鋼管混凝土完全組合柱及制造工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及土木工程中的組合梁，公開了一種鋼管混凝土完全組合柱及制造工藝。鋼管混凝土完全組合柱，包括一根或一根以上鋼管及鋼管內(nèi)的混凝土，所述的混凝土為預(yù)壓式混凝土，鋼管一端設(shè)有密封端頭板，鋼管（1）另一端設(shè)有承壓固定封頭板，鋼管（1）或鋼管端部上有排水或排氣的孔。制造工藝包括：焊鋼管封頭板、振動(dòng)澆筑鋼管內(nèi)混凝土、放置另一端封頭板并加壓、焊接封頭板、混凝土帶壓凝固。由于混凝土收縮與徐變，而鋼管存在彈性變形，使二者之間存在間隙，在荷載作用初始階段鋼管不能完全發(fā)揮作用，本結(jié)構(gòu)解決了組合結(jié)構(gòu)中鋼管與混凝土的“假象組合”通病，達(dá)到了鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)完全組合的最佳狀態(tài)。
【專利說明】鋼管混凝土完全組合柱及制造工藝【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及土木工程中的組合梁，尤其涉及了一種鋼管混凝土完全組合柱及制造工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在鋼管混凝土組合梁中，鋼管內(nèi)澆筑混凝土?xí)r，在混凝土凝固后會(huì)發(fā)生收縮與徐變，混凝土的體積減小，從而導(dǎo)致鋼管與混凝土之間存在空隙，鋼管與混凝土無法緊密連接，此假象組合導(dǎo)致在結(jié)構(gòu)受力時(shí)不能達(dá)到理想的承載狀態(tài)，導(dǎo)致應(yīng)力重新分布。當(dāng)鋼管與混凝土緊密連接時(shí)，其組合結(jié)構(gòu)的承載力能夠明顯超過鋼管承載力與混凝土承載力的之和，而當(dāng)鋼管與混凝土之間存在空隙時(shí)，其組合結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載力能反而小于鋼管承載力與混凝土承載力的之和。因此，如何使得鋼管與混凝土之間的緊密連接，提高組合的結(jié)構(gòu)的承載力，達(dá)到真正的1+1 > 2的效果，一直是行業(yè)中的難以解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中鋼管內(nèi)澆筑混凝土?xí)r，在混凝土凝固后會(huì)發(fā)生收縮與徐變，混凝土的體積減小，從而導(dǎo)致鋼管與 混凝土之間存在空隙，影響組合結(jié)構(gòu)的承壓性能等缺點(diǎn)，提供了一種在鋼管內(nèi)澆筑預(yù)壓式混凝土，鋼管將預(yù)壓式混凝土抱緊，預(yù)壓時(shí)將部分反作用力施加在鋼管上，從而達(dá)到鋼管受拉的預(yù)應(yīng)力狀態(tài)，達(dá)到鋼管與混凝土的緊密接觸，使混凝土實(shí)現(xiàn)真正的三向受力，使構(gòu)件在荷載作用下達(dá)到相互作用的完全組合狀態(tài)的鋼管混凝土完全組合柱及制造工藝。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案得以解決:
[0005]鋼管混凝土完全組合柱，包括一根或一根以上鋼管及鋼管內(nèi)的混凝土，所述的混凝土為預(yù)壓式混凝土，鋼管一端設(shè)有密封端頭板，鋼管另一端設(shè)有承壓固定封頭板，鋼管或鋼管端部上有排水或排氣的孔。排水或排氣的孔沿鋼管長度方向均勻分布，使得鋼管內(nèi)的混凝土在受壓時(shí)，混凝土內(nèi)的水與空氣選擇就近的孔排出，減少了現(xiàn)有技術(shù)中，由于排水排氣孔設(shè)置在鋼管的兩端，導(dǎo)致預(yù)壓式混凝土內(nèi)排氣排水不暢，使預(yù)壓式混凝土內(nèi)含水量及氣孔過多，影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。另一方，排水、排氣孔設(shè)置在鋼管端部，使得空氣與水在排出的過程中，形成較長的水道，同樣不利于鋼管混凝土柱的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
[0006]作為優(yōu)選，所述的鋼管內(nèi)壁表面粗糙度為55-450 μ m。
[0007]作為優(yōu)選，所述的兩根以上的鋼管之間直接焊接或通過波形鋼腹板、平鋼板、型鋼中的一種或一種以上的組合焊接。
[0008]作為優(yōu)選，所述的鋼管壁上設(shè)有加壓壓漿頭。
[0009]作為優(yōu)選，所述的鋼管中段的壁厚大于上下段的壁厚。
[0010]作為優(yōu)選，所述的鋼管中段的直徑大于上下段的直徑。
[0011]鋼管混凝土完全組合柱制造工藝，包含如下工藝:焊鋼管密封端頭板、振動(dòng)澆筑鋼管內(nèi)混凝土、放置另一端承壓固定封頭板并加壓、焊接封頭板、混凝土帶壓凝固。[0012]作為優(yōu)選，所述的振動(dòng)澆筑鋼管內(nèi)混凝土?xí)r，采用懸掛鋼管管壁振動(dòng)或變頻振動(dòng)。上述變頻振動(dòng)，包括以下步驟:
[0013]a、倒入混凝土；
[0014]b、通過調(diào)頻振動(dòng)找出引起不同粒徑骨料共振的兩組以上的最佳頻率fl、f2……；
[0015]C、找出fl、f2……對應(yīng)的最佳振幅Al、A2……；
[0016]d、以上述fl對應(yīng)Al、f2對應(yīng)A2......，以最佳頻率fl、f2......上下波動(dòng)10%以內(nèi)，
最佳振幅Al、A2……上下波動(dòng)10%以內(nèi)，依次振動(dòng)混凝土。
[0017]最佳頻率H、f2……由于受混凝土地方材料、施工環(huán)境、施工人員等不定因素影響，實(shí)際測得的最佳頻率fl、f2……允許有±10%的波動(dòng)范圍。同理，最佳振幅A1、A2……也允許有±10%的波動(dòng)范圍。
[0018]作為優(yōu)選，所述的混凝土帶壓凝固，加壓時(shí)，壓力機(jī)的油缸外殼與鋼管相連，將部分反作用力施加在鋼管上，從而達(dá)到鋼管受拉的預(yù)應(yīng)力狀態(tài)，達(dá)到鋼管與混凝土的緊密接觸，使混凝土實(shí)現(xiàn)真正的三向受力。
[0019]作為優(yōu)選，混凝土帶壓凝固初凝前或終凝后，通過鋼管管壁上設(shè)有加壓壓漿頭對鋼管內(nèi)進(jìn)行壓漿。
[0020]本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，具有顯著的技術(shù)效果:由于混凝土收縮與徐變，而鋼管存在彈性變形，使二者 之間存在間隙，在荷載作用初始階段鋼管不能完全發(fā)揮作用，本結(jié)構(gòu)解決了鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)中，鋼管與混凝土的“假象組合”的通病，達(dá)到了鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)完全組合的最佳狀態(tài)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2是本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3是本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]以上附圖中各數(shù)字標(biāo)號(hào)所指代的部位名稱如下:其中I一鋼管、2—混凝土。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖1至圖3與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0026]實(shí)施例1
[0027]鋼管混凝土完全組合柱，如圖1所示，包括一根鋼管I及鋼管內(nèi)的混凝土 2，所述的混凝土 2為預(yù)壓式混凝土，鋼管I 一端設(shè)有密封端頭板，鋼管I另一端設(shè)有承壓固定封頭板，鋼管端部上有排水或排氣的孔。預(yù)壓混凝土是在澆筑混凝土?xí)r采用變頻振動(dòng)，并在初凝前加壓，使混凝土呈壓應(yīng)力狀態(tài)，環(huán)抱的鋼管呈拉應(yīng)力狀態(tài)。排水或排氣的孔也可以設(shè)置在封頭板上，在鋼管I上設(shè)置排水或排氣的孔，使鋼管內(nèi)的混凝土在凝固的過程中產(chǎn)生的水、氣能夠通過與其接近的孔排出，混凝土凝固階段，基本封閉的鋼管能夠限制水份蒸發(fā)，有利于混凝土凝固?；炷镣耆毯螅捎跐穸容^高的混凝土不利于抗壓，所以多余的水份從氣孔蒸發(fā)。
[0028]鋼管內(nèi)壁表面粗糙度為100 μ m。通過在鋼管內(nèi)壁制備100 μ m的粗糙度，能夠增大混凝土與鋼管內(nèi)壁的接觸面積，達(dá)到鋼管與混凝土的緊密接觸，使構(gòu)件在荷載作用下達(dá)到相互作用的完全組合狀態(tài)，同時(shí)增大混凝土與鋼管的粘結(jié)力，提高混凝土與鋼管的連接強(qiáng)度。
[0029]鋼管I壁上設(shè)有加壓壓漿頭。對鋼管I內(nèi)的混凝土進(jìn)行壓漿可以在混凝土初凝前進(jìn)行，也可以在混凝土凝結(jié)后進(jìn)行，還可以在鋼管I與波形鋼腹板3焊接后進(jìn)行。壓漿后，混凝土 2與鋼管I之間的空隙都被填滿，有利于鋼管I與混凝土 2的緊密連接，提高了組合結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，避免了混凝土 2與鋼管I由于混凝土 I過于松散產(chǎn)生的脫殼現(xiàn)象。另外，由于預(yù)壓式混凝土的混凝土 2脹緊，將鋼管I向外撐起，從而使得本專利中個(gè)鋼管混凝土柱的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能夠達(dá)到單個(gè)鋼管與混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度簡單疊加之和的2-10倍。
[0030]鋼管I中段的壁厚大于上下段的壁厚。提高了中部鋼管I的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，鋼管混凝土柱子在承受極限荷載或達(dá)到使用壽命時(shí)，往往是柱子的中部混凝土首先開始破碎，最終柱子毀壞時(shí)，柱子兩端的依舊完好。因此，加大鋼管I中段的壁厚，能夠有效的提高混凝土鋼管柱中部的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，延長柱子的整體使用壽命，提高柱子的性價(jià)比。
[0031]鋼管混凝土完全組合柱制造工藝，包含如下工藝:焊鋼管密封端頭板、振動(dòng)澆筑鋼管內(nèi)混凝土、放置另一端承壓固定封頭板并加壓、焊接封頭板、混凝土帶壓凝固。
[0032]振動(dòng)澆筑鋼管I內(nèi)混凝土 2時(shí)，采用懸掛鋼管I管壁振動(dòng)。當(dāng)鋼管I內(nèi)灌入混凝土 2后，將鋼管I懸掛吊起，然后對鋼管I管壁進(jìn)行振動(dòng)或變頻振動(dòng)，與傳統(tǒng)振動(dòng)方式相比，采用懸掛振動(dòng)，更加有利于混凝土密實(shí)，減小混凝土 2與鋼管I之間的間隙，使得混凝土 2與鋼管I連接更加緊密。
[0033]混凝土帶壓凝固，加壓時(shí)，壓力機(jī)的油缸外殼與鋼管I相連?；炷翈耗?，力口壓時(shí)，壓力機(jī)的油缸外殼與鋼管I相連。壓力機(jī)的油缸外殼與鋼管I相連，因此在加壓的過程中，鋼管I呈受拉狀態(tài)，混凝土 2呈受壓的狀態(tài)，鋼管I與混凝土 2產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，更加有利于混凝土的壓緊。
[0034]混凝土帶壓凝固初凝前或終凝后，通過鋼管I管壁上設(shè)有加壓壓漿頭對鋼管I內(nèi)進(jìn)行壓漿。通過加壓壓漿處理，能夠減少鋼管I與混凝土 2之間的空隙，提高混凝土與鋼管的連接緊密度，最終使其組合結(jié)構(gòu)的承載力能夠明顯超過鋼管承載力與混凝土承載力的之和。
[0035]混凝土采用中心粒徑比為100:41:22:10的高粗骨料混凝土，高粗骨料混凝土，包括粗骨料、細(xì)骨料與水泥，所述的單位體積混凝土內(nèi)，粗骨料的體積占混凝土體積的比例為73%，粗骨料由四種以上的不同篩孔直徑篩出的骨料組成，篩孔直徑大于2.5mm。
[0036]粗骨料的體積占混凝土體積的比例為54%?79%，各篩孔直徑之間的關(guān)系為:a、最大篩孔直徑為D±5mm，b、第二篩孔直徑為D/2.424±3mm，C、第三篩孔直徑為D/4.444±2mm，d、第四篩孔直徑為D/10± 1mm，D為最大級(jí)粗骨料2基準(zhǔn)粒徑。所述的最大篩孔篩出的粗骨料體積為混凝土的71.76%±5%，第二級(jí)粗骨料的體積為混凝土的
4.89%±4%，第三級(jí)的粗骨料體積為混凝土的6.7%±3%，第四級(jí)的粗骨料體積為混凝土的2%± 1.7%ο
[0037]選擇最大篩孔直徑為40mm ;第二篩孔直徑選擇16.58mm ;第三篩孔直徑選擇9mm ；第四篩孔直徑選擇4.3mm,中心粒徑比約為100:41:22:10，從而獲得四組級(jí)配骨料。四組級(jí)配骨料用量，分別占混凝土體積的70%，5%，3.7%，0.8%。按照以上體積配比，粗骨料占混凝土的體積比能夠達(dá)到73%以上。[0038]選用高粗骨料混凝土，從而減少了單位體積混凝土內(nèi)的水泥用量，具有混凝土的收縮量小，抗壓強(qiáng)度高。
[0039]實(shí)施例2
[0040]鋼管混凝土完全組合柱，如圖2所示，包括兩根鋼管I及鋼管內(nèi)的混凝土 2，所述的混凝土 2為預(yù)壓式混凝土，鋼管I 一端設(shè)有密封端頭板，鋼管I另一端設(shè)有承壓固定封頭板，鋼管I上有排水或排氣的孔。排水或排氣的孔沿鋼管長度方向均勻分布，使得鋼管內(nèi)的混凝土在受壓時(shí)，混凝土內(nèi)的水與空氣選擇就近的孔排出，減少了現(xiàn)有技術(shù)中，由于排水排氣孔設(shè)置在鋼管的兩端，導(dǎo)致預(yù)壓式混凝土內(nèi)排氣排水不暢，使預(yù)壓式混凝土內(nèi)含水量及氣孔過多，影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。另一方，排水、排氣孔設(shè)置在鋼管端部，使得空氣與水在排出的過程中，形成較長的水道，同樣不利于鋼管混凝土柱的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
[0041]鋼管內(nèi)壁表面粗糙度為200 μ m。通過在鋼管內(nèi)壁制備200 μ m的粗糙度，能夠增大混凝土與鋼管內(nèi)壁的接觸面積，從而增大混凝土與鋼管的粘結(jié)力，提高混凝土與鋼管的連接強(qiáng)度。
[0042]兩根鋼管I之間直接焊接連接。鋼管I壁上設(shè)有加壓壓漿頭。鋼管中段的直徑大于上下段的直徑。通過增加鋼管組合結(jié)構(gòu)中部的直徑，來到達(dá)增加鋼管組合結(jié)構(gòu)中部的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的目的。鋼管混凝土柱子在承受極限荷載或達(dá)到使用壽命時(shí)，往往是柱子的中部混凝土首先開始破碎，最終柱子毀壞時(shí)，柱子兩端的依舊完好。因此，加大鋼管I中段的壁厚，能夠有效的提聞混凝土鋼管柱中部的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，延長柱子的整體使用壽命，提聞柱子的性價(jià)比。
[0043]鋼管混凝土完全組合柱制造工藝，包含如下工藝:焊鋼管密封端頭板、振動(dòng)澆筑鋼管內(nèi)混凝土、放置另一端承壓固定封頭板并加壓、焊接封頭板、混凝土帶壓凝固。
[0044]振動(dòng)澆筑鋼管I內(nèi)混凝土 2時(shí)，采用懸掛鋼管I管壁變頻振動(dòng)。當(dāng)鋼管I內(nèi)灌入混凝土 2后，將鋼管I懸掛吊起，然后對鋼管I管壁進(jìn)行振動(dòng)或變頻振動(dòng)，與傳統(tǒng)振動(dòng)方式相t匕，采用懸掛振動(dòng)，更加有利于混凝土密實(shí)，減小混凝土 2與鋼管I之間的間隙，使得混凝土2與鋼管I連接更加緊密。混凝土帶壓凝固，加壓時(shí)，壓力機(jī)的油缸外殼與鋼管I相連。通過變頻振動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻振動(dòng)，變頻振動(dòng)的過程中，混凝土內(nèi)的骨料由于其體積和質(zhì)量不同，通過逐漸增大或減小的變頻振動(dòng)，使得不同的骨料依次產(chǎn)生共振，達(dá)到層層疊壓，增大了混凝土的密實(shí)度。
[0045]混凝土帶壓凝固，加壓時(shí)，壓力機(jī)的油缸外殼與鋼管I相連。壓力機(jī)的油缸外殼與鋼管I相連，因此在加壓的過程中，鋼管I有被向上拉起拉薄的趨勢，混凝土 2有被下壓的趨勢，鋼管I與混凝土 2產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，更加有利于混凝土的壓緊。
[0046]混凝土帶壓凝固初凝前或終凝后，通過鋼管I管壁上設(shè)有加壓壓漿頭對鋼管I內(nèi)進(jìn)行壓漿。混凝土帶壓凝固初凝前或終凝后，通過鋼管I管壁上設(shè)有加壓壓漿頭對鋼管I內(nèi)進(jìn)行壓漿。通過加壓壓漿處理，能夠減少鋼管I與混凝土 2之間的空隙，提高混凝土與鋼管的連接緊密度，最終提高鋼管組合結(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，使其承載力能夠明顯超過鋼管承載力與混凝土承載力的之和。
[0047]實(shí)施例3
[0048]如圖3所示，本實(shí)施例與實(shí)施例2的區(qū)別在于，鋼管內(nèi)壁表面粗糙度為310 μ m。兩根鋼管I之間通過平鋼板焊接。[0049]鋼管混凝土完全組合柱也可以由三根或者四根帶混凝土的鋼管，通過連接件焊接組成，連接件可以是波形鋼腹板、平鋼板、型鋼中的一種或一種以上的組合。
[0050]總之，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1.鋼管混凝土完全組合柱，包括一根或一根以上鋼管(I)及鋼管內(nèi)的混凝土(2)，其特征在于:所述的混凝土(2)為預(yù)壓式混凝土，鋼管(I) 一端設(shè)有密封端頭板，鋼管(I)另一端設(shè)有承壓固定封頭板，鋼管(I)或鋼管端部上有排水或排氣的孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管混凝土完全組合柱，其特征在于:所述的鋼管內(nèi)壁表面粗糙度為55-450 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管混凝土完全組合柱，其特征在于:所述的兩根以上的鋼管(I)之間直接焊接或通過波形鋼腹板、平鋼板、型鋼中的一種或一種以上的組合焊接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管混凝土完全組合柱，其特征在于:所述的鋼管(I)壁上設(shè)有加壓壓漿頭。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管混凝土完全組合柱，其特征在于:所述的鋼管(I)中段的壁厚大于上下段的壁厚。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼管混凝土完全組合柱，其特征在于:所述的鋼管(I)中段的直徑大于上下段的直徑。
7.鋼管混凝土完全組合柱制造工藝，其特征在于:包含如下工藝:焊鋼管密封端頭板、振動(dòng)澆筑鋼管內(nèi)混凝土、放置另一端承壓固定封頭板并加壓、焊接封頭板、混凝土帶壓凝固。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋼管混凝土完全組合柱制造工藝，其特征在于:所述的振動(dòng)澆筑鋼管(I)內(nèi)混凝土(2)時(shí)，采用懸掛鋼管(I)管壁振動(dòng)或變頻振動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋼管混凝土完全組合柱制造工藝，其特征在于:所述的混凝土帶壓凝固，加壓時(shí)，壓力機(jī)的油缸外殼與鋼管(I)相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋼管混凝土完全組合柱制造工藝，其特征在于:混凝土帶壓凝固初凝前或終凝后，通過鋼管(I)管壁上設(shè)有加壓壓漿頭對鋼管(I)內(nèi)進(jìn)行壓漿。
【文檔編號(hào)】E04C3/293GK103437497SQ201310307203
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月18日
【發(fā)明者】孫天明, 劉保成 申請人:杭州博數(shù)土木工程技術(shù)有限公司