專(zhuān)利名稱(chēng)：高強(qiáng)螺旋箍約束高強(qiáng)寬翼緣十字型鋼八邊形混凝土柱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種型鋼混凝土柱。
背景技術(shù)：
型鋼混凝土柱是指在混凝土中配置型鋼，并配有一定橫向箍筋及縱向受力鋼筋的結(jié)構(gòu)，柱中型鋼主要有エ字型鋼、H型鋼和十字型鋼。型鋼混凝土柱具有承載カ高、剛度大及抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)，已普遍應(yīng)用于大跨結(jié)構(gòu)和地震區(qū)的高層建筑。型鋼混凝土柱中，型鋼與混凝土這兩種性能不同的材料能夠共同工作是由于它們之間存在粘結(jié)作用，由于型鋼表面光滑，故而型鋼與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度相當(dāng)于光圓鋼筋與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的60%和螺紋鋼筋與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的30%，為了使得型鋼能與混凝土協(xié)調(diào) 工作，《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》和《鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》分別規(guī)定型鋼混凝土柱保護(hù)層厚度不小于120毫米和150毫米，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中保護(hù)層厚度比規(guī)范規(guī)定的數(shù)值還要大，由于保護(hù)層過(guò)厚型鋼往往位于截面的偏中位置，造成實(shí)際上型鋼主要發(fā)揮了抗壓作用，抗彎作用沒(méi)完全發(fā)揮出來(lái)，盡管計(jì)算公式中假定型鋼是完全發(fā)揮抗彎作用的。在地震力作用下，型鋼外面混凝土保護(hù)層可能會(huì)脫落，所以型鋼翼緣的寬厚比要符合一定的要求，以避免混凝土保護(hù)層脫落后型鋼翼緣發(fā)生局部壓屈，這樣就限制了高強(qiáng)度型鋼的應(yīng)用，因?yàn)榍?qiáng)度高的型鋼翼緣厚度薄所以比低強(qiáng)度型鋼更容易發(fā)生壓屈。由于型鋼混凝土柱是由縱向受カ鋼筋、型鋼、橫向鋼筋組成，施工時(shí)要同時(shí)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)施工和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工，所以施工復(fù)雜，比単獨(dú)鋼結(jié)構(gòu)施工或者單獨(dú)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工麻煩。由于普通箍強(qiáng)度低，對(duì)混凝土的約束不完全?；炷潦軌号蛎浕蚣羟谢茀?，箍筋易屈服，從而失去對(duì)混凝土的約束力。普通箍筋末端存在135°彎鉤，在地震カ反復(fù)作用下，外部混凝土破碎，箍筋彎鉤容易出現(xiàn)松扣現(xiàn)象，從而失去對(duì)內(nèi)部混凝土和縱向鋼筋的約束，進(jìn)一步加重柱子的震害。在高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)候，從控制軸壓比的角度，要求柱子截面尺寸要足夠大，從控制剪跨比角度，要求柱斷面不能過(guò)大。兩種控制往往會(huì)發(fā)生矛盾。高層建筑底部若干層柱斷面尺寸往往較大而同時(shí)難以滿足達(dá)到長(zhǎng)柱的要求。解決這ー矛盾的辦法之一就是采用高強(qiáng)度等級(jí)混凝土，但高強(qiáng)混凝土較低強(qiáng)度等級(jí)混凝土更脆，不利于抗震。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服工程中常用的十字型鋼混凝土柱的缺點(diǎn)，提供一種高強(qiáng)螺旋箍約束高強(qiáng)寬翼緣十字型鋼八邊形混凝土柱。本發(fā)明要解決現(xiàn)有的十字型鋼混凝土柱施工不便、混凝土保護(hù)層厚造成柱中型鋼不能完全發(fā)揮抗彎作用、箍筋強(qiáng)度低且末端有135°彎鉤地震時(shí)候容易松扣造成對(duì)混凝土及型鋼約束效果不理想、高強(qiáng)度型鋼容易壓屈不便應(yīng)用于工程等一系列缺點(diǎn)。本發(fā)明的目的是通過(guò)如下措施達(dá)到的
柱子截面為八邊形，高強(qiáng)螺旋箍為八邊形螺旋箍，約束高強(qiáng)型鋼翼緣的高強(qiáng)螺旋箍的內(nèi)側(cè)緊貼在型鋼翼緣的表面，高強(qiáng)型鋼的混凝土保護(hù)層厚度為30-40毫米，柱中沒(méi)有縱向受カ鋼筋，通過(guò)增加高強(qiáng)型鋼翼緣的面積代替被取消的縱向受カ鋼筋。其特征在干箍筋采用螺旋箍，箍筋的屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不能小于1100兆帕，且最大力總伸長(zhǎng)率不能小于4%，箍筋要用機(jī)械加工，以保證加工質(zhì)量，尺寸誤差不能超過(guò)±1毫米，以保證箍筋內(nèi)表面能與型鋼翼緣表面緊緊相貼；當(dāng)箍筋直徑小于IOmm時(shí)，型鋼的混凝土保護(hù)層為30mm,當(dāng)箍筋直徑大于IOmm時(shí)，型鋼的混凝土保護(hù)層為40mm;取消型鋼混凝土柱中的縱向受カ鋼筋，將型鋼翼緣加厚加長(zhǎng)取代縱向受カ鋼筋，型鋼翼緣的寬度不能小于0. 6倍的八邊形柱最大寬度，不能大于0. 7倍的八邊形柱最大寬度。采用數(shù)控彎箍機(jī)加工高強(qiáng)度螺旋箍，螺旋箍尺寸誤差為土 1mm，螺旋箍緊緊套在型·鋼表面，起到了約束作用，使得型鋼翼緣邊界條件得到改善，使得本來(lái)三邊簡(jiǎn)支，ー邊自由的計(jì)算模型變成三邊簡(jiǎn)支，ー邊近似簡(jiǎn)支的計(jì)算模型，根據(jù)彈性穩(wěn)定理論，矩形薄板失穩(wěn)臨界應(yīng)カ計(jì)算公式如下
,n2E J ぐC,, = k—~廠
12(1 - V ) b在四邊簡(jiǎn)支板時(shí)K =4三邊簡(jiǎn)支、ー邊自由板時(shí)K = 0.425 + (-): * 0.425由此大大提高了型鋼翼緣的失穩(wěn)臨界應(yīng)力，從而可以將型鋼翼緣的寬厚比提高，可以使用高強(qiáng)度的型鋼，鋼材屈服強(qiáng)度不小于500兆帕，不大于700兆帕，故而節(jié)約了鋼材，可以想象螺旋箍的螺距為0時(shí)型鋼翼緣不存在失穩(wěn)問(wèn)題，所以在彎矩大的地方螺旋箍螺距為0-30mm，在彎矩小的地方螺旋箍螺距為30_80mm。由于螺旋箍緊緊套在型鋼外表面，和型鋼形成ー個(gè)整體，螺旋箍能阻擋混凝土和型鋼之間的錯(cuò)動(dòng)，作用相當(dāng)于栓釘，可以使得型鋼和保護(hù)層混凝土協(xié)同工作，對(duì)整體受カ非
常有利。為了使型鋼和混凝土更好協(xié)調(diào)工作，在型鋼翼緣和腹板上設(shè)置圓洞，圓洞直徑均為30mm。每個(gè)翼緣設(shè)置兩排圓洞，這兩排圓洞三等分翼緣，圓洞垂直間距500mm，兩排圓洞錯(cuò)開(kāi)布置。每個(gè)腹板上布置兩排圓洞，這兩排圓洞三等分腹板，圓洞垂直間距500mm，兩排圓洞錯(cuò)開(kāi)布置，考慮到鋼材的塑性，在型鋼上面開(kāi)直徑30_洞不影響型鋼承載力。由于這種型鋼混凝土柱截面為八邊形，面積減少約8%左右，所以要使用強(qiáng)度高于C50的混凝土以彌補(bǔ)截面面積的減少帶來(lái)的抗壓承載カ的損失。這種新型型鋼混凝土柱的含鋼率為10%_30%。本發(fā)明有益效果是由于取消了縱向鋼筋，將縱向鋼筋面積折算到型鋼翼緣上，方便了施工，力學(xué)概念清晰，便于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。由于混凝土保護(hù)層厚度只有30_40mm，型鋼翼緣遠(yuǎn)離截面中心，充分發(fā)揮了抗彎作用，對(duì)抗震也非常有利，同時(shí)30-40_的混凝土保護(hù)層足以滿足防火的要求。由于采用了屈服強(qiáng)度1100兆帕以上的箍筋，大大提高了柱子的抗震性能。
由于采用了 C50以上的混凝土可以降低柱子的軸壓比，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震非常有利。由于型鋼翼緣得到約束，能放寬翼緣寬厚比的限制，使用高強(qiáng)度型鋼。由于數(shù)控彎箍機(jī)加工高精度的螺旋箍，螺旋箍能緊緊套在型鋼上，螺旋箍的作用相當(dāng)于栓釘，使得型鋼和混凝土保護(hù)層能整體受カ。理論研究和震害經(jīng)驗(yàn)都表明，地震是復(fù)雜的多維多點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。多維指的是地震動(dòng)包括三個(gè)平動(dòng)和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)分量，所以型鋼翼緣寬且遠(yuǎn)離截面的中心能提高柱的抗震性能。我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究表明高強(qiáng)度螺旋箍約束高強(qiáng)寬翼緣十字型鋼混凝土柱的型鋼和混凝土能夠協(xié)同工作至極限承載カ狀態(tài)，截面應(yīng)變基本符合平截面假定，當(dāng)實(shí)驗(yàn)軸壓比為0. 7時(shí)，滯回曲線仍比較飽滿，試驗(yàn)構(gòu)件耗能能力強(qiáng)，剛度、強(qiáng)度退化不明顯。下表給出相同含鋼面積的兩種型鋼混凝土柱的抗震性能對(duì)比
試件極限承載カ 極限變形延性 か_____數(shù)
H Tf230. IkN31.65mm3. I0. 31
_枉_____
木發(fā)■ H月型#!
r/l346kN55.38mm4.6U
石仝枉 i_i_LJ可以看出，在柱中含鋼面積一祥的情況下，本發(fā)明的型鋼混凝土柱各項(xiàng)指標(biāo)有大巾畐提尚。


圖I目前工程中常用的十字型鋼混凝土柱的橫截面目前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)定圖I所示的型鋼保護(hù)層厚度不小于120毫米，實(shí)際設(shè)計(jì)中大于120毫米，造成型鋼靠近截面中心，發(fā)揮的抗壓作用大于發(fā)揮的抗彎作用。圖2高強(qiáng)螺旋箍約束高強(qiáng)寬翼緣十字型鋼八邊形高強(qiáng)混凝土柱的橫截面圖2中，I為型鋼，2為型鋼翼緣，3為八邊形螺旋箍，4為型鋼腹板型鋼翼緣2長(zhǎng)度大于0. 6倍的八邊形柱最大寬度，小于0. 7倍的八邊形柱最大寬度。八邊形螺旋箍3約束型鋼翼緣2的那段螺旋箍?jī)?nèi)側(cè)要緊貼型鋼翼緣表面。
具體實(shí)施例方式型鋼柱I由專(zhuān)業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)公司制作，型鋼翼緣2寬度不小于0. 6倍八邊形柱最大寬度，不大于0. 7倍八邊形柱最大寬度，在加工型鋼翼緣和腹板時(shí)，上面均設(shè)置圓洞。由數(shù)控彎箍機(jī)加工八邊形螺旋箍3，加工精度為±1毫米，將制作好的八邊形螺旋箍3套在型鋼上，約束型鋼翼緣2的螺旋箍的內(nèi)表面要與型鋼翼緣外表面相貼，一段型鋼柱對(duì)應(yīng)若干圈螺旋箍，螺旋箍起始端要圍繞型鋼I圈，末端要圍繞型鋼I圈，箍筋搭接焊接要求雙面焊不小于5d，d為箍筋直徑，單面焊不小于10d，焊條強(qiáng)度不小于500兆帕，焊縫要飽滿。
權(quán)利要求
1.高強(qiáng)螺旋箍約束高強(qiáng)寬翼緣十字型鋼八邊形混凝土柱，由高強(qiáng)型鋼I和套在高強(qiáng)型鋼 外面的高強(qiáng)螺旋箍3通過(guò)混凝土澆注成一體，其特征是柱子截面為八邊形，高強(qiáng)螺旋箍3為八邊形螺旋箍，約束高強(qiáng)型鋼翼緣2的高強(qiáng)螺旋箍3的內(nèi)側(cè)緊貼在型鋼翼緣2的表面，高強(qiáng)型鋼I的混凝土保護(hù)層厚度為30-40毫米，柱中沒(méi)有縱向受力鋼筋，通過(guò)增加高強(qiáng)型鋼翼緣2的面積代替被取消的縱向受力鋼筋，高強(qiáng)型鋼含鋼率為10%-30%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高強(qiáng)螺旋箍約束高強(qiáng)寬翼緣十字型鋼八邊形混凝土柱，其特征在于高強(qiáng)螺旋箍其屈服強(qiáng)度大于1100兆帕，最大力下總伸長(zhǎng)率大于4%，螺旋箍鋼材選用高強(qiáng)熱處理鋼筋。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高強(qiáng)螺旋箍約束高強(qiáng)寬翼緣十字型鋼八邊形混凝土柱，其特征在于高強(qiáng)型鋼I屈服強(qiáng)度不小于500兆帕，不大于700兆帕，柱中混凝土強(qiáng)度高于C50。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高強(qiáng)螺旋箍約束高強(qiáng)寬翼緣十字型鋼八邊形混凝土柱，其特征在于八變形是由正方形削去4個(gè)三角形得到的，每個(gè)三角形邊長(zhǎng)大于正方形邊長(zhǎng)的0.15倍，小于正方形邊長(zhǎng)的0. 2倍，四個(gè)三角形面積和不超過(guò)正方形總面積的8%，型鋼I的翼緣寬度大于0. 6倍的八邊形柱最大寬度，小于0. 7倍的八邊形柱最大寬度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高強(qiáng)螺旋箍約束高強(qiáng)寬翼緣十字型鋼八邊形混凝土柱，其特征在于八邊形螺旋箍的螺距在彎矩大時(shí)，為0-30毫米，在彎矩小時(shí)為30-80毫米。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高強(qiáng)螺旋箍約束高強(qiáng)寬翼緣十字型鋼八邊形混凝土柱，其特征在于為了使型鋼和混凝土更好協(xié)調(diào)工作，在型鋼翼緣和腹板上設(shè)置圓洞，圓洞直徑30mm ;每個(gè)翼緣設(shè)置兩排圓洞，兩排圓洞把翼緣三等分，圓洞垂直間距500mm，兩排圓洞錯(cuò)開(kāi)布置；每個(gè)腹板上布置兩排圓洞，兩排圓洞把腹板三等分，圓洞垂直間距500mm，兩排圓洞錯(cuò)開(kāi)布置。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高強(qiáng)螺旋箍約束高強(qiáng)寬翼緣十字型鋼八邊形混凝土柱，其特征在于當(dāng)箍筋直徑小于10毫米時(shí)，型鋼的混凝土保護(hù)層為30毫米，當(dāng)箍筋直徑大于10毫米時(shí)，型鋼的混凝土保護(hù)層為40毫米。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高強(qiáng)螺旋箍約束高強(qiáng)寬翼緣十字型鋼八邊形混凝土柱，其特征在于八邊形螺旋箍起始端要圍繞型鋼I圈，末端要圍繞型鋼I圈，箍筋搭接焊接要求雙面焊不小于5d，d為箍筋直徑，單面焊不小于10d，焊條強(qiáng)度不小于500兆帕，焊縫要飽滿。
全文摘要
高強(qiáng)螺旋箍約束高強(qiáng)寬翼緣十字型鋼八邊形混凝土柱，涉及型鋼混凝土柱，克服現(xiàn)有十字型鋼混凝土柱施工難、混凝土保護(hù)層厚造成型鋼抗彎作用發(fā)揮不完全、高強(qiáng)型鋼易壓屈等缺點(diǎn)。取消縱向鋼筋，將鋼筋面積折算到型鋼翼緣中，方便型鋼混凝土柱的施工和設(shè)計(jì)；螺旋箍為高強(qiáng)八邊形螺旋箍，約束型鋼翼緣的螺旋箍其內(nèi)側(cè)緊貼型鋼翼緣表面，通過(guò)約束型鋼翼緣的自由邊提高型鋼翼緣失穩(wěn)臨界應(yīng)力，同時(shí)螺旋箍緊密結(jié)合翼緣，起到了栓釘?shù)淖饔?，使得混凝土能更好地和型鋼協(xié)調(diào)工作；型鋼的混凝土保護(hù)層厚30-40毫米，滿足防火需要，同時(shí)使得型鋼充分發(fā)揮抗彎作用。八邊形型鋼混凝土柱削去的面積不到8%，可通過(guò)提高混凝土強(qiáng)度彌補(bǔ)。本發(fā)明用于型鋼混凝土結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)E04C3/34GK102758501SQ201210256940
公開(kāi)日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月23日
發(fā)明者姚賢華, 張建偉, 張翌娜, 白衛(wèi)峰, 管俊峰, 郝穎 申請(qǐng)人:華北水利水電學(xué)院