CN102995831A

CN102995831A - 一种带水平缝内隔板多腔体钢管混凝土柱及作法

Info

Publication number: CN102995831A
Application number: CN2012105105585A
Authority: CN
Inventors: 曹万林; 武海鹏; 张建伟; 徐萌萌; 王立长
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2012-12-03
Filing date: 2012-12-03
Publication date: 2013-03-27

Abstract

带水平缝内隔板多腔体钢管混凝土柱，其包括多边形钢管（1）、整体式内隔板（2）、带水平缝内隔板（3）、填充在多边形钢管内的混凝土（4）。整体式内隔板的斜拉杆效应较为明显，可显著增强构件配置该整体式内隔板方向的抗侧刚度及承载力，对于控制构件的侧向变形效果明显；带水平缝内隔板，在地震往复作用下，缀板与混凝土相互剪切消耗较多地震能量，同时也可在一定程度上提高构件在该方向的抗侧刚度、承载力及延性。采用带水平缝内隔板，在满足刚度的条件下，节约了钢材，保证了混凝土的密实性；同时同整体式内隔板将钢管分为几个小腔体，提高了混凝土的抗压能力、塑性及韧性性能，从而提高了多腔体钢管混凝土结构的抗震性能。

Description

一种带水平缝内隔板多腔体钢管混凝土柱及作法

技术领域

本发明是一种带水平缝内隔板多腔体钢管混凝土柱及作法，主要应用于建筑结构中的耗能减震控制领域。

背景技术

社会在发展进步，人们生活水平也在不断提高，各种形式的建筑层出不穷，满足不同使用功能的建筑也应运而生。尤其是高层、超高层建筑的大量涌现，这就需要有新的理论和新的技术来支撑这类建筑的建设。矩形钢管混凝土柱及圆钢管混凝土柱由于其自身尺寸和加工工艺的限制，不能无限满足工程的需要，在这种前提下，多腔体钢管混凝土结构也就随之而产生，其多腔体钢管是由钢板拼连焊接而成。

多腔体钢管混凝土由多腔体钢管和混凝土两种材料组成，由于腔体内混凝土的作用，钢管壁板的稳定性有很大的提高，延缓或者避免了钢管壁板过早的发生局部屈曲；同时钢管对其核心混凝土的约束作用，使混凝土处于高度三维应力状态，从而使混凝土的强度得以提高，塑性和韧性性能得到改善，两种材料的组合弥补了各自的缺点，使其材料性能得到了充分发挥。

在多腔体钢管混凝土巨型柱受压性能试验中发现多腔体钢管混凝土结构性能优良的同时也存在着一些不足之处。钢管混凝土结构在强震作用下，腔体壁板容易发生局部鼓曲，腔体壁板承载力下降，钢板向外鼓出部分相应部位的核心混凝土严重酥碎，而此时其它部位可能还没有达到屈服，材料的性能没有得到充分发挥，造成了材料的严重浪费，大量震害现象也证明了这一点。

在多腔体钢管混凝土巨型柱受压性能试验中，通过是否设置内部贯穿截面的内隔板对比试验，发现内部隔板对提高构件的承载力和延性有明显的贡献，承载力提高38.9%，延性系数提高13.2%。内部隔板将大腔体分为几个小腔体，对腔体内混凝土形成的约束更强，从而提高了混凝土的抗压能力和延性；同时内部隔板的斜拉杆效应明显，对腔体外壁板的约束能力很强，从而提高了构件的承载力及延性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提高多腔体钢管混凝土结构承载力和抗震性能，延缓或避免由于钢管壁板局部屈曲导致的构件刚度承载力及延性的降低，充分发挥材料的性能。为了解决这一问题，本发明提出了一种带水平缝内隔板多腔体钢管混凝土柱及作法。

本发明采用的技术方案是：

该带水平缝内隔板多腔体钢管混凝土柱，其包括多边形钢管1、整体式内隔板2、带水平缝内隔板3、填充在多边形钢管内的混凝土4、形成带水平缝内隔板的缀板5和纵向板条6；整体式内隔板2设置在截面强轴方向，带水平缝内隔板3设置在截面弱轴方向。采用焊接的方式将缀板5和纵向板条6连接起来形成带水平缝内隔板，缀板间距D为缀板高度d的2~3倍。

所述多腔钢管混凝土柱截面形状为多边形。

所述的多边形钢管1由钢板焊接而成，焊缝应符合相应的设计要求。

所述的整体式内隔板2采用的钢板型号同多边形钢管1或低一个强度等级，厚度为多边形钢管钢板厚度的1/2~2/3。整体式内隔板2在多边形钢管1角部或边中部与多边形钢管1焊接连接。整体钢板的斜拉杆效应较为明显，可显著增强柱配置整体式内隔板方向承载力和延性，对于控制构件的侧向变形效果明显。

所述的带水平缝内隔板3采用的钢板型号同多边形钢管或低一个强度等级，厚度为多边形钢管钢板厚度的1/2~2/3，带水平缝内隔板3在多边形钢管1角部或边中部与多边形钢管1及整体式内隔板2焊接连接。采用带水平缝内隔板可以便于混凝土在不同腔体间的贯通，保证了浇筑混凝土的密实性；在地震作用往复作用下缀板与混凝土相互剪切变形消耗地震能；设置的带水平缝内隔板对提高该方向的承载力和延性也有一定的贡献。

根据本发明的技术方案，该带水平缝内隔板多腔钢管混凝土柱的制作方法，其制作步骤如下：

1）对整体式内隔板2进行定位并与多边形钢管1焊接；

2）对带水平缝内隔板3进行定位并与多边形钢管1及整体式内隔板2焊接；

3）灌注混凝土4，进行养护，成形后即为带水平缝内隔板多腔钢管混凝土柱。

本发明可以取得如下有益效果：

在多边形钢管混凝土柱的腔体内强轴方向设置整体式内隔板，将一个大腔体分为几个小腔体，提高了对核心混凝土的约束能力；依不同厚度及型号的内隔板，构件的初始抗侧刚度提高10%~20%，承载力提高30%~50%，延性系数提高10%~25%。

在多边形钢管混凝土柱的腔体内弱轴方向设置带水平缝内隔板，同整体式内隔板将一大腔体分为小腔体，在地震往复作用下，缀板与混凝土相互剪切变形消耗地震能量；依不同厚度及型号的内隔板，构件在该方向的初始抗侧刚度提高5%~15%，承载力提高15%~30%，延性系数提高15%~30%。采用带水平缝内隔板，在满足构件抗侧刚度的条件下，节约了钢材，保证了混凝土的密实度，提高了构件的抗震性能。

附图说明

图1是带水平缝内隔板多腔钢管混凝土柱截面示意图；

图2是带水平缝内隔板3示意图

其中：1-多边形钢管，2-整体式内隔板，3-带水平缝内隔板，4-混凝土，5-缀板，6-纵向板条，d-缀板高度，D-缀板间距。

具体实施方式

下面结合具体实例对本发明做进一步说明：

实施例

如图1所示，带水平缝内隔板多腔钢管混凝土柱包括多边形钢管1、整体式内隔板2、带水平缝内隔板3和混凝土4。带水平缝内隔板多腔钢管混凝土柱及作法是在普通多边形钢管混凝土柱的内部加设内隔板形成；

整体式内隔板一般在多腔体钢管混凝土柱的强轴设置，以增强柱的抗侧刚度、承载力和变形能力，通过这样的方式，可有效减小为增加柱的抗侧刚度而增加的截面面积，节约了钢材和混凝土同时增加了使用面积，这在高层建筑设计中是十分重要的；

带水平缝内隔板一般设置在钢管混凝土柱的弱轴方向或者对刚度要求较小的方向，利用这种方式的内隔板可以便于混凝土的浇筑，使混凝土的密实性得到保证，同时在地震往复作用下混凝土缀板之间剪切变形能够耗散较多的的地震能量；带水平缝内隔板中的缀板可以最后焊接组装，为整体式内隔板的焊接和其他相关钢板的焊接提供足够的工作空间。

本实施例中的带水平缝内隔板多腔钢管混凝土柱可以按如下方法制作：

1）根据实际情况，制作焊接多边形钢管1；

2）在多边形钢管的适当部位焊接整体式内隔板2，当在多边形钢管角部连接时，应采取有效的焊接工艺保证三块钢板间焊缝的质量；

3）在多边形钢管的适当部位焊接带水平缝内隔板3，先将带水平缝内隔板的纵向钢板条焊接到相应的多边形钢管钢板和整体式内隔板，再将带水平缝内隔板的缀板依次焊接；

4）在形成的多腔钢管中浇筑混凝土，养护成型后及形成带水平缝内隔板多腔钢管混凝土柱。

以上是本发明的典型实施例，本发明的实施不限于此。

Claims

1.带水平缝内隔板多腔钢管混凝土柱，其特征在于：其包括多边形钢管（1）、整体式内隔板（2）、带水平缝内隔板（3）和填充在多边形钢管内的混凝土（4）；整体式内隔板（2）设置在截面的强轴方向，带水平缝内隔板（3）设置在截面的弱轴方向；采用焊接的方式将缀板（5）和纵向板条（6）连接起来形成带水平缝内隔板（3），缀板间距为缀板高度的2~3倍。

2.根据权利要求1所述的带水平缝内隔板多腔钢管混凝土柱，其特征在于：混凝土柱截面形状为多边形。

3.根据权利要求1所述的带水平缝内隔板多腔钢管混凝土柱，其特征在于：整体式内隔板（2）采用的钢板型号同多边形钢管（1）钢板或低一个强度等级，厚度为多边形钢管钢板厚度的1/2~2/3；整体式内隔板（2）在多边形钢管（1）的角部或边中部与多边形钢管（1）焊接连接。

4.根据权利要求1所述的带水平缝内隔板多腔钢管混凝土柱，其特征在于：所述的带水平缝内隔板（3）采用的钢板型号同多边形钢管（1）钢板或低一个强度等级，厚度为多边形钢管钢板厚度的1/2~2/3，带水平缝内隔板（3）在多边形钢管（1）的角部或边中部与多边形钢管（1）及整体式内隔板（2）焊接连接。

5.根据权利要求1所述的带水平缝内隔板多腔钢管混凝土柱的制作方法，其特征在于：其制作步骤如下：

1）对整体式内隔板（2）进行定位并与多边形钢管（1）焊接；

2）对带水平缝内隔板（3）进行定位并与多边形钢管（1）及整体式内隔板（2）焊接；

3）灌注混凝土（4），进行养护，成形后即为带水平缝内隔板多腔钢管混凝土柱。