一種內(nèi)置高強(qiáng)型鋼的半預(yù)制鋼管混凝土柱的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種內(nèi)置高強(qiáng)型鋼的半預(yù)制鋼管混凝土柱，包括鋼管、在鋼管內(nèi)部沿豎向依次放置的多根相互間隔的預(yù)制混凝土節(jié)段；鋼管的內(nèi)壁與預(yù)制混凝土節(jié)段的外壁之間留有間隙；每根預(yù)制混凝土節(jié)段的中部預(yù)留有豎向貫通的型鋼通道，該型鋼通道用于安放型鋼；該型鋼通道的壁面與型鋼的外表面之間留有間隙；鋼管內(nèi)部灌注有灌漿材料；該灌漿材料填滿各預(yù)制混凝土節(jié)段之間的間隙、型鋼通道的壁面與型鋼的外表面之間的間隙，以及預(yù)制混凝土節(jié)段的外壁與鋼管的內(nèi)壁之間的間隙。本半預(yù)制鋼管混凝土柱，在同樣的承載力要求下可顯著減小柱的截面尺寸，從而增加建筑物的使用面積，達(dá)到很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
【專利說明】
一種內(nèi)置高強(qiáng)型鋼的半預(yù)制鋼管混凝土柱
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及混凝土柱，尤其涉及一種內(nèi)置高強(qiáng)型鋼的半預(yù)制鋼管混凝土柱。 【背景技術(shù)】
[0002]超高層建筑結(jié)構(gòu)的下部柱子由于所承受的豎向荷載巨大，其截面尺寸通常很大， 不僅占據(jù)較多建筑空間，影響建筑物的使用功能，而且因構(gòu)件自重增大導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的地震作用加大，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震不利。
[0003]近年來，高強(qiáng)鋼材的生產(chǎn)和應(yīng)用日趨成熟，該類材料的采用無疑對(duì)減小柱子的截面尺寸是有益的。但由于高強(qiáng)鋼材的受壓屈曲常常早于其受壓屈服，使其高強(qiáng)度的優(yōu)勢(shì)并不能充分發(fā)揮。
[0004]目前，我國建筑業(yè)正朝著建筑工業(yè)化方向邁進(jìn)，其特點(diǎn)之一就是大力發(fā)展預(yù)制裝配式構(gòu)件，以實(shí)現(xiàn)構(gòu)件精度和質(zhì)量提高、人力消耗降低、施工速度加快等目的。但若對(duì)柱子進(jìn)行整體預(yù)制，由于其自重很大，將會(huì)給后續(xù)運(yùn)輸和吊裝帶來很大困難;若對(duì)柱子進(jìn)行分段預(yù)制然后現(xiàn)場(chǎng)拼接，又可能因柱子整體性受到削弱而導(dǎo)致其受力性能降低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、構(gòu)件尺寸較小、施工方便快捷的內(nèi)置高強(qiáng)型鋼的半預(yù)制鋼管混凝土柱。其具有承載能力高、剛度大、延性好、抗震性能優(yōu)等特點(diǎn)。在這種柱子中，由于高強(qiáng)型鋼受到外部混凝土和鋼管的有力約束，可有效避免高強(qiáng)鋼材的受壓屈曲，從而充分發(fā)揮其高強(qiáng)優(yōu)勢(shì)。與此同時(shí)，在這種柱子中，僅僅是對(duì)鋼管內(nèi)部的混凝土進(jìn)行分段預(yù)制，由于它們都受到外部完整鋼管的有效約束，因此柱子的整體性可得到較好保障。
[0006]本實(shí)用新型通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]—種內(nèi)置高強(qiáng)型鋼的半預(yù)制鋼管混凝土柱，包括鋼管1、在鋼管1的內(nèi)部沿豎向依次放置的多根相互間隔的預(yù)制混凝土節(jié)段3;鋼管1的內(nèi)壁與預(yù)制混凝土節(jié)段3的外壁之間留間隙；
[0008]每根預(yù)制混凝土節(jié)段3的內(nèi)部分別預(yù)埋有伸出其頂部的吊環(huán)裝置5和伸出其底部的短鋼筋6;
[0009]每根預(yù)制混凝土節(jié)段3的中部預(yù)留有軸向貫通的型鋼通道，該型鋼通道用于安放型鋼2;該型鋼通道的壁面與型鋼2的外表面之間留有間隙；
[0010]鋼管1的內(nèi)部灌注有灌漿材料4;該灌漿材料4填滿各預(yù)制混凝土節(jié)段3之間的間隙、型鋼通道的壁面與型鋼2的外表面之間的間隙，以及預(yù)制混凝土節(jié)段3的外壁與鋼管1的內(nèi)壁之間的間隙。[〇〇11]所述預(yù)制混凝土節(jié)段3由天然骨料混凝土或再生骨料混凝土或再生塊體混凝土澆筑而成;混凝土的抗壓強(qiáng)度不小于30MPa;
[0012]鋼管1的內(nèi)壁與預(yù)制混凝土節(jié)段3的外壁之間的間隙為5?15mm;型鋼通道的壁面與型鋼2的外表面之間的間隙為5?1mm;鋼管I的底部側(cè)面留有灌漿孔;灌漿材料4通過該灌漿孔自下而上灌入鋼管I的內(nèi)部，并填滿各預(yù)制混凝土節(jié)段3之間的間隙、型鋼通道的壁面與型鋼2的外表面之間的間隙，以及預(yù)制混凝土節(jié)段3的外壁與鋼管I的內(nèi)壁之間的間隙。
[0013]所述型鋼2的橫截面形狀為工字型、H型或者十字型，型鋼通道的橫截面形狀與其相對(duì)應(yīng);所述型鋼2的屈服強(qiáng)度超過460MPa;所述鋼管I的橫截面為圓形或多邊形。
[0014]所述吊環(huán)裝置5的留出高度小于1mm;所述短鋼筋6的數(shù)量為3?4根，直徑不小于20mm，外露部分長度為10?15mm;所述灌漿材料4為化學(xué)灌漿材料或者水泥基灌漿材料。
[0015]一種內(nèi)置高強(qiáng)型鋼的半預(yù)制鋼管混凝土柱的制備方法如下:
[0016]步驟一:預(yù)制混凝土節(jié)段3時(shí)，支模分為外模板和內(nèi)模板，外模板的橫截面形狀為圓形或多邊形，內(nèi)模板的橫截面形狀為型鋼2的橫截面形狀;在支模的頂部和底部分別預(yù)埋吊環(huán)裝置5和短鋼筋6;然后往外模板與內(nèi)模板之間的空隙內(nèi)，澆筑天然骨料混凝土或再生骨料混凝土或再生塊體混凝土，充分振搗，待其凝固后得到預(yù)制混凝土節(jié)段3;
[0017]步驟二:施工位置放置底板，將型鋼2直立焊接在底板上;采用吊機(jī)將鋼管I套裝在型鋼2的外部，并使型鋼2位于鋼管I的中部，再將鋼管I與底板焊接固定；
[0018]步驟三:將成型的預(yù)制混凝土節(jié)段3運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，并對(duì)其充分澆水潤濕;采用吊機(jī)通過吊環(huán)裝置5將表面濕潤的預(yù)制混凝土節(jié)段3沿豎向依次吊入步驟二事先已安裝好的鋼管I內(nèi)部，在此吊裝過程中型鋼2沿豎向穿過預(yù)制混凝土節(jié)段3的預(yù)留型鋼通道;然后通過灌漿管將灌漿材料4從鋼管I底部側(cè)面的灌漿孔由下自上高壓灌注，直至填滿鋼管I內(nèi)部的全部間隙；待灌漿材料4凝固后，對(duì)灌漿孔焊補(bǔ)密封并磨平，得到內(nèi)置高強(qiáng)型鋼的半預(yù)制鋼管混凝土柱。
[0019]本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果:
[0020](I)本實(shí)用新型的一種內(nèi)置高強(qiáng)型鋼的半預(yù)制鋼管混凝土柱，由于高強(qiáng)型鋼被置于預(yù)制混凝土節(jié)段的預(yù)留型鋼通道內(nèi)部，而預(yù)制混凝土節(jié)段外面還有鋼管，加之鋼管內(nèi)部的所有間隙都被灌漿材料充填密實(shí)，因此高強(qiáng)型鋼受到外部混凝土和鋼管的有力約束，可有效避免高強(qiáng)鋼材的受壓屈曲，從而充分發(fā)揮其高強(qiáng)優(yōu)勢(shì)。
[0021](2)由于僅僅是對(duì)鋼管內(nèi)部的混凝土進(jìn)行分段預(yù)制，而它們都受到外部完整鋼管的有效約束，加之鋼管內(nèi)部的所有間隙都被灌漿材料充填密實(shí)，因此柱子的整體性可得到較好保障。
[0022](3)高強(qiáng)型鋼的采用大大提高了柱子的豎向承載力，使得柱子的截面尺寸可明顯減小，建筑物的使用面積增大，同時(shí)柱子的自重顯著減輕，結(jié)構(gòu)的地震作用以及地基基礎(chǔ)造價(jià)隨之降低，經(jīng)濟(jì)效益好。
[0023](4)由于每根預(yù)制混凝土節(jié)段的高度有限，使得其堆疊、運(yùn)輸、吊裝較為方便。
【附圖說明】
[0024]圖1為本實(shí)用新型內(nèi)置高強(qiáng)型鋼的半預(yù)制鋼管混凝土柱軸向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2為本實(shí)用新型內(nèi)置高強(qiáng)型鋼的半預(yù)制鋼管混凝土柱徑向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。
[0027] 實(shí)施例1[〇〇28]如圖1、2所示。本實(shí)用新型公開了一種內(nèi)置高強(qiáng)型鋼的半預(yù)制鋼管混凝土柱，包括鋼管1、在鋼管1的內(nèi)部沿豎向依次放置的多根相互間隔的預(yù)制混凝土節(jié)段3;鋼管1的內(nèi)壁與預(yù)制混凝土節(jié)段3的外壁之間留間隙；
[0029]每根預(yù)制混凝土節(jié)段3的內(nèi)部分別預(yù)埋有伸出其頂部的吊環(huán)裝置5和伸出其底部的短鋼筋6;
[0030]每根預(yù)制混凝土節(jié)段3的中部預(yù)留有軸向貫通的型鋼通道，該型鋼通道用于安放型鋼2;該型鋼通道的壁面與型鋼2的外表面之間留有間隙；[0031 ]鋼管1的內(nèi)部灌注有灌漿材料4;該灌漿材料4填滿各預(yù)制混凝土節(jié)段3之間的間隙、型鋼通道的壁面與型鋼2的外表面之間的間隙，以及預(yù)制混凝土節(jié)段3的外壁與鋼管1的內(nèi)壁之間的間隙。[〇〇32]所述預(yù)制混凝土節(jié)段3由天然骨料混凝土或再生骨料混凝土或再生塊體混凝土澆筑而成;混凝土的抗壓強(qiáng)度不小于30MPa;[〇〇33]鋼管1的內(nèi)壁與預(yù)制混凝土節(jié)段3的外壁之間的間隙為5?15mm;型鋼通道的壁面與型鋼2的外表面之間的間隙為5?10mm;鋼管1的底部側(cè)面留有灌漿孔;灌漿材料4通過該灌漿孔自下而上灌入鋼管1的內(nèi)部，并填滿各預(yù)制混凝土節(jié)段3之間的間隙、型鋼通道的壁面與型鋼2的外表面之間的間隙，以及預(yù)制混凝土節(jié)段3的外壁與鋼管1的內(nèi)壁之間的間隙。
[0034]所述型鋼2的橫截面形狀為工字型、H型或者十字型，型鋼通道的橫截面形狀與其相對(duì)應(yīng);所述型鋼2的屈服強(qiáng)度超過460MPa;所述鋼管1的橫截面為圓形或多邊形。
[0035]所述吊環(huán)裝置5的留出高度小于10mm;所述短鋼筋6的數(shù)量為3?4根，直徑不小于 20mm，外露部分長度為10?15mm;所述灌漿材料4為化學(xué)灌漿材料或者水泥基灌漿材料。 [0〇36] 本實(shí)施例鋼管1的橫截面為圓形，外徑1000mm，壁厚20mm，鋼管1長度3660mm，鋼材牌號(hào)Q345，實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度400MPa ;每根預(yù)制混凝土節(jié)段3均為圓柱體，直徑940mm，高度 1200mm，其中部預(yù)留的上、下貫通的型鋼通道的壁面與型鋼2的外表面之間的間隙為5mm，混凝土抗壓強(qiáng)度為50MPa;短鋼筋6伸出底面15mm，吊環(huán)裝置5的留出高度9mm;焊接H型鋼的橫截面積658.02cm2，鋼材牌號(hào)Q890，實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度900MPa;灌漿材料選用環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿材料。[〇〇37]內(nèi)置高強(qiáng)型鋼的半預(yù)制鋼管混凝土柱制備方法，可通過如下步驟實(shí)現(xiàn):
[0038]步驟一:預(yù)制混凝土節(jié)段3時(shí)，支模分為外模板和內(nèi)模板，外模板的橫截面形狀為圓形或多邊形，內(nèi)模板的橫截面形狀為型鋼2的橫截面形狀;在支模的頂部和底部分別預(yù)埋吊環(huán)裝置5和短鋼筋6;然后往外模板與內(nèi)模板之間的空隙內(nèi)，澆筑天然骨料混凝土或再生骨料混凝土或再生塊體混凝土，充分振搗，待其凝固后得到預(yù)制混凝土節(jié)段3;
[0039]步驟二:施工位置放置底板，將型鋼2直立焊接在底板上;采用吊機(jī)將鋼管1套裝在型鋼2的外部，并使型鋼2位于鋼管1的中部，再將鋼管1與底板焊接固定；
[0040]步驟三:將成型的預(yù)制混凝土節(jié)段3運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，并對(duì)其充分澆水潤濕;采用吊機(jī)通過吊環(huán)裝置5將表面濕潤的預(yù)制混凝土節(jié)段3沿豎向依次吊入步驟二事先已安裝好的鋼管1內(nèi)部，在此吊裝過程中型鋼2沿豎向穿過預(yù)制混凝土節(jié)段3的預(yù)留型鋼通道;然后通過灌漿管將灌漿材料4從鋼管1底部側(cè)面的灌漿孔由下自上高壓灌注，直至填滿鋼管1內(nèi)部的全部間隙；待灌漿材料4凝固后，對(duì)灌漿孔焊補(bǔ)密封并磨平，得到內(nèi)置高強(qiáng)型鋼的半預(yù)制鋼管混凝土柱。[0041 ]為對(duì)比起見，取外徑1000mm、壁厚20mm的相同材料圓鋼管，只是內(nèi)置H型鋼的鋼材牌號(hào)改取Q345,制作內(nèi)置普強(qiáng)H型鋼的半預(yù)制鋼管混凝土柱。研究得出，本實(shí)施例中內(nèi)置高強(qiáng)H型鋼的半預(yù)制鋼管混凝土柱的軸壓承載力為145982kN，而內(nèi)置普強(qiáng)H型鋼的半預(yù)制鋼管混凝土柱的軸壓承載力僅為113081kN，可見在柱子截面尺寸相同的情況下，前者的軸壓承載力比后者提尚了 29 ? 1 %。[〇〇42]為對(duì)比起見，取外徑774mm、壁厚20mm的相同材料圓鋼管，內(nèi)置型鋼面積658.02cm2，鋼材牌號(hào)Q890，實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度900MPa，制作內(nèi)置高強(qiáng)H型鋼的半預(yù)制鋼管混凝土柱。經(jīng)計(jì)算可知，其可達(dá)到與上述內(nèi)置普強(qiáng)H型鋼的半預(yù)制鋼管混凝土柱相同的軸壓承載力 113081kN，即在同樣的承載力要求下，內(nèi)置高強(qiáng)H型鋼的半預(yù)制鋼管混凝土柱的橫截面積減少了40.1 %，混凝土用量隨之減少45.7%。[〇〇43]為對(duì)比起見，取外徑1000mm、壁厚20mm的相同材料圓鋼管，內(nèi)置H型鋼的鋼材牌號(hào)取Q890，混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度取50MPa，制作內(nèi)置高強(qiáng)H型鋼的全現(xiàn)澆鋼管混凝土柱。通過計(jì)算得出，兩種柱子的軸壓承載力均為145982kN，但本實(shí)用新型內(nèi)置高強(qiáng)H型鋼的半預(yù)制鋼管混凝土柱更便于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
[0044]實(shí)施例2
[0045]本實(shí)施例除下述特征外，其他特征與實(shí)施例1相同。[0〇46] 所述鋼管1的橫截面為圓形，外徑1500mm，壁厚30mm，鋼管1的長度3660mm，鋼材牌號(hào)Q345,實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度400MPa;每根預(yù)制混凝土節(jié)段3均為圓柱體，直徑1420mm，高度 1200mm，其中部預(yù)留的上、下貫通的型鋼通道的壁面與型鋼2的外表面之間的間隙為5mm，混凝土抗壓強(qiáng)度為50MPa;短鋼筋6伸出底面15mm，吊環(huán)裝置5的留出高度9mm;焊接H型鋼的橫截面積1480.55cm2，鋼材牌號(hào)Q890，實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度900MPa;灌漿材料選用環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿材料。[〇〇47]為對(duì)比起見，取外徑1500mm、壁厚30mm的相同材料圓鋼管，只是內(nèi)置H型鋼的鋼材牌號(hào)改取Q345,制作內(nèi)置普強(qiáng)H型鋼的半預(yù)制鋼管混凝土柱。研究得出，本實(shí)施例中內(nèi)置高強(qiáng)H型鋼的半預(yù)制鋼管混凝土柱的軸壓承載力為328460kN，而內(nèi)置普強(qiáng)H型鋼的半預(yù)制鋼管混凝土柱的軸壓承載力僅為254433kN，可見在柱子截面尺寸相同的情況下，前者的軸壓承載力比后者提尚29 ? 1 %。[〇〇48] 為對(duì)比起見，取外徑1160mm、壁厚30mm的相同材料圓鋼管，內(nèi)置型鋼面積 1480.55cm2,鋼材牌號(hào)Q890,實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度900MPa，制作內(nèi)置高強(qiáng)H型鋼的半預(yù)制鋼管混凝土柱。經(jīng)計(jì)算可知，其可達(dá)到與上述內(nèi)置普強(qiáng)H型鋼的半預(yù)制鋼管混凝土柱相同的軸壓承載力254433kN，即在同樣的承載力要求下，內(nèi)置高強(qiáng)H型鋼的半預(yù)制鋼管混凝土柱的橫截面積減少了40.2%，混凝土用量隨之減少45.8%。[〇〇49]為對(duì)比起見，取外徑1500mm、壁厚30mm的相同材料圓鋼管，內(nèi)置H型鋼的鋼材牌號(hào)取Q890，混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度取50MPa，制作內(nèi)置高強(qiáng)H型鋼的全現(xiàn)澆鋼管混凝土柱。通過計(jì)算得出，兩種柱子的軸壓承載力均為328460kN，但本實(shí)用新型內(nèi)置高強(qiáng)H型鋼的半預(yù)制鋼管混凝土柱更便于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
[0050]如上所述，便可較好地實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
[0051]本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種內(nèi)置高強(qiáng)型鋼的半預(yù)制鋼管混凝土柱，其特征在于:包括鋼管(I)、在鋼管(I)的內(nèi)部沿豎向依次放置的多根相互間隔的預(yù)制混凝土節(jié)段(3);鋼管(I)的內(nèi)壁與預(yù)制混凝土節(jié)段(3)的外壁之間留間隙； 每根預(yù)制混凝土節(jié)段(3)的內(nèi)部分別預(yù)埋有伸出其頂部的吊環(huán)裝置(5)和伸出其底部的短鋼筋(6); 每根預(yù)制混凝土節(jié)段(3)的中部預(yù)留有軸向貫通的型鋼通道，該型鋼通道用于安放型鋼(2);該型鋼通道的壁面與型鋼(2)的外表面之間留有間隙； 鋼管(I)的內(nèi)部灌注有灌漿材料(4);該灌漿材料(4)填滿各預(yù)制混凝土節(jié)段(3)之間的間隙、型鋼通道的壁面與型鋼(2)的外表面之間的間隙，以及預(yù)制混凝土節(jié)段(3)的外壁與鋼管(I)的內(nèi)壁之間的間隙。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置高強(qiáng)型鋼的半預(yù)制鋼管混凝土柱，其特征在于:所述預(yù)制混凝土節(jié)段(3)由天然骨料混凝土或再生骨料混凝土或再生塊體混凝土澆筑而成；混凝土的抗壓強(qiáng)度不小于30MPa; 鋼管(I)的內(nèi)壁與預(yù)制混凝土節(jié)段(3)的外壁之間的間隙為5?15mm;型鋼通道的壁面與型鋼(2)的外表面之間的間隙為5?1mm;鋼管(I)的底部側(cè)面留有灌漿孔;灌漿材料(4)通過該灌漿孔自下而上灌入鋼管(I)的內(nèi)部，并填滿各預(yù)制混凝土節(jié)段(3)之間的間隙、型鋼通道的壁面與型鋼(2)的外表面之間的間隙，以及預(yù)制混凝土節(jié)段(3)的外壁與鋼管(I)的內(nèi)壁之間的間隙。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置高強(qiáng)型鋼的半預(yù)制鋼管混凝土柱，其特征在于:所述型鋼(2)的橫截面形狀為工字型、H型或者十字型，型鋼通道的橫截面形狀與其相對(duì)應(yīng);所述型鋼(2)的屈服強(qiáng)度超過460MPa;所述鋼管(I)的橫截面為圓形或多邊形。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的內(nèi)置高強(qiáng)型鋼的半預(yù)制鋼管混凝土柱，其特征在于:所述吊環(huán)裝置(5)的留出高度小于1mm;所述短鋼筋(6)的數(shù)量為3?4根，直徑不小于20mm，外露部分長度為10?15mm;所述灌漿材料(4)為化學(xué)灌漿材料或者水泥基灌漿材料。
【文檔編號(hào)】E04G21/14GK205712736SQ201620552536
【公開日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年6月7日
【發(fā)明人】吳波, 申超
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)