不锈钢薄管内置功能可恢复钢构再生混凝土矩形截面短柱制造技术

本发明专利技术公开了不锈钢薄管内置功能可恢复钢构再生混凝土矩形截面短柱，用于盐雾环境下建筑底部柱及桥墩柱。柱截面外围为焊接方形环状肋板的薄不锈圆管，不锈方管腔体内设置钢筋笼，钢筋笼内设置由4根钢管超高强混凝土竖杆和H型钢斜杆焊接而成的空间桁架，仅在空间桁架竖杆钢管底部5倍竖杆直径范围不焊接栓钉，反复地震作用下该范围的竖杆应变近乎相等，钢构桁架竖杆处于变形可恢复的弹性状态，克服了由于柱子底部截面弯矩最大致使该截面钢构桁架竖杆屈服的弊端。带方形环肋的不锈钢方管与方形钢筋笼对再生混凝土和钢构桁架具有双重约束作用。本发明专利技术的柱具有抗氯离子腐蚀、利用生态混凝土、高效受力、震后功能可恢复、耐久性好的综合技术优势。好的综合技术优势。好的综合技术优势。

【技术实现步骤摘要】
不锈钢薄管内置功能可恢复钢构再生混凝土矩形截面短柱


[0001]本专利技术涉及不锈钢薄方管内置功能可恢复钢构再生混凝土方形截面柱，属于组合结构工程


技术介绍

[0002]建筑物结构高层与超高层结构的结构柱不仅需要承担建筑竖向重量，还是结构的主要抗侧力构件，在地震等外力作用下其常处于弯、剪、扭复杂应力状态。因此，高层与超高层结构柱的竖向承重能力、抗震性能以及耐候性能对结构的正常使用性能、地震安全性以及全寿命周期的使用及维护成本具有显著影响。与此同时，建筑垃圾排放量呈逐年增长趋势，我国跨海大桥等重大工程采用的钢
‑
混凝土组合柱(桥墩柱)处于海洋环境，应具有抗氯离子腐蚀侵蚀、承受强风荷载、抵御地震作用的功能。处于海边的高层建筑结构柱子和跨海大桥的桥墩柱，不仅需要具有足够的抗强风和地震的力学性能，而且均需具有抗氯离子侵蚀的耐久性。
[0003]目前技术瓶颈问题：(1)传统组合结构中柱构件多采用钢管混凝土柱或型钢混凝土柱。对于钢管混凝土柱，尤其是方钢管混凝土柱，随着核心混凝土强度的提高或面积的增大，钢管对核心混凝土的约束能力相对下降，无法显著提高构件的变形能力，且普通碳素钢耐氯离子腐蚀的能力较弱；(2)传统钢
‑
混凝土组合柱多采用碳素钢管混凝土柱或者采用内置H型钢或十字型钢的型钢混凝土柱，对于柱子方截面边长达到2000mm及以上时，采用内置H型钢或十字型钢的型钢混凝土柱对钢材力学性能的利用不够充分，因此改为内置分离式钢构，显见分离式钢构之间缺少相互联系且空间受力优势不足；(3)目前传统的钢
‑
混凝土组合结构柱，通过合理设计虽能达到抗震设防要求，但由于柱在地震作用过程中其内置型钢屈服，使得柱子内置型钢震后难以恢复其功能；(4)目前采用再生粗骨料的C60高强再生混凝土制备技术已成熟，但在结构柱子中的应用尚少，亟需推进钢
‑
再生混凝土组合结构柱的工程应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出了不锈钢薄方管内置功能可恢复钢构再生混凝土方形截面柱，柱外围的不锈钢管具有良好的抗腐蚀能力，可用于盐雾环境下高层建筑柱子的底部区域及桥墩柱。为解决上述背景问题，本专利技术的技术目的在于提出了不锈钢薄方管内置功能可恢复钢构再生混凝土方形截面柱，通过该方案提高抗腐蚀、整体受力性能、震后恢复性能、钢
‑
再生混凝土一体化性能的等特性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种不锈钢薄管内置功能可恢复钢构再生混凝土矩形截面短柱，包括不锈钢薄方管(1)、方形环状肋板(2)、方形箍筋(3)、纵向钢筋(4)、空间桁架钢构的钢管超高强混凝土竖杆(5)、栓钉(6)、H型钢斜杆(7)和高强再生混凝土(8)。
[0007]所述的不锈钢薄方管(1)内侧焊接有方形环状肋板(2)，不锈钢薄方管(1)与方形
环状肋板(2)焊接形成内部带肋方形薄壁不锈钢管；方形箍筋(3)与纵向钢筋(4)沿横向与纵向布置，并焊接形成方形钢筋笼；四根钢管超高强混凝土竖杆(5)竖直平行布置于截面为矩形的角部，且四根钢管超高强混凝土竖杆(5)之间由空间桁架钢构的H型钢斜杆(7)焊接连接连接，所述的钢管超高强混凝土竖杆上焊接有栓钉(6)，由钢管超高强混凝土竖杆(5)、栓钉(6)和H型钢斜杆(7)焊接组成功能可恢复空间桁架钢构。功能可恢复空间桁架钢构设置于方形钢筋笼中，方形钢筋笼设置于内部带肋方形薄壁不锈钢管中，浇筑高强再生混凝土(8)形成一体结构。
[0008]进一步地，所述的不锈钢薄方管(1)，是指用柱子截面宽度不小于2000mm的壁厚不大于5mm的圆不锈钢方管，不锈钢薄管具有防止盐雾环境下氯离子对柱子截面内部的侵蚀、强化对混凝土约束提升柱子受力性能的作用，兼具灌注高强再生混凝土的模板功能。
[0009]进一步地，所述的方形环状肋板(2)，是指焊接在不锈钢薄方管内部的方形环状碳素钢板加劲肋，方形环状碳素钢板加劲肋截面的厚度10mm、高度50mm，方形环状碳素钢板加劲肋既可保证薄不锈钢薄方管的几何形状，又可强化不锈钢薄管与高强再生混凝土的咬合作用，还能够加强对高强再生混凝土的约束。
[0010]进一步地，所述的方形箍筋(3)和纵向钢筋(4)，分别由直径14mm方形箍筋和直径20mm的纵向筋通过焊接形成方形钢筋笼。方形钢筋笼位于不锈钢薄管方形环状肋板(2)的内侧，方形钢筋笼的箍筋的净保护层为20mm，方形钢筋笼对高强再生混凝土有较强的约束作用，可以提高再生混凝土的变形能力。焊接方形环状肋板的不锈钢薄方管和钢筋笼对高强再生混凝土有双重约束作用，显著提高柱子受力性能。
[0011]进一步地，所述的空间桁架钢构的钢管超高强混凝土竖杆(5)，为不锈钢管腔体内正方形角点布位的四根灌注C100超高强普通混凝土的方形碳素钢管，圆形碳素钢管截面宽度为薄壁不锈钢方管直径的1/6
‑
1/10，圆形碳素钢管近不锈钢管的表面距不锈钢管的距离不小于150mm。
[0012]进一步地，所述栓钉(6)，在功能可恢复空间桁架钢构伸入连接基础部分的钢管超高强混凝土竖杆(5)周边焊接，将钢管超高强混凝土竖杆(5)与连接基础部分进行牢固锚接，钢管超高强混凝土竖杆(5)从基础部分的表面至5倍钢管超高强混凝土竖杆(5)截面宽度范围的钢管超高强混凝土竖杆(5)周边不焊接栓钉，从钢管超高强混凝土竖杆(5)不焊接栓钉位置向上的钢管超高强混凝土竖杆(5)周边焊接栓钉；由于基础表面至5倍钢管超高强混凝土竖杆(5)截面宽度范围的竖杆周边不焊接栓钉，可使得柱在反复地震作用下该范围的竖杆钢管受拉、受压应变近乎相等，钢构桁架竖杆处于变形可恢复的弹性阶段，克服了由于柱子基础表面弯矩最大致使的基础表面位置竖杆钢管屈服的弊端。
[0013]进一步地，所述的H型钢斜杆(7)为桁架斜支撑H型钢杆件，桁架斜支撑H型钢杆件两端与小截面钢管混凝土柱焊接，斜撑杆与水平线夹角为45
°
～60
°
。H型钢斜撑杆翼缘开口为上、下方向，即翼缘竖向放置，腹板水平放置，高强再生混凝土可以约束H型钢斜撑翼缘与腹板的屈曲，充分利用钢材的强度。
[0014]进一步地，所述的高强再生混凝土(8)，为再生粗骨料取代率为小于50％的强度等级不小于C60的再生混凝土。
[0015]本专利技术涉及不锈钢薄方管内置功能可恢复钢构再生混凝土方形截面柱，其具体作法如下：
[0016]第一步：工厂加工薄壁不锈钢方管、方形环状肋板、方形钢筋笼、钢构空间桁架竖杆钢管及H型钢斜杆、焊接钢构空间桁架竖杆钢管表面的栓钉。
[0017]第二步：将方形环状肋板与薄壁不锈钢方管内侧焊接。
[0018]第三步：将钢构空间桁架的竖杆钢管与H型钢斜杆焊接。
[0019]第四步：将钢筋笼置于不锈钢管腔体内、钢构空间钢桁架置于钢筋笼内并定位。
[0020]第五步：在钢构桁架竖杆钢管内灌注C100超高强混凝土，在薄壁不锈钢管内灌注C60高强再生混凝土本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.不锈钢薄管内置功能可恢复钢构再生混凝土矩形截面短柱，其特征在于：包括不锈钢薄方管(1)、方形环状肋板(2)、方形箍筋(3)、纵向钢筋(4)、空间桁架钢构的钢管超高强混凝土竖杆(5)、栓钉(6)、H型钢斜杆(7)和高强再生混凝土(8)；所述的不锈钢薄方管(1)内侧焊接有方形环状肋板(2)，不锈钢薄方管(1)与方形环状肋板(2)焊接形成内部带肋方形薄壁不锈钢管；方形箍筋(3)与纵向钢筋(4)沿横向与纵向布置，并焊接形成方形钢筋笼；四根钢管超高强混凝土竖杆(5)竖直平行布置于截面为矩形的角部，且四根钢管超高强混凝土竖杆(5)之间由空间桁架钢构的H型钢斜杆(7)焊接连接连接，所述的钢管超高强混凝土竖杆上焊接有栓钉(6)，由钢管超高强混凝土竖杆(5)、栓钉(6)和H型钢斜杆(7)焊接组成功能可恢复空间桁架钢构；功能可恢复空间桁架钢构设置于方形钢筋笼中，方形钢筋笼设置于内部带肋方形薄壁不锈钢管中，浇筑高强再生混凝土(8)形成一体结构。2.根据权利要求1所述的不锈钢薄管内置功能可恢复钢构再生混凝土矩形截面短柱，其特征在于：所述的不锈钢薄方管(1)，是指用柱子截面宽度不小于2000mm的壁厚不大于5mm的圆不锈钢方管，不锈钢薄管具有防止盐雾环境下氯离子对柱子截面内部的侵蚀、强化对混凝土约束提升柱子受力性能的作用，兼具灌注高强再生混凝土的模板功能。3.根据权利要求1所述的不锈钢薄管内置功能可恢复钢构再生混凝土矩形截面短柱，其特征在于：所述的方形环状肋板(2)，是指焊接在不锈钢薄方管内部的方形环状碳素钢板加劲肋，方形环状碳素钢板加劲肋截面的厚度10mm、高度50mm，方形环状碳素钢板加劲肋既可保证薄不锈钢薄方管的几何形状，又强化不锈钢薄管与高强再生混凝土的咬合作用，还能够加强对高强再生混凝土的约束。4.根据权利要求1所述的不锈钢薄管内置功能可恢复钢构再生混凝土矩形截面短柱，其特征在于：所述的方形箍筋(3)和纵向钢筋(4)，分别由直径14mm方形箍筋和直径20mm的纵向筋通过焊接形成方形钢筋笼；方形钢筋笼位于不锈钢薄管方形环状肋板(2)的内侧，方形钢筋笼的箍筋的净保护层为20mm。5.根据权利要求1所述的不锈钢薄管内置功能可恢复钢构再生混凝土矩形截面短柱，其特征在于：所述的空间桁架钢构的钢管超高强混凝土竖杆(5)，为不锈...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨兆源，曹万林，董宏英，张建伟，刘亦斌，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：