CN220014209U - 一种uhpc管-废弃纤维再生混凝土-米字型钢的组合墩柱 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种UHPC管‑废弃纤维再生混凝土‑米字型钢的组合墩柱，属于建筑工程技术领域。UHPC管、米字型钢和废弃纤维再生混凝土；所述米字型钢设置于UHPC管的内部，且和UHPC管同心设置，所述废弃纤维再生混凝土浇注于UHPC管和米字型钢之间的缝隙内，所述UHPC管的内部设有钢筋笼，所述钢筋笼包括均匀布置的若干纵向构造筋和若干螺旋箍筋。本技术方案用以解决传统钢管混凝土柱在使用过程中出现的结构整体性不佳，以及需要额外建设和维护的问题。
Description
技术领域
本实用新型属于建筑工程技术领域，具体涉及一种UHPC管-废弃纤维再生混凝土-米字型钢的组合墩柱。
背景技术
钢管混凝土组合墩柱由于钢管对内部核心区的混凝土的套箍效应，使得钢管混凝土组合墩柱具有较高的抗压承载能力、良好的塑性与韧性，耐高温和耐腐蚀等优点，并且其构造简单、施工方便，具有较高的经济效益。因此，钢管混凝土组合墩柱广泛适用于高层主体建筑、桥梁工程等领域中。然而，钢管混凝土组合墩柱现阶段还存在一些不足：(1)由于两种材料的弹性模量和线膨胀系数差异，使得两者在界面处性能一般，结构整体性不佳；(2)钢材普遍存在易锈蚀，耐久性差等问题，需要额外涂装防锈层，增加了结构的建设和养护成本。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种UHPC管-废弃纤维再生混凝土-米字型钢的组合墩柱，用以解决传统钢管混凝土柱在使用过程中出现的结构整体性不佳，以及需要额外建设和维护的问题。
为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
本实用新型一种UHPC管-废弃纤维再生混凝土-米字型钢的组合墩柱，包括UHPC管、米字型钢和废弃纤维再生混凝土；所述米字型钢设置于UHPC管的内部，且和UHPC管同心设置，所述废弃纤维再生混凝土浇注于UHPC管和米字型钢之间的缝隙内，所述UHPC管的内部设有钢筋笼，所述钢筋笼包括均匀布置的若干纵向构造筋和若干螺旋箍筋。
进一步，所述UHPC管为圆管或者方管。
进一步，所述米字型钢翼缘板数量为6块。
进一步，所述米字型钢的翼缘板数量为8块。
进一步，所述废弃纤维再生混凝土内的废弃纤维为长度为19mm的丙纶地毯节段。
进一步，所述UHPC管的厚度为2-12cm。
进一步，所述UHPC管的两端分别设有便于拼接的上端斜凹槽和下端斜凹槽。
进一步，所述UHPC管的拼接部位上填充环氧树脂。
进一步，所述米字型钢的端部上设有吊装孔洞。
进一步，所述螺旋箍筋为8mm的光圆钢筋，箍筋间距为100mm，纵向钢筋3为8mm的光圆钢筋，环向对称布置8根。
本实用新型的有益效果在于：
(1)本实用新型提供的UHPC管不仅约束核心混凝土，并且与核心混凝土具有更好的变形协调能力，结构整体性佳，米字型钢与混凝土的结合，能进一步提高结构的承载力和延性。相比于普通混凝土墩柱，能显著提高承载能力，具有更好的抗拉性、韧性和耐久性，并且连接简单，施工方便，具有较高的经济效益与广泛的适用性；(2)将废弃纤维(回收的废弃丙纶地毯)掺入再生混凝土中作为增强纤维便可变废为宝，改善再生混凝土的内部构造，可以有效提高再生混凝土的力学性能和延性，限制裂缝的开展，提高结构的耐久性能；(3)UHPC管与废弃再生混凝土在弹性模量、密度和热膨胀系数非常类似，因此UHPC管与废弃再生混凝土具有更好的变形协调能力，具有更好的承载能力、韧性和延展性；(4)米字型钢与混凝土的接触面积大，结合部位的连接效果好，可以有效提高结构的承载力和延性；(5)UHPC管作为超高性能混凝土无需额外涂装防锈层，降低了结构的建设和养护成本。
本实用新型的其他优点、目标和特征将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上对本领域技术人员而言是显而易见的，或者本领域技术人员可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本实用新型提供如下附图进行说明：
图1为UHPC管-废弃纤维再生混凝土-米字型钢的组合墩柱圆形截面示意简图；
图2为UHPC管-废弃纤维再生混凝土-米字型钢的组合墩柱另一个方向的圆形截面示意简图；
图3为UHPC管为方管时的俯视图截面示意图；
图4为本实用新型UHPC管端部设置上端斜凹槽和下端斜凹槽的示意图；
图5为本实用新型UHPC管拼接处设置环氧树脂的示意图。
附图中标记如下：
UHPC管1、上端斜凹槽1-1、下端斜凹槽1-2、环氧树脂1-3、螺旋箍筋2、纵向构造筋3、米字型钢4、废弃纤维再生混凝土5。
具体实施方式
如图1～5所示，本实用新型一种UHPC管-废弃纤维再生混凝土-米字型钢的组合墩柱，包括UHPC管1、米字型钢4、废弃纤维再生混凝土5，UHPC管1代替现有技术中的普通钢管，在UHPC管1内设置有米字型钢4，废弃纤维再生混凝土5分层浇筑于UHPC管1与米字型钢4之间形成再生混凝土芯，UHPC管1作为永久模板与核心混凝土5连接成一体。UHPC管1包括普通硅酸盐水泥、矿物掺和料、石英砂、石英粉、钢纤维、高效减水剂和水，各组分拌合质量比为：m水泥∶m矿物掺和料∶m石英砂∶m石英粉∶m钢纤维∶m高效减水剂∶m自来水＝1∶0.2-0.4∶1.1-1.3∶0.24-0.26∶0.14-0.16∶0.024-0.026∶0.17-0.19；废弃纤维再生混凝土5包括水泥、石英砂、废弃纤维、再生粗骨料和自来水，各组分之间拌合质量比为：m水泥∶m石英砂∶m废弃纤维∶m再生粗骨料∶m自来水＝1∶1.7-1.9∶0.001-0.002∶1.3-1.5∶0.4-0.6，其中m代表质量。
具体的，UHPC管1均匀布置有螺旋箍筋2和纵向构造钢筋3，组成钢筋笼。UHPC管1采用圆形或方形的截面形式，厚度范围为2cm-12cm。更进一步的，UHPC管1起到施工模板的作用，采用方便施工的连接方式，在UHPC管1端部拼装段设置上端斜凹槽1-1和下端斜凹槽1-2，起连接定位的作用；斜凹槽之间在拼接完成后,连接缝隙采用环氧树脂1-3填筑,起端部连接固定的作用。具体的，米字型钢4采用Q235级热轧钢材，置于核心再生混凝土中心。
上述UHPC管-废弃纤维再生混凝土-米字型钢的组合墩柱的施工方法，具体采用以下施工步骤：
步骤一：预制UHPC管
根据设计图纸，将若干螺旋箍筋2和若干纵向构造钢筋3均匀布置绑扎点焊，组成为钢筋笼，按照设计厚度在钢筋笼位置浇筑UHPC管1，并养护至设计强度。
步骤二：型钢定位固定
根据设计图纸，在工厂或施工现场预制米字型钢4结构，并在米字型钢4预留孔洞，确保其精准度达标，在完成型钢柱4吊装以后，开展多次校正，确保UHPC管1和米字型钢4共用一个圆心，选用螺栓将型钢固定好，完成螺栓安装后，采用满焊接连接面。
步骤三：UHPC管端部连接
将预制的UHPC管1运输至施工现场，对UHPC管1进行定位固定后，进行节段拼装制作永久模板。通过旋转调整，将UHPC管上端1-1拼装段斜凹槽与下端1-2拼装段斜凹槽对接，斜凹槽之间在拼接完成后,在凹凸形咬合处采用环氧树脂1-3填筑固定。
步骤四：浇筑再生混凝土芯
将拌合好的废弃纤维再生混凝土5浇筑于UHPC管1与米字型钢4之间，待再生混凝土5达到要求的设计强度时，再继续开展下一步工序。
上述提供的组合墩柱，国标《混凝土结构设计规范》GB50010-2010提供正截面抗压承载力公式为:
其中，N为轴向压力设计值；φ为钢筋混凝土构件的稳定系数；fc1为再生混凝土轴心抗压强度设计值；fc2为UHPC管轴心抗压强度设计值；fy’为纵向普通钢筋抗压屈服强度设计值；fs为型钢抗压强度设计值；A1为核心混凝土截面面积；A2为UHPC管截面面积；AS’为全部纵向普通钢筋的截面面积；AS为型钢的截面面积。
表1列出了圆形墩柱在不配筋时，UHPC管1-废弃纤维再生混凝土5-米字型钢4的组合墩柱的正截面承载力。其中，废弃纤维再生混凝土5抗压强度标准值取为38.5Mpa，UHPC管1抗压强度标准值取为136Mpa，米字型钢4抗压强度标准值取为235MPa，墩柱的计算长度设计为3m。
计算时，废弃纤维再生混凝土5抗压强度设计值为fc1＝26.5MPa，UHPC管1抗压强度设计值通过换算公式其中ηt取1.0，ηf取0.85，γc取1.45得到为fc2＝80MPa，米字型钢4抗压强度设计值为fs＝170MPa。
表格所示的符号中，d为圆形组合墩柱的截面设计直径，t为UHPC管的设计厚度，φ为钢筋混凝土构件的稳定系数。
A为组合墩柱的全截面面积，主要由三部分组成，计算表达式为：A＝A1+A2+AS，其中，
N1为UHPC管1-废弃纤维再生混凝土5-米字型钢4的组合墩柱正截面承载力；
N2为普通混凝土墩柱正截面承载力，计算表达式为：
η为承载能力提高系数，计算表达式为：η＝N1/N2。
表1圆形柱正截面承载力
经过表格的计算发现，当组合墩柱采用相同的截面面积时，相较于普通混凝土墩柱，UHPC管1-废弃纤维再生混凝土5-米字型钢4的组合墩柱的承载能力更高。增加UHPC管1的厚度或增加米字型钢4的截面面积，对承载能力的提高更为明显。因此，在设计中，当设计荷载值确定后，本专利提供的组合墩柱相比于普通混凝土墩柱，可以减小截面尺寸，节约混凝土的用量，截面利用效率更高，具有更好的经济效益。
实施例一：
本实施例中，UHPC管1-废弃纤维再生混凝土5-米字型钢4的组合墩柱如图1、图3所示。所述UHPC管1代替普通钢管，在UHPC管1内设置有米字型钢4，废弃纤维再生混凝土5分层浇筑于UHPC管1与米字型钢4之间形成混凝土墩柱，UHPC管1作为永久模板与核心混凝土5连接成一体。
组合墩柱采用圆形截面，截面直径为300mm，柱高为800mm，UHPC管1壁厚30mm，米字型钢4设计为6片翼缘板，翼缘板向外展开布置并相交于一点，两片翼缘板之间的夹角为60°，各翼缘板厚为12mm，长为90mm，再生混凝土芯5直径为240mm，三者结合在一起相互作用，共同承担外部荷载。
下面详述所采用的具体原材料：
所述UHPC管1采用对称配筋，螺旋箍筋2采用8mm的光圆钢筋，箍筋间距为100mm，纵向钢筋3采用8mm的光圆钢筋，环向对称布置6根，在节段端部1-1和1-2拼接处进行加密。
所述UHPC管1混凝土材料包括水泥、矿物掺和料、石英砂、石英粉、钢纤维、高效减水剂和自来水，其配合比如下表所示：
表2 UHPC配合比
详细的，所采用的水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥；矿物掺和料为硅灰，其中SiO2含量范围为85％-95％，烧失量范围为1.5％-6％，颗粒粒径范围为0.15μm-0.35μm；石英砂颗粒粒径范围为0.2mm-0.6mm；石英粉粒径为5μm-50μm,其中SiO2含量≥95％；钢纤维为端钩型钢纤维，其单丝密度为7.8g/cm3，其直径约为0.25mm，公称长度为12mm，抗拉强度范围为2200-2350MPa；高效减水剂为CX-8聚羧酸高性能减水剂，其最大减水率为30％。米字型钢4采用Q235级热轧钢材，置于核心再生混凝土中心。
废弃纤维再生混凝土5由水泥、石英砂、废弃纤维、再生粗骨料、自来水比拌合，其配合比如下表所示：
表3废弃纤维再生混凝土配合比
详细的，所采用的水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥；石英砂颗粒粒径范围为0.2mm-0.6mm；废弃纤维来源于回收废弃的丙纶地毯，经过人工裁剪制作成长度为19mm的节段，单丝密度为0.92g/cm3，极限伸长率为1.69％，弹性模量为3.5×103MPa，吸水率一般小于0.1％；再生粗骨料来源于已拆除的废弃钢筋混凝土建筑，其原始混凝土等级为C40，经过人为破碎、清洗、筛分等加工步骤后，得到粒径5.5-25.5mm的颗粒，级配良好，其表观密度为2490kg/m3，吸水率为4.18％，压碎指标为16％。
实施例二：
本实施例中，UHPC管-废弃纤维再生混凝土-米字型钢的组合墩柱如图2、图4所示。本实施例与实施例1不同之处在于其截面形式采用方形截面，米字型钢4设计为8片翼缘板，其他的做法均一致。
组合墩柱采用方形截面，截面边长为300mm，柱高为800mm，UHPC管1壁厚30mm，米字型钢4设计为8片翼缘板，翼缘板向外展开布置并相交于一点，两片翼缘板之间的夹角为45，各翼缘板厚为12mm，长为90mm，再生混凝土芯5边长为240mm，三者结合在一起相互作用，共同承担外部荷载。
下面详述所采用的具体原材料：
所述UHPC管1采用对称配筋，螺旋箍筋2采用8mm的光圆钢筋，箍筋间距为100mm，纵向钢筋3采用8mm的光圆钢筋，环向对称布置8根，在节段端部1-1和1-2拼接处进行加密。
在本实施例中，UHPC管1和废弃纤维再生混凝土5的配合比与实施例1一致。
本实施例相对于实施例1而言，由于米字型钢4的翼缘板数量增加，与再生混凝土5的结合更为密切，这进一步加强了组合墩柱的承载能力。
综上所述，本墩柱具备如下优点：
1.用废弃纤维再生混凝土代替新拌混凝土，实现建筑废料的回收再利用，节约资源，绿色环保，具有较高的经济效益，符合可持续发展的现实要求。
2.采用UHPC管替代普通钢管，约束内部废弃纤维再生混凝土，使核心混凝土处于三向受力状态，限制其横向变形和斜裂缝的开展；内部配置的米字型钢能显著地提高了组合墩柱的承载力和延性。
3.UHPC管与废弃纤维再生混凝土在弹性模量、密度和热膨胀系数非常类似，因此UHPC管与废弃纤维再生混凝土在界面处性能良好，具有更好的变形协调能力，结构整体性佳。
4.UHPC管具有良好的抗渗性和耐腐蚀性,可以对组合墩柱起到有效的保护,满足了恶劣环境下结构的耐久性要求。
5.UHPC管充当永久模板，无需拆除模板，施工效率高,施工安全度高。
6.UHPC管在工厂预制，运至施工现场完成端部拼接，最后浇筑再生混凝土芯即可完成施工。UHPC管端部连接方式简单易操作，施工过程方便，降低了施工难度，节约了时间和费用。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。
Claims (9)
1.一种UHPC管-废弃纤维再生混凝土-米字型钢的组合墩柱，其特征在于：包括UHPC管、米字型钢和废弃纤维再生混凝土；所述米字型钢设置于UHPC管的内部，且和UHPC管同心设置，所述废弃纤维再生混凝土浇注于UHPC管和米字型钢之间的缝隙内，所述UHPC管的内部设有钢筋笼，所述钢筋笼包括均匀布置的若干纵向构造筋和若干螺旋箍筋，所述UHPC管的两端分别设有便于拼接的上端斜凹槽和下端斜凹槽。
2.根据权利要求1所述的一种UHPC管-废弃纤维再生混凝土-米字型钢的组合墩柱，其特征在于：所述UHPC管为圆管或者方管。
3.根据权利要求1所述的一种UHPC管-废弃纤维再生混凝土-米字型钢的组合墩柱，其特征在于：所述米字型钢翼缘板数量为6块。
4.根据权利要求1所述的一种UHPC管-废弃纤维再生混凝土-米字型钢的组合墩柱，所述米字型钢的翼缘板数量为8块。
5.根据权利要求1所述的一种UHPC管-废弃纤维再生混凝土-米字型钢的组合墩柱，所述废弃纤维再生混凝土内的废弃纤维为长度为19mm的丙纶地毯节段。
6.根据权利要求1所述的一种UHPC管-废弃纤维再生混凝土-米字型钢的组合墩柱，所述UHPC管的厚度为2-12cm。
7.根据权利要求1所述的一种UHPC管-废弃纤维再生混凝土-米字型钢的组合墩柱，所述UHPC管的拼接部位上填充环氧树脂。
8.根据权利要求1所述的一种UHPC管-废弃纤维再生混凝土-米字型钢的组合墩柱，所述米字型钢的端部上设有吊装孔洞。
9.根据权利要求1所述的一种UHPC管-废弃纤维再生混凝土-米字型钢的组合墩柱，所述螺旋箍筋为8mm的光圆钢筋，箍筋间距为100mm，纵向钢筋为8mm的光圆钢筋，环向对称布置8根。
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| CN (1) | CN220014209U (zh) |
-
2023
- 2023-05-23 CN CN202321251631.1U patent/CN220014209U/zh active Active
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |