CN86103232A - 结构填料填实钢管柱 - Google Patents

Abstract

一条结构填料填实的钢管柱，包括：有内表面及外表面的钢管；由置于钢管内的结构填料制成的芯；一层位于钢管与芯之间的分隔层，用以将芯从钢管的内表面分隔，使钢管不与芯连结；及围绕地固定在钢管内表面径向向内凸出，以将加到钢管的轴向荷载传递到芯的内凸缘。

Description

本发明关于用结构填料填实的钢管柱，它们可以作为建筑结构的柱及桩。

其中一个发明人已提出一种将轴向力从钢管传递到混凝土芯的机械构造，该构造在一九八六年三月三日提交的中国专利申请，其标题为“混凝土填实钢管柱及其建造方法”中揭示，并在这里作为参考地公开。该轴向力传递构造有一焊接在钢管的内表面的加劲杆，并放置在混凝土芯之内。加劲杆是由焊接成交叉形的钢板所制成。

在这钢管柱中，有一层放置在钢管及混凝土芯之间的分隔层，使钢管不会连结着该芯，因而将施加到钢管的大部分轴向力透过轴向力传递构造传递到混凝土芯，使钢管承受比混凝土芯较少的轴向力。因此，混凝土填实钢管柱是足以在混凝土芯受压时提供足够的横向规范，从而大大加强其抗压强度。

但是，在轴向力传递构造中还有以下各点须要改善的。钢管的内部会在提供交叉形加劲杆的部分分成四个分开的空间，并因此在使用插入立于一基座的钢管之内的混凝土导管时，将混凝土均匀地填充入该四个空间内是颇为困难的。可以用四个混凝土导管分别插入分开的空间内来将混凝土均匀地分布。然而，使用四个混凝土导管是昂贵并将工作效率降低。此外，除了要将加劲杆的外末端焊接到钢管的内表面，还要将钢板的交叉部分焊接是非常麻烦的。

因此，本发明的一个目的是提供一个容许利用单一混凝土导管而将混凝土均匀地填入钢管之内的结构填料填实钢管柱，并因而加强填充混凝土的可工作性。

本发明的另一个目的是提供一种在建造轴向力传递构造时没有之前提议的混凝土填实钢管柱那么麻烦的结构填料填实钢管柱。

与这些及其它可见的目的，本发明提供的结构填料填实钢管柱包括：一条有内表面及外表面的钢管;由放置在钢管之内的结构填料所制成的芯;一层位于钢管的内表面与该芯之间将钢管内表面和该芯分隔，使钢管不与芯连结的分隔层;及一环绕着钢管内表面固定，并径向向内凸出以将加在钢管的轴向力传递到该芯的内凸缘。

该内凸缘可以固定在钢管内较上部分的内表面上。

钢管最好包括管体及同心地连接到管体的连接管，而内凸缘则固定在连接管的内表面上。

连接管可以有宽翼缘工字钢梁连接在外表面上，每一条梁有一双翼缘部分及连接翼缘部分的腹板部分。连接管更可以有一双固定在其内表面，并位于梁的翼缘部分相应水平的凸缘。多个第一加强筋可以固定在钢管的内表面，使它们通过钢管的墙连接到梁的相应腹板部分。由于第一加强筋的存在，剪力可从梁有效地传递到该芯，而与没有筋条的轴向力传递构造比较，内凸缘得到更大的抵抗轴向力强度。

凸缘可以固定在包括钢管的弯矩转折点的钢管中间部分的钢管内表面。

每一个内凸缘最好提供在钢管内填充结构填料时防止空气留在凸缘下面的装置。该防止空气滞留装置在填充混凝土时防止任何空隙在芯内形成;因而提供在芯内一个预定强度。

防止空气滞留装置可以包括一个穿过内凸缘在钢管的轴向上伸展的排气孔。

内凸缘可以有多个排气孔，其中排气孔会环形地互相间隔一个等角地形成。

在另一改进形式中，内凸缘与垂直于钢管轴线的平面倾斜向着钢管的上末端汇聚。利用这样的构造防止空气滞留在内凸缘之下，并因此防止了没有被填料填充的空间在内凸缘之下形成。

钢管可以包括将内凸缘加固以抵抗一个加在内凸缘的轴向力的加固装置。在一较佳的形式中，加固装置包括第二加强筋，将凸缘相反面的至少一个面与钢管的内表面连接。有了第二加强筋，凸缘的强度便加强了;而轴向力亦因此有效地从第二加强筋传到芯去。

钢管可以包括用以吸收轴向变形的装置，变形是当钢管承受轴向荷载时在钢管中产生的。

轴向变形吸收装置最好包括一环形的凹槽，围绕着钢管的内表面及外表面的其中一面形成，透过将凹槽变形来吸收钢管的轴向变形。

在另一较佳形式中，轴向变形吸收装置包括透过将钢管的内表面径向向外凸出而成的从钢管径向向外伸出的波纹部分。该波纹的轴向变形可以吸收轴向变形。

本发明现在配合附图以例子形式说明，其中：

图1是根据本发明多个结构填料填实钢管柱的建筑物的部分切去的视图;

图2是图1的钢管柱的放大了的部分前视图，其中部分为截面图;

图3是沿着图2的线Ⅲ-Ⅲ的视图;

图4为图2的钢管的部分截面的部分视图，显示利用混凝土导管将混凝土填充入钢管;

图5为图3中的钢管柱的改进形式的横截面;

图6是图2的钢管柱的另一改进形式的部分前视，部分截面的图;

图7为沿着图6的线Ⅶ-Ⅶ所取的视图;

图8仍然是图2的钢管柱的另一改进形式的部分前视图，并显示如何将之填充混凝土;

图9为沿图8的线Ⅸ-Ⅸ所取的视图;

图10显示图8的改进的内凸缘的部分轴向截面图;

图11为根据采用本发明的另一实施例的另一建筑物构架的部分切去的部分视图;

图12为图11的钢管柱，其中部分为截面的放大了的部分前视图;

图13为沿图12线ⅩⅢ-ⅩⅢ所取的视图;

图14为图2中轴向变形吸收构造的改进形式，其中部分切去的部分前视图;

图15为图2的轴向变形吸收构造的另一改进形式，其中部分切去的部分前视图;及

图16仍然是图2的轴向变形吸收构造，其中部分切去的部分前视图。

在图中，相似的参考标号会在整个图中表示着相应部分，而相应部分的描述一旦给出后便会省略。

图1显示一根据本发明的建筑物构架的一部分，其有多个钢管柱20同心地串联连接。如图2及图3所示，每一条柱20包括在其内表面22a涂上一层分隔层24的钢管22，并有一个芯26置于钢管22之内。钢管22的厚度范围约为钢管22的外直径的1/500至约1/10左右。该分隔层24可以是一种分隔材料制成，例如，石油沥青、油脂、石蜡、合成树脂及纸。芯26由结构填料制成，例如混凝土、灰浆、砂、玻璃粒、金属粉末及合成树脂。分隔层24用以将钢管22及芯26分开，使芯26不连结在钢管22上。

在这实施例中，钢管22有一管身28，并在其中间部分，即弯矩转折点处提供一个有多行贯穿缝32的贯穿缝部分30。如图2所示，在每一行中的贯穿缝32互相等距隔开在贯穿缝部分30环形地形成，而在邻近两行的邻近贯穿缝的位置以之字形式地偏移。贯穿缝部分30的直立对准的贯穿缝的直立宽度的总和（例如，在图2中虚线VL上的贯穿缝）最好是钢管22因建筑物的倾覆力矩而产生的轴向最大变形的范围内。每一条缝32的宽度是要使每一条缝32的墙有足够的强度，使其不会在构架建造期间因为轴向压力而塌陷及抵抗着静止荷载。除了贯穿缝32，其它形状的开口，诸如椭圆形开口，长条切口均可以在管身28上形成。

钢管22亦有一相对地短的连接管34同心地焊接在管身28的上末端28a。在连接管34的上缘34a处，另一钢管22的下末端同心地焊接着。在连接管34的外表面34b上有四条H形钢梁连接件36、38、40及42（图3）的内末端焊接着，使梁连接件被置于一水平面中;而且，邻近梁件互相成直角。每一条梁连接件36、38、40及42有一双翼缘部分44及45，并有连接翼缘部分44及45的腹板部分46。每一条梁连接件36、38、40及42的外末端则焊接到图1所示的梁48。连接管34内有一双内凸缘50及51环形地焊接在内表面34C位于梁连接件36、38、40及42的相应翼缘44及45的相同水平处。内凸缘50及51径向向内凸出进入芯26。每个内凸缘的径向长度一般约为连接管34的外径的1/40至1/5的范围内。在这个实施例中，每一个内凸缘50及51均有多个排气孔52。排气孔52在钢管22的轴向上延伸并环形地大致互相等角间隔地形成。每一排气孔52的内径大小足以让水及水泥通过。内凸缘50及52的厚度，排气孔52的数目及直径最好设计成使它们有足够强度，即使当最大轴向变形在钢管22产生时，仍能将轴向力从钢管22转递到芯26。

在这个建造中，从梁48的剪力通过梁连接件36、38、40及42及连接管34的墙而传递到内凸缘50及51。然后，剪力从内凸缘50及51传递到芯26而成一轴向力。因此，钢管22比芯承受从梁48而来的相当细小的轴向力。由于分隔层24的存在，钢管22可相对于芯26作轴向移动，并因此当芯26受轴向压力时，钢管22随着芯26，但比先有技术中钢管连结着其混凝土芯有更加细小的轴向变形。此外，钢管22的轴向压力会透过将贯穿缝部分30的贯穿缝轴向变形而减少其轴向长度，因此，将钢管22内的轴向应力消散。

在建造上述钢管柱20中，结构填料，例如混凝土，透过使用例如运送混凝土的导管被填充到钢管22之内，以形成芯26。在这个填充过程，内凸缘50及51容许导管54沿着轴线被插入钢管22之内;这是透过如图4所示将导管54穿过内凸缘50及51的中夹开口50a及51a。因此，将混凝土26供应到钢管22的中心，然后均匀地在钢管22的整个横截面上分布。当混凝土26的上表面26a从图4的实线所示的水平趋向于该虚线，空气穿过凸缘50的中心开孔50a及排气孔52，使在内凸缘50下的环形空气空间56被混凝土26填充;然后，排气孔52及内凸缘50的中心开孔50a亦被混凝土填充。任何类似的空气空间以相同形式被防止在凸缘51的下面51b形成。结果，一条有连接部分并没有被混凝土占据的空气空间的钢管柱。

在图5中显示了图3实施例的改进形式，其中没有显示的管身及连接管58有正方形截面。虽然图5只显示一内凸缘，但一双每个有多个排气孔52的内凸缘60及60环形地以内凸缘50及51的相同形式焊接到连接管58的内表面58C;并在每一个内凸缘60的中心形成一个八角形开孔60a。

图2及图3中的柱的另一改进形式在图6及图7显示，其中连接管34有四条加强筋62焊接到内表面34C，使加强筋62透过连接管34的墙34b连接到相应梁连接件36、38、40及42的腹板部分46。加强筋62径向向内凸出进入芯26，并在其相对末端与内凸缘50及51连接。在这个改进中，从梁连接件36、38、40及42的腹板部分46的剪力会通过连接管34而主要传递到加强筋62。然后，剪力通过凸缘50及51从加强筋传至芯26。因此，由于加强筋62的存在，从梁48的剪力会有效地传递到芯26，而内凸缘50及51则获得比图2及3的内凸缘更大的抵抗轴向力的强度。

在图8及图9中显示的仍然是图2及图3的柱的另一改进形式，其中钢管64的上末端部分64a设有四条梁连接件36、38、40及42。一双内凸缘66及68环形地焊接到钢管64的内表面64b位于连接件36、38、40及42的相应翼缘部分44及45的相同水平处。凸缘66及68与垂直于钢管64的轴线的平面倾斜，并向上缘64a汇聚。另一钢管的下末端则同心地焊接到钢管64的上末端64a。每一块凸缘66或68的倾斜角度B一般在零度至六十度。当角B接近零度时，没有被混凝土填充的空间可能会在内凸缘66及68的外边下面产生。如果角B大于六十度，轴向力便不能有效地从每一块凸缘66及68传递到芯26。如图8所示倾斜角B最好是大致等于在填充时混凝土26的上表面26a的倾斜角度。上表明26a的角B可以用混凝土的塌落度试验的结果来确定。

在以上钢管64的填充过程中，位于混凝土26的上表面26a与凸缘66之间的空气会随着混凝土的上表面26a逼近凸缘66的下表面66b而沿着凸缘66的下表面66b向凸缘66的中央开口66a排出，然后穿过开口66a。在凸缘68中，空气以同样形式通过中央开口68a。因此，混凝土26填充钢管64的整个内部空间，使混凝土芯26不会有空气空间在其中形成。

倾侧角B可以加大，只要其容许相应凸缘66及68将剪力传递到芯26。亦可以将角B做成小于混凝土26的上表面26a的倾斜角，这视乎在填充时混凝土的流体性。除了内凸缘66及68外，直截面为梯形，其上表面没有倾斜而其下表面则与垂直于钢管64轴线的平面倾斜的内凸缘可以焊接在钢管64的内表面64b。

图10显示内凸缘66或68的改进形式，其中，一块内凸缘70有多个排气孔52环形地以大约等角间距地形成，一如图2所示的内凸缘50及51。排气孔52在钢管轴向上伸展。排气孔52最好在凸缘70的外边缘部分形成，使在混凝土填充时，透过容许空气及水泥在它们中穿过而不会在凸缘70下面产生没有被水泥填充的空间。连系着排气孔52的空气引导槽可以在凸缘70的下表面的外边缘处形成，将空气带进排气孔52内。

图11至图13显示本发明的另一个实施例。在图11中，多条钢管柱72串联地连接以形成一个建筑物构架。每条柱72有钢管74，并在其上端设有一焊接着多条梁连接件76的连接部分74a。如图12所示，每三段柱72的钢管74包括一上管件78及同心地在其上末端焊接至上管件78的下末端的下管件80。上管件78的下端部分有环形地焊接在其内表面78a的内凸缘82。凸缘82有多个其下缘焊接在上表面82a的加强筋84，而且，加强筋84的径向外缘则如图13所示焊接在管件78的内表面78a。即是，加强筋84将凸缘82的上表面连接到管件78的内表面78a，使其加强地抵抗一轴向荷载。另一方面，下管件80的上末端则设有贯穿缝部分30。因此，每三段柱72的钢管74在其中间部分，包括弯矩转折点设有凸缘82及贯穿缝部分30。

图2的轴向变形吸收构造30的改良型在图14中显示，其中，多个环形槽86围绕着钢管22的外表面22C轴向等距地形成。每一条槽86在钢管22的整个圆周伸展。槽86的数目及宽度C可以根据每条柱20的设计条件如图2所示的缝32地确定。每条槽86的底墙的厚度D是要使底墙在构架建造时有足够强度抵抗轴向压力及抵抗静止时的荷载。当轴向压力加到钢管22上时，每条槽86的宽度C会缩小。因此，槽86吸收了在钢管22中的轴向变形并消散其应力。除了槽86外，亦可以如图15所示在钢管22的内表面22a上形成槽88。

另一种轴向变形吸收构造30在图16中显示，钢管22的一部分的内表面径向向外凸出，从而从钢管22凸出一个波纹部分90。一环形间墙件94装入波纹部分90，以将波纹部分90的里面从钢管22的内部封闭;从而在间墙件与波纹部分90的内表面之间划定一环形空气空间92;因此，防止了混凝土26进入空气空间92。该间墙件94可以由弹性材料制成，例如沥青、橡胶、铅及铝。该波纹部分90在轴向压力加到钢管22时会轴向变形，因此，消散了钢管22中的轴向应力。

应该知道的是虽然本发明的较佳实施例已经显示及描述，然而对于熟悉本技术的人来说仍有明显的不同改进;因此，本发明的范围应只由附带的权利要求及等同的来确定的。

Claims (19)

1、一结构填料填实的钢管柱包括：一条有外表面及内表面的钢管，

一个由结构性填料制成置于钢管之内的芯，

一置于钢管内表面与芯之间以将芯从钢管内表面分开的分隔层，使钢管不连结到芯去，及

围绕钢管内表面装置的径向向内凸出以将加到钢管的轴向荷载传递到该芯的内凸缘。

2、如权利要求1所述的结构填料填实的钢管柱，其中钢管包括将梁连接到钢管的连接装置，而其中所述的内凸缘是装设在连接装置的。

3、如权利要求2所述的结构填料填实的钢管柱，其中钢管包括管身，而所述连接装置包括同心地连接到所述管身的连接管，至于所述内凸缘则装设在连接管的内表面。

4、如权利要求1所述的结构填料填实的钢管柱，其中钢管包括一上末端部分，而该内凸缘则装在钢管的所述上末端部分的内表面。

5、如权利要求3所述的结构填料填实的钢管柱，其中所述连接管有H形钢梁连接到其外表，每一条梁有一双翼缘部分及连接翼缘部分的腹板部分，而连接管有一双所述凸缘装设在其内表面上位于梁的相应翼缘部分的相同水平处，以及连接管有多个第一加强筋设在其内表面，以使该第一加强筋通过钢管的墙连接到相应梁的腹板部分。

6、如权利要求1所述的结构填料填实的钢管柱，其中所述的内凸缘是固定在钢管的内表面位于包括钢管的弯矩转折点的钢管的中间部分处。

7、如权利要求1、2、3、4、5或6所述的结构填料填实的钢管柱，其中，所述的内凸缘有一上表面及下表面，而且内凸缘亦设有在钢管内填充结构填料时防止空气在凸缘的下表面滞留。

8、如权利要求7所述的结构填料填实的钢管柱，其中所述的防止空气滞留装置为一排气孔穿过内凸缘，并在钢管轴向上延伸而形成。

9、如权利要求8所述的结构填料填实的钢管柱，其中内凸缘有多个所述排气孔，而这些排气孔围绕着以大致等角间距地形成。

10、如权利要求7所述的结构填料填实的钢管柱，其中所述钢管包括吸收当钢管承受轴向荷载时在钢管内产生的轴向变形。

11、如权利要求1、2、3、4、5或6所述的结构填料填实的钢管柱，其中钢管包括上末端及所述内凸缘与一垂直于钢管轴线的平面倾斜，并向着所述上末端汇聚。

12、如权利要求11所述的结构填料填实的钢管柱，其中所述钢管包括吸收当钢管承受一轴向荷载时在钢管内所产生的轴向变形的装置。

13、如权利要求1、2、3、4、5或6所述的结构填料填实的钢管柱，进一步包括加强所述内凸缘抵抗加在内凸缘的轴向荷载的加强装置。

14、如权利要求13所述的结构填料填实的钢管柱，其中所述钢管包括吸收当钢管承受轴向荷载时在钢管内产生的轴向变形的装置。

15、如权利要求13所述的结构填料填实的钢管柱，其中所述钢管有上末端及下末端，所述凸缘有一上表面及一下表面，而所述加强装置包括第二加强筋将凸缘的相反表面的至少一面连接到钢管的内表面。

16、如权利要求1、2、3、4、5、6、8、9或15所述的结构填料填实的钢管柱，其中所述钢管包括用以吸收当钢管承受轴向荷载时在钢管内产生的轴向变形的装置。

17、如权利要求16所述的结构填料填实的钢管柱，其中所述的轴向变形吸收装置包括有多行以等距间隔环形地形成的贯穿缝的贯穿缝部分，邻接两行的相邻贯穿缝的位置以之字形地偏移。

18、如权利要求16所述的结构填料填实的钢管柱，其中所述轴向变形吸收装置包括围绕着钢管的内表面及外表面之一形成的圆周槽，透过将槽变形来吸收钢管的轴向变形。

19、如权利要求16所述的结构填料填实的钢管柱，其中所述轴向变形吸收装置包括一个透过将钢管内表面径向向外凸出而成的从钢管径向向外伸出的波纹部分。

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