一种带夹层的钢管约束的圆钢管混凝土构件及其加工方法技术

本发明专利技术公开了一种带夹层的钢管约束的圆钢管混凝土构件及其加工方法，其中所述带夹层的钢管约束的钢管混凝土新型构件由外层钢管、夹层材料和核心钢管混凝土构件组成，所述外层钢管和夹层材料仅对核心钢管混凝土提供侧向约束作用；所述外层钢管与核心钢管混凝土构件均为圆形；其中外层钢管沿核心钢管混凝土构件表面通长布置并且不与核心构件的端部及梁柱节点进行连接，本发明专利技术可增强核心构件钢管与核心混凝土之间的共同工作性能，提高构件的承载力和延性，改善构件的破坏模式，增强构件的抗震、耐腐蚀和抗火性能；本发明专利技术原理清晰、力学性能优越、工程成本较低。

Round steel tube concrete component with steel pipe with interlayer and method for processing the same

The invention discloses a concrete filled circular steel tubular members with interlayer pipe constraints and its processing method, the concrete filled steel tubular steel tube confined the sandwich type component from the outer steel tube, sandwich material and concrete-filled steel tubular core components, wherein the outer tube and clip layer only provide lateral confinement effect on the core concrete filled steel tube; the outer layer of the steel tube and the core concrete filled steel tubular members are round; the outer surface of steel pipe along the long core layout of CFST members and not with the core components of the end and beam column joints are connected, the invention can enhance the performance of the core component between the steel tube and core concrete, improve the bearing capacity and ductility, improve failure modes of structure, strengthening the structure seismic, corrosion resistance and fire resistance; the invention of clear principle, mechanical properties Superior and low engineering cost.

【技术实现步骤摘要】
一种带夹层的钢管约束的圆钢管混凝土构件及其加工方法
本专利技术属于建筑结构构件领域，尤其涉及一种带夹层的钢管约束的圆钢管混凝土构件及其加工方法。
技术介绍
钢管混凝土指在钢管中填充混凝土而形成的组合构件。钢管混凝土构件在受力过程中，钢管对混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压的应力状态，从而使钢管中核心混凝土的强度得以提高，延性得到显著改善；同时，核心混凝土的存在可避免或延缓钢管发生局部屈曲，从而保证其材料性能得到充分发挥。与钢筋混凝土结构相比，在钢管混凝土施工过程中，钢管可以作为浇筑其核心混凝土的模板，可节省模板费用，加快施工进度；与钢结构相比，核心混凝土的存在使构件的耐火性能更好，节约防火涂料，降低工程造价。将钢管与混凝土组合为钢管混凝土，通过钢管与核心混凝土的相互作用，不仅可以弥补两种材料各自的缺点，而且能充分发挥二者的优点，使钢管混凝土结构具有一系列优越的力学性能。近年来，钢管混凝土结构因其优越的力学性能受到工程界的青睐，在高层建筑和大跨度桥梁中得到了越来越广泛的应用。但钢管混凝土结构在实际工程中应用中也存在着不足之处，具体包括：（1）钢管混凝土柱在轴向荷载作用下，钢管与核心混凝土同时承担纵向荷载，因此钢管对核心混凝土的约束效果未能得到充分发挥，特别是对于钢管高强混凝土柱，钢管对核心混凝土的约束效果不显著，核心高强混凝土在受力过程中易产生剪切压溃破坏；（2）钢管混凝土构件在轴向荷载作用下，钢管一般处于纵向受压横向受拉的应力状态，这使钢管的纵向屈服强度低于钢管单向受拉屈服强度；随着变形的增加，钢管对核心混凝土的横向约束作用逐渐增强，特别是当钢管屈服后，钢管的纵向应力随其横向应力的增加而逐渐降低，即钢管对构件纵向承载力的贡献也随之减弱；（3）钢管混凝土构件在遭遇相当于本地区抗震设防烈度的设防地震影响时，构件可能发生损坏，其钢管可能达到屈服或产生屈曲，构件需进行修复加固才可继续使用；（4）钢管混凝土构件在轴向荷载作用下，在加载初期，钢管与核心混凝土均处于弹性阶段，由于钢管的泊松比大于核心混凝土，钢管的横向变形比核心混凝土的横向变形大，这导致钢管与核心混凝土之间产生脱开现象，特别对于薄壁钢管高强混凝土构件，高强核心混凝土在加载初期横向变形小，薄壁钢管与核心混凝土脱开现象更为显著；此外，实际工程中由于核心混凝土的浇筑、养护方式不当或核心混凝土产生收缩、徐变和温度变形可导致钢管与核心混凝土之间产生脱空现象，以上现象均可影响钢管与核心混凝土的相互作用，使钢管在加载初期可产生较大初应力，从而影响构件的力学性能；（5）实际钢管混凝土构件中，钢管因其耐腐蚀性能差需定期进行严格的防腐处理，否则容易发生锈蚀，影响构件的耐久性和力学性能，限制了此类构件在某些特殊环境中的使用，例如超大跨径钢管混凝土拱桥因外层钢管的耐腐性差导致其在沿海地区的发展与应用受到限制；（6）钢管混凝土构件的钢管处于最外层，且钢管需承担纵向荷载，在火灾作用下，钢管的强度和弹性模量急剧减小，从而降低钢管混凝土构件的承载力，因此实际工程中，为提高钢管混凝土构件的耐火性能，仍需在钢管外表面喷涂防火保护层，从而增加工程造价。为此，有必要设计一种新型的钢管混凝土结构构件，能够增强构件钢管对核心混凝土的约束作用，提高构件的承载力和延性，改善构件的破坏模式，增强构件的抗震、耐腐蚀和耐火性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种带夹层的钢管约束的圆钢管混凝土构件，旨在解决现有钢管混凝土构件技术的不足，用以增强核心构件钢管与核心混凝土之间的共同工作性能，提高构件的承载力和延性，改善构件的破坏模式，增强构件的抗震、耐腐蚀和耐火性能。本专利技术是这样实现的，一种带夹层的钢管约束的圆钢管混凝土构件，由空心柱体结构的核心组件和空心柱体结构的外层组件嵌套组成，所述外层组件与所述核心组件之间填充有夹层材料；所述核心组件内部填充有内层材料，所述核心组件和所述外层组件的横截面图形均为中心对称图形；所述核心组件和所述外层组件的横截面的对称中心重合；所述外层组件的内壁宽度大于所述核心组件的外壁宽度且两者不相互接触；所述外层组件的长度小于所述核心组件；所述夹层材料长度与所述外层组件相同；所述内层材料长度与所述核心组件相同；所述核心组件为空心圆柱体结构。由于核心组件的长度要长于所述外层组件和夹层材料，且实际工程中外层组件和夹层材料不与核心组件的梁柱节点连接，所以本方案中外层组件和夹层材料实质上是不受力的，只是对核心组件与混凝土提供横向约束的作用。这与现有技术中普通的双层嵌套钢管具有很大的不同，现有技术中的双层钢管虽然从构件中部的横截面结构上来说与本方案是一样的，但是由于其外层结构的长度于内层结构相同，所以受力时两者是同时承受纵向力作用；使外层结构钢管对内层结构的约束作用不能充分发挥。本专利技术的进一步技术方案是：所述外层组件为空心圆柱体结构。空心圆柱结构能够在各个方向上提供相同的横向约束作用，从而增强核心组件对内层材料的约束作用。本专利技术的进一步技术方案是：所述核心组件和所述外层组件的制造材料为碳素钢、不锈钢和高强钢中的一种。这些材料容易获得，成本低廉。本专利技术的进一步技术方案是：所述内层材料的制备材料为高性能混凝土、高强混凝土、普通混凝土和再生混凝土中的一种或多种；所述夹层材料的制备材料为水泥基灌浆材料、纤维增强灌浆材料、结构胶、高性能混凝土、高强混凝土、普通混凝土或再生混凝土中的一种或多种。这些材料容易获得，成本低廉。下面介绍本方案的带夹层的钢管约束的圆钢管混凝土构件的安装方法，该方法包括以下步骤：步骤A：定位步骤，所述定位步骤系按设计将核心组件和外层组件进行定位，所述核心组件系圆柱体结构；步骤B：浇筑步骤，所述浇筑步骤系将内层材料灌注进入所述核心组件、将夹层材料灌注进入所述外层组件和核心组件之间；步骤C：养护步骤，所述养护步骤系对步骤B获得的产品进行养护。本专利技术的进一步技术方案是，所述步骤A包括以下分步骤：步骤A1：制作组件步骤，所述制作组件步骤系按设计长度截取矩形核心组件和外层组件，或按设计要求选取板材卷曲焊接形成圆形外层组件和核心组件；步骤A2：组件固定步骤，在所述核心组件和所述外层组件的端部插入固定件，所述固定件系圆环形钢板，所述固定件中间设有圆的镂空，所述镂空形状与所述核心组件的外表面相同，所述固定件的外径与所述外层组件的外径相同，所述固定件与所述外层组件点焊相连。通过固定件保证核心组件和外层组件之间的位置，确保两者能够同心。本专利技术的进一步技术方案是：所述步骤B包括以下分步骤：步骤B1：内层材料浇筑步骤，所述内层材料浇筑步骤系将混凝土按照设计配比制备内层材料，对与夹层材料4接触的固定件5的表面铺设聚乙烯薄膜并涂抹机油；然后将所述内层材料灌注至所述核心组件内部，并充分振捣至所述内层材料达到密实；步骤B2：夹层材料浇筑步骤，所述夹层材料浇筑步骤系按照设计配比制备夹层材料，将所述内层材料灌注至所述核心组件和所述外层组件之间，并充分振捣至所述内层材料达到密实。所述步骤C包括以下分步骤：步骤C1：对浇筑完成的试件进行养护；步骤C2：取下步骤A2中用到的固定件。本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：（1）外层圆钢套管不承担纵向荷载，对核心圆形钢管混凝土构件的钢管及核心混本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带夹层的钢管约束的圆钢管混凝土构件，其特征在于：由空心柱体结构的核心组件和空心柱体结构的外层组件嵌套组成，所述外层组件与所述核心组件之间填充有夹层材料；所述核心组件内部填充有内层材料；所述核心组件和所述外层组件的横截面图形均为中心对称图形；所述核心组件和所述外层组件的横截面的对称中心重合；所述外层组件的内壁宽度大于所述核心组件的外壁宽度且两者不相互接触；所述外层组件的长度小于所述核心组件；所述夹层材料长度与所述外层组件相同；所述内层材料长度与所述核心组件相同；所述核心组件为空心圆柱体结构。

【技术特征摘要】
1.一种带夹层的钢管约束的圆钢管混凝土构件，其特征在于：由空心柱体结构的核心组件和空心柱体结构的外层组件嵌套组成，所述外层组件与所述核心组件之间填充有夹层材料；所述核心组件内部填充有内层材料；所述核心组件和所述外层组件的横截面图形均为中心对称图形；所述核心组件和所述外层组件的横截面的对称中心重合；所述外层组件的内壁宽度大于所述核心组件的外壁宽度且两者不相互接触；所述外层组件的长度小于所述核心组件；所述夹层材料长度与所述外层组件相同；所述内层材料长度与所述核心组件相同；所述核心组件为空心圆柱体结构。2.根据权利要求1所述的带夹层的钢管约束的圆钢管混凝土构件，其特征在于：所述外层组件为空心圆柱体结构。3.根据权利要求1-2中任一所述的带夹层的钢管约束的圆钢管混凝土构件，其特征在于：所述夹层材料的制备材料为水泥基灌浆材料、纤维增强灌浆材料、结构胶、高性能混凝土、高强混凝土、普通混凝土或再生混凝土中的一种或多种。4.根据权利要求1-2中任一所述的带夹层的钢管约束的圆钢管混凝土构件，其特征在于：所述核心组件和所述外层组件的制造材料为碳素钢、不锈钢和高强钢中的一种。5.根据权利要求1-2中任一所述的带夹层的钢管约束的圆钢管混凝土构件，其特征在于：所述内层材料的制备材料为高性能混凝土、高强混凝土、普通混凝土和再生混凝土中的一种或多种。6.一种带夹层的钢管约束的圆钢管混凝土构件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A：定位步骤，所述定位步骤系按设计将核心组件和外层组件进行定位，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张素梅，周绪红，郭兰慧，陈杰，王玉银，石宇，杨华，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44