專利名稱：一種鋼管混凝土柱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及到一種建筑物結(jié)構(gòu)構(gòu)件，特指一種可應(yīng)用于抗震地區(qū)多高層框架和橋梁結(jié)構(gòu)柱或拱的結(jié)構(gòu)設(shè)計施工中的加橫向約束的鋼管混凝土柱。
背景技術(shù)：
在鋼管中灌入混凝土可形成的鋼管混凝土組合構(gòu)件，其本質(zhì)屬于套箍混凝土。一般認(rèn)為在鋼管混凝土組合構(gòu)件中，鋼管不僅承受縱向應(yīng)力，同時對核心混凝土施加橫向約束，使其處于三向受壓的應(yīng)力狀態(tài)，延緩其縱向微裂縫的發(fā)生和發(fā)展，從而提高其抗壓強(qiáng)度和壓縮變形能力。而外鋼管由于核心混凝土的存在，在一定程度上防止了薄壁鋼管的局部屈曲，增強(qiáng)鋼管壁的幾何穩(wěn)定性，改變空鋼管的失穩(wěn)模態(tài)，從而提高其承載能力。所以這種鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)用于受壓是一種很合理的結(jié)構(gòu)形式，它充分利用了鋼和混凝土兩種材料的優(yōu)點。目前，鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)中研究較深入且應(yīng)用較廣泛的有兩種結(jié)構(gòu)形式，即鋼管混凝土結(jié)構(gòu)與套管混凝土結(jié)構(gòu)。
近年來，鋼管混凝土(Concrete Fi1led Tube，簡稱CFT)結(jié)構(gòu)因具有一般套箍混凝土的強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、塑性好、耐疲勞、耐沖擊等優(yōu)越的力學(xué)性能而在多高層建筑與拱橋中得到了越來越多的應(yīng)用。鋼管混凝土又是在高層建筑和大跨度橋梁中應(yīng)用高強(qiáng)混凝土的最有效和最經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式，這是因為(1)鋼管對核心混凝土的約束作用，能有效的克服高強(qiáng)混凝土的脆性；(2)鋼管內(nèi)無鋼筋骨架，便于澆灌高強(qiáng)混凝土，而且因有鋼管分隔，與管外普通混凝土互不干擾，無交錯澆灌的麻煩；(3)鋼管外無混凝土保護(hù)層，能充分發(fā)揮高強(qiáng)混凝土的承載能力。
但鋼管混凝土結(jié)構(gòu)也有其自身的不足，具體有(1)、在傳統(tǒng)的鋼管混凝土柱中，鋼管既承受軸向應(yīng)力還要對核心混凝土起橫向約束作用，因為鋼是各向同性材料，當(dāng)鋼管在軸力或彎矩產(chǎn)生的軸向應(yīng)力作用下屈服后，其橫向約束效應(yīng)(特別是在剛度方面)大為降低。
(2)、近來國內(nèi)外的研究結(jié)果表明，在地震力的反復(fù)荷載作用下，鋼管柱端易發(fā)生塑性壓曲并伴隨內(nèi)部混凝土的破碎而造成層高減低，從而加劇非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞并使結(jié)構(gòu)很難修復(fù)。這種破壞方式同樣將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的滯回承載能力不穩(wěn)定，特別是對于高軸壓比作用下的柱，情況更加明顯。
實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題就在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，提供一種能夠增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震性能、提高結(jié)構(gòu)延性、且工程成本較低、施工簡便的加橫向約束的鋼管混凝土柱。
為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提出的解決方案為一種鋼管混凝土柱，它包括用于充填混凝土的鋼管，其特征在于在鋼管與梁連接處的端部和鋼管混凝土柱的柱底分別套設(shè)有用以起橫向約束作用的鋼環(huán)或鋼板。
本實用新型可進(jìn)一步在所述鋼環(huán)或鋼板與柱和梁連接處的端部以及鋼管混凝土柱的柱底之間保留有間隙。
本實用新型可進(jìn)一步在所述鋼環(huán)或鋼板與鋼管之間保留有間隙。
與現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)鋼管混凝土柱結(jié)構(gòu)相比，本實用新型的優(yōu)點在于(1)、在本實用新型的鋼管混凝土柱中，通長的鋼管(與傳統(tǒng)鋼管混凝土柱相同)和附加起套箍作用的鋼板或鋼環(huán)的功能被分離開來。前者主要抵抗由軸向荷載和彎矩產(chǎn)生的縱向應(yīng)力，以及柱中部的剪力；而鋼環(huán)或鋼板則主要增強(qiáng)可能出現(xiàn)塑性鉸的區(qū)域；鋼環(huán)或鋼板能有效地防止或延遲鋼管混凝土柱中通長的鋼管在塑性鉸區(qū)域發(fā)生局部屈曲，提高了結(jié)構(gòu)的承載性能與延性，從而改善了抗震性能；(2)、鋼環(huán)或鋼板能更為有效的約束柱中塑性鉸區(qū)域的混凝土，因此，柱的延性能夠得到保證；(3)、傳統(tǒng)鋼管混凝土柱中鋼管的工作應(yīng)力狀態(tài)為同時承受軸向的壓應(yīng)力和橫向的拉應(yīng)力，但在鋼環(huán)或鋼板的約束作用下，受壓區(qū)的鋼管將處于三向受壓狀態(tài)，這正是鋼材更為有效的工作狀態(tài)，能夠延緩鋼管局部屈曲，從而提高了構(gòu)件的延性，改善了結(jié)構(gòu)的抗震性能；(4)、傳統(tǒng)鋼管混凝土柱往往采用較厚的鋼管來預(yù)防塑性鉸區(qū)域發(fā)生屈曲，鋼管的厚度沿柱高不變，特別是矩形截面柱。而在約束鋼管混凝土柱中，設(shè)計時僅將通長鋼管考慮成承受軸力和彎矩的縱向鋼筋，然后在塑性鉸部位通過附加鋼環(huán)或鋼板進(jìn)行橫向增強(qiáng)。通長鋼管的第二個作用是抵抗柱中的剪力，顯然，通長鋼管的厚度能夠滿足這一要求。因而，盡管在塑性鉸區(qū)域約束鋼管混凝土柱需要附加鋼環(huán)或鋼板，其用鋼量仍要低于同一使用鋼管混凝土柱的結(jié)構(gòu)。因為僅對可能出現(xiàn)塑性鉸的部位施加附加鋼環(huán)或鋼板，約束鋼管混凝土柱在結(jié)構(gòu)體系方面仍同傳統(tǒng)鋼管凝土結(jié)構(gòu)保持一致。因此可沿用許多現(xiàn)有的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，減小了推廣的難度。


圖1是本實用新型實施例1的鋼管混凝土柱的主視示意圖；圖2是本實用新型實施例1的鋼管混凝土柱的截面示意圖；
圖3是本實用新型實施例2的鋼管混凝土柱的主視示意圖；圖4是本實用新型實施例2的鋼管混凝土柱的截面示意圖。
圖5是本實用新型實施例3的鋼管混凝土柱的主視示意圖；圖6是本實用新型實施例3的鋼管混凝土柱的截面示意圖；圖7是本實用新型實施例4的鋼管混凝土柱的主視示意圖；圖8是本實用新型實施例4的鋼管混凝土柱的截面示意圖。
圖例說明1、鋼管2、端部3、柱底4、鋼環(huán)5、鋼板6、間隙7、間隙8、梁具體實施方式
以下將結(jié)合附圖對本實用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
實施例1如圖1和圖2所示，用于充填混凝土的鋼管1仍保持與傳統(tǒng)鋼管混凝土體系中一致，沿結(jié)構(gòu)高度方向通長布置，而在梁8與鋼管1連接處的端部2以及柱底3分別套設(shè)有橫向約束，該橫向約束針對圓形截面的鋼管混凝土柱可以為鋼環(huán)4，鋼環(huán)4與梁8和鋼管1連接處的端部2以及鋼管1的底部3之間保留有由設(shè)計計算確定的間隙6，以避免其傳遞縱向應(yīng)力；鋼環(huán)4與鋼管1間根據(jù)截面特性保持一定的間隙7，以推遲鋼環(huán)4參與橫向約束的時間，從而避免或減少不必要的承載力提高。
實施例2如圖3和圖4所示，用于充填混凝土的鋼管1仍保持與傳統(tǒng)鋼管混凝土體系中一樣，沿結(jié)構(gòu)高度方向通長布置，而在梁8與鋼管1連接處的端部2以及柱底3分別套設(shè)有橫向約束，該橫向約束針對方形截面的鋼管混凝土柱可以為鋼板5，鋼板5與梁8和鋼管1連接處的端部2以及鋼管1的底部3之間保留有由設(shè)計計算確定的間隙6，以避免其傳遞縱向應(yīng)力；鋼板5與鋼管1間根據(jù)截面特性保持一定的間隙7，以推遲鋼板5參與橫向約束的時間，從而避免或減少不必要的承載力提高。
以上實施例1和2施工工序如下1、澆筑下層結(jié)構(gòu)梁8并養(yǎng)護(hù)至齡期；2、將預(yù)制的鋼環(huán)4或鋼板5從鋼管1上端套入，鋼環(huán)4或鋼板5分別在柱底3和梁與柱連接的端部2保留有間隙6，同時鋼環(huán)4或鋼板5與鋼管1間根據(jù)設(shè)計預(yù)留間隙7，僅在選定位置施以點焊予以定位。(將鋼環(huán)或鋼板套入后，是不是應(yīng)該還有個步驟就是倒混凝土，填充鋼管和間隙部位)
實施例3如圖5和圖6所示，用于充填混凝土的鋼管1仍保持與傳統(tǒng)鋼管混凝土體系中一致，沿結(jié)構(gòu)高度方向通長布置，而在梁8與鋼管1連接處的端部2以及柱底3分別套設(shè)有橫向約束，該橫向約束針對圓形截面的鋼管混凝土柱可以為鋼環(huán)4，鋼環(huán)4與梁8和鋼管1連接處的端部2以及鋼管1的底部3直接接觸，可傳遞縱向應(yīng)力；鋼環(huán)4與鋼管1直接接觸，以達(dá)到提高承載力的目的。
實施例4如圖7和圖8所示，用于充填混凝土的鋼管1仍保持與傳統(tǒng)鋼管混凝土體系中一樣，沿結(jié)構(gòu)高度方向通長布置，而在梁8與鋼管1連接處的端部2以及柱底3分別套設(shè)有橫向約束，該橫向約束針對方形截面的鋼管混凝土柱可以為鋼板5，鋼板5與梁8和鋼管1連接處的端部2以及鋼管1的底部3直接接觸，可傳遞縱向應(yīng)力；鋼板5與鋼管1直接接觸，以達(dá)到提高承載力的目的。
以上實施例3和4施工工序如下1、澆筑下層結(jié)構(gòu)梁8并養(yǎng)護(hù)至齡期；2、將預(yù)制的鋼環(huán)4或鋼板5從鋼管1上端套入，在選定位置施以點焊予以定位。(將鋼環(huán)或鋼板套入后，是不是應(yīng)該還有個步驟就是倒混凝土，填充鋼管)
權(quán)利要求1.一種鋼管混凝土柱，它包括用于充填混凝土的鋼管，其特征在于在鋼管與梁連接處的端部和鋼管混凝土柱的柱底分別套設(shè)有用以起橫向約束作用的鋼環(huán)或鋼板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管混凝土柱，其特征在于所述鋼環(huán)或鋼板與柱和梁連接處的端部以及鋼管混凝土柱的柱底之間保留有間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋼管混凝土柱，其特征在于所述鋼環(huán)或鋼板與鋼管之間保留有間隙。
專利摘要本實用新型公開了一種鋼管混凝土柱，它包括用于充填混凝土的鋼管，在鋼管與梁連接處的端部和柱底分別套設(shè)有用以起橫向約束作用的鋼環(huán)或鋼板，所述鋼環(huán)或鋼板與柱和梁連接處的端部以及柱底之間保留有由設(shè)計計算確定的間隙，且鋼環(huán)或鋼板與鋼管之間可保留有間隙控制約束效果。本實用新型能夠增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震性能、提高結(jié)構(gòu)延性，是一種工程成本較低、施工簡便的加橫向約束的鋼管混凝土柱。
文檔編號E04C3/34GK2743450SQ20042006903
公開日2005年11月30日 申請日期2004年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月28日
發(fā)明者毛小勇, 何文輝, 肖巖, 單波, 郭玉榮 申請人:湖南大學(xué)