一種鋼管混凝土柱結構的製作方法

2023-06-22 06:34:06

本實用新型涉及結構工程及施工技術領域，尤其涉及一種鋼管混凝土柱結構。

背景技術：

眾所周知，混凝土的抗壓強度高，但抗彎能力很弱，而鋼材，特別是型鋼的抗彎能力強，具有良好的彈塑性，但在受壓時容易失穩而喪失軸向抗壓能力。鋼管混凝土在結構上能夠將二者的優點結合在一起，可使混凝土處於側向受壓狀態，其抗壓強度可成倍提高。同時由於混凝土的存在，提高了鋼管的剛度，兩者共同發揮作用，從而大大地提高了承載能力。按截面形式不同，可分為圓鋼管混凝土，方、矩形鋼管混凝土和多邊形鋼管混凝土等。矩形鋼管混凝土柱以其軸向剛度及承載力較大、延性及穩定性能良好、構件連接相對方便、節點形式相對簡單、建築布置靈活等特點，廣泛應用於高層和超高層建築中。

現有技術提供了一種矩形鋼管混凝土柱結構，如圖1所示，包括矩形鋼管01，矩形鋼管01內澆注有混凝土02，為增加鋼管01和混凝土02的粘合力，在矩形鋼管01的內壁上固定有多個肋板03，且多個肋板03的截面呈I形。

但是，現有技術存在以下問題：參照圖1，I形的肋板03與混凝土03的粘合力增加，是利用了肋板03兩側面與混凝土02的接觸，而當矩形混凝土柱結構受徑向的外力時，且該外力與肋板03的兩側面平行時，肋板03與混凝土02的粘合力往往不足以使肋板03帶動混凝土02共同形變，即鋼管01與混凝土02不能實現共同工作，進而鋼管壁局部屈曲性能不高。因此，為保證鋼管壁局部屈曲性能，參照圖1，現有技術中的矩形鋼管尺寸需要符合《組合結構設計規範》限定鋼管壁寬厚比：

其中，矩形鋼管的管壁寬度為b，管壁高度為h，管壁厚度為t，鋼材屈服強度為fy，矩形鋼管的管壁寬厚比為b/t、h/t。這樣，為保證鋼管壁局部屈曲性能，滿足《組合結構設計規範》的鋼管壁寬厚比限值要求，對於超大截面矩形鋼管混凝土柱，鋼管壁寬度與厚度必然較大，進而構造整個結構時所需用鋼材量偏大、經濟性不高。

技術實現要素：

本實用新型的實施例提供一種鋼管混凝土柱結構，在保證鋼管屈服性能的基礎上，鋼管壁厚明顯減小，節省了鋼材，降低了成本。

為達到上述目的，本實用新型的實施例採用如下技術方案：

一種鋼管混凝土柱結構，包括鋼管，所述鋼管內澆注有混凝土，所述鋼管的內壁設有加勁肋，所述加勁肋遠離所述鋼管的內壁的一側連接有加勁板，所述加勁肋和加勁板均被所述混凝土包裹，當所述鋼管受到沿鋼管徑向的外力時，所述加勁板與所述混凝土配合，可阻止所述鋼管沿徑向形變。

進一步地，所述鋼管為矩形鋼管，所述加勁板與所述加勁肋垂直，所述加勁肋垂直於與其連接的所述矩形鋼管的內壁。

優選地，所述加勁肋與所述加勁板在所述矩形鋼管的徑向的橫截面為T形。

進一步地，所述矩形鋼管的管壁寬度為b，管壁高度為h，管壁厚度為t，鋼材屈服強度為fy，所述矩形鋼管的管壁寬厚比b/t、h/t滿足以下公式：

進一步地，所述加勁肋和所述加勁板均為多個，且一一對應，多個所述加勁肋和所述加勁板沿所述矩形鋼管的內壁一周均勻分布。

優選地，所述加勁肋和所述加勁板均為四個，且四個所述加勁肋分別固定於所述矩形鋼管的四個內壁的中部位置。

優選地，所述加勁肋在所述矩形鋼管徑向的長度，相比與其平行的所述矩形鋼板內壁的寬度的比值為1:9，所述加勁板在所述矩形鋼管徑向的長度，相比與其平行的所述矩形鋼板內壁的寬度的比值為1:10。

進一步地，所述加勁肋和所述加勁板沿所述鋼管軸向延伸，且延伸的長度與所述鋼管軸向長度一致。

進一步地，所述加勁肋上開設有多個通孔，多個所述通孔沿所述鋼管軸向間隔排列，且多個所述通孔內澆注所述混凝土。

進一步地，所述加勁肋與所述加勁板由兩塊鋼板焊接而成，所述加勁肋與所述鋼管的內壁焊接固定，且所述加勁肋與所述鋼管的內壁之間連接有加強筋。

本實用新型實施例的鋼管混凝土柱結構，在鋼管內澆注有混凝土，且在鋼管內壁上設有加勁肋，加勁肋遠離鋼管內壁的一側連接有加勁板，當鋼管受到沿鋼管徑向的外力時，通過加勁板與混凝土的配合，可阻止鋼管沿徑向形變。相比現有技術，在加勁肋遠離鋼管內壁的一側連接加勁板，即使鋼管受到的徑向外力與加勁肋的兩側面平行時，加勁板依然可以與混凝土的配合，阻止鋼管發生形變，這樣，使鋼管和混凝土能共同工作，提高了鋼管壁局部屈曲性能。進而，在保證鋼管與現有技術同樣的屈服強度的前提下，比現有技術的鋼管壁厚明顯減小，節省了鋼材，降低了成本。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為現有技術的一種矩形鋼管混凝土柱的結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例的鋼管混凝土柱結構的結構示意圖；

圖3為本實用新型實施例的鋼管混凝土柱結構的立體結構示意圖；

圖4為本實用新型實施例的鋼管混凝土柱結構的加勁肋上設置通孔的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

本實用新型實施例提供的一種鋼管混凝土柱結構，如圖2和圖3所示，包括鋼管1，所述鋼管1內澆注有混凝土2，所述鋼管1的內壁設有加勁肋3，所述加勁肋3遠離所述鋼管1的內壁的一側連接有加勁板4，所述加勁肋3和加勁板4均被所述混凝土2包裹，當所述鋼管1受到沿鋼管徑向的外力時，所述加勁板4與所述混凝土2配合，可阻止所述鋼管1沿徑向形變。

本實用新型實施例的鋼管混凝土柱結構，在鋼管1內澆注有混凝土2，且在鋼管1內壁上設有加勁肋3，加勁肋3遠離鋼管1內壁的一側連接有加勁板4，當鋼管1受到沿鋼管1徑向的外力時，通過加勁板4與混凝土2的配合，可阻止鋼管1沿徑向形變。相比現有技術，在加勁肋3遠離鋼管1內壁的一側連接加勁板4，即使鋼管1受到的徑向外力與加勁肋3的兩側面平行時，加勁板4依然可以與混凝土2的配合，阻止鋼管1發生形變，這樣，使鋼管1和混凝土2能共同工作，提高了鋼管1壁局部屈曲性能。進而，在保證鋼管1與現有技術同樣的屈服強度的前提下，比現有技術的鋼管壁厚明顯減小，節省了鋼材，降低了成本。

需要說明的是，本實用新型實施例的鋼管混凝土柱結構，在鋼管1內壁上設有加勁肋3，且加勁肋3遠離鋼管1內壁的一側連接有加勁板4，其中，鋼管可以是圓形鋼管、矩形鋼管、或其他異形鋼管。由於矩形鋼管比較常用，下面以矩形鋼管為例來詳細說明。

如圖2所示，鋼管1為矩形鋼管11，加勁板4與加勁肋3垂直，加勁肋3垂直於與其連接的矩形鋼管11的內壁。加勁板4與加勁肋3垂直，且勁肋3垂直於與其連接的矩形鋼管11的內壁，這樣，當鋼管1受到沿鋼管1徑向的外力時，不僅加勁肋3和加勁板4均與混凝土2具有粘合力，且加勁板4可將該外力傳遞給混凝土2的內部核心部分，使鋼管1和混凝土2共同工作，增加整個結構的屈服性能，尤其是當鋼管1受到的徑向外力與加勁肋3的兩側面平行時，加勁板4與該外力的方向垂直，使鋼管1的管壁趨向形變時，加勁板4拉拽混凝土2的核心部分，進而鋼管1和混凝土2共同工作，增加整個結構的屈服性能。

需要說明的是，加勁板4與加勁肋3垂直，以及加勁肋3垂直於與其連接的矩形鋼管11的內壁，為優選的方案，其加勁板4與加勁肋3也可不垂直，只要保證在鋼管1受徑向的外力時，加勁板4可對混凝土2內部形成拉拽力即可，同樣的，加勁肋3的作用為保證加勁板4位於混凝土內部，且將加勁板4與鋼管1連接，在保證上述功能的前提下，加勁肋3也可不垂直於與其連接的矩形鋼管11的內壁。

由於加勁板4與加勁肋3垂直，以及加勁肋3垂直於與其連接的矩形鋼管11的內壁，如圖2所示，加勁肋3與加勁板4在矩形鋼管11的徑向的橫截面為T形。當然，該橫截面也可呈L形或工形，其中，L形相比T形，加勁板4與混凝土2的作用點只位於加勁肋3的一側，容易使加勁肋3由於兩側的受力不均勻而形變；而工形相比T形，只是在加勁肋3與鋼管1內部固定處增加了一塊板，其固定的穩固性看似得到加強，但增加了鋼材的使用量，且在實際施工中較複雜，因此，本實用新型實施例優選截面為T形。

根據本實用新型實施例的方案，進行了施工以及計算後，得到驗證，採用上述方案的鋼管混凝土結構，鋼管1的管壁寬厚比相比現有技術的鋼管壁寬厚比大大減小，可突破《組合結構設計規範》鋼管壁寬厚比限值要求，具體參照圖2，矩形鋼管11的管壁寬度為b，管壁高度為h，管壁厚度為t，鋼材屈服強度為fy，以圖2中矩形鋼管11的下方管壁為例，在不設置加勁肋3和加勁板4的情況下，當矩形鋼管11受徑向的外力時，管壁的屈曲形態為整體屈曲，為保證屈服強度，鋼管壁寬厚比限值要求滿足《組合結構設計規範》規定的：

而設置了加勁肋3和加勁板4後，當矩形鋼管11受徑向的外力時，由於加勁板4與混凝土2的配合，加勁肋3成為矩形鋼管11管壁屈曲的不動鉸支點，此時，管壁的屈曲形態由整體屈曲變化為以加勁肋3為節點的兩段屈曲，參照圖2所示，矩形鋼管11這兩段的管壁寬度分別為m和n，為分別保證這兩段管壁寬度的屈服強度，令其滿足《組合結構設計規範》的規定，得到：

因為，b＝m+n，

所以，

同樣，鋼管高度h與厚度t的比值也滿足上述公式，即：矩形鋼管11的管壁寬厚比b/t、h/t滿足以下公式：

可以明顯的發現，本實用新型實施例的鋼管混凝土柱結構，在鋼管管壁厚度比上將範圍擴大了一倍，從而在保證鋼管1相同的屈服強度的基礎上，可明顯的減小鋼管的管壁厚度，從而節省鋼材，降低成本。

為了使鋼管1與混凝土2共同工作更加緊密，如圖2和圖3所示，加勁肋3和加勁板4均為多個，且一一對應，多個加勁肋3和加勁板4沿矩形鋼管11的內壁一周均勻分布。設置多個一一對應的加勁肋3和加勁板4，且沿矩形鋼管11的內壁一周均勻分，可使鋼管1內壁一周都連接有可與混凝土2配合的加勁板4，這樣，多個加勁板4與混凝土2內部多個位置，進行多個方向的配合，使鋼管1與混凝土2共同工作更加緊密。

需要說明的是，設置多個一一對應的加勁肋3和加勁板4，且沿矩形鋼管11的內壁一周均勻分，不僅適用於矩形鋼管，也可適用於其他各種截面的鋼管。

對於矩形鋼管11，由於其具有四個不同的內壁，如果多個一一對應的加勁肋3和加勁板4為兩個或三個，鋼管必然有內壁上沒設置加勁肋3和加勁板4，這樣，不利於鋼管1與混凝土2共同工作；因此，對於矩形鋼管11來說，優選的，如圖2所示，加勁肋3和加勁板4均為四個，且四個加勁肋3分別固定於矩形鋼管11的四個內壁的中部位置。這樣，矩形鋼管11的每個內壁上均固定有加勁肋3和加勁板4，使矩形鋼管11的每個內壁都通過加勁板4與混凝土2的配合，使整個結構在受到沿矩形鋼管11徑向的外力時，成為一個整體，共同工作，提高屈服性能。

參照圖2，加勁肋3在矩形鋼管11徑向的長度，相比與其平行的矩形鋼板11內壁的寬度的比例關係，是保證加勁板4位於混凝土2內壁的重要條件，如果加勁肋3的長度過長，可能使相對的兩個加勁板4幹涉，如果加勁肋3的長度過短，可能使加勁板4不能位於混凝土2內合適的位置，而使屈服性能提高的效果不明顯；另外，加勁板4在矩形鋼管11徑向的長度，相比與其平行的矩形鋼板11內壁的寬度的比例關係，是保證加勁板4與混凝土2作用面積大小，一方面保證作用面積不宜過小，以使加勁板4能夠與混凝土2很好的配合，另一方面，作用面積不宜過大，以避免加勁板4將混凝土2劈裂或將混凝土2內部分離。因此，在進行了大量的實際驗證後，得到了最優選的比例關係，參照圖2，加勁肋3在矩形鋼管11徑向的長度，相比與其平行的矩形鋼板11內壁的寬度的比值為1:9，加勁板4在矩形鋼管11徑向的長度，相比與其平行的矩形鋼板11內壁的寬度的比值為1:10。

加勁肋3和加勁板4沿鋼管1的內壁設置，可以是沿鋼管1軸向連續的延伸，也可以是沿沿鋼管1軸向間隔設置，其中，間隔設置雖然一定程度上節省鋼材，但是使加勁肋3和加勁板4與鋼管1軸向的連接出現了間斷點，在該間斷點的屈服強度不易保證，且間隔設置後，在加工時需要多個物料，增加了加工的難度，因此，如圖3所示，優選地，加勁肋3和加勁板4沿鋼管1軸向延伸，且延伸的長度與鋼管1軸向長度一致。這樣，保證了鋼管1軸向各個位置的屈服強度。

為了進一步加強鋼管1與混凝土2的共同工作性能，如圖4所示，加勁肋3上開設有多個通孔31，多個通孔31沿鋼管1軸向間隔排列，且多個通孔31內澆注混凝土2。這樣，通過混凝土2穿過多個通孔31，使混凝土2不僅僅通過加勁板4與鋼管1結合成一個整體，還能通過混凝土2與多個通孔31的配合，使鋼管1與混凝土2的共同工作性能進一步加強。

需要說明的是，鋼管混凝土柱結構在施工時，在遇到樓層節點區時，鋼管混凝土柱的鋼管1在樓層節點區是連續的，以傳遞荷載。同時，考慮施工可行性，加勁肋3和加勁板4不必連續，可以在樓層節點區斷開。

加勁肋3、加勁板4和鋼管的固定，可以材料螺栓固定或焊接固定，以保證固定的穩固性，其中，螺栓固定需要開設多個安裝孔，且安裝時零件較多，在使用一段時間後螺栓容易生鏽老化，因此，優選採用焊接固定的方式，參照圖4，加勁肋3與加勁板4可由兩塊鋼板焊接而成，加勁肋3與鋼管1的內壁通過焊接固定，同時，為了增加加勁肋3與鋼管1的內壁固定的穩固性，加勁肋3與鋼管1的內壁之間連接有加強筋5(圖中未示出)。

以上僅為本實用新型的具體實施方式，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應以權利要求所述的保護範圍為準。