一種三角型截面鋼管再生混凝土墩柱的製作方法

2023-06-21 12:49:16 2

一種三角型截面鋼管再生混凝土墩柱的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種三角型截面鋼管再生混凝土墩柱，主要由鋼管（1）和U形鋼槽（2）構成；其中，所述的鋼管（1）和U形鋼槽相互焊接在一起，形成三角型墩柱；所述的U形鋼槽（2）由外包鋼板焊接而成；所述鋼管（1）和U形鋼槽（2）的內部均分別設有抗剪鋼栓（3），並且在鋼管（1）的內部澆築再生骨料混凝土（4），在U形鋼槽（2）的內部澆築普通骨料混凝土（5）。本實用新型承載力高、整體穩定性好、抗震性能好、施工工藝簡單、造價低有利於推廣、低碳環保等；可應用於受力多變和有較大抗扭要求的橋梁下部構件中，適用於抗震要求較高或者工程材料難以運達的區域，有利於再生混凝土在橋梁工程中的推廣應用和建築垃圾資源化。
【專利說明】—種三角型截面鋼管再生混凝土墩柱

【技術領域】
[0001]本實用新型屬於鋼與混凝土組合結構的橋梁工程【技術領域】，涉及橋梁下構墩柱，尤其是一種三角型截面鋼管再生混凝土墩柱；可應用於受力多變和有較大抗扭要求的橋梁下部構件中，有利於再生混凝土在橋梁工程中的推廣應用和建築垃圾資源化。

【背景技術】
[0002]隨著我國經濟社會的進步與發展，人們生活水平的不斷提高，城鎮化建設的不斷推進，如今我國已成為全世界最大的建築市場，巨大的市場需求使得砂石供不應求日趨嚴重，隨著天然砂石的不斷快速開採，天然骨材資源漸趨於枯竭，對生態環境造成了不可逆的破壞。與此同時，近年來，我國每年拆除和新建工程產生的廢棄混凝土數量巨大，並呈逐年上升趨勢，對環境產生了巨大的負面影響，如何處理廢棄混凝土碎塊的問題更趨嚴峻。
[0003]一般將廢棄混凝土經過破碎、清洗和篩分分級，按一定比例相互配合後得到的骨料稱為「再生骨料」，而把利用再生骨料作為部分或全部代替砂石等天然骨料配製而成的混凝土稱為再生骨料混凝土，簡稱再生混凝土。再生混凝土技術既能解決廢舊混凝土的處置問題，又能節省天然砂石，帶來顯著的社會效益、經濟效益和環保效益，被認為是發展綠色混凝土，符合建築和交通行業的循環經濟模式和國家提倡的低碳經濟政策要求，也是資源環境可持續發展的重要措施，大力開展再生混凝土的技術應用研究是非常必要的。
[0004]然而，由於再生骨料的內在損傷和表面吸附了一定量的老水泥砂漿，對其某些性能如堆積密度、表觀密度、吸水率等產生很大的影響，並進一步影響到再生混凝土的性能，極大地限制了其推廣應用。
[0005]因此，如何充分的將再生骨料應用到橋梁構件中也成了本領域技術人員研究的一個方向。


【發明內容】

[0006]本實用新型的目的在於針對現有技術中存在的一些不足，提供了一種三角型截面鋼管再生混凝土墩柱，該墩柱具有承載力高、整體穩定性好、抗震性能好、施工工藝簡單、造價低有利於推廣、低碳環保等優點，有利於再生混凝土在橋梁工程中的推廣應用。
[0007]為了實現上述目的，本實用新型採用了以下技術方案:
[0008]一種三角型截面鋼管再生混凝土墩柱，主要由鋼管和V形鋼槽構成；其中，所述的鋼管和V形鋼槽相互焊接在一起，形成三角型墩柱；所述的V形鋼槽由外包鋼板焊接而成；所述鋼管和I形鋼槽的內部均分別設有抗剪鋼栓，並且在鋼管的內部澆築再生骨料混凝土，在V形鋼槽的內部澆築普通骨料混凝土。
[0009]在本實用新型中，針對再生骨料混凝土應用存在的問題，發明人設計了一種三角型截面鋼管再生混凝土墩柱，主要由鋼管、I形鋼槽、普通骨料混凝土、再生骨料混凝土構成。鋼管墩柱與I形鋼槽組成穩定的三角型山形鋼槽由外包鋼板焊接而成；圓形鋼管內部澆築再生骨料混凝土4形鋼槽內部澆築普通骨料混凝土 ；圓形鋼管及V形鋼槽內部均焊接梅花布置的抗剪鋼栓。由於外包鋼管的約束作用，使核心區再生骨料混凝土處於三向受壓狀態，產生了套箍效應，在受壓狀態下，提高了再生骨料混凝土的強度，進而提高再生骨料混凝土的耗能能力和抗震性能。另外，灌注了普通混凝土的V形槽鋼與灌注了再生骨料混凝土的鋼管焊接形成三角型穩定截面，加強了墩柱的水平方向聯繫，可以有效地防止鋼管發生局部屈曲，結構的延性性能、耗能能力和抗震性能得以明顯改善。此外，由於鋼管使再生骨料混凝土與大氣環境相隔絕，其耐久性差的問題得以解決，同時外包V形鋼槽和鋼管起到了施工模板的作用，有利於加快施工速度，降低施工成本，產生了較大的經濟效益。因此，本實用新型的三角型截面鋼管再生混凝土墩柱可應用於受力多變和有較大抗扭要求的橋梁下部構件中，適用於抗震要求較高或者工程材料難以運達的區域，擴展了再生混凝土應用範圍。
[0010]作為本實用新型的進一步說明，以上所述的V形鋼槽的寬度8與鋼管的直徑0的比值在0.4?0.5之間。採用這樣的比值不僅可以加強V形鋼槽與鋼管之間的連接，同時又避免V形鋼槽端部相重疊，可靠省材，保證了安全又避免了浪費。
[0011]作為本實用新型的進一步說明，以上所述的V形鋼槽的長度11、12、13分別與鋼管的直徑0的比值在1.5?3.5之間。V形鋼槽的長度設置考慮到為各墩柱提供足夠強度的水平方向的聯繫，同時應避免各墩柱過近對基礎產生不利影響；經發明人多次反覆驗證，上述的比值可以保證墩柱的達到相應的指標要求。
[0012]作為本實用新型的進一步說明，以上所述的I形鋼槽在三角型墩柱的豎直方向每隔5?80設置一組。這樣可以加強各墩柱水平方向的連接，提高結構整體穩定性和抗震性，可在豎直方向設置多組I形鋼槽。
[0013]作為本實用新型的進一步說明，以上所述的抗剪鋼栓為梅花布置並焊接在鋼管和V形鋼槽的內部。
[0014]作為本實用新型的進一步說明，以上所述的抗剪鋼栓在鋼管內設置的間距小於0.5倍鋼管的直徑0 ；抗剪鋼栓在V形鋼槽內設置的間距小於V形鋼槽的寬度8。主要考慮到鋼管內再生混凝土需採用豎向分層澆築及外包鋼板已有的套箍作用，鋼管內抗剪鋼栓的間距設置不宜過小，但應小於0.5倍鋼管的直徑0。
[0015]作為本實用新型的進一步說明，以上所述的三角型墩柱的三角形內角0 1、0 2、
03均在30。?120。範圍內取值。可以改善各受力節點的受力狀態，並加強三角型截面的穩定性，提高墩柱的安全可靠性。
[0016]作為本實用新型的進一步說明，以上所述的三角型墩柱的含鋼率為0.06?0.2。參照《型鋼混凝土組合結構技術規程》0(^138-2001)規定對異形柱的含鋼率的有關規定進行設置，保證墩柱安全可靠。
[0017]作為本實用新型的進一步說明，以上所述的再生骨料混凝土由新砂漿和再生骨料組成，並且再生骨料摻入量佔再生骨料混凝土重量不大於50%，具體摻入量應根據再生骨料混凝土強度要求經試驗確定；所述的再生骨料由原始天然骨料和附著老砂漿組成。
[0018]作為本實用新型的進一步說明，以上所述的再生骨料混凝土強度等級不低於035 ；所述的普通骨料混凝土強度等級不低於050，並且普通骨料混凝土的強度等級大於再生骨料混凝土。
[0019]本實用新型的設計原理:
[0020]鋼管再生混凝土墩柱通過設置V形鋼槽組成穩定的三角型截面，增強各墩柱間水平方向的聯繫，以增強墩柱的抗側剛度、承載能力及變形能力。由於外包鋼管的「套箍」約束，再生混凝土的承載力和抗震性得到了極大的增強，其具體的工作原理是:當處於軸向受壓時，混凝土會發生橫向變形，橫向變形受到外包鋼管約束情況下，混凝土微裂縫的擴展會受到制約，變形性能相應增強，從而提高了承載力；由於核心混凝土受到鋼管約束，在地震作用下混凝土內部微裂紋也不容易擴展，從而提高了抗震能力』形鋼槽外包鋼板與普通混凝土、外包鋼管與再生混凝土通過抗剪鋼栓緊密連接，有利於混凝土和鋼板(鋼管)協同工作。同時，外包鋼管使再生混凝土與大氣環境相隔絕，其耐久性較差的問題得以解決。由於外包V形鋼槽和鋼管起到了施工模板的作用，有利於加快施工速度，降低施工成本，產生了較大的經濟效益。
[0021]本實用新型的優點:
[0022]1.本實用新型的三角型截面鋼管再生混凝土墩柱具有承載力高、整體穩定性好、抗震性能好、施工工藝簡單、造價低有利於推廣、低碳環保等優點，有利於再生骨料混凝土在橋梁工程中的推廣應用。
[0023]2.本實用新型的三角型截面鋼管再生混凝土墩柱經濟環保，有利於推廣。本發明採用鋼管再生混凝土結構，在滿足再生混凝土強度要求的前提下，再生骨料摻入量比例較高，經濟環保，有利於再生骨料混凝土的推廣應用。
[0024]2.1形槽鋼與鋼管焊接形成三角型穩定截面，加強了墩柱的水平方向聯繫，可以有效地防止鋼管發生局部屈曲，結構的延性性能、耗能能力和抗震性能得以明顯改善。
[0025]3.再生骨料混凝土澆築在鋼管內部，使再生骨料混凝土與大氣環境相隔絕，其耐久性差的問題得以解決，同時由於外包鋼管的約束作用，使核心區再生骨料混凝土處於三向受壓狀態，產生了套箍效應，在受壓狀態下，提高了再生骨料混凝土的強度，進而提高再生骨料混凝土的耗能能力和抗震性能。
[0026]4.V形鋼槽和鋼管起到了施工模板的作用，有利於加快施工速度，降低施工成本，產生了較大的經濟效益。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是本實用新型一實施例中V形鋼槽和鋼管連接的結構示意圖。
[0028]圖2是本實用新型另一實施例中V形鋼槽和鋼管連接的結構示意圖。
[0029]圖3是本實用新型再一實施例中V形鋼槽和鋼管連接的結構示意圖。
[0030]圖4是本實用新型又一實施例中V形鋼槽和鋼管連接的結構示意圖。
[0031]附圖標記:1-鋼管，2 4形鋼槽，3-抗剪鋼栓，4-再生骨料混凝土，5-普通骨料混凝土。

【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0033]實施例1:
[0034]如圖1所示，一種三角型截面鋼管再生混凝土墩柱，主要由鋼管1和V形鋼槽2構成；其中，所述的鋼管1和[形鋼槽相互焊接在一起，形成三角型墩柱；所述的[形鋼槽2由外包鋼板焊接而成；所述鋼管1和I形鋼槽2的內部均分別設有抗剪鋼栓3，並且在鋼管1的內部澆築再生骨料混凝土 4，在V形鋼槽2的內部澆築普通骨料混凝土 5。
[0035]所述的V形鋼槽2的寬度8與鋼管1的直徑0的比值為0.4。所述的V形鋼槽2的長度11、12, 13分別與鋼管1的直徑0的比值均為2。所述的V形鋼槽2在三角型墩柱的豎直方向每隔50設置一組。
[0036]所述的抗剪鋼栓3為梅花布置並焊接在鋼管1和V形鋼槽2的內部。所述的抗剪鋼栓3在鋼管1內設置的間距為鋼管1的直徑0的0.3倍；抗剪鋼栓3在V形鋼槽2內設置的間距為V形鋼槽2的寬度8的0.7倍。
[0037]實施例2:
[0038]一種三角型截面鋼管再生混凝土墩柱，主要由鋼管1和I形鋼槽2構成；其中，所述的鋼管1和V形鋼槽相互焊接在一起，形成三角型墩柱；所述的V形鋼槽2由外包鋼板焊接而成；所述鋼管1和V形鋼槽2的內部均分別設有抗剪鋼栓3，並且在鋼管1的內部澆築再生骨料混凝土 4，在V形鋼槽2的內部澆築普通骨料混凝土 5。
[0039]所述的V形鋼槽2的寬度8與鋼管1的直徑0的比值為0.45。所述的V形鋼槽2的長度11與鋼管1的直徑0的比值為1.5，12與鋼管1的直徑0的比值為2.5，13與鋼管
1的直徑0的比值為2。所述的I形鋼槽2在三角型墩柱的豎直方向每隔60設置一組。
[0040]所述的抗剪鋼栓3為梅花布置並焊接在鋼管1和V形鋼槽2的內部。所述的抗剪鋼栓3在鋼管1內設置的間距為鋼管1的直徑0的0.5倍；抗剪鋼栓3在V形鋼槽2內設置的間距約為V形鋼槽2的寬度8。
[0041]實施例3:
[0042]一種三角型截面鋼管再生混凝土墩柱，主要由鋼管1和I形鋼槽2構成；其中，所述的鋼管1和V形鋼槽相互焊接在一起，形成三角型墩柱；所述的V形鋼槽2由外包鋼板焊接而成；所述鋼管1和V形鋼槽2的內部均分別設有抗剪鋼栓3，並且在鋼管1的內部澆築再生骨料混凝土 4，在V形鋼槽2的內部澆築普通骨料混凝土 5。
[0043]所述的V形鋼槽2的寬度8與鋼管1的直徑0的比值為0.5。所述的V形鋼槽2的長度11與鋼管1的直徑0的比值為2，12與鋼管1的直徑0的比值為2.5，13與鋼管1的直徑0的比值為3.5。所述的V形鋼槽2在三角型墩柱的豎直方向每隔80設置一組。
[0044]所述的抗剪鋼栓3為梅花布置並焊接在鋼管1和V形鋼槽2的內部。所述的抗剪鋼栓3在鋼管1內設置的間距為鋼管1的直徑0的0.4倍；抗剪鋼栓3在V形鋼槽2內設置的間距為V形鋼槽2的寬度8的0.5。
[0045]上述實施例的三角型截面鋼管再生混凝土墩柱既可以滿足承載力要求，又具有良好抗震性能和整體穩定性，並能顯著提高再生混凝土耐久性，擴大再生混凝土應用範圍，此夕卜，該結構施工方便，造價低廉環保。其製作過程為:
[0046]首先將若干排抗剪鋼栓連接件按梅花布置焊接在鋼板上，然後再將鋼板通過焊接組合成V形鋼槽(開口朝上)，然後把V形鋼槽焊接在圓形鋼管上形成三角型截面墩柱，隨後在圓形鋼管內部澆築再生混凝土，在V形鋼槽內部澆築普通混凝土。
[0047]需要說明的是，在本實用新型的工程實際應用過程中，可根據工程實際要求，以三角形為「單元」進行擴展組合形成多行多列墩柱，諸如，圖2為兩排兩列墩柱，圖3為兩排三列墩柱，圖4為三排三列墩柱，以此類推，即本實用新型的實施不限於以上實施例。
【權利要求】
1.一種三角型截面鋼管再生混凝土墩柱，主要由鋼管(I)和U形鋼槽(2)構成；其特徵在於:所述的鋼管(I)和U形鋼槽相互焊接在一起，形成三角型墩柱；所述的U形鋼槽(2)由外包鋼板焊接而成；所述鋼管(I)和U形鋼槽(2)的內部均分別設有抗剪鋼栓(3)，並且在鋼管(I)的內部澆築再生骨料混凝土( 4)，在U形鋼槽(2 )的內部澆築普通骨料混凝土( 5 )。
2.根據權利要求1所述的三角型截面鋼管再生混凝土墩柱，其特徵在於:所述的U形鋼槽(2)的寬度B與鋼管(I)的直徑D的比值在0.4?0.5之間。
3.根據權利要求1或2所述的三角型截面鋼管再生混凝土墩柱，其特徵在於:所述的U形鋼槽(2)的長度L1、L2、L3分別與鋼管(I)的直徑D的比值在1.5?3.5之間。
4.根據權利要求1所述的三角型截面鋼管再生混凝土墩柱，其特徵在於:所述的U形鋼槽(2)在三角型墩柱的豎直方向每隔5?Sm設置一組。
5.根據權利要求1所述的三角型截面鋼管再生混凝土墩柱，其特徵在於:所述的抗剪鋼栓(3)為梅花布置並焊接在鋼管(I)和U形鋼槽(2)的內部。
6.根據權利要求5所述的三角型截面鋼管再生混凝土墩柱，其特徵在於:所述的抗剪鋼栓(3)在鋼管(I)內設置的間距小於0.5倍鋼管(I)的直徑D ;抗剪鋼栓(3)在U形鋼槽(2)內設置的間距小於U形鋼槽(2)的寬度B。
7.根據權利要求1所述的三角型截面鋼管再生混凝土墩柱，其特徵在於:所述的三角型墩柱的三角形內角α 1、α 2、α 3均在30°?120°範圍內取值。
【文檔編號】E01D19/02GK204238123SQ201420598847
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年10月16日 優先權日:2014年10月16日
【發明者】向桂兵, 謝肖禮, 施智, 邱波, 何子仁, 莫利君, 賈豔領, 農紀源, 塗世倫, 胡斯亮, 鍾志欽, 張戈強, 覃耀柳 申請人:廣西交通科學研究院