專(zhuān)利名稱(chēng)：一種內(nèi)嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱，具體為一種內(nèi)嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱。
背景技術(shù)：
型鋼混凝土組合柱廣泛應(yīng)用于我國(guó)的大型工業(yè)建筑與高層和超高層民用建筑領(lǐng)域，但由于混凝土材料自身的脆性，其抗拉、抗剪和抗彎強(qiáng)度都較低，且與型鋼之間的粘結(jié)性能差，容易發(fā)生縱向剪切滑移破壞，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震不利，且震后修復(fù)困難。因此，由于混凝土本身的脆性，當(dāng)構(gòu)件變形較大時(shí)混凝土先于型鋼破壞，使得現(xiàn)有的型鋼混凝土組合柱中型鋼不能得到充分發(fā)揮其優(yōu)良性能，導(dǎo)致組合柱抗裂性能差，容易發(fā)生縱向剪切滑移破壞，且震后修復(fù)費(fèi)用較高，使其在高層建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用受到了限制。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種抗裂性能、變形能力和抗震性能好、澆注材料與型鋼粘結(jié)性能好的內(nèi)嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱。為此，本發(fā)明提供的內(nèi)嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱包括型鋼，該型鋼為H型鋼或工字鋼，所述型鋼腹板兩側(cè)澆注有高延性纖維混凝土，該高延性纖維混凝土的組分為水泥、粉煤灰、硅灰、砂、PVA纖維和水，其中，按重量百分比計(jì)，水泥粉煤灰硅灰砂水=1 :0. 9 :0. I :0. 76 :0. 58 ;以水泥、粉煤灰、硅灰、砂和水混合均勻后的總體積為基數(shù)，PVA纖維的體積摻量為1.5%。上述型鋼的腹板上安裝有抗剪連接件。上述抗剪連接件為栓釘或槽鋼，且栓釘或槽鋼焊接于型鋼的腹板上。優(yōu)選的，上述水泥為P. O. 52. 5R硅酸鹽水泥；上述粉煤灰為I級(jí)粉煤灰；上述硅灰的燒失量小于6%、二氧化娃含量大于85%、比表面積大于15000m2 / kg ;上述砂的最大粒徑為I. 26mm ;上述PVA纖維的長(zhǎng)度為6 12mm、直徑為26 μ m以上、抗拉強(qiáng)度為1200MPa以上、彈性模量為30GPa以上；。優(yōu)選的，上述高延性纖維混凝土中添加有減水率為30%以上的聚羧酸減水劑，且減水劑的添加量為粉煤灰、硅灰和水泥總質(zhì)量的O. 8%。優(yōu)選的，上述高延性纖維混凝土的制備方法為將水泥、硅灰、粉煤灰和砂干拌均勻后加入減水劑和80%的水?dāng)嚢杈鶆?；之后再加入PVA纖維攪拌均勻后加入剩余20%的水?dāng)嚢杈鶆蚣吹酶哐有岳w維混凝土。本發(fā)明組合柱由型鋼和內(nèi)嵌于型鋼中的的高延性纖維混凝土組成，同時(shí)采用栓釘或者槽鋼作為抗剪連接件，可利用較高強(qiáng)度和韌性的高延性纖維混凝土與型鋼很好地粘結(jié)在一起，以提高型鋼組合柱整體性能和變形能力，從而大幅度提高型鋼組合柱的受力性能和抗震性能。與現(xiàn)有的普通型鋼混凝土柱相比，本發(fā)明具有如下的特點(diǎn)
(I)本發(fā)明采用的高延性纖維混凝土抗壓強(qiáng)度可達(dá)到60MPa以上，極限拉應(yīng)變可達(dá)到普通混凝土的100倍以上，具有類(lèi)似鋼材的塑性變形能力，與型鋼之間有良好的粘結(jié)性能，是一種具有高強(qiáng)度、高延性、高耐久性和高耐損傷能力的生態(tài)建筑材料。(2)本發(fā)明利用高延性纖維混凝土與型鋼之間具有的良好粘結(jié)性能，顯著提高型鋼混凝土組合柱的受力性能和變形能力，從而有效提高型鋼組合柱的整體性、抗裂性能與抗震性能。(3)本發(fā)明采用栓釘或者槽鋼作為抗剪連接件，可大幅度提高型鋼組合柱的整體性和穩(wěn)定性，且型鋼外露，便于與相鄰構(gòu)件連接。(4)本發(fā)明具有良好的耐久性，可延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命，大幅度提高型鋼組合柱的承載力和抗震性能，減少甚至免去強(qiáng)震后修復(fù)的工作。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。圖I是本發(fā)明實(shí)施例I的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中各代碼表示1-型鋼、2-栓釘、3-高延性纖維混凝土。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的內(nèi)嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱與傳統(tǒng)的型鋼混凝土組合柱的區(qū)別在于本發(fā)明內(nèi)嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱包括型鋼，該型鋼為H型鋼或焊接工字鋼，所述型鋼腹板兩側(cè)澆注有高延性纖維混凝土并且為了保證高延性纖維混凝土與型鋼之間的粘結(jié)性，在型鋼的腹板上安裝有抗剪連接件。本發(fā)明的內(nèi)嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱的的施工方法為步驟一，放置并安裝型鋼；步驟二，在型鋼的腹板上安裝抗剪連接件，抗剪連接件的水平間距為100 150mm,抗剪連接件的豎向間距為200 300_ ；步驟三，在型鋼外圍支模；步驟四，澆注高延性纖維混凝土 ；步驟五，養(yǎng)護(hù)后拆模即可得本發(fā)明的內(nèi)嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱。以下是發(fā)明人提供的實(shí)施例，以對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)解釋說(shuō)明。實(shí)施例I :遵循本發(fā)明的技術(shù)方案，如圖I所示，本實(shí)施例中內(nèi)嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱的截面尺寸為bXh=300mmX450mm，柱高度為3m ;型鋼I采用Q345鋼，尺寸為450X300X11X18 ;栓釘2直徑為16mm，長(zhǎng)度為120mm，型鋼I腹板兩側(cè)各設(shè)置三排栓釘2，栓釘沿型鋼I長(zhǎng)度方向間距為200mm。其結(jié)構(gòu)為高延性混凝土柱中內(nèi)嵌式的型鋼1，栓釘2，高延性混凝土 3。其具體施工過(guò)程為步驟一，放置型鋼I，焊接栓釘2，支模板；步驟二，澆注高延性纖維混凝土 3，養(yǎng)護(hù)7天后拆除模板即得該實(shí)施例的內(nèi)嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱。該實(shí)施例中的高延性纖維混凝土的組分為水泥、粉煤灰、硅灰、砂、PVA纖維、減水劑和水，其中，按質(zhì)量百分比計(jì)，水泥粉煤灰硅灰砂:水=1 :0.9 :0. I :0. 76 :0. 58 ;以水泥、粉煤灰、硅灰、砂和水混合均勻后的總體積為基數(shù)，PVA纖維(聚乙烯醇纖維)的體積摻量為1.5% ;減水劑的添加量為水泥、粉煤灰和娃灰總質(zhì)量的O. 8%。其中砂的最大粒徑為I. 26mm ；PVA纖維為上海羅洋科技有限公司生產(chǎn)的PA600型纖維，長(zhǎng)度為8mm，直徑為26 μ m,抗拉強(qiáng)度為1200MPa，彈性模量為30GPa ;水泥為P. O. 52. 5R硅酸鹽水泥；粉煤灰為I級(jí)粉煤灰；所用硅灰的燒失量為5%，二氧化硅含量為88%，比表面積為18000m2 / kg，硅灰應(yīng)符合GB / T 18736的要求；減水劑為減水率在30%以上的聚羧酸高效減水劑，聚羧酸減水劑為江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的PCA"-[型聚羧酸高性能減水劑。上述高延性纖維混凝土的攪拌方法為首先將水泥、粉煤灰、硅灰和砂倒入強(qiáng)制式攪拌機(jī)中干拌2 3分鐘；再加入減水劑和80%的水；然后加入PVA纖維再攪拌2分鐘后加入剩余20%的水，攪拌I 2分鐘。以下是發(fā)明人提供的關(guān)于本實(shí)施例的高延性纖維混凝土的力學(xué)性能試驗(yàn)及其結(jié)
果O (I)采用70. 7mmX70. 7mmX70. 7mm的標(biāo)準(zhǔn)試模制作立方體試塊，按標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)方法
養(yǎng)護(hù)60天，進(jìn)行立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明高延性纖維混凝土試塊抗壓強(qiáng)度平均值為65MPa，試塊達(dá)到峰值荷載后卸載再進(jìn)行第二次加載，殘余抗壓強(qiáng)度可達(dá)到峰值荷載的80%，試塊破壞過(guò)程具有明顯抗壓韌性。(2)采用40mmX40mmX 160mm的標(biāo)準(zhǔn)試模制作棱柱體抗彎試件，按標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)方法養(yǎng)護(hù)60天，進(jìn)行抗彎性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明高延性纖維混凝土試件的初裂強(qiáng)度為
4.8MPa，試件開(kāi)裂以后承載力繼續(xù)提高，極限強(qiáng)度為10. IMPa，達(dá)到峰值荷載后承載力下降緩慢，按照ASTM C1018法計(jì)算所得的彎曲韌性系數(shù)其彎曲韌性15、110> 12(|、I30分別為6. 2、14. 5,33. 0,50. 6，表明具有很高的彎曲韌性。(3)米用50mmX 15mmX 350mm的試模制作拉伸試塊,按標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)方法養(yǎng)護(hù)60天,進(jìn)行直接拉伸試驗(yàn)。結(jié)果表明高延性纖維混凝土試件單軸抗拉強(qiáng)度平均值為3. 6MPa，極限拉應(yīng)變可達(dá)到I. 2%，試件開(kāi)裂以后承載力基本保持不變，具有良好的抗拉韌性，破壞過(guò)程中出現(xiàn)10余條裂縫。以上試驗(yàn)表明，高延性纖維混凝土的極限拉應(yīng)變遠(yuǎn)高于《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010中普通混凝土的極限拉應(yīng)變，高延性纖維混凝土受壓、受拉、受彎破壞時(shí)均具有較高的韌性，其破壞特征與普通混凝土發(fā)生脆性破壞具有明顯不同。上述實(shí)施例的高延性纖維混凝土的上述力學(xué)特性表明，高延性纖維混凝土強(qiáng)度高、變形能力好，不易發(fā)生脆性破壞。用它澆筑成內(nèi)嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱，可顯著提高其承載力、抗裂性能、穩(wěn)定性、變形能力和抗震性能，提高混凝土與型鋼之間的粘結(jié)力，避免發(fā)生剪切滑移破壞。本發(fā)明利用高延性纖維混凝土的力學(xué)性能優(yōu)勢(shì)及其與型鋼之間良好的粘性性能，可提高組合柱抗剪強(qiáng)度和抗震能力，還可有效抑制組合柱的開(kāi)裂，極大地改善組合柱自身的變形能力和穩(wěn)定性，有效地減輕地震作用下型鋼混凝土組合柱的破壞程度。同時(shí)利用高延性纖維混凝土良好的耐久性，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命，可減低成本。本發(fā)明可用于大型工業(yè)建筑、高層建筑和超高層建筑中承受較大豎向荷載和水平荷載的柱。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱，包括型鋼，其特征在于，所述型鋼為H型鋼或工字鋼；所述型鋼腹板兩側(cè)澆注有高延性纖維混凝土，該高延性纖維混凝土的組分為水泥、粉煤灰、硅灰、砂、PVA纖維和水，其中，按重量百分比計(jì)，水泥粉煤灰硅灰砂水=1 :0. 9 :0. I :0. 76 :0. 58 ;以水泥、粉煤灰、硅灰、砂和水混合均勻后的總體積為基數(shù)，PVA纖維的體積摻量為I. 5%。
2.如權(quán)利要求I所述的內(nèi)嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱，其特征在于，所述型鋼的腹板上安裝有抗剪連接件。
3.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱，其特征在于，所述抗剪連接件為栓釘或槽鋼，且栓釘或槽鋼焊接于型鋼的腹板上。
4.如權(quán)利要求I所述的內(nèi)嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱，其特征在于，所述水泥為P. O. 52. 5R硅酸鹽水泥；所述粉煤灰為I級(jí)粉煤灰；所述硅灰的燒失量小于6%、二氧化娃含量大于85%、比表面積大于15000m2 / kg ;所述砂的最大粒徑為I. 26mm ;所述PVA纖維的長(zhǎng)度為6 12mm、直徑為26 μ m以上、抗拉強(qiáng)度為1200MPa以上、彈性模量為30GPa以上；O
5.如權(quán)利要求4所述的內(nèi)嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱，其特征在于，所述高延性纖維混凝土中添加有減水率為30%以上的聚羧酸減水劑，且減水劑的添加量為粉煤灰、硅灰和水泥總質(zhì)量的O. 8%。
6.如權(quán)利要求5所述的內(nèi)嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱，其特征在于，所述高延性纖維混凝土的制備方法為將水泥、硅灰、粉煤灰和砂干拌均勻后加入減水劑和80%的水?dāng)嚢杈鶆?；之后再加入PVA纖維攪拌均勻后加入剩余20%的水?dāng)嚢杈鶆蚣吹酶哐有岳w維混凝土。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種內(nèi)嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱，以解決現(xiàn)有的型鋼混凝土組合柱因混凝土材料自身的脆性、抗拉、抗剪和抗彎強(qiáng)度較低以及與型鋼之間的粘結(jié)性能差的原因，而存在的容易發(fā)生縱向剪切滑移破壞，以及其抗裂性能和抗變形能力差的問(wèn)題。本發(fā)明的高延性纖維混凝土組合柱由型鋼和內(nèi)嵌于型鋼中的高延性纖維混凝土以及型鋼與高延性纖維混凝土之間的抗剪連接件組成。本發(fā)明的內(nèi)嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱抗裂性能、變形能力、穩(wěn)定性和抗震性能以及混凝土與型鋼粘結(jié)性能均優(yōu)于傳統(tǒng)的型鋼混凝土組合柱，且型鋼外露，便于與相鄰構(gòu)件連接。
文檔編號(hào)E04C3/34GK102912937SQ20121043501
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月4日
發(fā)明者鄧明科, 梁興文, 樊鑫淼 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)