專利名稱：一種裝配式自密實(shí)鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種裝配式自密實(shí)鋼管混凝土組合結(jié) 構(gòu)。
背景技術(shù)：
鋼管混凝土作為一種組合構(gòu)件，利用鋼管和混凝土兩種材料在受力過程中的相互 作用，能夠充分發(fā)揮鋼材抗拉強(qiáng)度大和混凝土受壓性能好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)彌補(bǔ)了兩種材料各 自的缺點(diǎn)，這是鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)所在。其基本原理具體為①利用內(nèi)填混凝土的 支撐作用，增強(qiáng)鋼管壁的幾何穩(wěn)定性，改變空鋼管的失穩(wěn)破壞模式，以避免或延緩鋼管發(fā)生 局部屈曲，從而保證鋼管材料性能的充分發(fā)揮。②利用鋼管對(duì)核心混凝土的約束作用，使核 心混凝土處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，對(duì)管內(nèi)混凝土形成的剛性拘束作用，從而提高混凝土的抗 壓強(qiáng)度和變形能力，其塑性和韌性大為改善，防止了鋼管內(nèi)混凝土的脆性破壞。另外，在鋼 管混凝土的施工過程中，鋼管還可以作為澆筑核心混凝土的模板，因此施工方便且能降低 施工費(fèi)用。正如上所述，組成鋼管混凝土的鋼管及其核心混凝土間的協(xié)同互補(bǔ)作用是鋼管 混凝土具有一系列突出優(yōu)點(diǎn)的根本原因，因此，鋼管和核心混凝土能否共同工作十分重要。 這就需要解決澆筑過程中在核心混凝土內(nèi)部、核心混凝土與鋼管壁等之間所產(chǎn)生空隙、氣 泡等澆筑缺陷；同時(shí)，也需要解決核心混凝土由于收縮與鋼管壁之間產(chǎn)生的縫隙等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可應(yīng)用于新建工程，特別適于作為高層建筑工程、大跨 度高架橋梁工程、地鐵車站隧道工程等重要、特殊復(fù)雜結(jié)構(gòu)的柱和支撐構(gòu)件的裝配式自密 實(shí)鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為所述組合結(jié)構(gòu)為由裝配式鋼板圍成的矩形結(jié)構(gòu)，并在 其內(nèi)部裝填核心混凝土。四塊裝配式鋼板的端部分別設(shè)有滑塊，所述裝配式鋼板通過滑塊 在所述組合結(jié)構(gòu)的角部或中部由鋼板嵌套相互嵌套，并可以滑動(dòng)；相鄰的兩個(gè)所述鋼板嵌 套由鋼板嵌套固定剛性鋼塊連接；在所述組合結(jié)構(gòu)的內(nèi)部、外部或四個(gè)角部的不同橫截面 上設(shè)置多根預(yù)應(yīng)力鋼筋，分別稱為穿心式、體外式和角部式，裝配式鋼板在預(yù)壓應(yīng)力作用下 能夠向內(nèi)部做緊縮運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力能夠使所述組合結(jié)構(gòu)內(nèi)的氣體排放，而且可以彌補(bǔ) 后續(xù)核心混凝土四周表面由于收縮而產(chǎn)生的縫隙，使核心混凝土始終處于三向壓應(yīng)力狀 態(tài)。所述預(yù)應(yīng)力鋼筋布置在所述組合結(jié)構(gòu)四周高度為1000-2500mm的位置，采用分層 的對(duì)稱式布置方式，并在每根預(yù)應(yīng)力鋼筋的端部、所述組合結(jié)構(gòu)的外壁上設(shè)置預(yù)應(yīng)力筋錨 固端，避免局部鋼板或混凝土由于預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力集中而破壞，或鋼板端部的翹起。所述組合結(jié)構(gòu)的外壁四個(gè)面上中心對(duì)稱設(shè)置高度間距為800 1200mm、直徑為 12 15mm的排氣孔，在所述預(yù)應(yīng)力鋼筋緊縮壓應(yīng)力的作用下，有利于組合結(jié)構(gòu)內(nèi)部的氣體 排放，同時(shí)也作為預(yù)防火災(zāi)構(gòu)造措施的蒸汽排氣孔。
所述裝配式鋼板為屈服強(qiáng)度在550MPa以上的高強(qiáng)鋼、普通鋼或者不銹鋼；混凝土 為普通混凝土或抗壓強(qiáng)度在80 120MPa的高強(qiáng)混凝土和自密實(shí)混凝土。所述預(yù)應(yīng)力鋼筋產(chǎn)生的預(yù)壓應(yīng)力為0. 2 1. OMPa0所述預(yù)應(yīng)力鋼筋位于該組合結(jié)構(gòu)外部的時(shí)候，應(yīng)對(duì)其作防銹處理。所述預(yù)應(yīng)力鋼筋的數(shù)量隨所述組合結(jié)構(gòu)截面的增大而增加。本發(fā)明的有益效果為該結(jié)構(gòu)不但工藝簡單，制作簡便，具有常規(guī)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，而且由于采用 了裝配式鋼板以及在鋼管壁上采用了預(yù)應(yīng)力，以及排氣孔等輔助構(gòu)造的設(shè)置，在預(yù)應(yīng)力鋼 筋的預(yù)壓應(yīng)力作用下，可以克服核心混凝土由于收縮、澆筑而造成的鋼管壁與核心混凝土 之間及其內(nèi)部的不密實(shí)問題，使核心混凝土縱橫向始終處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，避免截面內(nèi) 力和體系內(nèi)力重分布；同時(shí)預(yù)應(yīng)力鋼筋又起到高強(qiáng)的、可塑的約束拉桿作用，提高管壁的穩(wěn) 定性，避免局部凸鼓屈曲，而且由于有預(yù)拉應(yīng)力，其對(duì)鋼管混凝土所提供的強(qiáng)度和剛度將更 高、延性更好；從而使該組合結(jié)構(gòu)較常規(guī)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)獲得更高的承載力、更大的抗彎側(cè) 向剛度、更好的延性、更優(yōu)越的抗震性能、更快捷的運(yùn)輸-施工-安裝等優(yōu)點(diǎn)。另外也可以大 幅度降低構(gòu)件的截面尺寸和自重，充分發(fā)揮材料的作用和節(jié)省結(jié)構(gòu)造價(jià)，不需或少需焊接 和設(shè)置模板。因此，本發(fā)明可用于新建工程，特別適于大跨高架橋橋墩、超高層結(jié)構(gòu)、地鐵隧 道等，對(duì)承載力、抗彎側(cè)向剛度、抗震性能等力學(xué)性能指標(biāo)要求較高的重要、特殊復(fù)雜結(jié)構(gòu)。


圖1為本發(fā)明所述組合結(jié)構(gòu)的立面示意圖；圖2(a)為組成鋼管四塊鋼板端部為角部嵌套、穿筋式、鋼管為矩形截面的A-A面 截面概念圖；圖2(b)為組成鋼管四塊鋼板端部為中部嵌套、穿筋式、鋼管為矩形截面的A-A面 截面概念圖；圖3(a)為組成鋼管四塊鋼板端部為角部嵌套、穿筋式、鋼管為矩形截面的A-A面 截面示意圖；圖3(b)為組成鋼管四塊鋼板端部為中部嵌套、穿筋式、鋼管為矩形截面的A-A面 截面示意圖；圖4(a)為組成鋼管四塊鋼板端部為角部嵌套、體外式、鋼管為矩形截面的A-A面 截面示意圖；圖4(b)為組成鋼管四塊鋼板端部為中部嵌套、體外式、鋼管為矩形截面的A-A面 截面示意圖；圖5為組成鋼管四塊鋼板端部為角部嵌套、角部式、鋼管為矩形截面的A-A面截面 示意圖。圖中標(biāo)號(hào)1-裝配式鋼板；2-鋼板嵌套；3-鋼板端部滑塊；4-鋼板嵌套固定剛性鋼塊；5-核 心混凝土 ；6-預(yù)應(yīng)力鋼筋；7-預(yù)應(yīng)力筋錨固端；8-預(yù)應(yīng)力筋錨固板；9-預(yù)應(yīng)力筋錨固支座； 10-排氣孔。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種裝配式自密實(shí)鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)，下面通過

和具體 實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。該組合結(jié)構(gòu)為由裝配式鋼板1圍成的矩形結(jié)構(gòu)，并在其內(nèi)部裝填核心混凝土 5。四 塊裝配式鋼板1的端部分別設(shè)有鋼板端部滑塊3，并通過鋼板端部滑塊3在組合結(jié)構(gòu)的角部 或中部由兩端開口的鋼板嵌套2相互嵌套，并可以滑動(dòng)。相鄰的兩個(gè)所述鋼板嵌套2由鋼 板嵌套固定剛性鋼塊4連接。在四塊裝配式鋼板1所組成的鋼管四周表面高度為1000 2500mm的截面的X、Y方向上，對(duì)稱布置多個(gè)預(yù)應(yīng)力鋼筋6，其預(yù)應(yīng)力鋼筋布置位置和方式有 3種一是在組合結(jié)構(gòu)四周不同截面上對(duì)稱布置多個(gè)穿心式預(yù)應(yīng)力鋼筋，稱之為穿心式，如 圖2、圖3所示；二是在組合結(jié)構(gòu)不同截面的四周外壁上布置4根預(yù)應(yīng)力鋼筋，稱之為體外 式，如圖4所示；三是在組合結(jié)構(gòu)不同截面的角部上布置有4根預(yù)應(yīng)力鋼筋，稱之為角部式， 如圖5所示。并在每根預(yù)應(yīng)力鋼筋6的端部以及所述組合結(jié)構(gòu)的外壁上設(shè)置預(yù)應(yīng)力筋錨固 端7和預(yù)應(yīng)力筋錨固板8，避免局部鋼板或混凝土由于預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力集中而破壞，或鋼板 端部的翹起，預(yù)應(yīng)力筋錨固板8應(yīng)為高剛度鋼板，如圖1所示；同時(shí)根據(jù)截面尺寸的大小， 應(yīng)合理地在鋼管不同高度和截面上布置預(yù)應(yīng)力鋼筋的數(shù)量，應(yīng)遵循截面小，預(yù)應(yīng)力鋼筋少， 截面大，預(yù)應(yīng)力鋼筋多的布置原則。由于四塊裝配式鋼板1的特殊構(gòu)造，使其在預(yù)壓應(yīng)力作 用下，可以向核心混凝土四個(gè)外表面產(chǎn)生緊縮運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，使鋼管內(nèi)的氣體排放， 而且可以彌補(bǔ)后續(xù)核心混凝土 5四周表面由于收縮而產(chǎn)生的縫隙，避免截面內(nèi)力和體系內(nèi) 力重分布；其預(yù)應(yīng)力的施加是在澆筑完核心混凝土后、核心混凝土初凝前再施加預(yù)應(yīng)力， 屬于預(yù)應(yīng)力后張法中的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土，其預(yù)應(yīng)力筋產(chǎn)生的預(yù)壓應(yīng)力建議為0. 2 1. OMPa0另外，在四塊裝配式鋼板1所組成的鋼管壁上中心對(duì)稱布置高度間距h為800 1200mm、直徑d為12 15mm的排氣孔10，如圖1所示；這是因?yàn)樵陬A(yù)應(yīng)力筋6緊縮力的作 用下，利于鋼管內(nèi)部氣體排放，同時(shí)也作為預(yù)防火災(zāi)構(gòu)造措施的蒸汽排氣孔10。裝配式鋼 板1在預(yù)壓應(yīng)力作用下能夠向內(nèi)部做緊縮運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力能夠使所述組合結(jié)構(gòu)內(nèi)的氣 體排放，而且可以彌補(bǔ)后續(xù)核心混凝土四周表面由于收縮而產(chǎn)生的縫隙，使核心混凝土始 終處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)。當(dāng)該組合結(jié)構(gòu)的截面在縱橫向長度為200mm 2000mm之間變化時(shí)，根據(jù)目前關(guān)于 鋼管混凝土核心混凝土縱橫向收縮值最大也不超過200 μ ε來計(jì)算，其橫向最在收縮縫隙 為0. 04 0. 4mm之間，因此采用本專利所提出的機(jī)械方式補(bǔ)償核心混凝土收縮的方法完全 可以實(shí)現(xiàn)。具體的施工步驟和流程為在施工現(xiàn)場(chǎng)組裝由四塊裝配式鋼板所組成的鋼管，在 裝配式鋼板預(yù)留的預(yù)應(yīng)力鋼筋插孔上，裝配預(yù)應(yīng)力鋼筋，但不施加預(yù)應(yīng)力，只起到初步固定 四塊裝配式鋼板的作用，等澆筑完核心混凝土后、混凝土初凝前再施加預(yù)應(yīng)力，即采用預(yù)應(yīng) 力后張法的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土，其主要張拉程序?yàn)轭A(yù)應(yīng)力鋼筋沿全長外表涂刷浙青等潤 滑防腐材料一包上塑料紙或套管(預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土不建立粘結(jié)力)一澆混凝土養(yǎng)護(hù)一 張拉鋼筋一錨固。
權(quán)利要求
一種裝配式自密實(shí)鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)，所述組合結(jié)構(gòu)為由裝配式鋼板圍成的矩形結(jié)構(gòu)，并在其內(nèi)部裝填核心混凝土，其特征在于，四塊裝配式鋼板的端部分別設(shè)有滑塊，所述裝配式鋼板通過滑塊在所述組合結(jié)構(gòu)的角部或中部由鋼板嵌套相互嵌套，并可以滑動(dòng)；相鄰的兩個(gè)所述鋼板嵌套由鋼板嵌套固定剛性鋼塊連接；在所述組合結(jié)構(gòu)的內(nèi)部、外部或四個(gè)角部的不同橫截面上設(shè)置多根預(yù)應(yīng)力鋼筋，裝配式鋼板在預(yù)壓應(yīng)力作用下能夠向內(nèi)部做緊縮運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力能夠使所述組合結(jié)構(gòu)內(nèi)的氣體排放，而且可以彌補(bǔ)后續(xù)核心混凝土四周表面由于收縮而產(chǎn)生的縫隙，使核心混凝土始終處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝配式自密實(shí)鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述預(yù)應(yīng) 力鋼筋布置在所述組合結(jié)構(gòu)四周高度為1000-2500mm的位置，采用分層的對(duì)稱式布置方 式，并在每根預(yù)應(yīng)力鋼筋的端部、所述組合結(jié)構(gòu)的外壁上設(shè)置預(yù)應(yīng)力筋錨固端，避免局部鋼 板或混凝土由于預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)力集中而破壞，或鋼板端部的翹起。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝配式自密實(shí)鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述組合 結(jié)構(gòu)的外壁四個(gè)面上中心對(duì)稱設(shè)置高度間距為800 1200mm、直徑為12 15mm的排氣孔， 在所述預(yù)應(yīng)力鋼筋緊縮壓應(yīng)力的作用下，有利于組合結(jié)構(gòu)內(nèi)部的氣體排放，同時(shí)也作為預(yù) 防火災(zāi)構(gòu)造措施的蒸汽排氣孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝配式自密實(shí)鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述裝配 式鋼板為屈服強(qiáng)度在550MPa以上的高強(qiáng)鋼、普通鋼或者不銹鋼；混凝土為普通混凝土或抗 壓強(qiáng)度在80 120MPa的高強(qiáng)混凝土和自密實(shí)混凝土。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝配式自密實(shí)鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述預(yù)應(yīng) 力鋼筋產(chǎn)生的預(yù)壓應(yīng)力為0. 2 1. OMPa0
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝配式自密實(shí)鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述預(yù)應(yīng) 力鋼筋位于該組合結(jié)構(gòu)外部的時(shí)候，應(yīng)對(duì)其作防銹處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝配式自密實(shí)鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述預(yù)應(yīng) 力鋼筋的數(shù)量隨所述組合結(jié)構(gòu)截面的增大而增加。
全文摘要
本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域，涉及一種裝配式自密實(shí)鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)。所述組合結(jié)構(gòu)為由裝配式鋼板圍成的矩形結(jié)構(gòu)，并在其內(nèi)部裝填核心混凝土；裝配式鋼板通過滑塊在組合結(jié)構(gòu)的角部或中部由鋼板嵌套相互嵌套，并可以滑動(dòng)；在所述組合結(jié)構(gòu)的內(nèi)部、外部或四個(gè)角部的不同橫截面上設(shè)置多根預(yù)應(yīng)力鋼筋。裝配式鋼板在預(yù)壓應(yīng)力作用下能夠向內(nèi)部做緊縮運(yùn)動(dòng)，可解決由于收縮、澆筑而造成的核心混凝土與鋼管壁之間及內(nèi)部不密實(shí)的問題，使其始終處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，避免截面內(nèi)力重分布；穿心式預(yù)應(yīng)力鋼筋起到約束拉桿作用，提高管壁的穩(wěn)定性，避免屈曲，從而使該組合結(jié)構(gòu)獲得更高的承載力、剛度和延性等力學(xué)指標(biāo)；可應(yīng)用于超高層建筑、大跨高架橋等重要結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)E01D101/28GK101982629SQ201010517688
公開日2011年3月2日 申請(qǐng)日期2010年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月18日
發(fā)明者何振軍, 韓林海 申請(qǐng)人:清華大學(xué)