钢管混凝土结构与应用技术制造技术

现有技术为在钢管内灌浇混凝土，其应用范围仅限于承受荷载较大，对压缩变形不太敏感的受压柱．现在技术认为钢管服从Ｖｏｎｍｉｓｅｓ屈服条件；钢管混凝土轴向受压柱工作机理的现有分析理论与计算方法均是以核心混凝土的承载能力被钢管中存在的紧箍力所强化，作为钢管混凝土轴向受压柱承载能力提高的主要因素来考虑的．本发明专利技术以力平衡场法提出了新方案，揭示出钢管在呈现屈服变形以后，压应力与拉应力的发展并不符合Ｖｏｎｍｉｓｅｓ屈服条件，因而为钢管混凝土结构应用的扩展提供了技术条件．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钢管混凝土结构与应用技术。钢管混凝土结构的现有技术为在钢管内灌注混凝土，其应用范围仅限于承受荷载较大、对压缩变形不太敏感的、单层及低层数受压柱或单独式结构物，现有技术认为钢管服从VonMises屈服条件，其分析理论与计算方法均是以核心混凝土的承载能力被钢管中存在的紧箍力所强化，作为钢管混凝土轴向受压柱承载能力提高的主要因素来考虑的;现有技术对钢管混凝土受压杆件的极限承载能力取值偏高。对于不同含钢率以及具有不同标号核心混凝土的钢管混凝土杆件不具备相等、同一的标准，稳定计算中的承载能力曲线不连续;现有技术不能够明确区分钢管混凝土各工作阶段的应力组成，对承载能力组成分析不明确;现有技术尚未提出关于压缩变形的可行计算方法。详见建筑结构学报1卷1期、3卷1期、5卷6期。本专利技术的目的在于提供一种新型建筑结构，以便大量地节约钢材，加快工程施工进度，并取得最优的经济效益。本专利技术的特征在于1.提出了力平衡场假设钢管混凝土轴向受压柱承受荷载时，核心混凝土在三向受力状态下工作，钢管则在二向受力状态下工作。核心混凝土在轴向压力作用下不仅产生轴向压缩变形，而且还产生横向变形。由于混凝土的泊桑比v′c的增长速度大于钢管的泊桑比v′a的增长速度，且当v′c＞v′a时，迫使钢管在轴向产生压缩变形的同时，在环向也产生了拉伸变形。变形是荷载效应的结果，同时变形也迫使结构产生相对应的抗力。因此在结构内部构成了各内力的平衡状态;在垂直于轴向的任意截面上构成了内力与外力的平衡状态，亦即构成力的平衡场。因此我们也可以假设每个任意与轴向相垂直的截面中，都存在着力平衡场。结构的破坏，即力平衡场的破坏。2.关于主力场分阶段出现的假设在钢管混凝土柱中，有三种形式的力平衡场(以下简称力场)，即轴向力场，以“1”表示;环向力场，以“2”表示，及荷载效应力场以“3”表示。这三种力场在不同的应力阶段，随着横向变形系数曲线斜率的改变，分别表现为主场与次场，组成共同的结构抗力，并同时存在于与钢管混凝土杆件轴向相垂直的任意截面之中。3.本专利技术提出了荷载效应力场假设荷载效应力场即自应力力场。钢管混凝土轴向受压杆件在外部压力作用下，钢管与核心混凝土在产生轴向压缩变形ε’ac-1的同时，也存在着νε’ac-1的横向变形。因此钢管在环向力场内产生相似于预压应力的效果，即荷载效力场，并具有承载能力。这一承载能力主要存在于ν’ac≤0.4及ν’ac＞1.0这样两个承载能力阶段。ν’ac≤0.4是轴向力场为主力场的阶段，νε’ac-1随ε’ac-1的增大而增大，其产生的自应力处于集蓄增长阶段。因此可以在环向力场形成新的承载能力。当ν’ac＝0.5时，钢管所表现出的塑性状态，是由于环向变形影响的结果，此时环向力场上升为主力场，不能够形成新的荷载效应力场。当ν’ac＞1.0且轴向力场与环向力场的压应力与拉应力都达到屈服应力fy后，钢管的轴向力场及环向力场都不再具有继续增长的承载能力，并且在原来外部荷载的作用下将产生较大的塑性压缩变形ε’a-1，与此同时也存在着一个较大的νε’a-1值的增量，并且形成新的荷载效应力场。钢管混凝土轴向受压柱也就表现出平缓上升的承载能力曲线，这一承载能力与含钢率及屈服应力的大小成正比。4.本专利技术对“混凝土应力-应变全曲线的试验研究”一文提出了两点推论(参见图-1)①当ν’ac＝0.5时，无论低标号混凝土或高标号混凝土以及水泥砂浆，核心混凝土(及砂浆)必然产生裂缝。因此核心混凝土承载能力的继续提高将受到限制。②当ν’ac＝0.5时，即核心混凝土的细微裂缝开始出现时，在核心混凝土部分存在的压应力σc＝0.7R20，相当于棱柱强度值。这也就确定了变形特征点ν’ac＝0.5时，核心混凝土的实际存在的压应力数值。当ν’ac＜0.5时，核心混凝土的视体积按(1-ε+2νε)缩小。当ν’ac＝0.5时，核心混凝土的视体积按(1-ε+2νε)恢复到未承受外部荷载时的初始状态。这种体积的变化，是由于核心混凝土的应力已达到棱柱强度，并已产生细微裂缝的结果。当ν’ac＞0.5时，核心混凝土的视体积按(1-ε+2νε)增大。这是随着荷载的增大，核心混凝土本身裂缝充分发展、扩大所形成的。根据全曲线的试验研究，无约束的棱柱体混凝土，当ν’c＞0.5时，承载能力明显下降。但是由于钢管环向力场的存在，形成对核心混凝土的弹性约束，限制了核心混凝土承载能力的下降。5.本专利技术通过对“钢管混凝土基本力学性能的研究”一文的探讨及对文内所载Z-78-119组试件的荷载、应变、横向变形系数曲线的分析，进一步揭示了钢管在双向压一拉应力作用下的应力、应变关系。当ν’ac＝0.5时，钢管在轴向开始进入变形屈服状态，并服从Von Mises屈服条件，但并不是应力屈服条件。此后随着荷载的增长，轴向压应力和环向拉应力可分别达到屈服应力fy。在ν’ac＝0.5～1.0这一阶段，应力与应变仍服从虎克定律。6.钢管混凝土轴向受压柱的计算公式①钢管混凝土轴向受压柱各阶段承载能力的分析钢管混凝土轴向受压柱的典型荷载，应变、横向变形系数曲线表明(参见图-2，附表)，当ν’ac＞1.0以后，钢管混凝土轴向受压柱呈塑性工作状态。当ν’ac＝1.0时，ε’ac-1＝2500×10-6;εac-2＝1400×10-6。其轴向压应变值已超出我们在实际工程中采用的钢结构，钢筋混凝土结构以及砖石结构的压应变数值。且ν’ac＝1.0时，σa-1＝f’y，σa-2≈fy，因此钢管混凝土轴向受压柱各阶段承载能力的计算分析，主要是讨论ν’ac≤1.0这一区段的承载能力。钢管混凝土轴向受压柱在承受荷载时，轴向力场及环向力场，始终都存在着相互影响。横向变形系数ν’ac＝0.9～1.0这一区段，钢管混凝土轴向受压柱属于弹塑性工作阶段，因其塑性应变还不太大，为了简化计算，在ν’ac＝0.3～1.0这一区段，均按弹性工作阶段计算分析承载能力。仅在ν’ac＝1.0时，作一些承载能力计算数值的调整。各阶段计算承载能力公式如下N＝Na-1+Na-2+Na-3+Nc-1Na-1＝σa-1AaNa-2＝ (σa-2·2t)/(D0) AcNa-3＝ (σa-3·2t)/(D0) AcNc-1＝σc-1Ac当ν’ac＝0.5时，σc-1＝0.7RNc-1＝0.7RAc附钢管混凝土轴向受压柱各阶段计算承载能力N组成分析表(附表)通过以上计算分析表明钢管混凝土轴向受压柱承载能力提高的主要因素是由于核心混凝土的钢管中开辟了环向力场，以及荷载效应力场的存在。从而充分发挥和利用了钢管这一匀质高强材料的双向强度而形成的组合承载能力。②钢管混凝土轴向受压柱计算极限承载能力的确定通过对钢管混凝土轴向受压柱承载能力组成的分析，表明钢管混凝土轴向受压柱在承受荷载的过程中，钢管在轴向和环向力场内均可达到屈服应力，在这以后的受荷过程将产生较大的塑性变形。因此应以屈服应力的出现作为计算极限承载能力的特征。承载能力组成分析表也同样进一步证明对于“混凝土应力-应变全曲线的试验研究”一文所提出的两点推论是正确的。因此钢管混凝土轴向受压柱的计算极限承载能力可按下式求算。Nu＝fyAa+ (fy·2t)/(D0) Ac+0.7RAc对于Z-78-119组试件fy＝8050kgf本文档来自技高网...

【技术保护点】
钢管混凝土结构的现有技术是在钢管内灌注混凝土；其应用范围仅限于承受荷载较大，对压缩变形不太敏感的部分受压柱，如桥墩、单层工业厂房柱、高炉平台框架柱、三层以下工业厂房框架柱、七层以下公共建筑框架柱、地下铁道车站柱及输电塔一类结构。本专利技术的特征是：在钢管内灌注混凝土，也可以灌注高标号水泥砂浆；其应用范围是可以应用于各种不同结构的受压杆件以及小偏心受压杆件，因而为钢管混凝土结构的扩展提供了技术条件。一种钢管混凝土桁架（屋架）结构：有相平行或不相平行的上弦和下弦、其腹杆为斜杆或竖直杆。上弦和全部受压或部分受压腹杆采用钢管并在其中浇注混凝土；下弦可采用钢管也可采用预应力钢管混凝土杆件；也可以在整榀屋架组装完成之后再施加预应力。钢管混凝土杆件也可以预制。

【技术特征摘要】
1.钢管混凝土结构的现有技术是在钢管内灌注混凝土；其应用范围仅限于承受荷载较大，对压缩变形不太敏感的部分受压柱，如桥墩、单层工业厂房柱、高炉平台框架柱、三层以下工业厂房框架柱、七层以下公共建筑框架柱、地下铁道车站柱及输电塔一类结构。本发明的特征是在钢管内灌注混凝土、也可以灌注高标号水泥砂浆；其应用范围是可以应用于各种不同结构的受压杆件以及小偏心受压杆件，因而为钢管混凝土结构的扩展提供了技术条件。一种钢管混凝土桁架(屋架)结构有相平行或不相平行的上弦和下弦、其腹杆为斜杆或竖直杆。上弦和全部受压或部分受压腹杆采用钢管并在其中浇注混凝土；下弦可采用钢管也可采用预应力钢管混凝土杆件；也可以在整榀屋架组装完成之后再施加预应力。钢管混凝土杆件也可以预制。2.如权项要求1所述，一种可为复盖大面积空间的结构、侧边敞开或不敞开的钢管混凝土网架结构;特征在于有相平行或不相平行的上弦和下弦，其全部或部分受压杆件为在钢管内灌柱混凝土或高标号水泥砂浆组成，下弦或部分受拉腹杆可采用钢管，并以钢质球节点相连接。3.如权项要求1所述，一种钢管混凝土拱架结构、穹窿状结构以及悬索结构的拱架和用于特殊结构的连拱结构;其特征在于弯曲的钢管内灌注混凝土而制成的无铰拱、三铰拱、和带有拉杆的双铰拱，以及各种环状受压杆件等等。4.如权项要求1所述，一种塔桅结构，其特征在于全部或部分受压杆件均在钢管内灌注混凝土或水泥砂浆构成，可以现制也可以预制然后在现场组装连接，其余杆件可采用角钢、型钢或钢管。5.如权项要求1所述，一种公路及铁路桥梁以及支撑管道的桥、城市行人过街桥。其特征在于有相平行或不相平行的上弦与下弦，或有弯曲的上弦，其上弦及全部或部分受压腹杆采用钢管并在其内灌注混凝土，下弦可采用钢管，也可采用预应力钢管混凝土杆件，其桥墩立柱可以采用钢管混凝土杆件。6.如权项要求1所述，一种钢管混凝土结构应用于地下人防工程、抗震工程及类似结构。其特征在于对承受该种类型荷载的受压杆件采用钢管混凝土杆件。并采用较小的长细比值和较高的含钢率。7.如权项要求1所述，一种20层以上框架结构的民用建...

【专利技术属性】
技术研发人员：王维奇，
申请(专利权)人：王维奇，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]