内置X型对拉钢板式焊接矩形钢管混凝土柱及施工方法技术

本发明专利技术公开了一种内置X型对拉钢板式焊接矩形钢管混凝土柱及施工方法，包括焊接矩形钢管、X型对拉钢板，焊接矩形钢管对角线位置设有与其角部焊接在一起的X型对拉钢板，所述X型对拉钢板包括两块，分别设置于焊接矩形钢管的两端；每块X型对拉钢板由一块主钢板和两块副钢板X型交叉形成，且通过X型对拉钢板纵向焊缝焊接而成；在焊接矩形钢管、X型对拉钢板组装的结构内部浇筑有混凝土。通过X型对拉钢板对核心混凝土的有效分割，增加了焊接矩形钢管对核心混凝土的约束能力，有利于改善焊接矩形钢管混凝土柱的界面粘结滑移性能，使焊接矩形钢管混凝土柱的粘结强度和整体承载能力显著提高，节省了钢材和混凝土材料。

【技术实现步骤摘要】
内置X型对拉钢板式焊接矩形钢管混凝土柱及施工方法
本专利技术涉及建筑结构中的建筑构件及其施工方法，具体是指一种内置X型对拉钢板式焊接矩形钢管混凝土柱及其施工方法。
技术介绍
钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土，钢管及其核心混凝土共同承受外荷载作用的结构构件。与钢筋混凝土柱相比，钢管混凝土柱中，钢管对其内部混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压状态，提高了混凝土的抗压强度，钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲，钢管和混凝土之间的相互作用使钢管内部混凝土的破坏由脆性破坏转变为塑性破坏，构件的延性性能明显改善，耗能能力大大提高，具有良好的抗震性能。同时，钢管混凝土柱施工时不需要模板，节省了支模、拆模的材料和人工费用，也节省了时间。因此，钢管混凝土柱在高层和超高层建筑结构、大型重载工业厂房和大跨桥梁结构中得到了广泛的应用。相对于圆形钢管混凝土柱而言，焊接矩形钢管混凝土柱外形美观,制作简单，梁柱节点连接方便，更容易满足建筑使用功能的要求。但是，焊接矩形钢管混凝土柱在压力作用下，对核心混凝土的约束效果不如圆钢管混凝土柱显著,焊接矩形钢管混凝土柱的钢管一般由四块钢板焊接组成，导致了焊接矩形钢管对核心混凝土的整体约束效应差，承载力较低、延性较差，在一定程度上阻碍了焊接矩形钢管混凝土柱在高层、超高层建筑上的应用。由于钢管和混凝土两种材料的变形能力、力学性能和破坏形态不同，在钢管混凝土柱实际工程应用中，荷载一般先由焊接矩形钢管混凝土柱的钢管壁承担,再通过钢管与核心混凝土之间的界面粘结力将外荷载逐步传递给核心混凝土,经过一定长度的粘结滑移后,实现钢管与混凝土的共同工作。焊接矩形钢管与核心混凝土之间的界面粘结力大小直接影响焊接矩形钢管混凝土柱的工作性能，因此，如何增强焊接矩形钢管混凝土柱中焊接矩形钢管和混凝土之间的界面粘结强度问题是工程界较为关心的问题。当焊接矩形钢管混凝土柱的横截面较大时，钢管内的核心混凝土体积较大，大体积混凝土浇筑后，其凝结硬化过程中会产生收缩现象并释放大量的水化热，使得焊接矩形钢管对核心混凝土的约束效应降低且核心混凝土内部温度较高，表面温度较低，核心混凝土易产生鼓胀、裂缝及温度变形等缺陷，对焊接矩形钢管混凝土柱的承载力、界面粘结力和耐久性等性能产生不利影响。“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件”是结构抗震设计及现行规范中所采用的重要的设计思想，指的是柱子不先于梁破坏，因为梁破坏属于构件破坏，是局部性的，柱子破坏将危及整个结构的安全，可能会整体倒塌，后果严重。所以结构抗震设计中要保证柱子更“相对”安全，故要“强柱弱梁”；“弯曲破坏”是延性破坏，是有预兆的，如开裂或下挠等，而“剪切破坏”是一种脆性的破坏，没有预兆的，瞬时发生，没有防范，所以结构抗震设计中要避免发生剪切破坏。“强节点弱构件”指结构抗震设计中使建筑结构中梁柱节点的塑性铰出现在梁端，须避免塑性铰出现在柱子端部，以提高结构的变形能力，结构能够更好的耗能、增强延性，防止建筑物在强烈地震作用下倒塌，因节点失效意味着与之相连的梁与柱都失效，所以，节点的承载力要高于连接构件。“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件”的设计思想可以有效保证和达到结构抗震设防目标，同时又使结构抗震设计做到经济合理。在实际工程中，由于地基的不均匀沉降及竖向荷载的作用，在地震作用时柱子的端部基本上都会出现明显的损伤或破坏且梁柱节点处会有“X”形裂缝产生。如何保证“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件”的设计思想在建筑结构抗震设计中更好的实现，也是工程领域从业人员一直研究探索的重要方面。因此工程实践中需要提供一种施工便捷、界面粘结强度高、更符合“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件”设计思想，且能够有效减小核心混凝土收缩，使核心混凝土内部温度降低、经济合理的焊接矩形钢管混凝土柱，大大提高了焊接矩形钢管混凝土柱的整体承载力、延性和工作性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种内置X型对拉钢板式焊接矩形钢管混凝土柱及其施工方法，它包括焊接矩形钢管、X型对拉钢板和核心混凝土，所述焊接矩形钢管由四块钢板焊接而成，X型对拉钢板沿纵向开设有圆形孔洞，且位于焊接矩形钢管对角线位置，并通过焊接矩形钢管的四条纵向角焊缝与焊接矩形钢管焊接在一起，所述核心混凝土浇筑在焊接矩形钢管和X型对拉钢板所围成的空间内。通过X型对拉钢板对核心混凝土的有效分割，增加了焊接矩形钢管对核心混凝土的约束能力，有利于改善焊接矩形钢管混凝土柱的界面粘结滑移性能，使焊接矩形钢管混凝土柱的粘结强度和整体承载能力显著提高，节省了钢材和混凝土材料，同时，X型对拉钢板具有导热桥功能，能有效降低核心混凝土内部的温度，有效减小核心混凝土的收缩。本专利技术同时公开其施工方法。本专利技术的技术方案如下：一种内置X型对拉钢板式焊接矩形钢管混凝土柱，包括焊接矩形钢管、X型对拉钢板和混凝土，所述焊接矩形钢管对角线位置设有与其角部焊接在一起的X型对拉钢板，所述X型对拉钢板包括两块，分别设置于焊接矩形钢管的两端，高度为焊接矩形钢管净高的1/4；每块X型对拉钢板由一块主钢板和两块副钢板X型交叉形成，且通过X型对拉钢板纵向焊缝焊接而成；在焊接矩形钢管和X型对拉钢板所围成的空间内浇筑核心混凝土。优选的，所述焊接矩形钢管由四块钢板焊接而成，横截面为矩形。优选的，所述主钢板和副钢板为纵向均匀开设圆形孔洞的钢板，其厚度及圆形孔洞的大小、间距由焊接矩形钢管混凝土柱的抗震等级、承载力、界面粘结强度等设计要求决定。优选的，所述X型对拉钢板为横截面“X”形的钢结构构件，其尺寸与焊接矩形钢管混凝土柱对角线尺寸相匹配。优选的，所述X型对拉钢板通过焊接矩形钢管的四条纵向角焊缝与焊接矩形钢管焊接在一起，使焊接矩形钢管形成内置X型对拉钢板式钢结构整体。优选的，所述X型对拉钢板与焊接矩形钢管所需的钢板可提前在工厂加工完成，并根据焊接矩形钢管混凝土柱的设计尺寸提前进行坡口。具体的施工方法如下：(1)根据焊接矩形钢管混凝土柱设计尺寸，将加工好的沿纵向均匀设有圆形孔洞的主钢板和副钢板通过X型对拉钢板纵向焊缝焊接成X形对拉钢板；(2)将焊接好的X型对拉钢板置于焊接矩形钢管两端的对角线位置，且沿焊接矩形钢管纵向高度约为1/4柱净高范围内，最后，将焊接矩形钢管所需的钢板依次焊接到焊接矩形钢管两端的X形对拉钢板的四面，形成内置X型对拉钢板式焊接矩形钢管；(3)在施工现场，将预制好的内置X型对拉钢板式焊接矩形钢管吊装到相应安装位置后，向内置X型对拉钢板式焊接矩形钢管内浇筑核心混凝土，核心混凝土硬化后形成内置X型对拉钢板式焊接矩形钢管混凝土柱。本专利技术的积极效果是：(1)通过焊接矩形钢管混凝土柱内两端X型对拉钢板有效的拉结，实现了对焊接矩形钢管混凝土柱的有效分割，增强了对焊接矩形钢管内核心混凝土的约束效应，有效提高了焊接矩形钢管混凝土柱的整体承载能力。(2)通过焊接矩形钢管混凝土柱内两端X型对拉钢板有效的拉结，加强了焊接矩形钢管四条纵向角焊缝的薄弱部位，防止轴向受压时焊接矩形钢管混凝土柱两端的纵向角焊缝过早鼓曲或开裂。(3)焊接矩形钢管内X型对拉钢板不仅可以承担竖向荷载，提高构件承载力，而且可以减小焊接矩形钢管管壁厚度，使焊接矩形钢管混凝土柱的横截面减小，节省了材料，使建筑物的有效使用面积得以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内置X型对拉钢板式焊接矩形钢管混凝土柱，其特征在于，包括焊接矩形钢管、X型对拉钢板和混凝土，所述焊接矩形钢管对角线位置设有与其角部焊接在一起的X型对拉钢板，所述X型对拉钢板包括两块，分别设置于焊接矩形钢管的两端；每块X型对拉钢板由一块主钢板和两块副钢板X型交叉形成，且通过X型对拉钢板纵向焊缝焊接而成；在焊接矩形钢管和X型对拉钢板所围成的空间内浇筑核心混凝土。

【技术特征摘要】
1.一种内置X型对拉钢板式焊接矩形钢管混凝土柱，其特征在于，包括焊接矩形钢管、X型对拉钢板和混凝土，所述焊接矩形钢管对角线位置设有与其角部焊接在一起的X型对拉钢板，所述X型对拉钢板包括两块，分别设置于焊接矩形钢管的两端；每块X型对拉钢板由一块主钢板和两块副钢板X型交叉形成，且通过X型对拉钢板纵向焊缝焊接而成；在焊接矩形钢管和X型对拉钢板所围成的空间内浇筑核心混凝土。2.如权利要求1所述的内置X型对拉钢板式焊接矩形钢管混凝土柱，其特征在于，所述焊接矩形钢管由四块钢板焊接而成，横截面为矩形。3.如权利要求1所述的内置X型对拉钢板式焊接矩形钢管混凝土柱，其特征在于，所述主钢板和副钢板为纵向均匀开设圆形孔洞的钢板。4.如权利要求1所述的内置X型对拉钢板式焊接矩形钢管混凝土柱，其特征在于，所述X型对拉钢板为横截面“X”形的钢结构构件，其尺寸与焊接矩形钢管混凝土柱对角线尺寸相匹配。5.如权利要求1所述的内置X型对拉钢板式焊接矩形钢管混凝土柱，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王来，陈海涛，史奉伟，陈惠荣，玄伟，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37