本實(shí)用新型涉及新型材料與新結(jié)構(gòu)體系在建筑工程應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種內(nèi)設(shè)約束板鋁合金管混凝土組合柱。

背景技術(shù)：

在建筑工程領(lǐng)域中柱是一種最基本的結(jié)構(gòu)形式，常用的結(jié)構(gòu)形式有現(xiàn)鋼筋混凝土柱，鋼結(jié)構(gòu)柱、型鋼混凝土柱、鋼管混凝土柱等。這幾種結(jié)構(gòu)形式柱在建筑工程領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，對(duì)建筑工程發(fā)展發(fā)揮的巨大作用。鋼管混凝土是一種性能優(yōu)良的組合柱結(jié)構(gòu)形-式，充分利用了混凝土在三向應(yīng)力作用下強(qiáng)度大幅提高，延性好的特點(diǎn)，主要不足是鋼管自重較大，形成受力合理的復(fù)雜截面，施工比較困難，需要比較多的焊接工藝，在一些情況下還比較難以實(shí)現(xiàn)。鋼管需要進(jìn)行防銹處理，并定期維護(hù)。因此，研究和開(kāi)發(fā)具有優(yōu)良性能的新材料和新結(jié)構(gòu)體系，仍然是建筑工程領(lǐng)域的重要研究和發(fā)展方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種內(nèi)設(shè)約束板鋁合金管混凝土組合柱。該結(jié)構(gòu)承載力高、耐久性好、施工簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)美觀，質(zhì)量輕，成本低，具有很好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和實(shí)用價(jià)值。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：

一種內(nèi)設(shè)約束板鋁合金管混凝土組合柱，由如下結(jié)構(gòu)構(gòu)成：一鋁合金管構(gòu)成柱體，柱體兩端固連有封蓋，封蓋相對(duì)于柱體的外側(cè)設(shè)置有連接件，連接件為一側(cè)壁貫通的四方體，底壁上開(kāi)有螺紋孔，通過(guò)加強(qiáng)螺釘與封蓋固連，頂壁和側(cè)壁上開(kāi)有螺紋孔，通過(guò)加強(qiáng)螺釘連接橫貫其中的組合梁或上層節(jié)點(diǎn)的柱體，柱體內(nèi)一體成型有約束板，鋁合金管及約束板的空腔內(nèi)填充有混凝土，所述鋁合金管寬度為b，管壁厚度為d，約束板的壁厚為t，為保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，滿足d＝(1/25-1/40)*b,t＝(1/40-1/50)*b。

進(jìn)一步的，所述螺紋孔與加強(qiáng)螺釘對(duì)應(yīng)，在連接件每個(gè)面上均勻分布成方形，連接件上部有組合梁或柱體的中間節(jié)點(diǎn)，加強(qiáng)螺釘?shù)穆菽妇谶B接件一側(cè)，頂部連接件上的加強(qiáng)螺釘?shù)穆菽妇挥谏蟼?cè)。

進(jìn)一步的，所述柱體的鋁合金管截面為矩形或圓形。

進(jìn)一步的，所述鋁合金管內(nèi)約束板為十字形，井字形，或H型。

進(jìn)一步的，所述混凝土采用強(qiáng)度C40以上的混凝土。

進(jìn)一步的，所述鋁合金管材料采用6系或7系鋁合金。

進(jìn)一步的，所述鋁合金管及其內(nèi)的十字形約束板采用擠壓成型工藝一體成型制得。

進(jìn)一步的，所述鋁合金管密度為2.7g/cm³。

進(jìn)一步的，所述內(nèi)設(shè)約束板鋁合金管混凝土組合柱的結(jié)構(gòu)承載力計(jì)算方法按鋼-組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程DLJ/T5085--1999計(jì)算。

進(jìn)一步的，所述鋁合金管及其內(nèi)的約束板所采用的擠壓成型工藝由如下步驟組成:

將鋁合金原料進(jìn)行熔化；

鑄錠處理，形成棒坯；

將所述棒坯預(yù)計(jì)熱至230-250℃之后做好表面潤(rùn)滑，將棒坯裝入擠壓筒；

將擠壓筒與預(yù)先制備的對(duì)應(yīng)形狀的模體連接；

擠壓成型，將所述鋁合金棒坯加熱至530℃-550℃，并通過(guò)擠壓機(jī)以1-3m|min的速度進(jìn)行擠壓成型，形成鋁合金管；

將擠壓成型的鋁合金管進(jìn)行風(fēng)冷淬火；

時(shí)效處理，將風(fēng)冷淬火后的鋁合金管加熱至175℃，并保持8小時(shí)；

將擠后制品進(jìn)行再加工，去除毛刺，矯直，之后按預(yù)定的長(zhǎng)度進(jìn)行剪切；

檢查合格后得到鋁合金管成品。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的有益效果為：

1、重量輕，本實(shí)用新型合金鋁密度為2.7g/cm³，約為鋼材密度的1/3。這一優(yōu)點(diǎn)可減少結(jié)構(gòu)自重，降低施工安裝勞動(dòng)強(qiáng)度。

2、鋁合金管可以擠壓成型，方便形成管內(nèi)十字形約束板。這是鋁合金在加工方面相對(duì)于鋼材的最主要的優(yōu)點(diǎn)。擠壓成型可以生產(chǎn)出熱軋和焊接所不能得到的復(fù)雜截面的型材,可以使得構(gòu)件截面的形式更加合理，這也是鋼管結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)的。

2、強(qiáng)度高，6000系和7000系列的鋁合金的強(qiáng)度分別為200MPa--260MPa、和400MPa--500MPa,6000系強(qiáng)度與Q235相當(dāng)，7000系是Q235鋼材的兩倍，Q345鋼材的1.5倍左右。

4、耐腐蝕性能好。鋁合金在大氣的影響下其表面能自然地形成一層氧化層。這層氧化層在很大程度上防止了鋁合金的腐蝕，因而鋁合金可免維護(hù)。

5、鋁合金具有特殊的光澤與質(zhì)感，從而獲得良好的裝飾效，不需要另外裝修即可獲得良好裝飾效果，可免結(jié)構(gòu)粉刷和裝修，節(jié)省相關(guān)費(fèi)用。

6、6系或7系鋁合金材料的價(jià)格約為鋼材價(jià)格的6倍左右,考慮到鋁的密度只有鋼材的1/3,綜合考慮結(jié)構(gòu)自重減輕、施工的便捷，免維護(hù)費(fèi)用和裝飾材料等,新型鋁合金管混凝土組合柱有應(yīng)用前景，特別是在承載力和耐久性環(huán)境要求高的使用條件下更具優(yōu)勢(shì)。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的內(nèi)設(shè)十字形約束板矩形鋁合金管截面示意圖。

圖2為本實(shí)用新型內(nèi)設(shè)十字形約束板矩形鋁合金管混凝土組合柱截面示意圖。

圖3為本實(shí)用新型內(nèi)設(shè)十字形約束板圓形鋁合金管混凝土組合柱截面示意圖。

圖4為本實(shí)用新型內(nèi)設(shè)井字形約束板方形鋁合金管混凝土組合柱截面示意圖。

圖5為本實(shí)用新型頂部節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)與組合梁連接示意圖。

圖7為本實(shí)用新型中間節(jié)點(diǎn)的連接件結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1-柱體，2-封蓋，3-連接件，4-頂壁，5-約束板，6-混凝土，7-底壁，8-加強(qiáng)螺釘，9-螺紋孔，10-組合梁，11-側(cè)壁。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

為了使本實(shí)用新型的技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，此處所描述的具體實(shí)施例，僅僅用于解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

一種內(nèi)設(shè)約束板鋁合金管混凝土組合柱，由如下結(jié)構(gòu)構(gòu)成：一鋁合金管構(gòu)成柱體1，柱體1兩端固連有封蓋2，封蓋2相對(duì)于柱體1的外側(cè)設(shè)置有連接件3，連接件3為一側(cè)壁貫通的四方體，底壁7上開(kāi)有螺紋孔9，通過(guò)加強(qiáng)螺釘8與封蓋2固連，頂壁4和側(cè)壁11上開(kāi)有螺紋孔9，通過(guò)加強(qiáng)螺釘8連接橫貫其中的組合梁10或上層節(jié)點(diǎn)的柱體1，柱體1內(nèi)一體成型有約束板5，鋁合金管及約束板5的空腔內(nèi)填充有混凝土6，所述鋁合金管寬度為b，管壁厚度為d，約束板的壁厚為t，為保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，滿足d＝(1/25-1/40)*b,t＝(1/40-1/50)*b。

進(jìn)一步的，所述螺紋孔9與加強(qiáng)螺釘8對(duì)應(yīng)，在連接件3每個(gè)面上均勻分布成方形，連接件上部有組合梁或柱體的中間節(jié)點(diǎn)，加強(qiáng)螺釘?shù)穆菽妇谶B接件一側(cè)，頂部連接件上的加強(qiáng)螺釘?shù)穆菽妇挥谏蟼?cè)。

進(jìn)一步的，所述柱體1的鋁合金管截面為矩形或圓形。

進(jìn)一步的，所述鋁合金管內(nèi)約束板5為十字形，井字形，或H型。

進(jìn)一步的，所述混凝土6采用硬度C40以上的混凝土。

進(jìn)一步的，所述鋁合金管材料采用6系或7系鋁合金。

進(jìn)一步的，所述鋁合金管及其內(nèi)的約束板5采用擠壓成型工藝一體成型制得。

進(jìn)一步的，所述鋁合金管密度為2.7g/cm³。

進(jìn)一步的，所述內(nèi)設(shè)約束板鋁合金管混凝土組合柱的結(jié)構(gòu)承載力計(jì)算方法按鋼-組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程DLJ/T5085--1999計(jì)算。

進(jìn)一步的，所述鋁合金管及其內(nèi)的約束板所采用的擠壓成型工藝由如下步驟組成:

將鋁合金原料進(jìn)行熔化；

鑄錠處理，形成棒坯；

將所述棒坯預(yù)計(jì)熱至230-250℃之后做好表面潤(rùn)滑，將棒坯裝入擠壓筒；

將擠壓筒與預(yù)先制備的對(duì)應(yīng)形狀的模體連接；

擠壓成型，將所述鋁合金棒坯加熱至530℃-550℃，并通過(guò)擠壓機(jī)以1-3m|min的速度進(jìn)行擠壓成型，形成鋁合金管；

將擠壓成型的鋁合金管進(jìn)行風(fēng)冷淬火；

時(shí)效處理，將風(fēng)冷淬火后的鋁合金管加熱至175℃，并保持8小時(shí)；

將擠后制品進(jìn)行再加工，去除毛刺，矯直，之后按預(yù)定的長(zhǎng)度進(jìn)行剪切；

檢查合格后得到鋁合金管成品。

以下以方形柱體，十字形約束板進(jìn)行說(shuō)明：

本實(shí)用新型的工作原理為：

如圖1-7所示，利于鋁合金管穩(wěn)定性及對(duì)混凝土的有效約束。管內(nèi)填充混凝土(詳見(jiàn)附圖說(shuō)明)形成內(nèi)設(shè)十字形約束板鋁合金管混凝土組合柱。結(jié)構(gòu)受力時(shí)混凝土橫向變形受到矩形鋁合金管的約束，通過(guò)內(nèi)設(shè)十字形約束板，提高矩形鋁合金截面的穩(wěn)定性和對(duì)混凝土的約束力，使混凝土形成更強(qiáng)的被動(dòng)三向受力，混凝土強(qiáng)度大幅提升，延性提高，結(jié)構(gòu)具有承載力高延性好的特點(diǎn)，對(duì)截面尺寸大的矩形截面鋁合金柱提高截面穩(wěn)定性和強(qiáng)度的重要技術(shù)措施和方法。鋁合金管自重輕，便于安裝施工。

鋁合金管采用擠壓成型，復(fù)雜截面方便成型，無(wú)需采用焊接。鋁合金有很好的外觀，不需裝修即可獲得很好的裝飾效果，節(jié)省裝修費(fèi)用。結(jié)構(gòu)承載力計(jì)算方法可按鋼-組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程(DLJ/T5085--1999)方法計(jì)算。由于鋁合金管內(nèi)澆筑混凝土，兩種材料組合后剛度較大，所以穩(wěn)定性相對(duì)容易滿足。

實(shí)施例：

如圖1所示，采用本實(shí)用新型的組合柱建造框架組合結(jié)構(gòu)房屋。層高3.6米，采用方形組合柱，合金鋁管采用6系高強(qiáng)鋁合金，材料條件屈服強(qiáng)度240MPa,彈性模量70GPa,混凝土采用C40強(qiáng)度等級(jí)。具體實(shí)施步驟如下：

1，根據(jù)房屋進(jìn)深和開(kāi)間，初定方形鋁合金柱管尺寸b；

2、按相關(guān)荷載設(shè)計(jì)規(guī)范取值，計(jì)算結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載，最不利內(nèi)力組合值；

3、根據(jù)設(shè)計(jì)荷載確定方形鋁合金管壁厚d和內(nèi)設(shè)十字形約束板厚t；

4、根據(jù)設(shè)計(jì)鋁合金管截面，在工廠加工，制作鋁合金管及連接件；

5、現(xiàn)場(chǎng)安裝方形鋁合金管空心柱，鋁合金管與基礎(chǔ)預(yù)埋件采用螺栓連接；

6、灌注方形鋁管混凝土；

7、安裝方形連接件及橫梁、上層鋁合金柱管。

8、支板模并澆筑樓板混凝土；

9、重復(fù)步驟6-8完成上層樓面柱、梁、板結(jié)構(gòu)。

從實(shí)施案例可以看出采用本實(shí)用新型技術(shù)，采用本實(shí)用新型生產(chǎn)的矩形鋁合金管混凝土組合柱，結(jié)構(gòu)承載力高，鋁合金管及連接件在工廠加工，鋁合金重量?jī)H為鋼材的1/3，方便現(xiàn)場(chǎng)架設(shè)，節(jié)省勞動(dòng)強(qiáng)度，施工速度快。特別是內(nèi)設(shè)十字形約束板矩形鋁合金管通過(guò)擠壓成型，一次形成受力合理的復(fù)雜截面，不需要焊接，既保證質(zhì)量，也大大減少施工工序和焊接工作量，這是與矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)相比的突出優(yōu)勢(shì)。鋁合金管不需要防腐處理及后期維護(hù)，結(jié)構(gòu)美觀，不需要額外裝修，節(jié)省裝修成本，具有很好的綜合技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

以上所述，僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何不經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性勞動(dòng)想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。