一種scs方形鋼管混凝土墩柱的製作方法

2023-07-26 04:36:21 3

專利名稱：一種scs方形鋼管混凝土墩柱的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種支撐墩柱，尤其是涉及一種SCS方形鋼管混凝土墩柱。
背景技術：
鋼管混凝土是指在鋼管中填充混凝土後形成的結構。鋼和混凝土兩種材料相互 彌補彼此的弱點，充分發揮彼此的長處，使鋼管混凝土具有很高的承載力，有優良的力學性 能。現如今，鋼管混凝土結構在海洋平臺與大跨、重載、輕型橋梁等結構中有著越來越廣泛 的應用，且所採用的鋼管混凝土結構主要有圓形、方形和矩形三種截面形式。但是，目前所 使用的鋼管混凝土結構普遍存在結構自重大的缺陷，因而在很大程度上限制了鋼管混凝土 結構的發展應用。
其中，方鋼管混凝土結構具有以下優點第一、方鋼管混凝土梁柱節點形式簡單， 易於施工，尤其在框架結構中，這種節點的優勢可以得到很好地發揮；第二、截面的相對慣 性矩較大，整體穩定性及抗壓彎性能較好；第三、具有良好的抗震性能和延性性能。但是，方 鋼管對核心混凝土的約束作用較差，易發生局部屈曲，且用鋼量較大，結構自重大，因而使 得方鋼管混凝土的發展應用受到限制。針對方鋼管混凝土結構存在的上述缺陷和不足，目 前主要採用在方鋼管內設加勁肋、鋼筋、鋼骨、圓鋼管等方法進行改善。
綜上，現如今的方鋼管混凝土柱普遍存在幾個問題第一、方鋼管對混凝土的套箍 作用較弱，易發生局部屈曲，且組合結構的整體性不夠；第二、方鋼管混凝土柱的自重偏大， 因而限制了柱體的結構尺寸；3.鋼材耐火性能較差。發明內容
本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提供一種SCS方形 鋼管混凝土墩柱，其結構簡單、設計合理、施工方便且施工成本較低、力學性能優良、使用效 果好，能有效解決現有方形鋼管混凝土結構存在的自重大、施工不便、外側鋼管與其內部混 凝土之間的連接性能差、外側鋼管對內部混凝土的套箍作用小等問題。
為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是一種SCS方形鋼管混凝土墩柱， 其特徵在於包括方形鋼管、套裝於方形鋼管內部的圓形鋼管、四個分別布設於方形鋼管的 四個內側壁上的加勁肋板組和由填充於方形鋼管與圓形鋼管之間空腔內的混凝土澆築成 型的混凝土結構；每一個所述加勁肋板組均包括多道呈平行布設的縱向加勁肋，多道所述 縱向加勁肋的布設方向均與方形鋼管和圓形鋼管的中心軸線方向一致，且多道所述縱向加 勁肋均與其所處方形鋼管的內側壁呈垂直布設；四個所述加勁肋板組中的所有縱向加勁肋 的結構和尺寸均相同；所述方形鋼管和圓形鋼管呈同軸布設；四個所述加勁肋板組中的所 有縱向加勁肋的布設方向均與所述圓形鋼管和方形鋼管的中心軸線方向一致，且四個所述 加勁肋板組中的所有縱向加勁肋均與混凝土結構緊固連接為一體；所述縱向加勁肋為長條 形鋼肋板，每一道所述縱向加勁肋外側壁均緊固固定在方形鋼管的內側壁上，且每一道所 述縱向加勁肋的橫向寬度均小於其所布設位置處方形鋼管和圓形鋼管之間的間距；所述方形鋼管、圓形鋼管和多道所述PBL加勁肋的縱向長度均相同；所述方形鋼管的頂端和多道所述PBL加勁肋的頂端均與所述圓形鋼管的頂端相平齊，且所述方形鋼管的底端和多道所述PBL加勁肋的底端均與所述圓形鋼管的底端相平齊。
上述一種SCS方形鋼管混凝土墩柱，其特徵是所述長條形鋼肋板的中部由上至下開有多個通孔，且多個所述通孔布設在同一直線上。
上述一種SCS方形鋼管混凝土墩柱，其特徵是每一道所述縱向加勁肋的外側壁與方形鋼管的內側壁之間均以焊接方式進行連接。
上述一種SCS方形鋼管混凝土墩柱，其特徵是所述方形鋼管的四個內側壁包括呈左右對稱布設的左側壁和右側壁以及呈前後對稱布設的前側壁和後側壁，所述前側壁和後側壁上所布設縱向加勁肋的數量均為NI，且所述左側壁和右側壁上所布設縱向加勁肋的數量均為N2，其中NI ^ N2，所述前側壁和後側壁的橫向寬度LI >所述左側壁和右側壁的橫向寬度L2，NI和N2均為正整數且N2彡2 ;當所述方形鋼管的橫截面為正方形時，N1=N2 ； 當所述方形鋼管的橫截面為長方形時，且LI > L2。
上述一種SCS方形鋼管混凝土墩柱，其特徵是四個所述加勁肋板組中的所有縱向加勁肋上所開設通孔的數量和各通孔的布設位置均相同；多個所述通孔由上至下呈均勻布設，且多個所述通孔的結構和尺寸均相同。
上述一種SCS方形鋼管混凝土墩柱，其特徵是所述混凝土結構為碳纖維混凝土結構。
上述一種SCS方形鋼管混凝土墩柱，其特徵是所述圓形鋼管的外徑為φ 102mm Φ 2000mm,所述方形鋼管和圓形鋼管的壁厚均為4mm 100mm,且Al : A2=l : (O. 6 0.8)，其中八1=&1+131，al為方形鋼管的橫截面積且bl為方形鋼管內側中空部的橫截面積， Α2=π ·Γ2且r為圓形鋼管的外徑。
上述一種SCS方形鋼管混凝土墩柱，其特徵是每一道所述縱向加勁肋的橫向寬度，均為其所布設位置處方形鋼管和圓形鋼管之間間距的(j ~-)o4 2
上述一種SCS方形鋼管混凝土墩柱，其特徵是所述通孔為圓形孔，且所述圓形孔的孔槓d2= ( I ~ i ) (13，其中d3為所述圓形孔所處縱向加勁肋的橫向寬度。D 3
上述一種SCS方形鋼管混凝土墩柱，其特徵是所述方形鋼管的橫截面積優選為 4m2 IOm2且其壁厚優選為18mm 25mm,所述圓形鋼管的壁厚優選為18mm 25mm ;所述長條形鋼肋板的橫向寬度優選為IOOmm 250mm且其厚度優選為12mm 22mm ;所述圓形孔的直徑優選為Φ30mm Φ50mm,且上下相鄰兩個所述圓形孔的間距優選為IOOmm 200mm。
本發明與現有技術相比具有以下優點
1、結構簡單、設計合理且施工成本較低。
2、結構輕盈且抗震與抗扭性能良好。同時，使用方式靈活，可適用於墩柱、拱肋、橫梁等結構中。
3、施工方便、使用效果好、力學性能好且結構輕盈，內外兩層鋼管之間通過所澆注的混凝土連接成為一個整體。實際使用時，本發明能充分改善方形鋼管混凝土結構自重大、 施工不便等缺陷，其利用方形鋼管較大的截面積來提供較大的截面抗扭與抗彎慣性矩，利用圓形鋼管有效減小混凝土體積來減輕自重，並且夾層混凝土處於三向受壓狀態並將內方 形鋼管連成整體。因而，本發明能充分發揮方形鋼管混凝土節點所具有的形式簡單、易於施 工等優點，截面的相對慣性矩較大，抗震、抗扭性能好，能有效克服方形鋼管與其內部混凝 土之間的連接性能差、外側鋼管對內部混凝土的套箍作用小等缺點，本發明利用內置的圓 鋼管增強對混凝土的套箍作用，並利用圓形鋼管有效混凝土體積來減輕自重的目的。
4、內方形鋼管之間所澆注的混凝土既可以採用普通混凝土，也可以採用碳纖維混 凝土。並且，所採用的碳纖維混凝土中所添加碳纖維的含量為質量百分含量在O. 6%左右， 可將混凝土的抗拉強度和抗拉延性分別提高30%和25%。碳纖維是由碳纖維長絲經過短 切機械切制而成，長度一般以mm為單位，外形為一定長度的絨須，具有輕質、高強、高模、耐 腐蝕、導電、屏蔽性能好、吸波性高等特點，且具有分散均勻，餵料方式多樣，工藝簡單的優 點。混凝土中加入適量的短切碳纖維，可以提高混凝土的抗拉強度、抗強度和抗衝擊性能， 降低幹縮，改善耐磨性能，且這種混凝土較普通混凝土質量輕，具有一定的隔熱性能和減震 性能。與圓形鋼管內部以及圓形鋼管與方形鋼管之間形成的空間內均填滿混凝土的鋼管混 凝土結構相比，本發明能充分利用內置圓鋼管的強度。
5、利用開孔加勁肋增強方形鋼管的面外穩定性，並相應大幅度增強結構抗剪能 力，同時將整個鋼管混凝土結構的各組成部分緊密連成整體。再配合多道箍筋，將多道開孔 加勁肋有機連接為一體，進一步增強了整個鋼管混凝土結構的整體性。所設置的開孔加勁 肋不僅提高了核心混凝土的抗壓強度，增強管壁的穩定性；同時開孔加勁肋充當了剪力件 的作用，使鋼管與混凝土連成整體，提高了鋼與混凝土的組合作用。並且，本發明的可操作 性強，能有效解決現如今鋼管的曲彎時間因與開孔加勁肋剛度有關係而導致的不易控制的 難題。
綜上所述，本發明結構簡單、設計合理、施工方便且施工成本較低、力學性能優良、 使用效果好，能有效解決現有方形鋼管混凝土結構存在的自重大、施工不便、外側鋼管與其 內部混凝土之間的連接性能差、外側鋼管對內部混凝土的套箍作用小等多種問題。
下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。


圖1為本發明的結構示意圖。
圖2為本發明的內部結構示意圖。
圖3為本發明的頂部結構示意圖。
附圖標記說明
I一方形鋼管；2—圓形鋼管；3 — PBL加勁肋；
4一混凝土結構；5—通孔。
具體實施方式
如圖1、圖2及圖3所示，本發明包括方形鋼管1、套裝於方形鋼管I內部的圓形鋼 管2、四個分別布設於方形鋼管I的四個內側壁上的加勁肋板組和由填充於方形鋼管I與圓 形鋼管2之間空腔內的混凝土澆築成型的混凝土結構4。每一個所述加勁肋板組均包括多 道呈平行布設的縱向加勁肋3，多道所述縱向加勁肋3的布設方向均與方形鋼管I和圓形鋼管2的中心軸線方向一致，且多道所述縱向加勁肋3均與其所處方形鋼管I的內側壁呈垂直布設。四個所述加勁肋板組中的所有縱向加勁肋3的結構和尺寸均相同。所述方形鋼管I和圓形鋼管2呈同軸布設；四個所述加勁肋板組中的所有縱向加勁肋3的布設方向均與所述圓形鋼管2和方形鋼管I的中心軸線方向一致，且四個所述加勁肋板組中的所有縱向加勁肋3均與混凝土結構4緊固連接為一體；所述縱向加勁肋3為長條形鋼肋板，每一道所述縱向加勁肋3外側壁均緊固固定在方形鋼管I的內側壁上，且每一道所述縱向加勁肋 3的橫向寬度均小於其所布設位置處方形鋼管I和圓形鋼管2之間的間距。所述方形鋼管1、圓形鋼管2和多道所述PBL加勁肋3的縱向長度均相同。所述方形鋼管I的頂端和多道所述PBL加勁肋3的頂端均與所述圓形鋼管2的頂端相平齊，且所述方形鋼管I的底端和多道所述PBL加勁肋3的底端均與所述圓形鋼管2的底端相平齊。
本實施例中，所述長條形鋼肋板的中部由上至下開有多個通孔5，且多個所述通孔 5布設在同一直線上。
實際加工時，每一道所述縱向加勁肋3的外側壁與方形鋼管I的內側壁之間均以焊接方式進行連接。
本實施例中，所述方形鋼管I的四個內側壁包括呈左右對稱布設的左側壁和右側壁以及呈前後對稱布設的前側壁和後側壁，所述前側壁和後側壁上所布設縱向加勁肋3的數量均為NI，且所述左側壁和右側壁上所布設縱向加勁肋3的數量均為N2，其中NI ^ N2， 所述前側壁和後側壁的橫向寬度LI >所述左側壁和右側壁的橫向寬度L2，N1和N2均為正整數且N2彡2 ;當所述方形鋼管I的橫截面為正方形時，N1=N2 ;當所述方形鋼管I的橫截面為長方形時，且LI > L2。
本實施例中，四個所述加勁肋板組中的所有縱向加勁肋3上所開設通孔5的數量和各通孔5的布設位置均相同。多個所述通孔5由上至下呈均勻布設，且多個所述通孔5 的結構和尺寸均相同。
本實施例中，所述混凝土結構4為碳纖維混凝土結構。
實際加工時，所述圓形鋼管2的外徑為Φ 102mm Φ2000mm,所述方形鋼管I和圓形鋼管2的壁厚均為4mm 100_，且Al A2=l (O. 6-O. 8)，其中Al=al+bl，al為方形鋼管I的橫截面積且bl為方形鋼管I內側中空部的橫截面積，Α2=π · r2且!■為圓形鋼管2的外徑。
每一道所述縱向加勁肋3的橫向寬度，均為其所布設位置處方形鋼管I和圓形鋼管2之間間距的(H )。4 2
本實施例中，所述通孔5為圓形孔，且所述圓形孔的孔徑d2=( i ~ I )"其中 d3為所述圓形孔所處縱向加勁肋3的橫向寬度。
本實施例中，Al=D2且其優選為4m2 10m2，=6m2，其中D為所述方形鋼管I的外側壁邊長，所述方形鋼管I的壁厚優選為18mm 25mm。所述長條形鋼肋板的橫向寬度優選為 IOOmm 250mm且其厚度優選為12mm 22mm ;所述圓形孔的直徑優選為Φ 30mm 50mm， 且上下相鄰兩個所述圓形孔的間距優選為IOOmm 200mm。
實際加工時，每一個所述加勁肋板組中多個所述縱向加勁肋3呈均勻布設。本實施例中，每一個所述加勁肋板組中所包括縱向加勁肋3的數量優選為I道 4道。
實際施工時，當所施工的鋼管混凝土墩柱用於房屋建築、橋梁等領域時，所述圓形 鋼管2和方形鋼管I的壁厚優選在4_ 66mm的範圍內進行相應調整。當所施工的鋼管 混凝土墩柱用於海洋平臺時，所述圓形鋼管2和方形鋼管I的壁厚優選在12_ IOOmm的 範圍內進行相應調整。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何限制，凡是根據本發明 技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬於本發明技 術方案的保護範圍內。
權利要求
1.一種SCS方形鋼管混凝土墩柱，其特徵在於包括方形鋼管(I)、套裝於方形鋼管 (O內部的圓形鋼管(2)、四個分別布設於方形鋼管(I)的四個內側壁上的加勁肋板組和由填充於方形鋼管(I)與圓形鋼管(2)之間空腔內的混凝土澆築成型的混凝土結構(4);每一個所述加勁肋板組均包括多道呈平行布設的縱向加勁肋(3)，多道所述縱向加勁肋(3)的布設方向均與方形鋼管(I)和圓形鋼管(2)的中心軸線方向一致，且多道所述縱向加勁肋(3)均與其所處方形鋼管(I)的內側壁呈垂直布設；四個所述加勁肋板組中的所有縱向加勁肋(3)的結構和尺寸均相同；所述方形鋼管(I)和圓形鋼管(2)呈同軸布設；四個所述加勁肋板組中的所有縱向加勁肋(3)的布設方向均與所述圓形鋼管(2)和方形鋼管(I)的中心軸線方向一致，且四個所述加勁肋板組中的所有縱向加勁肋(3)均與混凝土結構(4)緊固連接為一體；所述縱向加勁肋(3)為長條形鋼肋板，每一道所述縱向加勁肋(3)外側壁均緊固固定在方形鋼管(I)的內側壁上，且每一道所述縱向加勁肋(3)的橫向寬度均小於其所布設位置處方形鋼管(I)和圓形鋼管(2)之間的間距；所述方形鋼管(I)、圓形鋼管(2)和多道所述PBL加勁肋(3)的縱向長度均相同；所述方形鋼管(I)的頂端和多道所述PBL加勁肋(3)的頂端均與所述圓形鋼管(2)的頂端相平齊，且所述方形鋼管(I)的底端和多道所述PBL加勁肋(3)的底端均與所述圓形鋼管(2)的底端相平齊。
2.按照權利要求1所述的一種SCS方形鋼管混凝土墩柱，其特徵在於所述長條形鋼肋板的中部由上至下開有多個通孔(5)，且多個所述通孔(5)布設在同一直線上。
3.按照權利要求1或2所述的一種SCS方形鋼管混凝土墩柱，其特徵在於每一道所述縱向加勁肋(3)的外側壁與方形鋼管(I)的內側壁之間均以焊接方式進行連接。
4.按照權利要求1或2所述的一種SCS方形鋼管混凝土墩柱，其特徵在於所述方形鋼管(I)的四個內側壁包括呈左右對稱布設的左側壁和右側壁以及呈前後對稱布設的前側壁和後側壁，所述前側壁和後側壁上所布設縱向加勁肋(3)的數量均為NI，且所述左側壁和右側壁上所布設縱向加勁肋(3)的數量均為N2，其中NI ^ N2，所述前側壁和後側壁的橫向寬度LI >所述左側壁和右側壁的橫向寬度L2，N1和N2均為正整數且N2 ^ 2 ;當所述方形鋼管(I)的橫截面為正方形時，N1=N2 ;當所述方形鋼管(I)的橫截面為長方形時，且LI > L2。
5.按照權利要求2所述的一種SCS方形鋼管混凝土墩柱，其特徵在於四個所述加勁肋板組中的所有縱向加勁肋(3 )上所開設通孔(5 )的數量和各通孔(5 )的布設位置均相同； 多個所述通孔(5)由上至下呈均勻布設，且多個所述通孔(5)的結構和尺寸均相同。
6.按照權利要求1或2所述的一種SCS方形鋼管混凝土墩柱，其特徵在於所述混凝土結構(4)為碳纖維混凝土結構。
7.按照權利要求1或2所述的一種SCS方形鋼管混凝土墩柱，其特徵在於所述圓形鋼管(2)的外徑為C>102mm Φ 2000mm,所述方形鋼管(I)和圓形鋼管(2)的壁厚均為4mm 100mm，且Al A2=l (O. 6 O. 8)，其中Al=al+bl，al為方形鋼管(I)的橫截面積且bl 為方形鋼管(I)內側中空部的橫截面積，Α2=π · r2且r為圓形鋼管(2)的外徑。
8.按照權利要求2所述的一種SCS方形鋼管混凝土墩柱，其特徵在於每一道所述縱向加勁肋(3)的橫向寬度，均為其所布設位置處方形鋼管(I)和圓形鋼管(2)之間間距的
9.按照權利要求2所述的一種SCS方形鋼管混凝土墩柱，其特徵在於所述通孔(5) 為圓形孔，且所述圓形孔的孔徑d2= ( * ~ - ) d3，其中d3為所述圓形孔所處縱向加勁肋(3)的橫向寬度。
10.按照權利要求7所述的一種SCS方形鋼管混凝土墩柱，其特徵在於所述方形鋼管(I)的橫截面積優選為4m2 IOm2且其壁厚優選為18mm 25mm，所述圓形鋼管(2)的壁厚優選為18mm 25mm ;所述長條形鋼肋板的橫向寬度優選為IOOmm 250mm且其厚度優選為12mm 22mm ;所述圓形孔的直徑優選為30mm Φ 50mm，且上下相鄰兩個所述圓形孔的間距優選為100_ 200mm。
全文摘要
本發明公開了一種SCS方形鋼管混凝土墩柱，包括方形鋼管、套裝於方形鋼管內部的圓形鋼管、四個分別布設於方形鋼管的四個內側壁上的加勁肋板組和由填充於方形鋼管與圓形鋼管之間空腔內的混凝土澆築成型的混凝土結構；每一個加勁肋板組均包括多道呈平行布設的縱向加勁肋，且多道縱向加勁肋均與其所處方形鋼管的內側壁呈垂直布設；四個加勁肋板組中的所有縱向加勁肋的結構和尺寸均相同；方形鋼管和圓形鋼管呈同軸布設；每一道縱向加勁肋的橫向寬度均小於其所布設位置處方形鋼管和圓形鋼管之間的間距。本發明結構簡單、設計合理、施工方便且施工成本較低、力學性能優良、使用效果好，能有效解決現有方形鋼管混凝土結構存在的多種問題。
文檔編號E04C3/34GK103031927SQ20121058026
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月27日 優先權日2012年12月27日
發明者高小育, 王旭, 劉永健, 楊光輝, 張俊光, 程高, 劉鵬, 黃月超, 黃嘉瑞 申請人:長安大學