專利名稱：內隔板、加勁肋斷開型多腔體鋼管混凝土柱及作法
技術領域：
本發(fā)明是一種內隔板、加勁肋斷開型多腔體鋼管混凝土柱及作法，主要應用于建筑結構中的耗能減震控制領域。
背景技術：
社會在發(fā)展進步，人們生活水平也在不斷提高，各種形式的建筑層出不窮，滿足不同使用功能的建筑也應運而生。尤其是高層、超高層建筑的大量涌現(xiàn)，這就需要有新的理論和新的技術來支撐這類建筑的建設。矩形鋼管混凝土柱及圓鋼管混凝土柱由于其自身尺寸和加工工藝的限制，不能無限滿足工程的需要，在這種前提下，多腔體鋼管混凝土結構也就隨之產生，其多腔體鋼管是由鋼板拼連焊接而成。多腔體鋼管混凝土由多腔體鋼管和混凝土兩種材料組成，由于腔體內混凝土的作用，鋼管壁板的穩(wěn)定性有很大的提高，延緩或者避免了鋼管壁板過早的發(fā)生局部屈曲；同時鋼管對其核心混凝土的約束作用，使混凝土處于高度三維應力狀態(tài)，從而使混凝土的強度得以提高，塑性和韌性性能得到改善，兩種材料的組合彌補了各自的缺點，使其材料性能得到了充分發(fā)揮。在多腔體鋼管混凝土巨型柱受壓性能試驗中發(fā)現(xiàn)多腔體鋼管混凝土結構性能優(yōu)良的同時也存在著一些不足之處。鋼管混凝土結構在強震作用下，腔體壁板容易發(fā)生局部鼓曲，腔體壁板承載力下降，鋼板向外鼓出部分相應部位的核心混凝土嚴重酥碎，而此時其它部位可能還沒有達到屈服，材料的性能沒有得到充分發(fā)揮，造成了材料的嚴重浪費，大量震害現(xiàn)象也證明了這一點。在多腔體鋼管混凝土巨型柱受壓性能試驗中，通過是否設置內部貫穿截面的內隔板對比試驗，發(fā)現(xiàn)內部隔板對提高構件的承載力和延性有明顯的貢獻。內部隔板將大腔體分為幾個小腔體，對腔體內混凝土形成的約束更強，從而提高了混凝土的抗壓能力和延性；同時內部隔板的斜拉桿效應明顯，對腔體外壁板的約束能力很強，從而提高了構件的承載力及延性。通過設置豎向加勁肋和內隔板斷開型對比試驗，發(fā)現(xiàn)是否斷開對試件的初始剛度、承載力的影響不明顯，僅在當變形超過規(guī)范規(guī)定的彈塑性位移角數(shù)倍后的變形能力有一定的下降，因此，采用豎向加勁肋和內部隔斷斷開的設計是完全滿足規(guī)范要求的，同時使焊接工程量減少10°/Γ40%，吊裝定位難度降低，有效提高了施工速度和工程經濟效益。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提高多腔體鋼管混凝土結構承載力和抗震性能，延緩或避免由于鋼管壁板局部屈曲導致的構件剛度、承載力及延性的降低，充分發(fā)揮材料的性能，同時便于施工。為了解決這一問題，本發(fā)明提出了一種內隔板、加勁肋斷開型多腔體鋼管混凝土柱及作法。本發(fā)明采用的技術方案是該內隔板、加勁肋斷開型多腔體鋼管混凝土柱，其包括多邊形鋼管1、內隔板2、水平加勁肋3、豎向加勁肋4、填充在多邊形鋼管內的混凝土 5 ;高層建筑鋼管混凝土柱的鋼管部分為分段工廠加工，現(xiàn)場焊接拼接起來的，本發(fā)明中多邊形鋼管I豎向連續(xù)，所有分段均需要焊接連接；內隔板分段斷開不焊接，斷開的位置在基礎頂面或者樓板處，分段為高度為r2h, h為樓層高度；豎向加勁肋分段斷開不焊接，斷開的位置在基礎頂面或者樓板處，分段為高度為f2h，h為樓層高度。通過這種方式，在施工過程中，吊裝定位的技術難度可以降低，焊接工程量減少109Γ40%，有效的縮短了施工周期，提高了工程經濟，施工的便利性得到提聞。所述的內隔板、加勁肋斷開型多腔體 鋼管混凝土柱中，在加勁肋相交的位置，豎向加勁肋上下貫通，水平加勁肋斷開并與豎 向加勁肋焊接到一起。所述多腔鋼管混凝土柱截面形狀為多邊形。 所述的多邊形鋼管I由鋼板焊接而成。所述的內隔板2采用的鋼板型號同多邊形鋼管I鋼板或低一個強度等級，厚度為多邊形鋼管鋼板厚度的1/2 2/3，分段高度為l 2h，h為樓層高度，沿高度方向在基礎頂面、樓板處斷開不焊接以便于施工，內隔板可由多塊鋼板焊接組合而成“十”字型或者“Y”字形等。內隔板2在多邊形鋼管I角部或邊中部與多邊形鋼管I焊接連接。內隔板將多邊形鋼管分為若干個小腔體，鋼板對核心混凝土的約束作用增強，混凝土處于高度的三維受壓狀態(tài)，從而混凝土的強度得到較大的提高，混凝土的塑性和韌性性能均得到顯著的改善，同時內隔板的斜拉場效應明顯，進而整個結構的剛度、承載力、延性、抗震能力均有一定幅度的提聞。所述水平加勁肋3采用的鋼板型號同多邊形鋼管I鋼板或者低一個強度等級，厚度為多邊形鋼管鋼板厚度的1/3 1/2，豎向間距為l/3 l/5h，h為樓層高度。所述豎向加勁肋4采用的鋼板型號同多邊形鋼管I鋼板或者低一個強度等級，厚度為多邊形鋼管鋼板厚度的1/3 1/2，分段高度為r2h，h為樓層高度，沿高度方向在基礎頂面及樓板處斷開不焊接以便于施工。根據(jù)本發(fā)明的技術方案，該內隔板、加勁肋斷開型多腔體鋼管混凝土柱的制作方法，其制作步驟如下I)對豎向加勁肋4進行定位并與多邊形鋼管I焊接；2)對水平加勁肋3進行定位并與多邊形鋼管I及豎向加勁肋4焊接；3)對內隔板2中各片鋼板進行定位并與多邊形鋼管I焊接；4)灌注混凝土 5，進行養(yǎng)護；5)當混凝土達到強度后，繼續(xù)重復I ) 3)步驟，對外圍多邊形鋼管I焊接連接，內隔板2和豎向加勁肋4斷開不焊接，形成內隔板、加勁肋斷開型多腔體鋼管混凝土柱。本發(fā)明可以取得如下有益效果豎向加勁肋和內隔板采用斷開型，實驗證明，構件的剛度、承載力幾乎沒有降低，變形能力略有下降但是完全滿足規(guī)范的設計要求；但這種設計可以有效的方便施工，焊接工程量減小109Γ40%，吊裝定位技術要求減小，從而使施工速度得到較大的提升，更快的形成高層建筑中的骨架結構體系，提高了工程的經濟效益。在多邊形鋼管混凝土柱的腔體內工程軸方向設置內隔板，將一個大腔體分為幾個小腔體，提高了對核心混凝土的約束能力，并顯著提高了構件的抗側剛度、承載力及延性。
水平加勁肋、豎向加勁肋和內隔板的采用減小了多邊形鋼管鋼板的自由外伸長度，延緩了多邊形鋼管鋼板的屈曲，有效提高了構件的穩(wěn)定承載力，保證了構件在大變形下工況下的抗震性能。


圖1是內隔板、加勁肋斷開型多腔體鋼管混凝土柱(類型I )立體示意圖；圖2是內隔板、加勁肋斷開型多腔體鋼管混凝土柱(類型II)立體示意圖其中1_多邊形鋼管，2-內隔板，3-水平加勁肋，4-豎向加勁肋，5-混凝土。
具體實施例方式下面結合具體實例對本發(fā)明做進一步說明實施實例I如圖1所示，內隔板、加勁肋斷開型多腔體鋼管混凝土柱包括多邊形鋼管1、內隔板2、水平加勁肋3、豎向加勁肋4和混凝土 5。內隔板、加勁肋斷開型多腔體鋼管混凝土柱是在普通多邊形鋼管混凝土柱的內部加設斷開型內隔板和豎向加勁肋形成；斷開型內隔板一般在多腔體鋼管混凝土柱的兩個主軸方向設置并在基礎頂面及樓板處斷開，通過這樣的方式，在保證了柱的抗側剛度、承載力和變形能力的前提下，降低了施工的技術難度，有效提高了施工速度，使整個高層建筑的骨架體系結構較快的形成，為結構其它構件的后續(xù)施工提供了基礎，這對縮短高層建筑的施工周期是非常重要的；水平加勁肋和豎向加勁肋的設置可有效抑制或者延緩多邊形鋼管鋼板的屈曲，實驗證實，豎向加勁肋的設置對結構的抗側剛度和承載力影響不大，故斷開后依然可以保證結構的抗震性能，但對于施工來說將提供了更多方便。本實施例中的內隔板、加勁肋斷開型多腔體鋼管混凝土柱可以按如下方法制作I)根據(jù)實際情況，制作焊接多邊形鋼管I ;2)在多邊形鋼管的適當部位對豎向加勁肋定位并與多邊形鋼管焊接，采用雙面角焊縫；3)對水平加勁肋進行定位并與多邊形鋼管及豎向加勁肋焊接，采用雙面角焊縫；4)在多邊形鋼管的適當部位焊接內隔板，當在多邊形鋼管角部連接時，應采取有效的焊接工藝保證三塊鋼板間焊縫的質量；5)在形成的多腔鋼管中澆筑混凝土，待混凝土達到強度后，重復I) 3)過程，僅對外圍的多邊形鋼管進行焊接組裝，內部加勁肋及內隔板均不焊接，即形成內隔板、加勁肋斷開型多腔體鋼管混凝土柱。實施實例II如圖2所示，內隔板、加勁肋斷開型多腔體鋼管混凝土柱包括多邊形鋼管1、內隔板2和混凝土 5。內隔板、加勁肋斷開型多腔體鋼管混凝土柱及作法是在普通多邊形鋼管混凝土柱的內部加設斷開型內隔板形成；此種柱不包含水平加勁肋和豎向加勁肋，截面尺寸較小，分段鋼構件可在加工廠內制，現(xiàn)場施工分段連接時僅對外圍多邊形鋼管進行焊接連接，內部隔板斷開，這樣的設計可以使施工難度大大降低，施工速度顯著提高，提高了工程經濟。
本實施例中的內隔板、加勁肋斷開型多腔體鋼管混凝土柱可以按如下方法制作I)根據(jù)實際情況，定位焊接“十”字型內隔板；2)將多邊形鋼管的鋼板依次焊接到“十”字型內隔板上，可采用雙面角焊縫或單面角焊縫；3)將多邊形鋼管的鋼板焊接到一起；4)在形成的多腔鋼管中澆筑混凝土，待混凝土達到強度后。重復I) 3)過程，僅對外圍的多邊形鋼管進行焊接組裝，內隔板不焊接，即形成內隔板斷開型多腔體鋼管混凝土柱。以上是本發(fā)明的典型實施例，本發(fā)明的實施不限于此。
權利要求
1.內隔板、加勁肋斷開型多腔體鋼管混凝土柱，其特征在于其包括多邊形鋼管(I)、內隔板(2)、水平加勁肋(3)、豎向加勁肋(4)和填充在多邊形鋼管內的混凝土(5);多邊形鋼管(I)豎向連續(xù)，所有分段均需要焊接連接；內隔板(2)分段斷開不焊接，斷開的位置在基礎頂面或者樓板處，分段為高度為f2h，h為樓層高度；豎向加勁肋(4)分段斷開不焊接，斷開的位置在基礎頂面或者樓板處，分段為高度為f 2h，h為樓層高度。
2.根據(jù)權利要求1所述的內隔板、加勁肋斷開型多腔體鋼管混凝土柱，其特征在于混凝土柱截面形狀為多邊形。
3.根據(jù)權利要求1所述的內隔板、加勁肋斷開型多腔體鋼管混凝土柱，其特征在于多邊形鋼管(I)由鋼板焊接而成。
4.根據(jù)權利要求1所述的內隔板、加勁肋斷開型多腔體鋼管混凝土柱，其特征在于內隔板(2)采用的鋼板型號同多邊形鋼管(I)鋼板或低一個強度等級，厚度為多邊形鋼管鋼板厚度的1/2 2/3 ;內隔板(2)在多邊形鋼管(I)的角部或邊中部與多邊形鋼管(I)焊接連接。
5.根據(jù)權利要求1所述的內隔板、加勁肋斷開型多腔體鋼管混凝土柱，其特征在于在水平加勁肋與豎向加勁肋相交的位置，豎向加勁肋上下貫通，水平加勁肋斷開并與豎向加勁肋焊接到一起。
6.根據(jù)權利要求1所述的內隔板、加勁肋斷開型多腔體鋼管混凝土柱，其特征在于所述的水平加勁肋(3)采用的鋼板型號同多邊形鋼管(I)鋼板或者低一個強度等級，厚度為多邊形鋼管鋼板厚度的1/3 1/2，間距為l/3 l/5h，h為樓層高度，在與豎向加勁肋(4)和多邊形鋼管(I)相交的部位采用雙面角焊縫焊接。
7.根據(jù)權利要求1所述的內隔板、加勁肋斷開型多腔體鋼管混凝土柱，其特征在于所述的豎向加勁肋(4)采用的鋼板型號同多邊形鋼管(I)或者低一個強度等級，厚度為多邊形鋼管鋼板厚度的1/3 1/2，與多邊形鋼管相交部位采用雙面角焊縫焊接。
8.根據(jù)權利要求1所述的內隔板、加勁肋斷開型多腔體鋼管混凝土柱的制作方法，其特征在于其制作步驟如下， 1)對豎向加勁肋(4)進行定位并與多邊形鋼管(I)焊接； 2)對水平加勁肋(3)進行定位并與多邊形鋼管(I)及豎向加勁肋(4)焊接； 3)對內隔板(2)中各片鋼板進行定位并與多邊形鋼管(I)焊接； 4)灌注混凝土(5)，進行養(yǎng)護； 5)當混凝土達到3天以上的強度后，繼續(xù)重復1)1)步驟，對外圍多邊形鋼管(I)焊接連接，內隔板(2)和豎向加勁肋(4)斷開不焊接，形成內隔板、加勁肋斷開型多腔體鋼管混凝土柱。
全文摘要
內隔板、加勁肋斷開型多腔體鋼管混凝土柱，其包括多邊形鋼管(1)、內隔板(2)、水平加勁肋(3)、豎向加勁肋(4)和填充在多邊形鋼管內的混凝土(5)。在形成的內隔板、加勁肋斷開型多腔體鋼管混凝土柱中，外圍的多邊形鋼管上下連續(xù)，內隔板和豎向加勁肋在基礎頂面或樓板處斷開，分段高度為1~2h，h為樓層高度，樣的設計可以有效的方便施工，焊接工程量減少10%~40%，吊裝定位技術要求降低，從而使施工速度得到較大的提升，更快的形成高層建筑中的骨架結構體系，提高了工程經濟效益。實驗表明，這種設計的構件的剛度、承載力幾乎沒有降低，變形能力略有下降但經過合理的設計完全能夠滿足規(guī)范的設計要求，故此種方案是一種經濟可行的優(yōu)秀技術方案。
文檔編號E04B1/98GK102995832SQ201210511420
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月3日 優(yōu)先權日2012年12月3日
發(fā)明者張建偉, 武海鵬, 曹萬林, 徐萌萌, 王立長 申請人:北京工業(yè)大學