一種內置鏤空鋼管鋼纖維混凝土保護層的構造方法
2023-06-11 02:05:01
一種內置鏤空鋼管鋼纖維混凝土保護層的構造方法
【專利摘要】一種防腐蝕內置鏤空鋼管鋼纖維混凝土保護層的構造方法，在鋼管混凝土結構柱的外側，設置鋼纖維鏤空鋼管混凝土加以保護；提高結構構件的耐久性。保護層的厚度2f不小於70mm。薄壁鏤空鋼管壁厚e2不小於5mm，鏤空鋼管居保護層的中間，保護層用鋼纖維混凝土澆築，鋼纖維的摻加量為混凝土體積的1-1.5%，鏤空鋼管是由陣列的直徑為50mm的圓孔形成鏤空構造。圓孔淨間距和直徑d相同，均為50mm。由於鋼纖維的防鏽蝕作用和鏤空鋼管對保護層的約束作用，使得內部鋼管混凝土結構柱在腐蝕環境中受到保護，且鏤空鋼管也有輔助承載的能力。可用於人工島嶼、河道、港口工程、海洋平臺等具有腐蝕環境的惡劣環境中。
【專利說明】一種內置鏤空鋼管鋼纖維混凝土保護層的構造方法
【技術領域】
[0001]本發明為鋼管混凝土柱防腐蝕構造設計，屬於結構的耐久性設計領域。為了防止在嚴酷腐蝕環境下鋼管混凝土柱的鏽蝕，採用鋼纖維鏤空鋼管混凝土作為保護層，可用於港口工程、人工島嶼、海洋及河道工程、海洋平臺等結構物的建造，防止發生耐久性問題導致結構破壞。
[0002]
【背景技術】
[0003]嚴酷腐蝕環境如海洋環境的水位變動區，海洋平臺、人工島嶼、港口工程結構等的鋼管混凝土柱，其防護方法有許多種，如可採用設置防腐蝕塗裝材料和採用陰極保護技術等。防腐塗裝材料必須經常進行維護，且機械強度較低。陰極保護技術費用較高。
[0004]研究表明，鋼纖維混凝土對內部結構材料的防鏽蝕作用能力較強，主要原因是其亂向分布的鋼纖維在水泥基混凝土材料中，具有優先腐蝕的作用，使內部結構鋼材受到保護。由於鋼纖維與混凝土之間的有效粘結作用，腐蝕發展十分緩慢，加上鋼纖維的增強增韌作用，有效地阻止了裂縫的產生和發展，用於耐久性設計具有科學合理性。
[0005]應用鋼纖維製作混凝土材料價格比較高，局部應用鋼纖維混凝土符合好鋼用在刀刃上的合理性要求。鋼管混凝土的鋼管表面比較光滑，與外部混凝土保護層的粘結效果不佳，一旦混凝土開裂，將會使鋼管失去保護。
[0006]鏤空鋼管混凝土保護層，不僅僅是保護層，自身也是結構構件的一部分，在鋼管混凝土結構的外層具有很好的防腐蝕作用，材料強度高、韌性好、抗開裂能力強，由於有鏤空鋼管的約束作用，其變形能力遠大於普通混凝土。該構造方法既約束了整個保護層的變形，同時又與鋼管混凝土柱的整體變形相協調。鋼纖維鏤空鋼管混凝土的作用，實際上是一個筒形的保護套，但其內壁與鋼管混凝土柱的外部具有較好的粘結。
[0007]鏤空鋼管的板材可以在工廠進行定製生產，鋼管可以按需要的尺寸焊接成型。由於管壁較薄，加之鏤空，節省鋼材，比外置鋼筋籠施工簡便，整體性好。鏤空鋼管雖然鏤空，實際上還是具有一定的鋼管的屬性，承受外部荷載作用時，具有很好的空間協調能力，與鋼纖維混凝土形成具有整體功能的保護層。
[0008]研究表明，當混凝土保護層厚度達到70_時，處於深海環境中的混凝土可以避免腐蝕環境的危害。加上鋼纖維混凝土和鏤空鋼管的有效作用，將保護層的厚度定位於不小於70mm，且根據需要可以適當加大。
【發明內容】
[0009]本發明涉及一種處於嚴酷腐蝕環境中的鋼管混凝土柱的保護層構造方法。但不僅限於鋼管混凝土柱的保護層，其它結構構件也可以採用該方法進行抗腐蝕防護。鋼纖維鏤空鋼管混凝土保護層構造，主要是用鋼纖維混凝土製作結構構件的外保護層，內置鏤空鋼管，其外形與鋼管混凝土柱的外形相同，用於嚴酷腐蝕環境下鋼管混凝土柱等結構的防護。[0010]本發明的技術方案如下:
一種內置鏤空鋼管鋼纖維混凝土保護層，對於矩形截面和圓形截面的鋼管混凝土柱，外層以一定厚度的鋼纖維混凝土加以保護，在保護層中間內置鏤空鋼管。
[0011]本發明合理利用了鋼纖維混凝土材料的增強增韌的特點，尤其是抗裂性能好，有效限制裂縫開展的優點，在使用荷載作用下，限制柱表面裂縫的產生和擴展。
[0012]如圖1和圖3所示的構造方法，使鋼管的直徑和邊長增大4f，本構造不僅是作為保護層，也是柱達到極限狀態時的有效承載截面，可作為強度儲備。由於鏤空鋼管採用整齊的排列方式(如圖2、圖4所示)，相當於外層配置了鋼筋網的柱，但其整體性能優於普通鋼筋網。
[0013]該鏤空鋼管與鋼纖維混凝土澆築成一個整體，鋼纖維混凝土與其具有良好的粘結性，主要增大了機械咬合作用，穿過孔的鋼纖維混凝土具有銷栓作用。鋼纖維混凝土與鋼管表面具有粘結作用。
[0014]在海洋環境下，水位變動區的鋼管混凝土，承受風浪等動力作用。鋼管混凝土耐受變形能力強，因此其保護層必須具有相當的耐受變形的能力。在鋼纖維混凝土保護層中內置鏤空鋼管後，對鋼纖維混凝土的約束作用將大幅度的提升，保護層的力學性能得到改善，尤其會加大其變性能力，滿足海洋結構物較高耐久性的要求。
[0015]本發明所提供的一種內置鏤空鋼管鋼纖維混凝土保護層的構造方法，其特徵在於該方法包括如下步驟:
I)將薄壁鋼管制作成行距、列距和邊距分別等於50mm，由直徑為50mm的圓孔陣列成的鏤空鋼管，鏤空鋼管截面可以是圓形、或者是方形，依結構構件的截面形式確定，分別比結構柱的外圍尺寸大140mm以上。
[0016]2)該保護層的截面構造方式如圖1、圖3所示，鏤空鋼管的形式和形成保護層後構件的形式如圖2、圖4所示，孔的行距、列距和邊距排列如圖5所示。
[0017]3)鋼纖維混凝土本身具有良好的防腐蝕性能，鋼纖維的外形尖銳，在具有腐蝕介質存在的電化學反應條件下，作為陽極保護內部結構不遭受腐蝕危害。
[0018]4)鋼纖維混凝土的增強增韌、抵抗結構構件變形能力強。在保護層中內置鏤空鋼管後，鋼纖維混凝土與鏤空鋼管形成整體，鋼纖維混凝土的變形能力得以提高。由於鏤空鋼管對鋼纖維混凝土的約束作用，其力學性能得到改善。
[0019]5)鋼纖維混凝土的抗疲勞能力強，可有效抵抗海洋環境下的風浪作用。
[0020]6)保護層的總厚度不小於70_，鏤空鋼管對內側的鋼纖維混凝土具有較強的約束作用，對外層鋼纖維混凝土有粘結作用，在粘結影響區域內，提高了鋼纖維混凝土的抗裂剛度。
[0021]7)如果被保護的是鋼管混凝土柱，與鋼纖維混凝土接觸的鋼管表面也同樣具有一定的粘結強度，可以保證鋼纖維混凝土與鋼管壁的變形協調。
[0022]本發明關於內置鏤空鋼管鋼纖維混凝土保護層的構造方法，突顯了內置鏤空鋼管的有效作用，由於鏤空鋼管具有多孔的特點，增加了鏤空鋼管與鋼纖維混凝土的機械咬合作用，在粘結影響區域內，鋼纖維的力學性能得到了改善，主要是變形能力得到了較大的提高，對於被保護的鋼管混凝土等延性結構構件，保證了其整體變形的協調。
[0023]鏤空鋼管的製作可工廠化生產。對於預製的內置鏤空鋼管鋼纖維混凝土保護層，應當加強與原結構的粘結構造。該保護層的應用應該是在水位變動區的一定範圍內。
[0024]該保護層可獨立設置，也可與其它保護層相連接，但要給出合理的連接構造方法。本方法適用於嚴酷環境下且承受動力荷載的結構構件的保護層製作。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1是方形內置鏤空鋼管鋼纖維混凝土柱保護層截面構造圖；
圖2是方形內置鏤空鋼管鋼纖維混凝土柱示意圖；
圖3是圓形內置鏤空鋼管鋼纖維混凝土柱保護層截面構造圖；
圖4是圓形內置鏤空鋼管鋼纖維混凝土柱示意圖；
圖5是鏤空鋼管圓孔邊距、間距圖。
[0026]圖中①鋼管混凝土柱的鋼管，②表示鋼管柱內澆築的普通混凝土，③表示鏤空鋼管的布置，④表示澆築的鋼纖維混凝土，⑤表示鏤空鋼管圓孔邊距、間距構造；
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖介紹本發明的內置鏤空鋼管鋼纖維混凝土保護層的構造方法:
圖1、圖3分別為本發明的方形、圓形截面保護層構造，最外層是鋼纖維保護層，在保護層的中間，內置鏤空鋼管，內層是普通鋼管混凝土柱的結構部分，在鋼管內部澆築混凝土。
[0028]按照圖示構造從外層到內層的順序依次為④ -③-④-①-②。
[0029]鋼纖維混凝土與內層鋼管的外表面粘結，內層鋼管受到保護層的防護，免受腐蝕影響。
[0030]圖2、圖4是鏤空鋼管和保護層的構造示意圖，表示構造層之間的具體位置，保護層的厚度為不小於70mm ；
圖5是鏤空鋼管圓孔的行距、列距、邊距位置圖，圓孔的直徑採用50mm，保證15_25mm直徑的骨料能夠順利通過圓孔完成澆築。
【權利要求】
1.一種內置鏤空鋼管鋼纖維混凝土保護層的構造方法，用於嚴酷環境中防腐蝕要求較高的鋼管混凝土柱的保護層，採用鏤空鋼管與鋼纖維混凝土澆築而成。
2.鏤空鋼管內置於保護層厚度的中間位置。
3.保護層的厚度不小於70_(如圖1、圖3所示)，鋼纖維混凝土的摻加量為保護層混凝土體積的1-1.5%，孔的直徑為50mm，水平及垂直孔中心距為100mm，方形截面角部可做成圓形倒角，半徑為25mm ;孔邊距為50mm (如圖5所示)。
4.本保護層可用於圓形和矩形重要結構鋼管混凝土的保護層，主要用於內河、港口、海洋環境及水位變動區域的結構構件，例如人工島嶼的基礎建設、橋墩及防波堤的建造等。
5.該保護層是結構構件的外部保護部分，利用了鋼纖維混凝土具有很強的保護結構構件不腐蝕的能力；鋼纖維可以穿越鏤空鋼管的園孔，連接孔內外的混凝土，將混凝土與鏤空鋼管有效地形成一體，其整體性不單一依賴於鋼管壁與混凝土的表面粘結，具有較強的機械咬合力，一旦粘結失效後鏤空鋼管對保護層具有約束力。
6.鏤空鋼管與鋼纖維混凝土可看作一個環形結構構件，鏤空鋼管雖然不如鋼管承載力高，但與最小截面含鋼量相同的鋼筋混凝土構件具有相同的承載力，是結構構件的一部分。
7.一種實施如權利要求所述的內置鏤空鋼管鋼纖維混凝土保護層的構造方法，其特徵在於該方法包括如下步驟: 1)按水平和豎向淨間距d均為50mm，將薄壁鋼板按等間距陣列直徑d為50mm圓孔，製作成矩形或者圓形的鏤空鋼管，其邊長和直徑分別為被保護的鋼管混凝土柱的邊長和直徑再加I'hnm ,該設計不唯一確定該尺寸,但不得小於70mm,布置方式不應改變； 2)鋼纖維混凝土與鏤空鋼管澆築成一體，鏤空鋼管嵌固在鋼纖維混凝土中，由鏤空鋼管圓孔間隔部分形成橫豎截面積相同的縱、橫向肋，相當於連續配置的箍筋和縱向鋼筋，不僅具有承壓、抗彎和抗剪能力，同時對鋼纖維混凝土保護層具有很好的約束作用； 3)該設計方法明確應用鋼纖維混凝土作為保護層的材料，特點是在中部內置鏤空鋼管作為固定骨架，用於港口、河道、人工島嶼、海洋平臺等處於水位變動區的鋼管混凝土結構的防護層； 4)縱肋的寬度為鏤空鋼管孔邊到邊的淨列距，橫肋的寬度為鏤空鋼管孔邊到邊的淨行距，由於鏤空鋼管為圓孔，因此縱橫肋交界處不產生應力集中，管孔布置的特徵是對齊陣列； 5)本發明的特徵之一，還在於該保護層不僅僅是作為保護鋼管柱的外層材料，同時也是鋼管混凝土柱的一部分。
【文檔編號】E02B3/06GK103541547SQ201310007811
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年1月9日 優先權日:2013年1月9日
【發明者】王海超 申請人:山東科技大學