專利名稱：外包預應力緊固式鋼管混凝土矩形柱或圓柱的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種混凝土柱結構，尤其是一種外包預應力緊固式鋼管混凝土矩形柱或 圓柱，屬于建筑結構的技術領域。
背景技術：
目前，對于高層建筑的鋼管混凝土柱子在制作時，通常先制作鋼管，然后往鋼管里澆灌 混凝土，這種柱子存在的問題是混凝土在高溫定形時會發(fā)生收縮，使混凝土與鋼管存在間隙 ，難以融為一體。對于現(xiàn)成建筑的加層，為增加柱子的強度、剛度，往往需要對柱子進行加 固，目前通常采用在現(xiàn)有的柱子外面包角鋼加綴板方式進行加固，這種方法很難保證鋼板與 原混凝土傳遞剪力共同工作，而只能考慮鋼構架與原混凝土分開承擔結構的強度和剛度，其 主要原因在于鋼板面與混凝土面之間無正壓力，即不能傳遞剪力，無共同工作的基本前提。 還有一種就是直接在現(xiàn)有的混凝土柱四周澆注鋼筋混凝土，使柱截面增大，若不采用植筋等 方法，仍然不能保證兩者共同工作，此加固方法俗稱"穿棉襖"，不但費工費時，施工難度 大，造價也偏高。

實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種外包預應力緊固式鋼管混凝土矩形柱 或圓柱的結構形式。該結構可將被加固的混凝土柱與外包鋼板通過預應力緊貼為一體，從而 共同工作提高混凝土柱的剛度和強度，滿足使用需求。
為解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案外包預應力緊固式鋼管混凝土矩 形柱。包括矩形的鋼筋混凝土柱，在矩形的鋼筋混凝土柱每一段的四角外表面包有4塊角鋼 狀鋼板，在角鋼狀鋼板之間裝有與角鋼狀鋼板等高的矩形鋼板；在鋼筋混凝土柱每一段的每 個表面有兩條豎直縫，豎直縫之間設有扭剪型高強螺栓支托架，在扭剪型高強螺栓支托架上 穿有扭剪型高強螺栓，每一段的角鋼狀鋼板和矩形鋼板按鋼筋混凝土柱的植筋位置開有孔， 并通過該孔掛在矩形鋼筋混凝土柱表面，矩形鋼板與角鋼狀鋼板之間用扭剪型高強螺栓固定 連接為一體。
所述的角鋼狀鋼板是L形的等肢角鋼型截面，矩形鋼板為一字型截面。 在矩形鋼板的外表層點焊有鋼絲網(wǎng)片，并刷有加防火粉的高標號水泥防火砂漿，其厚度 按防火等級確定。
外包預應力緊固式鋼管混凝土圓柱。包括圓形的鋼筋混凝土柱，在圓形的鋼筋混凝土柱 表面根據(jù)柱直徑的大小緊貼有4 8塊圓弧狀截面鋼板，圓弧狀截面鋼板根據(jù)柱高分為若干段 ，在接縫處端部設置有扭剪型高強螺栓支托架，在扭剪型高強螺栓支托架上穿有扭剪型高強 螺栓，每一段的圓弧狀截面鋼板按鋼筋混凝土柱的植筋位置開有孔，并通過該孔掛在鋼筋混 凝土柱表面，圓弧狀截面鋼板之間通過扭剪型高強螺栓固定連接為一體。
所述的圓弧狀截面鋼板是1/4圓弧形或1/8圓弧形截面。
在圓弧狀截面鋼板的外表層點焊有鋼絲網(wǎng)片，并刷有加防火粉的高標號水泥防火砂漿， 其厚度按防火等級確定。
與現(xiàn)有技術相比，本實用新型使用緊固鋼板外包在混凝土柱的表面，并采用扭剪型高強 度螺栓進行緊固連接，扭剪型高強度螺栓施加預應力的方法為用擰斷螺栓梅花頭切口處截面 來控制預應力數(shù)值，這種螺栓施加預應力簡單、準確。通過扭剪型高強度螺栓從四周向中間 產(chǎn)生擠壓力和預緊力，使被加固的混凝土柱表面與外包的緊固鋼板緊貼在一起，并產(chǎn)生正壓 力，通過接觸面的抗剪承載力，使兩者共同工作，不但加固效果好，施工難度小且省時、省 力、造價較低。它的基本原理是使外加于矩形或圓形鋼筋混凝土柱表面的緊固鋼板，通過扭 剪型高強螺栓擰緊后建立橫向預拉力，其合力作用于鋼筋混凝土柱表面，根據(jù)作用力等于反 作用力原理，鋼筋混凝土柱表面亦對緊固鋼板內(nèi)壁產(chǎn)生反作用力(正壓力)，從而使混凝土 表面與緊固鋼板內(nèi)側面具有與正壓力相應的摩擦力，即工程中的抗剪承載力，達到現(xiàn)行先有 鋼管再澆注混凝土的鋼管混凝土柱的受力效果。由于橫向預應力的存在，其力學效果比前者 更佳。在外包鋼板外側，利用植筋頭和扭剪型高強螺栓支托架作固定點，點焊鋼絲網(wǎng)片后， 再刷摻有防火粉的耐火砂漿，其厚度按防火等級確定。本實用新型主要應用于單層、多層與 高層框架柱因強度、剛度或軸壓比限值超限后的加固補強。


圖l是本實用新型外包預應力緊固式鋼管混凝土矩形柱的側面結構示意圖2是本實用新型外包預應力緊固式鋼管混凝土矩形柱的截面構造示意圖3是本實用新型外包預應力緊固式鋼管混凝土矩形柱表面作用力(橫向預應力)與反
作用力(柱對鋼板的反作用力)相等形成力的自平衡體系；
圖4是本實用新型外包預應力緊固式圓形鋼管混凝土柱的截面構造示意圖； 圖5是本實用新型外包預應力緊固式圓形鋼管混凝土柱截面作用力(環(huán)向預拉力)與反
作用力(柱對鋼板徑向的反作用力)相等形成力的自平衡體系。
具體實施方式
本實用新型的實施例l:外包預應力緊固式鋼管混凝土矩形柱。如附圖l、 2所示，首先 將矩形的鋼筋混凝土柱l外表面進行檢査和修整，將表面打磨、清理平整，按設計要求在鋼 筋混凝土柱l上鉆孔、植鋼筋；植入的鋼筋直徑為16 25mm，植入深度為160 250mm，鋼筋 頭露出鋼筋混凝土柱l的表面30 40mm，并對植筋位置分別給8塊緊固鋼板開孔，孔徑應大于 植筋直徑，以利調(diào)整鋼板位置。8塊緊固鋼板(鋼筋混凝土柱1四角的4塊角鋼狀鋼板2和中間 的4塊矩形鋼板3，角鋼狀鋼板2是L形的等肢角鋼型截面，矩形鋼板3為一字型截面)沿鋼筋 混凝土柱l的高度方向分若干段，每段l 2m，在每一段的每個表面有兩條豎直縫，豎直縫之 間設有扭剪型高強螺栓支托架4，在扭剪型高強螺栓支托架4上穿有扭剪型高強螺栓5。分段 在鋼筋混凝土柱l表面涂刷耐高溫結構膠，按植筋位置分別對應掛上8塊緊固鋼板。將扭剪型 高強螺栓支托架4上的扭剪型高強螺栓5擰緊(梅花頭剪斷即擰緊)，使8塊緊固鋼板橫向產(chǎn) 生預拉力P (如圖3所示)，預拉力P的合力P1=2x1.414P=2.828P，由柱四角作用于原鋼筋 混凝土柱1上，根據(jù)作用力等于反作用力原理(如圖3所示，P1=P1)，則P1的合力P2=2x2.828P=5.656P反作用于緊固鋼板內(nèi)側面，亦鋼筋混凝土柱l表面與緊固鋼板內(nèi)表面之間產(chǎn)生正壓力，這是確保緊固鋼板與鋼筋混凝土柱l共同工作的剪力(Nv=αRημP)來源 ，然后將鋼板的所有接縫采用坡口對焊，使所有鋼板連為封閉整體，分別將植筋頭鋼筋與鋼 板圍焊焊牢；然后在矩形鋼板3的外表層點焊鋼絲網(wǎng)片，并刷加防火粉的高標號水泥防火砂漿即可，防火砂漿的厚度按防火等級確定。
本實用新型實施例2:外包預應力緊固式鋼管混凝土圓柱。如附圖4、 5所示，首先將圓 形的鋼筋混凝土柱l外表面進行檢査和修整，將表面打磨、清理平整；按設計要求在鋼筋混 凝土柱l上鉆孔、植鋼筋；植入的鋼筋直徑為16 25mm，植入深度為160 250mm，鋼筋頭露出鋼筋混凝土柱l的表面30 40mm，并對植筋位置分別給4塊(D≤800mm )或8塊( D>800mm)圓弧狀截面鋼板6 (圓弧狀截面的鋼板6是l/4圓弧形或l/8圓弧形截面)開孔， 孔徑應大于植筋直徑，以利調(diào)整鋼板位置。4塊或8塊圓弧狀截面鋼板6沿鋼筋混凝土柱1的高 度方向分若干段，每段l 2m。在鋼筋混凝土柱l表面涂耐高溫結構膠后，馬上分段掛上圓弧 狀截面鋼板6，在扭剪型高強螺栓支托架4上穿有扭剪型高強螺栓5。擰緊扭剪型高強螺栓5，使圓弧狀截面鋼板6環(huán)向產(chǎn)生預拉力P1 ，預拉力P1使圓弧狀截面鋼板6對鋼筋混凝土柱1表面 產(chǎn)生預壓力，如圖5所示，即鋼筋混凝土柱1表面與圓弧狀截面鋼板6之間產(chǎn)生正壓應力，從 而保證圓弧狀截面鋼板6與鋼筋混凝土柱1表面?zhèn)鬟f剪應力而共同工作。當扭剪型高強螺栓5 達到設計要求的緊固力時，梅花頭處被剪斷，亦達到緊固產(chǎn)生的橫向預拉力，整個圓周長在 預拉力作用下對圓形的鋼筋混凝土柱l表面產(chǎn)生反作用力，根據(jù)作用力等于反作用力原理，
則鋼筋混凝土柱l表面對圓弧狀截面鋼板6內(nèi)側產(chǎn)生反作用應力u ，如圖5所示，從而形成自 平衡結構體系。分段將植筋頭鋼筋與圓弧狀截面鋼板6塞焊焊牢，然后將圓弧狀截面鋼板6的 所有接縫采用坡口對焊，使所有圓弧狀截面鋼板6連為封閉整體，在植筋頭和扭剪型高強螺 栓支托架4上固定鋼絲網(wǎng)片，將摻有防火粉的高標號水泥防火砂漿分層抹上，防火砂漿厚度 由結構防火等級確定。
權利要求1.一種外包預應力緊固式鋼管混凝土矩形柱，包括矩形的鋼筋混凝土柱(1)，其特征在于在矩形的鋼筋混凝土柱(1)每一段的四角外表面包有4塊角鋼狀鋼板(2)，在角鋼狀鋼板(2)之間裝有與角鋼狀鋼板(2)等高的矩形鋼板(3)；在鋼筋混凝土柱(1)每一段的每個表面有兩條豎直縫，豎直縫之間設有扭剪型高強螺栓支托架(4)，在扭剪型高強螺栓支托架(4)上穿有扭剪型高強螺栓(5)，每一段的角鋼狀鋼板(2)和矩形鋼板(3)按鋼筋混凝土柱(1)的植筋位置開有孔，并通過該孔掛在矩形鋼筋混凝土柱(1)表面，矩形鋼板(3)與角鋼狀鋼板(2)之間用扭剪型高強螺栓(5)固定連接為一體。
專利摘要本實用新型公開了一種外包預應力緊固式鋼管混凝土矩形柱或圓柱結構，它的基本原理是使外加于矩形或圓形鋼筋混凝土柱表面的鋼板，通過扭剪型高強螺栓擰緊后建立橫向預拉力，其合力作用于鋼筋混凝土柱表面，根據(jù)作用力等于反作用力原理，鋼筋混凝土柱表面亦對鋼板內(nèi)壁產(chǎn)生反作用力(正壓力)，從而使混凝土表面與鋼板內(nèi)側面具有與正壓力相應的摩擦力，即工程中的抗剪承載力，達到現(xiàn)行先有鋼管再澆注混凝土的鋼管混凝土柱的受力效果。本實用新型主要應用于單層、多層與高層框架柱因強度、剛度或軸壓比限值超限后的加固補強。
文檔編號E04G23/02GK201180376SQ200820300129
公開日2009年1月14日 申請日期2008年1月23日 優(yōu)先權日2008年1月23日
發(fā)明者盧亞琴, 李華平, 段渝忠, 田子東, 丹 蘇, 云 董, 亮 覃, 覃士杰, 華 馬, 馬克儉, 魏艷輝 申請人:貴州大學;貴陽市建筑設計院有限公司;李華平