內(nèi)置X型對(duì)拉鋼板式焊接矩形鋼管混凝土柱及施工方法與流程

本發(fā)明涉及建筑結(jié)構(gòu)中的建筑構(gòu)件及其施工方法，具體是指一種內(nèi)置X型對(duì)拉鋼板式焊接矩形鋼管混凝土柱及其施工方法。

背景技術(shù)：

鋼管混凝土是指在鋼管中填充混凝土，鋼管及其核心混凝土共同承受外荷載作用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。與鋼筋混凝土柱相比，鋼管混凝土柱中，鋼管對(duì)其內(nèi)部混凝土的約束作用使混凝土處于三向受壓狀態(tài)，提高了混凝土的抗壓強(qiáng)度，鋼管內(nèi)部的混凝土又可以有效地防止鋼管發(fā)生局部屈曲，鋼管和混凝土之間的相互作用使鋼管內(nèi)部混凝土的破壞由脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄云茐?，?gòu)件的延性性能明顯改善，耗能能力大大提高，具有良好的抗震性能。同時(shí)，鋼管混凝土柱施工時(shí)不需要模板，節(jié)省了支模、拆模的材料和人工費(fèi)用，也節(jié)省了時(shí)間。因此，鋼管混凝土柱在高層和超高層建筑結(jié)構(gòu)、大型重載工業(yè)廠房和大跨橋梁結(jié)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用。

相對(duì)于圓形鋼管混凝土柱而言，焊接矩形鋼管混凝土柱外形美觀,制作簡(jiǎn)單，梁柱節(jié)點(diǎn)連接方便，更容易滿足建筑使用功能的要求。但是，焊接矩形鋼管混凝土柱在壓力作用下，對(duì)核心混凝土的約束效果不如圓鋼管混凝土柱顯著,焊接矩形鋼管混凝土柱的鋼管一般由四塊鋼板焊接組成，導(dǎo)致了焊接矩形鋼管對(duì)核心混凝土的整體約束效應(yīng)差，承載力較低、延性較差，在一定程度上阻礙了焊接矩形鋼管混凝土柱在高層、超高層建筑上的應(yīng)用。

由于鋼管和混凝土兩種材料的變形能力、力學(xué)性能和破壞形態(tài)不同，在鋼管混凝土柱實(shí)際工程應(yīng)用中，荷載一般先由焊接矩形鋼管混凝土柱的鋼管壁承擔(dān),再通過(guò)鋼管與核心混凝土之間的界面粘結(jié)力將外荷載逐步傳遞給核心混凝土,經(jīng)過(guò)一定長(zhǎng)度的粘結(jié)滑移后,實(shí)現(xiàn)鋼管與混凝土的共同工作。焊接矩形鋼管與核心混凝土之間的界面粘結(jié)力大小直接影響焊接矩形鋼管混凝土柱的工作性能，因此，如何增強(qiáng)焊接矩形鋼管混凝土柱中焊接矩形鋼管和混凝土之間的界面粘結(jié)強(qiáng)度問(wèn)題是工程界較為關(guān)心的問(wèn)題。

當(dāng)焊接矩形鋼管混凝土柱的橫截面較大時(shí)，鋼管內(nèi)的核心混凝土體積較大，大體積混凝土澆筑后，其凝結(jié)硬化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生收縮現(xiàn)象并釋放大量的水化熱，使得焊接矩形鋼管對(duì)核心混凝土的約束效應(yīng)降低且核心混凝土內(nèi)部溫度較高，表面溫度較低，核心混凝土易產(chǎn)生鼓脹、裂縫及溫度變形等缺陷，對(duì)焊接矩形鋼管混凝土柱的承載力、界面粘結(jié)力和耐久性等性能產(chǎn)生不利影響。

“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)及現(xiàn)行規(guī)范中所采用的重要的設(shè)計(jì)思想，指的是柱子不先于梁破壞，因?yàn)榱浩茐膶儆跇?gòu)件破壞，是局部性的，柱子破壞將危及整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全，可能會(huì)整體倒塌，后果嚴(yán)重。所以結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中要保證柱子更“相對(duì)”安全，故要“強(qiáng)柱弱梁”；“彎曲破壞”是延性破壞，是有預(yù)兆的，如開(kāi)裂或下?lián)系?，而“剪切破壞”是一種脆性的破壞，沒(méi)有預(yù)兆的，瞬時(shí)發(fā)生，沒(méi)有防范，所以結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中要避免發(fā)生剪切破壞。“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”指結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中使建筑結(jié)構(gòu)中梁柱節(jié)點(diǎn)的塑性鉸出現(xiàn)在梁端，須避免塑性鉸出現(xiàn)在柱子端部，以提高結(jié)構(gòu)的變形能力，結(jié)構(gòu)能夠更好的耗能、增強(qiáng)延性，防止建筑物在強(qiáng)烈地震作用下倒塌，因節(jié)點(diǎn)失效意味著與之相連的梁與柱都失效，所以，節(jié)點(diǎn)的承載力要高于連接構(gòu)件?！皬?qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)思想可以有效保證和達(dá)到結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防目標(biāo)，同時(shí)又使結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)做到經(jīng)濟(jì)合理。在實(shí)際工程中，由于地基的不均勻沉降及豎向荷載的作用，在地震作用時(shí)柱子的端部基本上都會(huì)出現(xiàn)明顯的損傷或破壞且梁柱節(jié)點(diǎn)處會(huì)有“X”形裂縫產(chǎn)生。如何保證“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)思想在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中更好的實(shí)現(xiàn)，也是工程領(lǐng)域從業(yè)人員一直研究探索的重要方面。

因此工程實(shí)踐中需要提供一種施工便捷、界面粘結(jié)強(qiáng)度高、更符合“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”設(shè)計(jì)思想，且能夠有效減小核心混凝土收縮，使核心混凝土內(nèi)部溫度降低、經(jīng)濟(jì)合理的焊接矩形鋼管混凝土柱，大大提高了焊接矩形鋼管混凝土柱的整體承載力、延性和工作性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種內(nèi)置X型對(duì)拉鋼板式焊接矩形鋼管混凝土柱及其施工方法，它包括焊接矩形鋼管、X型對(duì)拉鋼板和核心混凝土，所述焊接矩形鋼管由四塊鋼板焊接而成，X型對(duì)拉鋼板沿縱向開(kāi)設(shè)有圓形孔洞，且位于焊接矩形鋼管對(duì)角線位置，并通過(guò)焊接矩形鋼管的四條縱向角焊縫與焊接矩形鋼管焊接在一起，所述核心混凝土澆筑在焊接矩形鋼管和X型對(duì)拉鋼板所圍成的空間內(nèi)。通過(guò)X型對(duì)拉鋼板對(duì)核心混凝土的有效分割，增加了焊接矩形鋼管對(duì)核心混凝土的約束能力，有利于改善焊接矩形鋼管混凝土柱的界面粘結(jié)滑移性能，使焊接矩形鋼管混凝土柱的粘結(jié)強(qiáng)度和整體承載能力顯著提高，節(jié)省了鋼材和混凝土材料，同時(shí)，X型對(duì)拉鋼板具有導(dǎo)熱橋功能，能有效降低核心混凝土內(nèi)部的溫度，有效減小核心混凝土的收縮。本發(fā)明同時(shí)公開(kāi)其施工方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種內(nèi)置X型對(duì)拉鋼板式焊接矩形鋼管混凝土柱，包括焊接矩形鋼管、X型對(duì)拉鋼板和混凝土，所述焊接矩形鋼管對(duì)角線位置設(shè)有與其角部焊接在一起的X型對(duì)拉鋼板，所述X型對(duì)拉鋼板包括兩塊，分別設(shè)置于焊接矩形鋼管的兩端，高度為焊接矩形鋼管凈高的1/4；每塊X型對(duì)拉鋼板由一塊主鋼板和兩塊副鋼板X型交叉形成，且通過(guò)X型對(duì)拉鋼板縱向焊縫焊接而成；在焊接矩形鋼管和X型對(duì)拉鋼板所圍成的空間內(nèi)澆筑核心混凝土。

優(yōu)選的，所述焊接矩形鋼管由四塊鋼板焊接而成，橫截面為矩形。

優(yōu)選的，所述主鋼板和副鋼板為縱向均勻開(kāi)設(shè)圓形孔洞的鋼板，其厚度及圓形孔洞的大小、間距由焊接矩形鋼管混凝土柱的抗震等級(jí)、承載力、界面粘結(jié)強(qiáng)度等設(shè)計(jì)要求決定。

優(yōu)選的，所述X型對(duì)拉鋼板為橫截面“X”形的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其尺寸與焊接矩形鋼管混凝土柱對(duì)角線尺寸相匹配。

優(yōu)選的，所述X型對(duì)拉鋼板通過(guò)焊接矩形鋼管的四條縱向角焊縫與焊接矩形鋼管焊接在一起，使焊接矩形鋼管形成內(nèi)置X型對(duì)拉鋼板式鋼結(jié)構(gòu)整體。

優(yōu)選的，所述X型對(duì)拉鋼板與焊接矩形鋼管所需的鋼板可提前在工廠加工完成，并根據(jù)焊接矩形鋼管混凝土柱的設(shè)計(jì)尺寸提前進(jìn)行坡口。

具體的施工方法如下：

(1)根據(jù)焊接矩形鋼管混凝土柱設(shè)計(jì)尺寸，將加工好的沿縱向均勻設(shè)有圓形孔洞的主鋼板和副鋼板通過(guò)X型對(duì)拉鋼板縱向焊縫焊接成X形對(duì)拉鋼板；

(2)將焊接好的X型對(duì)拉鋼板置于焊接矩形鋼管兩端的對(duì)角線位置，且沿焊接矩形鋼管縱向高度約為1/4柱凈高范圍內(nèi)，最后，將焊接矩形鋼管所需的鋼板依次焊接到焊接矩形鋼管兩端的X形對(duì)拉鋼板的四面，形成內(nèi)置X型對(duì)拉鋼板式焊接矩形鋼管；

(3)在施工現(xiàn)場(chǎng)，將預(yù)制好的內(nèi)置X型對(duì)拉鋼板式焊接矩形鋼管吊裝到相應(yīng)安裝位置后，向內(nèi)置X型對(duì)拉鋼板式焊接矩形鋼管內(nèi)澆筑核心混凝土，核心混凝土硬化后形成內(nèi)置X型對(duì)拉鋼板式焊接矩形鋼管混凝土柱。

本發(fā)明的積極效果是：

(1)通過(guò)焊接矩形鋼管混凝土柱內(nèi)兩端X型對(duì)拉鋼板有效的拉結(jié)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)焊接矩形鋼管混凝土柱的有效分割，增強(qiáng)了對(duì)焊接矩形鋼管內(nèi)核心混凝土的約束效應(yīng)，有效提高了焊接矩形鋼管混凝土柱的整體承載能力。

(2)通過(guò)焊接矩形鋼管混凝土柱內(nèi)兩端X型對(duì)拉鋼板有效的拉結(jié)，加強(qiáng)了焊接矩形鋼管四條縱向角焊縫的薄弱部位，防止軸向受壓時(shí)焊接矩形鋼管混凝土柱兩端的縱向角焊縫過(guò)早鼓曲或開(kāi)裂。

(3)焊接矩形鋼管內(nèi)X型對(duì)拉鋼板不僅可以承擔(dān)豎向荷載，提高構(gòu)件承載力，而且可以減小焊接矩形鋼管管壁厚度，使焊接矩形鋼管混凝土柱的橫截面減小，節(jié)省了材料，使建筑物的有效使用面積得以加大，滿足了大型建筑物的需要。

(4)通過(guò)在X型對(duì)拉鋼板上開(kāi)設(shè)的圓形孔洞，有利于提高核心混凝土的澆筑質(zhì)量，使得被X型對(duì)拉鋼板分割的核心混凝土連接為整體，同時(shí)，又可以使核心混凝土對(duì)X型對(duì)拉鋼板形成更好的包裹效應(yīng)。X型對(duì)拉鋼板可通過(guò)剪切圓形孔洞內(nèi)的核心混凝土，來(lái)抵抗焊接矩形鋼管混凝土柱的界面滑移，增加了焊接矩形鋼管與核心混凝土的界面粘結(jié)強(qiáng)度，提高了焊接矩形鋼管混凝土柱的抗滑移性能及其整體工作性能。

(5)通過(guò)在焊接矩形鋼管混凝土柱兩端內(nèi)部焊接X(jué)型對(duì)拉鋼板，加強(qiáng)了柱子兩端的抗剪承載力，X型對(duì)拉鋼板開(kāi)設(shè)的圓形孔洞，使焊接矩形鋼管內(nèi)部形成相互穩(wěn)定的拉結(jié)效應(yīng)，有利于提高焊接矩形鋼管混凝土柱的強(qiáng)度和剛度，避免了梁柱節(jié)點(diǎn)“X”形裂縫的產(chǎn)生，更好的實(shí)現(xiàn)了“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)思想，保證了抗震設(shè)防目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

(6)焊接矩形鋼管混凝土柱兩端內(nèi)設(shè)置的X型對(duì)拉鋼板具有導(dǎo)熱橋功能，通過(guò)內(nèi)置X型對(duì)拉鋼板的傳導(dǎo)，可將核心混凝土內(nèi)部的水化熱傳遞給焊接矩形鋼管壁，加速了核心混凝土內(nèi)部熱量的散發(fā)，同時(shí)有效避免了因核心混凝土的收縮而使焊接矩形鋼管對(duì)核心混凝土的約束效應(yīng)降低的現(xiàn)象，消除了因核心混凝土水化熱效應(yīng)產(chǎn)生的核心混凝土鼓脹、裂縫及溫度變形等不利影響。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明的立體示意圖；

圖2是本發(fā)明的X型對(duì)拉鋼板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的俯視圖；

圖4是本發(fā)明的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

圖5、圖6是本發(fā)明的X型對(duì)拉鋼板主鋼板、X型對(duì)拉鋼板副鋼板結(jié)構(gòu)示意圖

圖中：1-焊接矩形鋼管，2-X型對(duì)拉鋼板，3-主鋼板，4-副鋼板，5-X型對(duì)拉鋼板縱向焊縫，6-焊接矩形鋼管縱向角焊縫，7-核心混凝土，8-圓形孔洞。

具體實(shí)施方式

參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：

如圖1～圖6所示，一種內(nèi)置X型對(duì)拉鋼板式焊接矩形鋼管混凝土柱，它包括焊接矩形鋼管1、X型對(duì)拉鋼板2和核心混凝土7；焊接矩形鋼管1和X型對(duì)拉鋼板所圍成的空間內(nèi)澆筑核心混凝土7。

焊接矩形鋼管1為四塊鋼板焊接而成的橫截面為矩形的鋼管。

X型對(duì)拉鋼板2由一塊主鋼板3和兩塊副鋼板4焊接而成的橫截面為X形的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件；該裝置中包括兩塊X型對(duì)拉鋼板2，高度為縱向焊接矩形鋼管混凝土柱凈高的1/4，分別設(shè)置于柱子的兩端；加強(qiáng)了柱子兩端的抗剪承載力，X型對(duì)拉鋼板開(kāi)設(shè)的圓形孔洞，使焊接矩形鋼管內(nèi)部形成相互穩(wěn)定的拉結(jié)效應(yīng)，有利于提高焊接矩形鋼管混凝土柱的強(qiáng)度和剛度，避免了梁柱節(jié)點(diǎn)“X”形裂縫的產(chǎn)生，更好的實(shí)現(xiàn)了“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)思想，保證了抗震設(shè)防目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

所述X型對(duì)拉鋼板位于焊接矩形鋼管1的對(duì)角線位置，且X型對(duì)拉鋼板通過(guò)四條焊接矩形鋼管縱向角焊縫6與焊接矩形鋼管1焊接在一起，使焊接矩形鋼管1形成內(nèi)置X型對(duì)拉鋼板的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件；通過(guò)焊接矩形鋼管混凝土柱內(nèi)兩端X型對(duì)拉鋼板有效的拉結(jié)，加強(qiáng)了焊接矩形鋼管四條縱向角焊縫的薄弱部位，防止軸向受壓時(shí)焊接矩形鋼管混凝土柱兩端的縱向角焊縫過(guò)早鼓曲或開(kāi)裂。

X型對(duì)拉鋼板主鋼板3和X型對(duì)拉鋼板副鋼板4沿鋼板縱向均開(kāi)設(shè)有圓形孔洞8，且圓形孔洞8沿縱向均勻布置；通過(guò)在X型對(duì)拉鋼板2上開(kāi)設(shè)的圓形孔洞8，有利于提高核心混凝土的澆筑質(zhì)量，使得被X型對(duì)拉鋼板2分割的核心混凝土連接為整體，同時(shí)，又可以使核心混凝土對(duì)X型對(duì)拉鋼板2形成更好的包裹效應(yīng)。X型對(duì)拉鋼板2可通過(guò)剪切圓形孔洞8內(nèi)的核心混凝土，來(lái)抵抗焊接矩形鋼管混凝土柱的界面滑移，增加了焊接矩形鋼管1與核心混凝土的界面粘結(jié)強(qiáng)度，提高了焊接矩形鋼管混凝土柱的抗滑移性能及其整體工作性能。

焊接矩形鋼管1、X型對(duì)拉鋼板主鋼板3和X型對(duì)拉鋼板副鋼板4所需鋼板可預(yù)先根據(jù)焊接矩形鋼管混凝土柱的設(shè)計(jì)尺寸在工廠加工而成，然后通過(guò)X型對(duì)拉鋼板2縱向焊縫5將一塊X型對(duì)拉鋼板主鋼板3和兩塊X型對(duì)拉鋼板副鋼板4焊接在一起，形成X型對(duì)拉鋼板2。

焊接矩形鋼管1的四塊鋼板分別通過(guò)四條焊接矩形鋼管縱向角焊縫6焊接到鋼管混凝土柱兩端的X型對(duì)拉鋼板2的四面，向焊接矩形鋼管1內(nèi)澆筑核心混凝土7后，形成內(nèi)置X型對(duì)拉鋼板式焊接矩形鋼管混凝土柱；焊接矩形鋼管混凝土柱兩端內(nèi)設(shè)置的X型對(duì)拉鋼板2具有導(dǎo)熱橋功能，通過(guò)內(nèi)置X型對(duì)拉鋼板2的傳導(dǎo)，可將核心混凝土內(nèi)部的水化熱傳遞給焊接矩形鋼管1壁，加速了核心混凝土內(nèi)部熱量的散發(fā)，同時(shí)有效避免了因核心混凝土的收縮而使焊接矩形鋼管1對(duì)核心混凝土的約束效應(yīng)降低的現(xiàn)象，消除了因核心混凝土水化熱效應(yīng)產(chǎn)生的核心混凝土鼓脹、裂縫及溫度變形等不利影響。

上述內(nèi)置X型對(duì)拉鋼板式焊接矩形鋼管混凝土柱的施工方法，包括如下步驟：

(1)根據(jù)焊接矩形鋼管1混凝土柱設(shè)計(jì)尺寸，將加工好的沿縱向均勻設(shè)有圓形孔洞8的X型對(duì)拉鋼板主鋼板3和X型對(duì)拉鋼板副鋼板4通過(guò)X型對(duì)拉鋼板縱向焊縫5焊接成X形對(duì)拉鋼板2，然后，將焊接好的X型對(duì)拉鋼板2置于焊接矩形鋼管1兩端的對(duì)角線位置，且沿焊接矩形鋼管1縱向高度約為1/4柱凈高范圍內(nèi)，最后，將焊接矩形鋼管1所需的鋼板依次焊接到焊接矩形鋼管1兩端的X形對(duì)拉鋼板2的四面，形成內(nèi)置X型對(duì)拉鋼板式焊接矩形鋼管1。

(2)在施工現(xiàn)場(chǎng)，將預(yù)制好的內(nèi)置X型對(duì)拉鋼板式焊接矩形鋼管吊裝到相應(yīng)安裝位置后，向內(nèi)置X型對(duì)拉鋼板式焊接矩形鋼管內(nèi)澆筑核心混凝土7，核心混凝土7硬化后形成內(nèi)置X型對(duì)拉鋼板式焊接矩形鋼管混凝土柱。

應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。