專利名稱：一種套管鋼筋混凝土柱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及到土木工程中的建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，特指一種可作結(jié)構(gòu)柱使用的套管 鋼筋混凝土柱。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，現(xiàn)代建筑業(yè)對(duì)建筑材料和建筑結(jié)構(gòu)的要求也 越來(lái)越高，材料和結(jié)構(gòu)必須能夠適應(yīng)現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)向大跨、高聳、重載發(fā)展并滿足承受惡劣 使用環(huán)境及耐久性的需求，符合現(xiàn)代施工技術(shù)工業(yè)化要求，并且具有高承重能力、良好變形 能力、耐火性能好以及良好的性能/費(fèi)用比。在過(guò)去30年中，新型復(fù)合材料和組合結(jié)構(gòu)的 出現(xiàn)和發(fā)展，極大地推動(dòng)了建筑業(yè)的發(fā)展。其中，高性能混凝土和鋼管混凝土無(wú)疑最具代表 性。在可以預(yù)計(jì)的將來(lái)，水泥混凝土將仍然是最主要的建筑材料，無(wú)可替代。從這個(gè)角 度出發(fā)，建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展與混凝土的性能和耐久性密切相關(guān)。也就是混凝土必須以最 小的材料消耗和環(huán)境影響來(lái)滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。在這方面，超高性能混凝土的發(fā)展 無(wú)疑是最有希望的解決方案?；钚苑勰┗炷?，是一種具有超高抗壓強(qiáng)度、高耐久性以及高韌性的新型水泥基 復(fù)合材料?；钚苑勰┗炷磷鳛橐活愋滦偷某咝阅芑炷?，具有200MPa或SOOMPa兩個(gè) 抗壓強(qiáng)度等級(jí)，且抗彎強(qiáng)度在30 60MPa，有效克服了高性能混凝土的高脆性，性能卓越。 其中，200MI^強(qiáng)度等級(jí)的活性粉末混凝土工藝與普通混凝土類似，應(yīng)用前景廣泛?；钚苑勰┗炷辆哂谐邚?qiáng)度、優(yōu)異的耐久性和良好的延性和耗能能力。這些優(yōu) 異的性能使得活性粉末混凝土構(gòu)件及結(jié)構(gòu)具有很高的強(qiáng)度/自重比、突出的耐久性和良好 的抗震性能。作為一種高技術(shù)混凝土，目前，阻礙活性粉末混凝土大量應(yīng)用的主要因素有兩 個(gè)第一個(gè)是單方材料成本較高?；钚苑勰┗炷恋乃嘤昧看?，同時(shí)還需要摻入高效減水 劑和鋼纖維等，增加了材料成本；另一個(gè)是構(gòu)件需要進(jìn)行熱養(yǎng)護(hù)?；钚苑勰┗炷敛牧系母?活性必須在一定養(yǎng)護(hù)溫度下才能快速、充分發(fā)揮，研究表明，活性粉末混凝土在90°C的熱水 中養(yǎng)護(hù)48h，其抗壓強(qiáng)度比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d提高30%以上。因此，在現(xiàn)有條件下，活性粉末混 凝土在土木工程領(lǐng)域應(yīng)該是以預(yù)制構(gòu)件的方式，與其他材料組成組合構(gòu)件，充分發(fā)揮其超 高的抗壓性能和良好的延性，可考慮在合理的部位取代鋼材使用，從而體現(xiàn)活性粉末混凝 土的強(qiáng)度/費(fèi)用比優(yōu)勢(shì)。以鋼管混凝土柱為代表的約束混凝土結(jié)構(gòu)，在過(guò)去近五十年中，得到了深入研究 和廣泛應(yīng)用。鋼管混凝土柱是在鋼管內(nèi)部填充混凝土，形成鋼-混凝土組合柱。這種組合 柱的基本原理是利用鋼管對(duì)核心區(qū)混凝土提供側(cè)向約束，使混凝土處于三向受壓的應(yīng)力狀 態(tài)，從而提高其抗壓強(qiáng)度和壓縮變形的能力。此外，內(nèi)部填充的混凝土為鋼管提供了支撐作 用，增強(qiáng)了鋼管壁的幾何穩(wěn)定性，改變了鋼管的失穩(wěn)模態(tài)，提高了鋼管的承載能力，同時(shí)，內(nèi) 部混凝土的存在，可以提高鋼管的耐火極限。而且在施工中，鋼管作為澆筑核心區(qū)混凝土的 模板，便于施工。
目前，鋼管混凝土柱在性能和使用方面存在一些不足，如鋼管材料價(jià)格較高，加工 要求高；鋼管混凝土柱抗火性能較差，需要采取其他措施提高抗火極限；鋼管與混凝土材 料特性差別大，容易導(dǎo)致鋼管與混凝土的脫空等。此外，鋼管混凝土柱在使用中需要進(jìn)行定 期維護(hù)，增加了使用成本。因此，研制一種新型套管鋼筋混凝土柱已為急需。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種套管鋼筋混凝土柱，具有施工方便、成本低、軸向承載 力高、抗震性能好、抗火性能突出、耐久性能優(yōu)異等特點(diǎn)，同時(shí)更加節(jié)約資源和能源，符合可 持續(xù)發(fā)展的要求。本發(fā)明的解決方案為一種套管鋼筋混凝土柱，其特征在于鋼筋混凝土柱的套管為 預(yù)制活性粉末混凝土套管。這樣通過(guò)采用預(yù)制活性粉末混凝土套管與內(nèi)部的鋼筋混凝土柱 組成組合柱。在施工過(guò)程中，活性粉末混凝土套管是內(nèi)部混凝土的模板，也是施工支持體系 的一部分；在施工完成后，套管與內(nèi)部混凝土共同承擔(dān)軸向荷載，在活性粉末混凝土套管開(kāi) 裂前，套管與為核心區(qū)混凝土提供橫向約束，成形約束混凝土。在水平荷載作用下，活性粉 末混凝土套管依靠自身材料所具有的較高抗彎強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度，可有效提高組合柱的抗彎 性能、抗剪性能和延性；在使用過(guò)程中，活性粉末混凝土套管可為內(nèi)部混凝土提供了性能極 為優(yōu)異的保護(hù)層，使組合柱具有突出的耐久性和抗火性能，并且活性粉末混凝土套管可以 直接作為柱的外裝飾層使用，降低裝修成本。本發(fā)明與鋼管混凝土柱比較，活性粉末混凝土套管柱具有自身的性能，如施工方 便、成本低、軸向承載力高、抗震性能好、抗火性能突出、耐久性能優(yōu)異等。在一些關(guān)鍵技術(shù) 方面(如成本較高、抗火性能和耐久性能不足等)彌補(bǔ)了現(xiàn)有鋼管混凝土柱的缺陷，同時(shí) 充分發(fā)揮了活性粉末混凝土的材料性能，并從性能/費(fèi)用效率方面克服了其成本較高的問(wèn)題。所述的套管鋼筋混凝土柱，其特征在于所述的活性粉末混凝土套管內(nèi)部配置有縱 向鋼筋和箍筋。在組合柱的受力過(guò)程中，套管內(nèi)配置的箍筋可為核心區(qū)混凝土提供有效的 約束應(yīng)力，提高組合柱的抗剪性能和延性。套管內(nèi)配置的縱向鋼筋，可以有效提高套管的施 工性能和組合柱的抗彎承載力。所述的套管鋼筋混凝土柱，其特征在于所述的鋼筋混凝土柱內(nèi)配置的鋼筋為縱向 鋼筋和螺旋箍筋。所配置的縱向鋼筋，可以提高組合柱的抗彎承載力和抗壓承載力。所配 置的螺旋箍筋可進(jìn)一步增強(qiáng)內(nèi)部核心區(qū)混凝土的約束效應(yīng)，可以有效提高組合柱的承載力 和延性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)就在于①活性粉末混凝土套管能顯著提高組合柱的軸向承載力?；钚苑勰┗炷恋目箟?強(qiáng)度與鋼材接近，而容重與普通混凝土基本一致，因此，活性粉末混凝土的強(qiáng)度/重量大大 高于鋼材，約為鋼材的3倍。50mm厚的活性粉末混凝土套管與16mm厚的鋼管自重基本相 同，也就是說(shuō)施工難度不會(huì)增加，而套管本身提供的軸向承載力可以提高200%以上，因此， 活性粉末混凝土套管柱軸向承載力更高。②活性粉末混凝土套管柱抗火性能優(yōu)異。結(jié)構(gòu)鋼的屈服強(qiáng)度和彈性模量隨溫度上 升而下降，當(dāng)溫度超過(guò)^(TC時(shí)，鋼材喪失大部分強(qiáng)度和剛度。因此，鋼管混凝土柱在設(shè)計(jì)中采取外包防火涂料，或者在混凝土中配置專門考慮抗火的鋼筋等措施提高耐火極限，但這 些措施都會(huì)大幅提高造價(jià)?；钚苑勰┗炷撂坠苤哂型怀龅目够鹦阅埽瑹o(wú)需進(jìn)行防火處 理，具有造價(jià)優(yōu)勢(shì)。③活性粉末混凝土套管柱材料成本低。RPC材料成本約為3500元/m3(鋼纖維摻 量為2% )，折合成重量約為1400元/噸。鋼材的價(jià)格超過(guò)6000元/噸，考慮到活性粉末 混凝土的強(qiáng)度/重量約為鋼材的3倍，從材料的強(qiáng)度/成本關(guān)系來(lái)看，對(duì)于同樣的組合柱， 活性粉末混凝土套管的材料成本僅為鋼管的1/10不到，。④活性粉末混凝土套管柱的耐久性能好，使用和維護(hù)成本低。活性粉末混凝土具 備高密實(shí)性與高流動(dòng)性，使其與模板的接觸面具有很高的光潔度。同時(shí)，外界的有害介質(zhì)很 難侵入活性粉末混凝土中，而活性粉末混凝土中的著色劑等組分也不易向外析出，可直接 利用活性粉末混凝土套管作為組合柱的外裝飾層，取消了二次裝飾。另外，活性粉末混凝土 套管無(wú)需考慮防銹蝕問(wèn)題，且其優(yōu)異的耐久性能可以大幅提高結(jié)構(gòu)的使用周期。⑤活性粉末混凝土套管柱的生態(tài)效應(yīng)好。以2009年為例，我國(guó)水泥和鋼材的單位 能耗分別為95. 08kg標(biāo)準(zhǔn)煤/噸和590. 08kg標(biāo)準(zhǔn)煤/噸，而單位產(chǎn)品(X)2的排放量鋼材為 水泥的2倍。單位重量活性粉末混凝土的能耗與CO2排放量分別為鋼材的1/18和1/6。此 外，活性粉末混凝土中大量摻入硅灰、粉煤灰等工業(yè)副產(chǎn)物。因此，活性粉末混凝土的環(huán)保 性能好。⑥活性粉末混凝土套管柱施工方便。在常用的構(gòu)件尺寸范圍內(nèi)，活性粉末混凝土 套管與鋼管的自重差別不大，摻有鋼纖維或配筋的活性粉末混凝土套管具有良好的強(qiáng)度和 延性，在生產(chǎn)、運(yùn)輸和施工中無(wú)特殊要求，可以按照鋼管混凝土柱的施工工藝進(jìn)行。此外，活 性粉末混凝土套管與內(nèi)部混凝土都是水泥基材料，變形性能基本相同，可以有效避免套管 與內(nèi)部混凝土脫空的問(wèn)題，而這是鋼管混凝土常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題。


圖1是本發(fā)明活性粉末混凝土套管柱的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是活性粉末混凝土套管柱A-A截面示意圖；圖3是活性粉末混凝土套管柱7的應(yīng)用示意圖。圖例說(shuō)明1為預(yù)制活性粉末混凝土套管3為活性粉末混凝土套管內(nèi)縱向鋼筋5為鋼筋混凝土柱縱向鋼筋7為活性粉末混凝土套管柱
2為鋼筋混凝土柱 4為活性粉末混凝土套管內(nèi)箍筋 6為鋼筋混凝土柱螺旋箍筋 8為鋼筋混凝土梁
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明如附圖所示，其特征在于鋼筋混凝土柱2的套管為預(yù)制活性粉末混凝土套 管1，如圖1所示。其特征還在于所述的活性粉末混凝土套管1內(nèi)部配置有縱向鋼筋3和箍 筋4，如圖1和圖2所示。其特征還在于所述的鋼筋混凝土柱2內(nèi)配置的鋼筋為縱向鋼筋5 和螺旋箍筋6，如圖1和圖2所示。實(shí)施時(shí)，首先，綁扎由活性粉末混凝土套管內(nèi)縱向鋼筋3 和箍筋4組成的鋼筋籠，并放置在制作預(yù)制活性粉末混凝土套管1的模子內(nèi)；澆筑配制好的活性粉末混凝土，制成預(yù)制活性粉末混凝土套管1 ；完成澆筑1天后拆模，并將預(yù)制活性粉 末混凝土套管1放置在90°C的熱水中養(yǎng)護(hù)48小時(shí)；將預(yù)制好的活性粉末混凝土套管1運(yùn) 至施工現(xiàn)場(chǎng)，并吊裝就位；在預(yù)制套管1內(nèi)綁扎鋼筋混凝土柱2的縱向鋼筋4和螺旋箍筋5 支好鋼筋混凝土梁8以及樓板的模板，綁扎好梁和樓板的鋼筋，然后澆筑混凝土，這樣就形 成了活性粉末混凝土套管柱7，同時(shí)形成了梁和樓板等構(gòu)件，如圖3所示；再重復(fù)步驟4 6，逐步完成各樓層柱和梁的施工。
權(quán)利要求
1.一種套管鋼筋混凝土柱，其特征在于鋼筋混凝土柱O)的套管(1)為預(yù)制活性粉末混凝土套管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的套管鋼筋混凝土柱，其特征在于所述的活性粉末混凝土套管 ⑴內(nèi)部配置有縱向鋼筋⑶和箍筋G)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的套管鋼筋混凝土柱，其特征在于所述的鋼筋混凝土柱 ⑵內(nèi)配置的鋼筋為縱向鋼筋(5)和螺旋箍筋(6)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種套管鋼筋混凝土柱，其特征在于鋼筋混凝土柱(2)的套管(1)為預(yù)制活性粉末混凝土套管。本發(fā)明具有施工方便、成本低、軸向承載力高、抗震性能好、抗火性能突出、耐久性能優(yōu)異等特點(diǎn)，同時(shí)更加節(jié)約資源和能源，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。
文檔編號(hào)E04C3/34GK102102423SQ20111005496
公開(kāi)日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月9日
發(fā)明者單波, 肖巖, 龔建清 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)