專利名稱：一種高強鋼筋超高強混凝土框支柱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件，涉及一種鋼筋混凝土框支柱。
背景技術(shù)：
因為建筑功能要求，下部大空間，上部部分豎向構(gòu)件不能直接連續(xù)貫通落地，而通過水平轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與下部豎向構(gòu)件連接。當布置轉(zhuǎn)換梁支撐上部的柱或者剪力墻的時候，支撐轉(zhuǎn)換梁的柱子就叫做框支柱。目前框支柱有以下幾種類型1、普通鋼筋混凝土框支柱；2、高強鋼筋混凝土框支柱；3、型鋼混凝土框支柱；4、鋼管混凝土框支柱。目前框支柱采用的型鋼和鋼管屈服強度、縱向受力鋼筋和箍筋屈服強度均低于500兆帕。目前我國現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范限制框支柱采用的混凝土強度不得大于C80，主要原因是高強超高強混凝土延性差易產(chǎn)生脆性破壞。普通鋼筋混凝土框支柱的缺點和不足由于混凝土強度低，柱子截面尺寸大，容易造成短柱，地震力作用下容易發(fā)生保護層脫落和縱筋屈曲，震后難以修復(fù)；柱子占的空間大，降低了建筑的經(jīng)濟性；由于普通箍筋強度低，對混凝土的約束不完全，混凝土受壓膨脹或剪切滑移時，箍筋易屈服，從而失去對混凝土的約束力；普通箍筋末端存在135°彎鉤，在地震力反復(fù)作用下，外部混凝土破碎，箍筋彎鉤容易出現(xiàn)松扣現(xiàn)象，從而失去對內(nèi)部混凝土和縱向鋼筋的約束，進一步加重柱子的震害；由于鋼筋和混凝土能共同工作的基礎(chǔ)是應(yīng)變協(xié)調(diào)，屈服強度超過800兆帕的鋼筋在受壓屈服時應(yīng)變達到4000個微應(yīng)變，混凝土極限壓應(yīng)變?yōu)?300個微應(yīng)變，高強鋼筋和混凝土之間產(chǎn)生變形差，產(chǎn)生裂縫，這樣屈服強度超過800兆帕的高強鋼筋在混凝土破壞時，不能屈服，其屈服強度高的優(yōu)點未能發(fā)揮出來，不便于在工程中推廣應(yīng)用。高強鋼筋混凝土框支柱的缺點和不足高強混凝土延性差，容易造成柱子脆性剪切破壞；由于混凝土強度高且外保護層沒有被有效約束，地震力作用下容易發(fā)生保護層脫落和縱筋屈曲，震后難以修復(fù)；軸壓比限制低，由于混凝土強度高，故而為了確保安全，設(shè)計時候要降低軸壓比限制；由于普通箍筋強度低，對混凝土的約束不完全，混凝土受壓膨脹或剪切滑移時，箍筋易屈服，從而失去對混凝土的約束力；普通箍筋末端存在135°彎鉤，在地震力反復(fù)作用下，外部混凝土破碎，箍筋彎鉤容易出現(xiàn)松扣現(xiàn)象，從而失去對內(nèi)部混凝土和縱向鋼筋的約束，進一步加重柱子的震害；由于鋼筋和混凝土能共同工作的基礎(chǔ)是應(yīng)變協(xié)調(diào)，屈服強度超過800兆帕的鋼筋在受壓屈服時應(yīng)變達到4000個微應(yīng)變，此時混凝土極限壓應(yīng)變?yōu)?300個微應(yīng)變，高強鋼筋和混凝土之間產(chǎn)生變形差，產(chǎn)生裂縫，這樣屈服強度超過800兆帕的高強在混凝土破壞時，不能屈服，其屈服強度高的優(yōu)點未能發(fā)揮出來，不便于在工程中推廣應(yīng)用。型鋼混凝土框支柱的缺點和不足型鋼混凝土柱節(jié)點核心區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，對型鋼骨架的制作、安裝要求較高，施工復(fù)雜；軸壓比限值不高，由于型鋼位于型鋼混凝土柱的中心，對型鋼以外的混凝土約束不強，且型鋼的存在無法設(shè)置復(fù)合箍筋，在高軸壓比下，型鋼混凝土柱的延性降低，耗能能力不高；由于型鋼和混凝土粘結(jié)力遠小于變形鋼筋和混凝土的粘結(jié)力，所以型鋼混凝土柱在地震力作用下容易產(chǎn)生保護層脫落，縱筋和型鋼翼緣易屈曲，震后難以修復(fù)；由于普通箍筋強度低，對混凝土的約束不完全，混凝土受壓膨脹或剪切滑移時，箍筋易屈服，從而失去對混凝土的約束力；普通箍筋末端存在135°彎鉤，在地震力反復(fù)作用下，外部混凝土破碎，箍筋彎鉤容易出現(xiàn)松扣現(xiàn)象，從而失去對內(nèi)部混凝土和縱向鋼筋的約束，進一步加重柱子的震害；由于鋼筋和混凝土能共同工作的基礎(chǔ)是應(yīng)變協(xié)調(diào)，屈服強度超過800兆帕的鋼筋在受壓屈服時應(yīng)變達到4000個微應(yīng)變，此時混凝土極限壓應(yīng)變?yōu)?300個微應(yīng)變，高強鋼筋和混凝土之間產(chǎn)生變形差，產(chǎn)生裂縫，這樣屈服強度超過800兆帕的高強鋼筋在混凝土破壞時，不能屈服，其屈服強度高的優(yōu)點未能發(fā)揮出來，不便于在工程中推廣應(yīng)用；由于高強度型鋼的翼緣易屈曲，故而型鋼強度受限，無法應(yīng)用高強型鋼。鋼管混凝土框支柱缺點和不足鋼管混凝土梁柱節(jié)點構(gòu)造復(fù)雜，不利于施工；鋼管混凝土柱在地震力作用下容易發(fā)生鋼管屈曲外鼓現(xiàn)象，不利于震后修復(fù)；為了維持對混凝土的約束，也為了防止鋼管被壓曲，鋼管混凝土柱在設(shè)計時候鋼管要進行失穩(wěn)設(shè)計，造成鋼管壁厚度大，用鋼量大，造價高；由于高強度鋼管容易發(fā)生失穩(wěn)破壞，故而鋼管強度受限，無法應(yīng)用高強鋼管。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述框支柱的缺點，提供一種高強鋼筋超高強混凝土框支柱。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的普通鋼筋混凝土框支柱、高強鋼筋混凝土框支柱、型鋼混凝土框支柱的混凝土保護層在地震力作用下的脫落問題，使得屈服強度大于800兆帕鋼筋能應(yīng)用于混凝土柱中，本發(fā)明相對鋼管混凝土框支柱具有約束效果好，橫向約束箍筋少，經(jīng)濟性強的優(yōu)點。本發(fā)明由高強縱向鋼筋、高強箍筋、超高強混凝土組成。本發(fā)明的目的是通過如下措施達到的框支柱中混凝土為超高強混凝土，箍筋和縱向鋼筋為高強鋼筋，箍筋分兩種類型，一種是約束縱向鋼筋，防止縱向鋼筋壓曲的箍筋，另外一種是約束包括混凝土保護層在內(nèi)的整個混凝土的箍筋。超高強混凝土為自密實混凝土，強度大于C100，小于C150，粗骨料最大粒徑不大于 25mm。高強縱向鋼筋選用高強熱處理鋼筋，屈服強度大于800兆帕，小于900兆帕，最大力下總伸長率大于6. 5% ;高強箍筋選用高強熱處理鋼筋，屈服強度大于1100兆帕，最大力下總伸長率大于4%。約束混凝土的箍筋和約束縱向鋼筋的箍筋通過焊接形成封閉箍筋，同時拉筋也通過焊接與封閉箍筋相連；箍筋搭接焊接要求雙面焊不小于5d，d為箍筋直徑，單面焊不小于10d，焊條強度不小于500兆帕，焊縫要飽滿。約束混凝土的箍筋間距為30-35mm，約束縱向鋼筋的箍筋間距為60_120mm ;約束包括混凝土保護層在內(nèi)整個混凝土的箍筋的外表面與混凝土柱外表面平齊；架力筋直徑不小于12mm，約束混凝土的封閉箍筋直徑不小于10mm，約束鋼筋的封閉箍筋直徑不小于7mm，拉筋直徑不小于7mm ;約束包括混凝土保護層在內(nèi)的混凝土的箍筋的肢距不大于200mm。在箍筋表面噴涂防火涂料防火。自密實混凝土免于振搗，流動性好，能解決密排箍筋混凝土澆筑難的問題。本發(fā)明有益效果是由于采用了超高強混凝土，能大大減少框支柱的截面尺寸，提高了建筑物的經(jīng)濟效益。采用焊接封閉箍筋，同時將箍筋分為兩種，一種箍筋間距密，專門約束包括混凝土保護層在內(nèi)的整個混凝土，一種箍筋間距大，約束縱向鋼筋。約束混凝土的箍筋強度高且間距密，使得混凝土保護層得到很好的約束，大大提高了混凝土保護層的極限應(yīng)變，實驗表明混凝土極限壓應(yīng)變可以達到10000個微應(yīng)變，將混凝土極限壓應(yīng)變提高3倍，800兆帕-900兆帕鋼筋受壓屈服時候屈服應(yīng)變在4000微應(yīng)變-4500微應(yīng)變之間，故而超高強混凝土能和高強鋼筋變形協(xié)調(diào)直到混凝土柱破壞，使得屈服強度大于800兆帕的鋼筋能用于混凝土柱中，解決了之前的混凝土柱由于在地震力作用下保護層脫落，屈服強度大于800兆帕的鋼筋無法應(yīng)用的問題。相對鋼管混凝土柱，本發(fā)明箍筋含鋼量低，經(jīng)濟效益好，密排高強度封閉箍筋對超高強混凝土的約束效果要好于低強度鋼管對超高強混凝土的約束。屈服強度為800兆帕-900兆帕鋼筋的應(yīng)用大大減少了鋼筋的用量，具有明顯的經(jīng)濟效益。由于本發(fā)明為超高強混凝土柱，在和鋼筋混凝土梁連接時候，節(jié)點處理方便，相對于組合結(jié)構(gòu)節(jié)點施工非常便利。密排約束含混凝土保護層在內(nèi)的整個混凝土的高強箍筋大大提高了超高強混凝土柱的抗震性能。由于高強封閉箍筋對超高強混凝土的有效約束，超高強混凝土柱在高軸壓比下的破壞發(fā)生了質(zhì)的變化，超高強混凝土完全塑性化，超高強混凝土柱由脆性的剪切破壞變?yōu)檠有缘拇笃钠茐?，使得超高強混凝土柱能在高烈度地區(qū)建筑中使用，提高了超高強混凝土柱的軸壓比限值。實驗表明，本發(fā)明軸心受壓的混凝土柱比對比混凝土柱強度平均提高55%，延性平均提高5倍，本發(fā)明混凝土柱中800-900兆帕鋼筋受壓屈服，而對比混凝土柱中鋼筋未屈服。實驗表明，本發(fā)明低周反復(fù)荷載作用下的混凝土柱比對比混凝土柱極限荷載平均提高40%，延性平均提高4. 5倍，耗能提高3. 5倍。本發(fā)明通過箍筋約束方法的改變，把自密實超高強混凝土，高強箍筋，高強縱向鋼筋科學(xué)的結(jié)合起來，充分發(fā)揮了混凝土、鋼筋不同材料的優(yōu)勢，避免了材料的弱點在工程中的出現(xiàn)，使得框支柱的性能大幅度提高，產(chǎn)生了積極的工程意義。


圖1高強鋼筋超高強混凝土框支柱 圖1中，I為約束整個混凝土的封閉箍筋，3為混凝土，5為架力筋。圖2高強鋼筋超高強混凝土框支柱的橫截面圖2中，I為約束整個混凝土的封閉箍筋，2為約束縱向鋼筋的封閉箍筋，3為混凝土，4為拉筋，5為架力筋，6為縱向受力鋼筋。圖3封閉箍筋的組裝焊接示意3中，約束混凝土的封閉箍筋I(lǐng)和約束縱向鋼筋的封閉箍筋2 由在一個四邊形的封閉箍筋7上焊上若干個拉筋4而成。
具體實施例方式所有的縱向鋼筋和箍筋由專業(yè)的鋼筋加工公司通過數(shù)控鋼筋加工機加工，縱向鋼筋尺寸誤差控制在± 5mm,箍筋尺寸誤差控制在±lmm。封閉箍筋7可由搭接焊接得到，雙面焊接，搭接長度不小于5d，單面焊接，搭接長度不小于10d，d為鋼筋直徑。拉筋4在加工時兩邊要留90度的彎鉤，彎鉤的水平段在雙面焊接時長度不小于5d，單面焊接時長度不小于10d，d為鋼筋直徑。通過焊接封閉箍筋7和拉筋4得到封閉箍筋I(lǐng)和2。按照設(shè)計圖紙綁扎好箍筋和縱向鋼筋，支好模板，澆筑混凝土，即可完工。
權(quán)利要求
1.一種高強鋼筋超高強混凝土框支柱，由高強封閉箍筋1、2，架力筋5，高強縱筋6通過超高強混凝土 3澆筑成一體，其特征是柱子的箍筋和縱向鋼筋均為高強鋼筋，混凝土為超高強混凝土，高強封閉箍筋I(lǐng)用來約束包括混凝土保護層在內(nèi)的整個混凝土，高強封閉箍筋2用來約束高強縱向鋼筋6。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強鋼筋超高強混凝土框支柱，其特征在于超高強混凝土為自密實混凝土，強度大于C100，小于C150，粗骨料最大粒徑不大于25mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強鋼筋超高強混凝土框支柱，其特征在于高強縱向鋼筋選用高強熱處理鋼筋，屈服強度大于800兆帕，小于900兆帕，最大力下總伸長率大于6. 5%； 高強箍筋選用高強熱處理鋼筋，屈服強度大于1100兆帕，最大力下總伸長率大于4%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強鋼筋超高強混凝土框支柱，其特征在于約束混凝土的箍筋和約束縱向鋼筋的箍筋通過焊接形成封閉箍筋，同時拉筋也通過焊接與封閉箍筋相連；箍筋搭接焊接要求雙面焊不小于5d，d為箍筋直徑，單面焊不小于10d，焊條強度不小于 500兆帕，焊縫要飽滿。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強鋼筋超高強混凝土框支柱，其特征在于約束包括混凝土保護層在內(nèi)的混凝土的箍筋間距為30-35mm，約束縱向鋼筋的箍筋間距為60_120mm ;約束包括混凝土保護層在內(nèi)的混凝土的箍筋的外表面與混凝土柱外表面平齊；約束包括混凝土保護層在內(nèi)的混凝土的箍筋的肢距不大于200mm。
全文摘要
一種高強鋼筋超高強混凝土框支柱，涉及鋼筋砼框支柱?？朔似胀ㄤ摻铐趴蛑е?、型鋼砼框支柱軸壓比限值低，地震力下保護層易脫落、縱筋和型鋼翼緣易屈曲、震后難修復(fù)、無法應(yīng)用高強鋼筋和超高強砼的缺陷；克服了型鋼砼框支柱和鋼管砼框支柱節(jié)點構(gòu)造復(fù)雜、鋼管砼框支柱對砼約束不充分、鋼管易屈曲的缺陷。本發(fā)明由縱向高強鋼筋、高強封閉箍筋、自密實超高強砼組成；約束包括砼保護層在內(nèi)整個砼的箍筋間距30-35mm，其外表面與混凝土框支柱外表面平齊，約束縱向鋼筋的箍筋間距60-120mm。通過密配高強焊接封閉箍筋對整個混凝土的約束，改善超高強混凝土的力學(xué)性能，提高柱子抗震性能，本發(fā)明在高層及超高層結(jié)構(gòu)中具有廣闊應(yīng)用前景。
文檔編號E04C3/34GK103046692SQ20121058405
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月29日
發(fā)明者管俊峰, 姚賢華, 王慧, 張謙, 張曉燕, 趙順波, 李長永 申請人:華北水利水電學(xué)院