專利名稱:四束狀超高性能混凝土約束普通混凝土矩形柱的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種四束狀超高性能混凝土約束普通混凝土矩形柱，包括矩形截面混凝土柱，混凝土柱的柱體骨架包括包覆在柱身外的外包板和分隔柱截面內(nèi)部空間的內(nèi)隔板，柱體骨架由超高性能混凝土(UHPC)澆筑成型外包板和內(nèi)隔板將矩形柱截面分割成四個(gè)大小相同的且獨(dú)立的束狀矩形單元體，形成四個(gè)束狀的獨(dú)立分體柱；各分體柱內(nèi)可澆筑普通強(qiáng)度等級(jí)的混凝土及配置構(gòu)造需求的鋼筋籠骨架。本實(shí)用新型充分利用混凝土自約束功能，取代鋼材對(duì)混凝土的外包約束作用，節(jié)約鋼材并降低造價(jià)；基于UHPC優(yōu)良的密實(shí)性、可澆筑性以及高強(qiáng)度，截面分區(qū)后的四束狀能顯著提高混凝土柱的承載能力和耐久性能，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、材料新穎、性能優(yōu)越、適應(yīng)建筑工業(yè)化生產(chǎn)等特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
四束狀超高性能混凝土約束普通混凝土矩形柱
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于建筑工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種四束狀超高性能混凝土約束普通混凝土矩形柱。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)柱作為一種量大面廣的豎向承重構(gòu)件，其在各類建筑工程和橋梁工程中發(fā)揮了重要作用。然而面對(duì)高速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)需求，全球普遍出現(xiàn)人口聚集區(qū)域化、城市用地緊張等局面，這就向城市規(guī)劃者和建設(shè)者提出了更為苛刻的要求，即如何在有限的生存環(huán)境下提高人居生活質(zhì)量并緊跟城市發(fā)展的步伐。因此，高層及超高層建筑、重載橋梁等重要生命線工程應(yīng)運(yùn)而生，這勢(shì)必對(duì)傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)柱產(chǎn)生巨大的沖擊，其主要為鋼筋混凝土柱的承載能力有限、抗震性能較差、耐久性能不良等缺陷，如此便限制了這類構(gòu)件在上述結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。
[0003]為了滿足結(jié)構(gòu)承載能力的需求，諸多增強(qiáng)型措施被用于鋼筋混凝土柱，這些措施主要包括提高混凝土強(qiáng)度(如采用高強(qiáng)混凝土)、增加含鋼率(如采用型鋼混凝土)以及使用約束混凝土 (如鋼管混凝土)等。高強(qiáng)混凝土雖然能提高柱本身的承載能力，但高強(qiáng)混凝土的脆性對(duì)結(jié)構(gòu)柱的抗震性能十分不利。當(dāng)然內(nèi)置的型鋼可以在這方面彌補(bǔ)高強(qiáng)混凝土的不足，然而另一個(gè)顯著問(wèn)題也隨之而來(lái)，即在柱內(nèi)布置較多的型鋼將導(dǎo)致施工階段混凝土的澆筑十分困難，不能保證混凝土的澆筑質(zhì)量。顯然，采用約束混凝土技術(shù)能更好地避免上述現(xiàn)象的產(chǎn)生，鋼管混凝土柱秉承了鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，但在鋼材使用量上則顯得不夠經(jīng)濟(jì)，且鋼管與混凝土之間容易出現(xiàn)粘脫等現(xiàn)象，其可削弱鋼管對(duì)混凝土的約束作用，組合效果變差。雖然相應(yīng)的構(gòu)造措施(如設(shè)置加勁肋和約束拉桿)也被提出來(lái)用于改善鋼管混凝土柱的性能，但是這些措施會(huì)對(duì)鋼管造成較大的損傷，并且加工成本也大幅度增加。此夕卜，外包的鋼管在鋼管混凝土柱后期防腐、防火處理上也極為繁瑣，若處理不當(dāng)，則十分不利于結(jié)構(gòu)的耐久性能和防火性能。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工便捷、性能優(yōu)良、經(jīng)濟(jì)節(jié)約的四束狀超高性能混凝土約束普通混凝土矩形柱。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:四束狀超高性能混凝土約束普通混凝土柱，包括矩形截面混凝土柱，矩形截面混凝土柱的柱體骨架包括包覆在柱外的外包板和分隔柱截面內(nèi)部空間的內(nèi)隔板，柱體骨架由超高性能混凝土澆筑成型，且構(gòu)成骨架的外包板和內(nèi)隔板相互貫通連接;外包板和內(nèi)隔板將矩形柱截面分割成四個(gè)大小相同的矩形獨(dú)立單元體，形成四個(gè)束狀的獨(dú)立分體柱。
[0006]內(nèi)隔板有兩道，分別位于矩形截面柱的正交中軸線上，并分別垂直于兩個(gè)方向的柱外包板。
[0007]在每個(gè)單元體內(nèi)放置鋼筋籠骨架，并采用普通混凝土將各單元體澆筑密實(shí)。
[0008]鋼筋籠骨架為矩形，由縱向鋼筋和水平箍筋綁扎而成。
[0009]針對(duì)現(xiàn)有鋼筋混凝土柱存在的不足，發(fā)明人設(shè)計(jì)了一種四束狀超高性能混凝土約束普通混凝土柱，包括矩形截面混凝土柱，矩形截面混凝土柱的柱體骨架包括包覆在柱外的外包板和分隔柱截面內(nèi)部空間的內(nèi)隔板，柱體骨架由超高性能混凝土澆筑成型；外包板和內(nèi)隔板將矩形柱截面分割成四個(gè)大小相同的矩形獨(dú)立單元體，形成四個(gè)束狀的獨(dú)立分體柱。
[0010]本實(shí)用新型通過(guò)三方面實(shí)現(xiàn)了鋼筋混凝土柱承載能力的大幅度提高:
[0011]〈1>使用高致密性和高強(qiáng)度的超高性能混凝土作為混凝土柱的外包板和內(nèi)隔板，形成對(duì)內(nèi)部普通混凝土的約束骨架，而這兩個(gè)“高”恰恰促使了超高性能混凝土可取代傳統(tǒng)鋼管對(duì)混凝土的約束材料，克服了外包鋼管抗腐蝕性差、抗火性不良等缺陷，也有利于節(jié)約鋼材并降低工程造價(jià)和后期維護(hù)所需的費(fèi)用。
[0012]〈2>超高性能混凝土沿襲了混凝土可澆注性的特點(diǎn)，將其作為內(nèi)隔板將矩形柱的內(nèi)部空間進(jìn)行分區(qū)，形成四個(gè)束狀的獨(dú)立分體柱，更小的柱體截面可發(fā)揮約束緊致的作用，有利于對(duì)混凝土材料更強(qiáng)的約束效應(yīng);通過(guò)在正交兩個(gè)方向設(shè)置內(nèi)隔板，并將矩形截面均分為四等份，有利于柱截面均勻受力，發(fā)揮材料的承壓能力。
[0013]〈3>在各束獨(dú)立分體柱內(nèi)可配置多種類型的加強(qiáng)措施，如鋼筋籠骨架、型鋼骨架、鋼管、PVC管以及高強(qiáng)混凝土等，方便滿足不同承載力需求的混凝土柱設(shè)計(jì)形式。
[0014]總之，本實(shí)用新型充分利用混凝土自約束功能(超高性能混凝土約束普通混凝土)，充分發(fā)揮混凝土材料間橫向變形系數(shù)相近的特色，以此取代鋼材對(duì)混凝土的外包約束作用，節(jié)約鋼材并降低造價(jià);基于超高性能混凝土優(yōu)良的密實(shí)性、可澆筑性以及高強(qiáng)度，多束狀能顯著提高矩形柱的承載能力和耐久性能，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、材料新穎、性能優(yōu)越等特點(diǎn)。此外，通過(guò)預(yù)制超高性能混凝土柱體骨架可實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化的要求，同時(shí)輕薄高強(qiáng)的超高性能混凝土有利于機(jī)械化吊裝，能有效加快施工進(jìn)度。
【附圖說(shuō)明】

[0015]圖1是本實(shí)用新型四束狀超高性能混凝土約束普通混凝土柱柱體骨架示意圖。
[0016]圖2是本實(shí)用新型四束狀超高性能混凝土約束普通混凝土柱空間立體示意圖。
[0017]圖1和圖2中:I內(nèi)隔板一，2內(nèi)隔板二，3外包板，4縱向鋼筋，5水平箍筋，6普通混凝土。
【具體實(shí)施方式】
[0018]基本結(jié)構(gòu)
[0019]如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型的四束狀超高性能混凝土約束普通混凝土柱，包括矩形截面混凝土柱，矩形截面混凝土柱的柱體骨架包括包覆在柱外的外包板和分隔柱截面內(nèi)部空間的內(nèi)隔板，柱體骨架是由超高性能混凝土一次性澆筑成型的預(yù)制構(gòu)件，且構(gòu)成骨架的外包板和內(nèi)隔板相互貫通連接;在矩形柱截面正交兩個(gè)方向的中軸線上設(shè)置兩道內(nèi)隔板，分別垂直于各邊外包板;外包板和內(nèi)隔板將矩形柱截面分割成四個(gè)大小相同的矩形獨(dú)立單元體，形成四個(gè)束狀的獨(dú)立分體柱。在每個(gè)單元體內(nèi)放置適度配筋的鋼筋籠骨架，并采用普通混凝土將各單元體澆筑密實(shí)。
[0020]設(shè)計(jì)原理
[0021 ]如圖1所示，在矩形截面柱的柱體骨架中，內(nèi)隔板一和內(nèi)隔板二分別位于矩形截面柱兩正交中軸線上，并分別垂直于柱各邊的外包板，由此將大的矩形截面分割成四個(gè)更小的矩形截面，且四個(gè)小矩形截面的面積相等;通過(guò)在矩形截面柱體外部設(shè)置外包板，形成外包約束內(nèi)部的功能，并將內(nèi)隔板和外包板相互貫通成為一個(gè)整體骨架;通過(guò)對(duì)矩形骨架支模并向其內(nèi)澆筑超高性能混凝土，采用蒸汽養(yǎng)護(hù)后成型為矩形超高性能混凝土柱體骨架。該生產(chǎn)過(guò)程宜在較高規(guī)格的預(yù)制構(gòu)件廠進(jìn)行生產(chǎn)，保證構(gòu)件質(zhì)量。如圖2所示，在圖1柱體骨架的基礎(chǔ)上，根據(jù)需要通過(guò)配置相應(yīng)的縱向鋼筋和水平箍筋，并將由兩者綁扎而成的矩形鋼筋籠骨架放置于各束狀分體柱內(nèi)，進(jìn)一步增強(qiáng)矩形柱的承載能力;之后，向其內(nèi)空間澆筑普通混凝土，由此形成四束狀超高性能混凝土約束普通混凝土柱。
[0022]生產(chǎn)使用
[0023]I)首先在預(yù)制構(gòu)件廠支模形成如圖1所示的矩形柱柱體骨架，在柱截面正交兩個(gè)方向的中軸線上設(shè)置兩道內(nèi)隔板，分別垂直于各邊外包板，之后向外包板和內(nèi)隔板中澆筑超高性能混凝土并采用蒸汽養(yǎng)護(hù)成型；
[0024]2)將矩形超高性能混凝土柱體骨架吊裝至框架結(jié)構(gòu)中的特定位置，采用預(yù)埋連接件將柱體骨架與基礎(chǔ)或下部樓層進(jìn)行連接；
[0025]3)按照一定的規(guī)格綁扎矩形鋼筋籠骨架，該鋼筋籠骨架由分布于矩形截面四個(gè)角點(diǎn)的縱向鋼筋和一定箍筋間距的水平箍筋構(gòu)成；
[0026]4)將鋼筋籠骨架分別放入矩形柱柱體的各束分體柱內(nèi)，并向其中澆筑普通混凝土即得。
[0027]綜上所述，本實(shí)用新型應(yīng)用超高性能混凝土約束普通混凝土的四束狀矩形截面柱，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0028]I)對(duì)矩形截面分區(qū)后，每一個(gè)束狀單元可等效為一個(gè)分體柱，而各束狀分體柱又是通過(guò)外包和內(nèi)隔的超高性能混凝土薄板聯(lián)系在一起，即連體內(nèi)有分體，這樣便形成一個(gè)又獨(dú)立又統(tǒng)一的截面形式；
[0029]2)在各束狀截面內(nèi)，可采用多種措施用于提高矩形柱的承載能力，其內(nèi)的配置方式更加靈活，可為鋼筋籠骨架、型鋼骨架、鋼管、PVC管等，甚至在各分體柱僅采用普通混凝土或高強(qiáng)混凝土;若采用高強(qiáng)混凝土的增強(qiáng)方式，能有效克服高強(qiáng)混凝土所具有的脆性性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)優(yōu)組合；
[0030]3)超高性能混凝土 (UHPC)是一種高強(qiáng)度、高模量、高延性的超高性能纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料，UHPC還具有相當(dāng)高的致密性，抗?jié)B系數(shù)很高，水分基本不易透過(guò)UHPC進(jìn)入內(nèi)部普通混凝土。如果用UHPC代替普通混凝土結(jié)構(gòu)，通常可以采用較小的板厚，降低結(jié)構(gòu)自重，從而降低工程造價(jià)。因此以超高性能混凝土取代鋼管，一方面超高性能混凝土良好的密實(shí)性并不輸于鋼材，且其抗壓強(qiáng)度也遠(yuǎn)大于鋼材的強(qiáng)度，因此可節(jié)約鋼材并降低造價(jià)；另一方面能避免因鋼材銹蝕產(chǎn)生的耐久性能降低以及防火措施要求苛刻等后期維護(hù)所需要的人力、物力投入，實(shí)現(xiàn)一勞永逸的目的；
[0031]4)可將由超高性能混凝土澆筑而成的矩形柱柱體作為預(yù)制構(gòu)件在工廠實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化生產(chǎn)，保證超高性能混凝土的澆筑和養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，有利于節(jié)約綜合費(fèi)用；
[0032]5)超高性能混凝土擁有比普通混凝土更加優(yōu)越的抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和耐久性能，能顯著提高矩形柱的承載能力和耐腐蝕性，在極端環(huán)境下采用此類構(gòu)件也能保證其力學(xué)性能的發(fā)揮，對(duì)于實(shí)現(xiàn)混凝土自約束功能具有良好的應(yīng)用前景。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種四束狀超高性能混凝土約束普通混凝土矩形柱，包括矩形截面混凝土柱，其特征在于:所述矩形截面混凝土柱的柱體骨架包括包覆在柱外的外包板和分隔柱截面內(nèi)部空間的內(nèi)隔板，柱體骨架由超高性能混凝土澆筑成型，且構(gòu)成骨架的外包板和內(nèi)隔板相互貫通連接;所述外包板和內(nèi)隔板將矩形柱截面分割成四個(gè)大小相同的矩形獨(dú)立單元體，形成四個(gè)束狀的獨(dú)立分體柱。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四束狀超高性能混凝土約束普通混凝土矩形柱，其特征在于:所述內(nèi)隔板有兩道，分別位于矩形截面柱的正交中軸線上，并分別垂直于兩個(gè)方向的柱外包板。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四束狀超高性能混凝土約束普通混凝土矩形柱，其特征在于在每個(gè)所述單元體內(nèi)放置鋼筋籠骨架，并采用普通混凝土將各單元體澆筑密實(shí)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的四束狀超高性能混凝土約束普通混凝土矩形柱，其特征在于:所述鋼筋籠骨架為矩形，由縱向鋼筋和水平箍筋綁扎而成。
【文檔編號(hào)】E04C3/34GK205712740SQ201620346611
【公開(kāi)日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年4月22日
【發(fā)明人】徐金俊, 陳宗平, 陳宇良, 經(jīng)承貴, 陳俊睿
【申請(qǐng)人】廣西大學(xué)