一種帶夾層的鋼管約束的圓鋼管混凝土構件及其加工方法技術

本發明專利技術公開了一種帶夾層的鋼管約束的圓鋼管混凝土構件及其加工方法，其中所述帶夾層的鋼管約束的鋼管混凝土新型構件由外層鋼管、夾層材料和核心鋼管混凝土構件組成，所述外層鋼管和夾層材料僅對核心鋼管混凝土提供側向約束作用；所述外層鋼管與核心鋼管混凝土構件均為圓形；其中外層鋼管沿核心鋼管混凝土構件表面通長布置并且不與核心構件的端部及梁柱節點進行連接，本發明專利技術可增強核心構件鋼管與核心混凝土之間的共同工作性能，提高構件的承載力和延性，改善構件的破壞模式，增強構件的抗震、耐腐蝕和抗火性能；本發明專利技術原理清晰、力學性能優越、工程成本較低。

Round steel tube concrete component with steel pipe with interlayer and method for processing the same

The invention discloses a concrete filled circular steel tubular members with interlayer pipe constraints and its processing method, the concrete filled steel tubular steel tube confined the sandwich type component from the outer steel tube, sandwich material and concrete-filled steel tubular core components, wherein the outer tube and clip layer only provide lateral confinement effect on the core concrete filled steel tube; the outer layer of the steel tube and the core concrete filled steel tubular members are round; the outer surface of steel pipe along the long core layout of CFST members and not with the core components of the end and beam column joints are connected, the invention can enhance the performance of the core component between the steel tube and core concrete, improve the bearing capacity and ductility, improve failure modes of structure, strengthening the structure seismic, corrosion resistance and fire resistance; the invention of clear principle, mechanical properties Superior and low engineering cost.

【技術實現步驟摘要】
一種帶夾層的鋼管約束的圓鋼管混凝土構件及其加工方法
本專利技術屬于建筑結構構件領域，尤其涉及一種帶夾層的鋼管約束的圓鋼管混凝土構件及其加工方法。
技術介紹
鋼管混凝土指在鋼管中填充混凝土而形成的組合構件。鋼管混凝土構件在受力過程中，鋼管對混凝土的約束作用使混凝土處于三向受壓的應力狀態，從而使鋼管中核心混凝土的強度得以提高，延性得到顯著改善；同時，核心混凝土的存在可避免或延緩鋼管發生局部屈曲，從而保證其材料性能得到充分發揮。與鋼筋混凝土結構相比，在鋼管混凝土施工過程中，鋼管可以作為澆筑其核心混凝土的模板，可節省模板費用，加快施工進度；與鋼結構相比，核心混凝土的存在使構件的耐火性能更好，節約防火涂料，降低工程造價。將鋼管與混凝土組合為鋼管混凝土，通過鋼管與核心混凝土的相互作用，不僅可以彌補兩種材料各自的缺點，而且能充分發揮二者的優點，使鋼管混凝土結構具有一系列優越的力學性能。近年來，鋼管混凝土結構因其優越的力學性能受到工程界的青睞，在高層建筑和大跨度橋梁中得到了越來越廣泛的應用。但鋼管混凝土結構在實際工程中應用中也存在著不足之處，具體包括：（1）鋼管混凝土柱在軸向荷載作用下，鋼管與核心混凝土同時承擔縱向荷載，因此鋼管對核心混凝土的約束效果未能得到充分發揮，特別是對于鋼管高強混凝土柱，鋼管對核心混凝土的約束效果不顯著，核心高強混凝土在受力過程中易產生剪切壓潰破壞；（2）鋼管混凝土構件在軸向荷載作用下，鋼管一般處于縱向受壓橫向受拉的應力狀態，這使鋼管的縱向屈服強度低于鋼管單向受拉屈服強度；隨著變形的增加，鋼管對核心混凝土的橫向約束作用逐漸增強，特別是當鋼管屈服后，鋼管的縱向應力隨其橫向應力的增加而逐漸降低，即鋼管對構件縱向承載力的貢獻也隨之減弱；（3）鋼管混凝土構件在遭遇相當于本地區抗震設防烈度的設防地震影響時，構件可能發生損壞，其鋼管可能達到屈服或產生屈曲，構件需進行修復加固才可繼續使用；（4）鋼管混凝土構件在軸向荷載作用下，在加載初期，鋼管與核心混凝土均處于彈性階段，由于鋼管的泊松比大于核心混凝土，鋼管的橫向變形比核心混凝土的橫向變形大，這導致鋼管與核心混凝土之間產生脫開現象，特別對于薄壁鋼管高強混凝土構件，高強核心混凝土在加載初期橫向變形小，薄壁鋼管與核心混凝土脫開現象更為顯著；此外，實際工程中由于核心混凝土的澆筑、養護方式不當或核心混凝土產生收縮、徐變和溫度變形可導致鋼管與核心混凝土之間產生脫空現象，以上現象均可影響鋼管與核心混凝土的相互作用，使鋼管在加載初期可產生較大初應力，從而影響構件的力學性能；（5）實際鋼管混凝土構件中，鋼管因其耐腐蝕性能差需定期進行嚴格的防腐處理，否則容易發生銹蝕，影響構件的耐久性和力學性能，限制了此類構件在某些特殊環境中的使用，例如超大跨徑鋼管混凝土拱橋因外層鋼管的耐腐性差導致其在沿海地區的發展與應用受到限制；（6）鋼管混凝土構件的鋼管處于最外層，且鋼管需承擔縱向荷載，在火災作用下，鋼管的強度和彈性模量急劇減小，從而降低鋼管混凝土構件的承載力，因此實際工程中，為提高鋼管混凝土構件的耐火性能，仍需在鋼管外表面噴涂防火保護層，從而增加工程造價。為此，有必要設計一種新型的鋼管混凝土結構構件，能夠增強構件鋼管對核心混凝土的約束作用，提高構件的承載力和延性，改善構件的破壞模式，增強構件的抗震、耐腐蝕和耐火性能。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種帶夾層的鋼管約束的圓鋼管混凝土構件，旨在解決現有鋼管混凝土構件技術的不足，用以增強核心構件鋼管與核心混凝土之間的共同工作性能，提高構件的承載力和延性，改善構件的破壞模式，增強構件的抗震、耐腐蝕和耐火性能。本專利技術是這樣實現的，一種帶夾層的鋼管約束的圓鋼管混凝土構件，由空心柱體結構的核心組件和空心柱體結構的外層組件嵌套組成，所述外層組件與所述核心組件之間填充有夾層材料；所述核心組件內部填充有內層材料，所述核心組件和所述外層組件的橫截面圖形均為中心對稱圖形；所述核心組件和所述外層組件的橫截面的對稱中心重合；所述外層組件的內壁寬度大于所述核心組件的外壁寬度且兩者不相互接觸；所述外層組件的長度小于所述核心組件；所述夾層材料長度與所述外層組件相同；所述內層材料長度與所述核心組件相同；所述核心組件為空心圓柱體結構。由于核心組件的長度要長于所述外層組件和夾層材料，且實際工程中外層組件和夾層材料不與核心組件的梁柱節點連接，所以本方案中外層組件和夾層材料實質上是不受力的，只是對核心組件與混凝土提供橫向約束的作用。這與現有技術中普通的雙層嵌套鋼管具有很大的不同，現有技術中的雙層鋼管雖然從構件中部的橫截面結構上來說與本方案是一樣的，但是由于其外層結構的長度于內層結構相同，所以受力時兩者是同時承受縱向力作用；使外層結構鋼管對內層結構的約束作用不能充分發揮。本專利技術的進一步技術方案是：所述外層組件為空心圓柱體結構。空心圓柱結構能夠在各個方向上提供相同的橫向約束作用，從而增強核心組件對內層材料的約束作用。本專利技術的進一步技術方案是：所述核心組件和所述外層組件的制造材料為碳素鋼、不銹鋼和高強鋼中的一種。這些材料容易獲得，成本低廉。本專利技術的進一步技術方案是：所述內層材料的制備材料為高性能混凝土、高強混凝土、普通混凝土和再生混凝土中的一種或多種；所述夾層材料的制備材料為水泥基灌漿材料、纖維增強灌漿材料、結構膠、高性能混凝土、高強混凝土、普通混凝土或再生混凝土中的一種或多種。這些材料容易獲得，成本低廉。下面介紹本方案的帶夾層的鋼管約束的圓鋼管混凝土構件的安裝方法，該方法包括以下步驟：步驟A：定位步驟，所述定位步驟系按設計將核心組件和外層組件進行定位，所述核心組件系圓柱體結構；步驟B：澆筑步驟，所述澆筑步驟系將內層材料灌注進入所述核心組件、將夾層材料灌注進入所述外層組件和核心組件之間；步驟C：養護步驟，所述養護步驟系對步驟B獲得的產品進行養護。本專利技術的進一步技術方案是，所述步驟A包括以下分步驟：步驟A1：制作組件步驟，所述制作組件步驟系按設計長度截取矩形核心組件和外層組件，或按設計要求選取板材卷曲焊接形成圓形外層組件和核心組件；步驟A2：組件固定步驟，在所述核心組件和所述外層組件的端部插入固定件，所述固定件系圓環形鋼板，所述固定件中間設有圓的鏤空，所述鏤空形狀與所述核心組件的外表面相同，所述固定件的外徑與所述外層組件的外徑相同，所述固定件與所述外層組件點焊相連。通過固定件保證核心組件和外層組件之間的位置，確保兩者能夠同心。本專利技術的進一步技術方案是：所述步驟B包括以下分步驟：步驟B1：內層材料澆筑步驟，所述內層材料澆筑步驟系將混凝土按照設計配比制備內層材料，對與夾層材料4接觸的固定件5的表面鋪設聚乙烯薄膜并涂抹機油；然后將所述內層材料灌注至所述核心組件內部，并充分振搗至所述內層材料達到密實；步驟B2：夾層材料澆筑步驟，所述夾層材料澆筑步驟系按照設計配比制備夾層材料，將所述內層材料灌注至所述核心組件和所述外層組件之間，并充分振搗至所述內層材料達到密實。所述步驟C包括以下分步驟：步驟C1：對澆筑完成的試件進行養護；步驟C2：取下步驟A2中用到的固定件。本專利技術的有益效果是：與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：（1）外層圓鋼套管不承擔縱向荷載，對核心圓形鋼管混凝土構件的鋼管及核心混本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種帶夾層的鋼管約束的圓鋼管混凝土構件，其特征在于：由空心柱體結構的核心組件和空心柱體結構的外層組件嵌套組成，所述外層組件與所述核心組件之間填充有夾層材料；所述核心組件內部填充有內層材料；所述核心組件和所述外層組件的橫截面圖形均為中心對稱圖形；所述核心組件和所述外層組件的橫截面的對稱中心重合；所述外層組件的內壁寬度大于所述核心組件的外壁寬度且兩者不相互接觸；所述外層組件的長度小于所述核心組件；所述夾層材料長度與所述外層組件相同；所述內層材料長度與所述核心組件相同；所述核心組件為空心圓柱體結構。

【技術特征摘要】
1.一種帶夾層的鋼管約束的圓鋼管混凝土構件，其特征在于：由空心柱體結構的核心組件和空心柱體結構的外層組件嵌套組成，所述外層組件與所述核心組件之間填充有夾層材料；所述核心組件內部填充有內層材料；所述核心組件和所述外層組件的橫截面圖形均為中心對稱圖形；所述核心組件和所述外層組件的橫截面的對稱中心重合；所述外層組件的內壁寬度大于所述核心組件的外壁寬度且兩者不相互接觸；所述外層組件的長度小于所述核心組件；所述夾層材料長度與所述外層組件相同；所述內層材料長度與所述核心組件相同；所述核心組件為空心圓柱體結構。2.根據權利要求1所述的帶夾層的鋼管約束的圓鋼管混凝土構件，其特征在于：所述外層組件為空心圓柱體結構。3.根據權利要求1-2中任一所述的帶夾層的鋼管約束的圓鋼管混凝土構件，其特征在于：所述夾層材料的制備材料為水泥基灌漿材料、纖維增強灌漿材料、結構膠、高性能混凝土、高強混凝土、普通混凝土或再生混凝土中的一種或多種。4.根據權利要求1-2中任一所述的帶夾層的鋼管約束的圓鋼管混凝土構件，其特征在于：所述核心組件和所述外層組件的制造材料為碳素鋼、不銹鋼和高強鋼中的一種。5.根據權利要求1-2中任一所述的帶夾層的鋼管約束的圓鋼管混凝土構件，其特征在于：所述內層材料的制備材料為高性能混凝土、高強混凝土、普通混凝土和再生混凝土中的一種或多種。6.一種帶夾層的鋼管約束的圓鋼管混凝土構件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟A：定位步驟，所述定位步驟系按設計將核心組件和外層組件進行定位，所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張素梅，周緒紅，郭蘭慧，陳杰，王玉銀，石宇，楊華，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學深圳研究生院，
類型：發明
國別省市：廣東,44