用钢管约束超高性能混凝土，钢管壁对混凝土起到环向约束作用，显著提高了组合柱的承载，并减小柱截面面积。本实用新型克服了普通钢筋混凝土柱中钢筋的整体屈曲和承载力不足的缺点，显著提升了构件的承载力和延性，在含钢率相同的条件下，可以达到更高的承载力，更小的截面面积，创造出更大的建筑使用空间。

附图说明

图1是混合钢筋的组合柱结构横截面示意图；

图2是混合钢筋的组合柱立体结构示意图；

图3是混合钢筋的组合柱中混合钢筋和横向箍筋布置示意图；

图4是混合钢筋和普通钢筋组合使用的组合柱横截面示意图；

图5是混合钢筋和普通钢筋组合使用的组合柱立体结构示意图；

图6是混合钢筋和普通钢筋组合使用的组合柱中混合钢筋和横向箍筋布置示意图；

图7为钢筋组件的结构示意图，图7(a)为圆形增强纵向钢筋组件示意图，图7(b)是方形增强纵向钢筋组件示意图；

图8为本实用新型组合柱和相同含钢率的普通钢筋混凝土柱进行有限元分析后的轴向荷载-位移曲线。

图中：1为钢管，2为超高性能混凝土夹层，3为普通混凝土柱体，4为横向箍筋，5为纵向钢筋。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

本实用新型包括两种配筋方式，使用混合钢筋组件代替所有纵向钢筋或者代替部分纵向钢筋。实施例1为全部采用混合钢筋组件，实施例2为混合钢筋和纵向钢筋相结合的形式，具体如下：

实施例1

参见图1，图2和图3，图1和图2为一种钢管内约束的钢筋混凝土组合柱的结构横截面示意图和立体结构示意图，图3为一种钢管内约束的钢筋混凝土组合柱的混合钢筋和横向箍筋的绑扎示意图；一种钢管内约束的钢筋混凝土组合柱包括普通混凝土柱体3，普通混凝土柱体3内部设有若干个等高钢管1，钢管1的顶部和普通混凝土柱体3顶部齐平，钢管1靠近普通混凝土柱体3的边缘设置；钢管1内填充有超高性能混凝土夹层2，超高性能混凝土夹层2的顶部和钢管1顶部齐平，在钢管1的外围设有多个横向箍筋4。

钢管直径不大于100mm，而内部填充物采用超高性能混凝土等高流动性材料填充，通常超高性能混凝土在承受纵向荷载时容易发生脆性破坏。而本实用新型中超高性能混凝土在钢管2的约束下，横向变形被抑制，强度和延性都得到大幅度提高，克服了超高性能混凝土容易发生脆性破坏的特点。

使用填充超高性能混凝土的钢管作为钢筋克服了普通钢筋混凝土柱钢筋整体屈曲的缺点，并增加柱的延性。

UHPC超高性能混凝土是一种超高强、韧性、高耐久性的特种工程材料，在国防工程、海洋工程、核工业、特种保安和防护工程、以及市政工程领域有良好的应用前景。经试验证明，其抗折强度是普通混凝土C50混凝土的3倍，缩变下降50％。

参见图7，图7为圆形增强纵向钢筋组件示意图，图7(b)是方形增强纵向钢筋组件示意图；钢管1可以设置为圆形钢管和方形钢管；圆形钢管能提供更好的约束，可以实现环向均匀约束，提高核心超高性能混凝土的强度和延性；而方形钢管拥有更小的截面面积和耗钢量。总体而言，两种截面形式都可以提高组合柱的承载能力，减小组合柱截面尺寸。通过改变钢管壁厚和直径，满足不同尺寸的组合柱和含钢率。用超高性能混凝土填充这些钢管可以进一步提高屈服强度以及组合柱在轴向载荷作用下的延展性。这是因为混凝土填充有助于延迟局部屈曲并将钢管壁的失效模式从向内转换为向外。

实施例2

参见图4，图5和图6，图4是混合钢筋和普通钢筋组合使用的组合柱横截面示意图，图5是混合钢筋和普通钢筋组合使用的组合柱立体结构示意图，图6为混合钢筋和普通钢筋组合使用的组合柱的混合钢筋和横向箍筋的绑扎示意图；一种钢管内约束的钢筋混凝土组合柱包括普通混凝土柱体3，普通混凝土柱体3内部设有若干个钢管1和纵向钢筋5，钢管1和纵向钢筋5的顶部和普通混凝土柱体3顶部齐平，钢管1靠近普通混凝土柱体3的边缘设置；钢管1和纵向钢筋5交替设置；钢管1内填充有超高性能混凝土夹层2，超高性能混凝土夹层2的顶部和钢管1顶部齐平，在钢管1外围设有多个横向箍筋4。

在另外的实施方式中，本实用新型的组合柱截面形式可为方形，圆形或者异形柱中的任一种。

在其他实施方式中，可以根据需要只在中央配置一个钢管约束组件，但是为了保证含钢率，可以适当增加钢管的厚度及直径。

参见图8，图8为利用有限元方法模拟相同尺寸与含钢率的本实用新型组合柱和普通钢筋混凝土柱的轴向荷载-位移曲线，构件设计使钢管1的截面面积和实心钢筋截面面积相同，保证相同的含钢率，做单因素分析，分析由增强纵向混合钢筋组件替换实心钢筋之后组合柱的轴压性能。数值模拟结果表明，组合柱的极限承载力约是普通混凝土柱的4倍，其次组合柱由于钢管1的约束作用，加载后期承载力有所回升，甚至出现二次峰值的情况。最后本实用新型组合柱的延性明显优于普通钢筋混凝土柱，其具有很好的延性系数。

一种钢管内约束的钢筋混凝土组合柱的施工方法，包括以下步骤：

将钢管1竖直设置，在钢管1内填充超高性能混凝土2，在钢管1和超高性能混凝土2在端口处找平，养护，预制成增强纵向混合钢筋组件；

将钢管1和超高性能混凝土2构成的增强纵向混合钢筋组件与横向箍筋4绑扎成钢筋笼，支模；

浇筑普通混凝土。

以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种钢管内约束的钢筋混凝土组合柱，其特征在于，包括普通混凝土柱体(3)，普通混凝土柱体(3)内部设有若干个与普通混凝土柱体(3)等高的钢管(1)，所述钢管(1)靠近普通混凝土柱体(3)的边缘设置；所有钢管(1)外围围设有若干个横向箍筋(4)，所述横向箍筋(4)设置在钢管(1)的不同高度处；

所述钢管(1)内填充有超高性能混凝土夹层(2)；

所述普通混凝土柱体(3)为正四棱柱状。

2.根据权利要求1所述的钢管内约束的钢筋混凝土组合柱，其特征在于，超高性能混凝土夹层(2)的顶部和钢管(1)顶部齐平。

3.根据权利要求1所述的钢管内约束的钢筋混凝土组合柱，其特征在于，普通混凝土柱体(3)内部设有与其等高的纵向钢筋(5)，所述纵向钢筋(5)分布在普通混凝土柱体(3)的边缘处。

4.根据权利要求3所述的钢管内约束的钢筋混凝土组合柱，其特征在于，所述纵向钢筋(5)和钢管(1)交替的分布。

5.根据权利要求1-4任一项所述的钢管内约束的钢筋混凝土组合柱，其特征在于，所述钢管(1)直径不大于100mm。

6.根据权利要求1-4任一项所述的钢管内约束的钢筋混凝土组合柱，其特征在于，钢管(1)为方形钢管。

7.根据权利要求1-4任一项所述的钢管内约束的钢筋混凝土组合柱，其特征在于，钢管(1)为圆形钢管。

8.根据权利要求1所述的钢管内约束的钢筋混凝土组合柱，其特征在于，所述超高性能混凝土夹层(2)由UHPC超高性能混凝土制成。

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