一种钢管约束超高性能混凝土柱新结构及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种钢管约束超高性能混凝土柱新结构及其制造方法，包括钢管及位于钢管内腔填充的柱状超高性能混凝土，所述柱状超高性能混凝土外壁与和钢管内壁贴合，柱状超高性能混凝土与钢管截面呈圆形且同心，本发明专利技术采用超高性能混凝土取代管内核心混凝土，不仅提高了混凝土柱截面的强度，显著增强截面的刚度，还具有耐久性、耐腐蚀性、自密性等一系列优越性能；钢管约束超高性能混凝土柱与以往钢管约束混凝土柱相比，承载力和刚度明显提高，进而可显著地减小结构截面及减轻结构自重，并有效地适应先进的泵送混凝土工艺，具有良好的应用前景和推广潜力。

A New Structure of Super High Performance Concrete Column Constrained by Steel Tube and Its Manufacturing Method

【技术实现步骤摘要】
一种钢管约束超高性能混凝土柱新结构及其制造方法
本专利技术涉及一种钢管约束超高性能混凝土柱新结构及其制造方法。
技术介绍
超高性能混凝土堪称耐久性最好的工程材料，经过适当配筋的超高性能混凝土的力学性能接近钢结构，同时，超高性能混凝土具有优良的耐磨、抗爆性能，在掺加一定量的微细钢纤维后，其延性能得到显著的提高，甚至可以达到普通混凝土延性的250倍，极限拉应变可达极限压应变的1%；超高性能混凝土在各种工程设施中有着广泛的应用前景，尤其是大跨径桥梁、抗爆结构（军事工程、银行金库等）和薄壁结构等；超高性能混凝土一般由水泥、硅灰、细砂、高效减水剂和钢纤维等材料组成，组分细度小、流动性好、自密性好；超高性能混凝土在制备和使用时，各原材料使用效率高，有利于减少材料用量和降低CO2的排放，具有节材、节能和减排的效果，符合现在社会可持续发展的主题，是新一代高价值、高潜力的结构和功能材料。钢管约束混凝土柱是在钢管内填充混凝土同时断开钢管，使其不直接承受纵向力的组合结构。钢管约束混凝土柱的外部钢管不能直接承受纵向承载力，仅对管内混凝土发挥约束作用使混凝土处于三向受压的应力状态，钢管对管内混凝土的约束作用较早发生且持续时间长，从而增强管内核心混凝土的强度。与钢管混凝土柱结构相比，钢管约束混凝土柱在继承了钢管混凝土柱结构承载力高、延性好的基础上，简化了节点区的施工，降低了设计难度，降低工程造价，有利于这一结构形式的推广。近年来，钢管约束混凝土柱结构因其优越性能在工程中得到各国的应用。然而钢管约束混凝土柱结构在实际工程的应用中仍然出现一些不足之处，具体如下说明：随着现在科学和技术的快速发展，越来越多高层建筑拔地而起，其对钢管约束混凝土柱的承载力和刚度要求也越来越高。如果通过增大核心混凝土截面面积来提升钢管约束混凝土柱的承载力和刚度，就会增大建筑使用空间的占用，不利于建筑平面的布置，也增加了施工难度。如果通过减小截面的径厚比来提升钢管约束混凝土的承载力和刚度就会提高钢管的用钢量，从而增大工程造价，以及不利于结构组合效应的优越性。目前钢管约束混凝土柱中所填的混凝土大部分自重大、强度低、刚度弱、易碎、耐腐蚀一般的普通混凝土，这些缺点影响和限制了钢管约束混凝土柱在大型结构中的应用。钢管约束混凝土柱结构中核心混凝土的自密实性差，结构在受荷过大时，其容易发生局部混凝土压溃破坏，不能更好的发挥材料的整体承载能力。在实际工程中，钢管约束混凝土柱结构的质量会由于核心普通混凝土含有大量粗骨料而影响其浇筑、养护的质量或由于核心混凝土在初凝后仍产生一定的收缩、徐变和温度变形等影响钢管与核心混凝土之间黏结效果，甚至出现脱空现象。因而，有必要改进一种新型的钢管约束混凝土柱结构，既能够提升结构的承载力和刚度，又不增加结构横截面的面积，减轻结构自重，还能增强结构的耐久性、耐腐蚀性、抗震性、抗爆性的性能。
技术实现思路
本专利技术对上述问题进行了改进，即本专利技术要解决的技术问题是现有的钢管约束混凝土柱结构由于核心普通混凝土含有大量粗骨料而影响其浇筑、养护的质量，现有的钢管约束混凝土柱结构中核心混凝土的自密实性差，其容易发生局部混凝土压溃破坏，不能更好的发挥材料的整体承载能力。本专利技术的具体实施方案是：一种钢管约束超高性能混凝土柱新结构，包括钢管及位于钢管内腔填充的柱状超高性能混凝土，所述柱状超高性能混凝土外壁与和钢管内壁贴合，柱状超高性能混凝土与与和钢管截面呈圆形且同心。进一步的，所述钢管外表面具有环形切割槽。进一步的，所述柱状超高性能混凝土的材料为超高性能混凝土。进一步的，所述柱状超高性能混凝土内掺有钢纤维。本专利技术还包括一种制造如上所述钢管约束超高性能混凝土柱新结构的方法，依据下列步骤：（1）超高性能混凝土按配合比进行制作，并灌入钢管管腔内；待超高性能混凝土初凝形成柱状超高性能混凝土；（2）对外部的钢管进行切割形成环形切割槽，环形切割槽使外部的钢管不直接承受纵向力，仅对管内柱状超高性能混凝土起约束作用。进一步的，步骤（1）中超高性能混凝内掺有钢纤维。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：相对于普通混凝土或高性能混凝土，超高性能混凝土具有更好的自密实性、超高的耐久性和超高的力学性能，在相同截面下，超高性能混凝土的弹性模量、抗压强度、整体性均得到巨大的提升，尤其弹性模量的提升，实现了结构刚度的提升。本专利技术优点在于：（1）采用超高性能混凝土取代管内核心混凝土，不仅提高了截面的强度，而且在不改变截面情况下，显著增强截面的刚度，还具有耐久性、耐腐蚀性、自密性等一系列优越性能；（2）采用钢管与超高性能混凝土的组合不仅为钢-混组合结构技术的发展增添了新的活力与研究思路，同时也是促进超高性能混凝土新兴材料发展的一个分支方向；钢管约束超高性能混凝土柱与以往钢管约束混凝土柱相比，承载力和刚度明显提高，进而可显著地减小结构截面及减轻结构自重，并有效地适应先进的泵送混凝土工艺，具有良好的应用前景和推广潜力。附图说明图1为本专利技术立体结构示意图。图2为本专利技术钢管约束超高性能混凝土柱横向截面示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细的说明。如图1～2所示，一种钢管约束超高性能混凝土柱新结构，包括钢管10及位于钢管内腔填充的柱状超高性能混凝土20，所述柱状超高性能混凝土外壁与和钢管内壁贴合，柱状超高性能混凝土与与和钢管截面呈圆形且同心。本专利技术中的钢管内腔的柱状超高性能混凝土20和外部钢管10的横截面均采用圆形，但在具体需求下，可参考本方案来制定核心柱状超高性能混凝土20和外部钢管10的截面形状。超高性能混凝土20取代传统管内普通混凝土来增强钢管约束超高性能混凝土柱的承载力和刚度，进而可显著地减小结构截面及减轻结构自重，可适用于大型建筑的所需要的承载力、刚度和使用空间。本实施例中，所述钢管长度小于柱状超高性能混凝土长度，所述柱状超高性能混凝土两端伸出钢管外侧。制造时，上述的超高性能混凝土按配合比进行制作，并灌入空钢管内；待超高性能混凝土20初凝形成柱状超高性能混凝土20后，对外部钢管10相应位置，并进行切割形成环形切割槽，环形切割槽使外部钢管10不直接承受纵向力，仅对管内柱状超高性能混凝土20起约束作用。由于对外部钢管10在指定位置进行钢管切割、去除等处理，因而，所述外部钢管10的长度小于所述柱状超高性能混凝土20，从而实现外部钢管10不直接承受纵向力；在实际工程中，钢管切割处往往作为梁柱节点处，便于施工。柱状超高性能混凝土的材料为超高性能混凝土，超高性能混凝土不仅具有超高的力学性能，而且堪称耐久性和自密性最好的工程材料，在经过适当配筋的超高性能混凝土的力学性能接近钢结构，同时，超高性能混凝土具有优良的耐磨和抗爆性能。本实施例中，所述柱状超高性能混凝土内掺有钢纤维，在掺入一定量的微细钢纤维后，其延性能得到显著的提高，甚至可以达到普通混凝土延性的250倍，极限拉应变可达极限压应变的1%；超高性能混凝土具有节材、节能和减排的效果，符合现在社会可持续发展的主题，是新一代高价值、高潜力的结构和功能材料。相对于钢管约束混凝土柱，钢管约束超高性能混凝土柱新结构既能满足大刚度、高承载力，又能充分利用钢管约束超高性能混凝土柱的耐久性、耐磨性、抗爆性等其他优点。钢管约束超高性能混凝土柱新本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钢管约束超高性能混凝土柱新结构，其特征在于，包括钢管及位于钢管内腔填充的柱状超高性能混凝土，所述柱状超高性能混凝土外壁与和钢管内壁贴合，柱状超高性能混凝土与钢管截面呈圆形且同心。

【技术特征摘要】
1.一种钢管约束超高性能混凝土柱新结构，其特征在于，包括钢管及位于钢管内腔填充的柱状超高性能混凝土，所述柱状超高性能混凝土外壁与和钢管内壁贴合，柱状超高性能混凝土与钢管截面呈圆形且同心。2.根据权利要求1所述的一种钢管约束超高性能混凝土柱新结构，其特征在于，所述钢管外表面具有环形切割槽。3.根据权利要求1或2所述的一种钢管约束超高性能混凝土柱新结构，其特征在于，所述柱状超高性能混凝土的材料为超高性能混凝土。4.根据权利要求1或2所述的一种钢管约束超高性能混凝土柱新结构，...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦建刚，陈钢，陈宝春，詹刚毅，陈荣，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35