一種帶夾層的鋼管約束矩形鋼管混凝土構(gòu)件及其加工方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種帶夾層的鋼管約束矩形鋼管混凝土構(gòu)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(gòu)件由外層鋼管、夾層材料和核心鋼管混凝土構(gòu)件組成，所述外層鋼管和夾層材料僅對(duì)核心鋼管混凝土提供側(cè)向約束作用；所述外層鋼管為圓形，所述核心鋼管混凝土構(gòu)件為矩形；其中外層鋼管沿核心鋼管混凝土構(gòu)件表面通長(zhǎng)布置并且不與核心構(gòu)件的端部及梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接，本發(fā)明專利技術(shù)可增強(qiáng)核心構(gòu)件鋼管與核心混凝土之間的共同工作性能，提高構(gòu)件的承載力和延性，改善構(gòu)件的破壞模式，增強(qiáng)構(gòu)件的抗震、耐腐蝕和抗火性能；本發(fā)明專利技術(shù)原理清晰、力學(xué)性能優(yōu)越、工程成本較低。

Steel pipe confined rectangular steel tube concrete component with interlayer and processing method thereof

The invention discloses a sandwich steel tube confined concrete filled rectangular steel tube members and processing method thereof, wherein the steel tube confined concrete sandwich type component is composed of an outer layer steel, 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 tube is circular, the core component of the steel pipe concrete rectangular; 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 in connection, the invention can enhance the performance of the core component between the steel tube and core concrete, improve the bearing capacity and ductility of the member the improvement of failure modes of structure, strengthening the structure seismic, corrosion resistance and fire resistance; the invention of clear principle, The mechanical properties are superior and the cost of the project is low.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種帶夾層的鋼管約束矩形鋼管混凝土構(gòu)件及其加工方法
本專利技術(shù)屬于建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件領(lǐng)域，尤其涉及一種帶夾層的鋼管約束矩形鋼管混凝土構(gòu)件及其加工方法。
技術(shù)介紹
鋼管混凝土指在鋼管中填充混凝土而形成的組合構(gòu)件。鋼管混凝土構(gòu)件在受力過(guò)程中，鋼管對(duì)混凝土的約束作用使混凝土處于三向受壓的應(yīng)力狀態(tài)，從而使鋼管中核心混凝土的強(qiáng)度得以提高，延性得到顯著改善；同時(shí)，核心混凝土的存在可避免或延緩鋼管發(fā)生局部屈曲，從而保證其材料性能得到充分發(fā)揮。與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，在鋼管混凝土施工過(guò)程中，鋼管可以作為澆筑其核心混凝土的模板，可節(jié)省模板費(fèi)用，加快施工進(jìn)度；與鋼結(jié)構(gòu)相比，核心混凝土的存在使構(gòu)件的耐火性能更好，節(jié)約防火涂料，降低工程造價(jià)。將鋼管與混凝土組合為鋼管混凝土，通過(guò)鋼管與核心混凝土的相互作用，不僅可以彌補(bǔ)兩種材料各自的缺點(diǎn)，而且能充分發(fā)揮二者的優(yōu)點(diǎn)，使鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有一系列優(yōu)越的力學(xué)性能。近年來(lái)，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)因其優(yōu)越的力學(xué)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(lái)越廣泛的應(yīng)用。但鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程中應(yīng)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(shí)承擔(dān)縱向荷載，因此鋼管對(duì)核心混凝土的約束效果未能得到充分發(fā)揮，特別是對(duì)于鋼管高強(qiáng)混凝土柱，鋼管對(duì)核心混凝土的約束效果不顯著，核心高強(qiáng)混凝土在受力過(guò)程中易產(chǎn)生剪切壓潰破壞；對(duì)于方（矩）形鋼管混凝土構(gòu)件，鋼管對(duì)核心混凝土的約束作用在混凝土截面內(nèi)不均勻，鋼管角部和截面中部混凝土為約束混凝土，而鋼板中部剛度較弱，鋼管屈曲后甚至與內(nèi)部混凝土脫離，中部附近混凝土為非約束混凝土，與圓形鋼管混凝土相比，方（矩）形鋼管混凝土的鋼管對(duì)核心混凝土力學(xué)性能的改善較弱；（2）鋼管混凝土構(gòu)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(yīng)力狀態(tài)，這使鋼管的縱向屈服強(qiáng)度低于鋼管單向受拉屈服強(qiáng)度；隨著變形的增加，鋼管對(duì)核心混凝土的橫向約束作用逐漸增強(qiáng)，特別是當(dāng)鋼管屈服后，鋼管的縱向應(yīng)力隨其橫向應(yīng)力的增加而逐漸降低，即鋼管對(duì)構(gòu)件縱向承載力的貢獻(xiàn)也隨之減弱；（3）鋼管混凝土構(gòu)件在遭遇相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的設(shè)防地震影響時(shí)，構(gòu)件可能發(fā)生損壞，其鋼管可能達(dá)到屈服或產(chǎn)生屈曲，構(gòu)件需進(jìn)行修復(fù)加固才可繼續(xù)使用；（4）鋼管混凝土構(gòu)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(dǎo)致鋼管與核心混凝土之間產(chǎn)生脫開(kāi)現(xiàn)象，特別對(duì)于薄壁鋼管高強(qiáng)混凝土構(gòu)件，高強(qiáng)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(kāi)現(xiàn)象更為顯著；此外，實(shí)際工程中由于核心混凝土的澆筑、養(yǎng)護(hù)方式不當(dāng)或核心混凝土產(chǎn)生收縮、徐變和溫度變形可導(dǎo)致鋼管與核心混凝土之間產(chǎn)生脫空現(xiàn)象，以上現(xiàn)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(chǎn)生較大初應(yīng)力，從而影響構(gòu)件的力學(xué)性能；（5）實(shí)際鋼管混凝土構(gòu)件中，鋼管因其耐腐蝕性能差需定期進(jìn)行嚴(yán)格的防腐處理，否則容易發(fā)生銹蝕，影響構(gòu)件的耐久性和力學(xué)性能，限制了此類構(gòu)件在某些特殊環(huán)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(dǎo)致其在沿海地區(qū)的發(fā)展與應(yīng)用受到限制；（6）鋼管混凝土構(gòu)件的鋼管處于最外層，且鋼管需承擔(dān)縱向荷載，在火災(zāi)作用下，鋼管的強(qiáng)度和彈性模量急劇減小，從而降低鋼管混凝土構(gòu)件的承載力，因此實(shí)際工程中，為提高鋼管混凝土構(gòu)件的耐火性能，仍需在鋼管外表面噴涂防火保護(hù)層，從而增加工程造價(jià)。為此，有必要設(shè)計(jì)一種新型的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，能夠增強(qiáng)構(gòu)件鋼管對(duì)核心混凝土的約束作用，提高構(gòu)件的承載力和延性，改善構(gòu)件的破壞模式，增強(qiáng)構(gòu)件的耐腐蝕和耐火性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種帶夾層的鋼管約束矩形鋼管混凝土構(gòu)件，旨在解決現(xiàn)有鋼管混凝土構(gòu)件技術(shù)的不足，用以增強(qiáng)核心構(gòu)件鋼管與核心混凝土之間的共同工作性能，提高構(gòu)件的承載力和延性，改善構(gòu)件的破壞模式，增強(qiáng)構(gòu)件的抗震、耐腐蝕和耐火性能。本專利技術(shù)是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種帶夾層的鋼管約束矩形鋼管混凝土構(gòu)件，由空心柱體結(jié)構(gòu)的核心組件和空心柱體結(jié)構(gòu)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(nèi)部填充有內(nèi)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(duì)稱圖形；所述核心組件和所述外層組件的橫截面的對(duì)稱中心重合；所述外層組件的內(nèi)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(zhǎng)度小于所述核心組件；所述夾層材料長(zhǎng)度與所述外層組件相同；所述內(nèi)層材料長(zhǎng)度與所述核心組件相同。由于核心組件的長(zhǎng)度要長(zhǎng)于所述外層組件和夾層材料，且實(shí)際工程中外層組件和夾層材料不與核心組件的梁柱節(jié)點(diǎn)連接，所以本方案中外層組件實(shí)質(zhì)上是不受力的，只是對(duì)核心組件與混凝土提供橫向約束的作用。這與現(xiàn)有技術(shù)中普通的雙層嵌套鋼管具有很大的不同，現(xiàn)有技術(shù)中的雙層鋼管雖然從構(gòu)件中部的橫截面結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)與本方案是一樣的，但是由于其外層結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度于內(nèi)層結(jié)構(gòu)相同，所以受力時(shí)兩者是同時(shí)承受縱向力作用。本專利技術(shù)的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述外層組件為空心圓柱體結(jié)構(gòu)。空心圓柱結(jié)構(gòu)能夠在各個(gè)方向上提供相同的橫向約束作用，從而增強(qiáng)核心組件對(duì)內(nèi)層材料的約束作用。本專利技術(shù)的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述核心組件的橫截面為多邊形。多邊形能夠帶來(lái)更好的受力。本專利技術(shù)的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述核心組件的橫截面為矩形。本專利技術(shù)的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述核心組件的橫截面為正方形。本專利技術(shù)的進(jìn)一步技術(shù)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(qiáng)鋼中的一種。這些材料容易獲得，成本低廉。本專利技術(shù)的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述內(nèi)層材料的制備材料為高性能混凝土、高強(qiáng)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(qiáng)灌漿材料、結(jié)構(gòu)膠、高性能混凝土、高強(qiáng)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矩形鋼管混凝土構(gòu)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(shè)計(jì)將核心組件和外層組件進(jìn)行定位；步驟B：澆筑步驟，所述澆筑步驟系將內(nèi)層材料灌注進(jìn)入所述核心組件、將夾層材料灌注進(jìn)入所述外層組件和核心組件之間；步驟C：養(yǎng)護(hù)步驟，所述養(yǎng)護(hù)步驟系對(duì)步驟B獲得的產(chǎn)品進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。本專利技術(shù)的進(jìn)一步技術(shù)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(shè)計(jì)長(zhǎng)度截取矩形核心組件和外層組件，或按設(shè)計(jì)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(huán)形鋼板，所述固定件中間設(shè)有矩形或正方形的鏤空，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(diǎn)焊相連。通過(guò)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(shù)的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述步驟B包括以下分步驟：步驟B1：內(nèi)層材料澆筑步驟，所述內(nèi)層材料澆筑步驟系將混凝土按照設(shè)計(jì)配比制備內(nèi)層材料，對(duì)與夾層材料4接觸的固定件5的表面鋪設(shè)聚乙烯薄膜并涂抹機(jī)油；然后將所述內(nèi)層材料灌注至所述核心組件內(nèi)部，并充分振搗至所述內(nèi)層材料達(dá)到密實(shí)；步驟B2：夾層材料澆筑步驟，所述夾本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種帶夾層的鋼管約束矩形鋼管混凝土構(gòu)件，其特征在于：由空心柱體結(jié)構(gòu)的核心組件和空心柱體結(jié)構(gòu)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(nèi)部填充有內(nèi)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(duì)稱圖形；所述核心組件和所述外層組件的橫截面的對(duì)稱中心重合；所述外層組件的內(nèi)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(zhǎng)度小于所述核心組件；所述夾層材料長(zhǎng)度與所述外層組件相同；所述內(nèi)層材料長(zhǎng)度與所述核心組件相同。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種帶夾層的鋼管約束矩形鋼管混凝土構(gòu)件，其特征在于：由空心柱體結(jié)構(gòu)的核心組件和空心柱體結(jié)構(gòu)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(nèi)部填充有內(nèi)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(duì)稱圖形；所述核心組件和所述外層組件的橫截面的對(duì)稱中心重合；所述外層組件的內(nèi)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(zhǎng)度小于所述核心組件；所述夾層材料長(zhǎng)度與所述外層組件相同；所述內(nèi)層材料長(zhǎng)度與所述核心組件相同。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶夾層的鋼管約束矩形鋼管混凝土構(gòu)件，其特征在于：所述外層組件為空心圓柱體結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶夾層的鋼管約束矩形鋼管混凝土構(gòu)件，其特征在于：所述核心組件的橫截面為多邊形。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶夾層的鋼管約束矩形鋼管混凝土構(gòu)件，其特征在于：所述核心組件的橫截面為矩形。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶夾層的鋼管約束矩形鋼管混凝土構(gòu)件，其特征在于：所述核心組件的橫截面為正方形。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一所述的帶夾層的鋼管約束矩形鋼管混凝土構(gòu)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(qiáng)鋼中的一種。7.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一所述的帶夾層的鋼管約束矩形鋼管混凝土構(gòu)件，其特征在于：所述內(nèi)層材料的制備材料為高性能混凝土、高強(qiáng)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(qiáng)灌漿材料、結(jié)構(gòu)膠、高性能混凝土、高強(qiáng)混凝土、普通混凝土或再生混凝土中的一種或多種。8.一種基于...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張素梅，周緒紅，郭蘭慧，陳杰，王玉銀，石宇，楊華，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：廣東,44