一種內嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱的製作方法
2023-04-26 08:19:01 1
專利名稱：一種內嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱的製作方法
技術領域：
本發明涉及內嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱，具體為一種內嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱。
背景技術：
型鋼混凝土組合柱廣泛應用於我國的大型工業建築與高層和超高層民用建築領域，但由於混凝土材料自身的脆性，其抗拉、抗剪和抗彎強度都較低，且與型鋼之間的粘結性能差，容易發生縱向剪切滑移破壞，對結構抗震不利，且震後修復困難。因此，由於混凝土本身的脆性，當構件變形較大時混凝土先於型鋼破壞，使得現有的型鋼混凝土組合柱中型鋼不能得到充分發揮其優良性能，導致組合柱抗裂性能差，容易發生縱向剪切滑移破壞，且震後修復費用較高，使其在高層建築結構中的應用受到了限制。
發明內容
本發明的目的在於提供一種抗裂性能、變形能力和抗震性能好、澆注材料與型鋼粘結性能好的內嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱。為此，本發明提供的內嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱包括型鋼，該型鋼為H型鋼或工字鋼，所述型鋼腹板兩側澆注有高延性纖維混凝土，該高延性纖維混凝土的組分為水泥、粉煤灰、矽灰、砂、PVA纖維和水，其中，按重量百分比計，水泥粉煤灰矽灰砂水=1 :0. 9 :0. I :0. 76 :0. 58 ;以水泥、粉煤灰、矽灰、砂和水混合均勻後的總體積為基數，PVA纖維的體積摻量為1.5%。上述型鋼的腹板上安裝有抗剪連接件。上述抗剪連接件為栓釘或槽鋼，且栓釘或槽鋼焊接於型鋼的腹板上。優選的，上述水泥為P. O. 52. 5R矽酸鹽水泥；上述粉煤灰為I級粉煤灰；上述矽灰的燒失量小於6%、二氧化娃含量大於85%、比表面積大於15000m2 / kg ;上述砂的最大粒徑為I. 26mm ;上述PVA纖維的長度為6 12mm、直徑為26 μ m以上、抗拉強度為1200MPa以上、彈性模量為30GPa以上；。優選的，上述高延性纖維混凝土中添加有減水率為30%以上的聚羧酸減水劑，且減水劑的添加量為粉煤灰、矽灰和水泥總質量的O. 8%。優選的，上述高延性纖維混凝土的製備方法為將水泥、矽灰、粉煤灰和砂幹拌均勻後加入減水劑和80%的水攪拌均勻；之後再加入PVA纖維攪拌均勻後加入剩餘20%的水攪拌均勻即得高延性纖維混凝土。本發明組合柱由型鋼和內嵌於型鋼中的的高延性纖維混凝土組成，同時採用栓釘或者槽鋼作為抗剪連接件，可利用較高強度和韌性的高延性纖維混凝土與型鋼很好地粘結在一起，以提高型鋼組合柱整體性能和變形能力，從而大幅度提高型鋼組合柱的受力性能和抗震性能。與現有的普通型鋼混凝土柱相比，本發明具有如下的特點
(I)本發明採用的高延性纖維混凝土抗壓強度可達到60MPa以上，極限拉應變可達到普通混凝土的100倍以上，具有類似鋼材的塑性變形能力，與型鋼之間有良好的粘結性能，是一種具有高強度、高延性、高耐久性和高耐損傷能力的生態建築材料。(2)本發明利用高延性纖維混凝土與型鋼之間具有的良好粘結性能，顯著提高型鋼混凝土組合柱的受力性能和變形能力，從而有效提高型鋼組合柱的整體性、抗裂性能與抗震性能。(3)本發明採用栓釘或者槽鋼作為抗剪連接件，可大幅度提高型鋼組合柱的整體性和穩定性，且型鋼外露，便於與相鄰構件連接。(4)本發明具有良好的耐久性，可延長結構的使用壽命，大幅度提高型鋼組合柱的承載力和抗震性能，減少甚至免去強震後修復的工作。
以下結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步的詳細說明。圖I是本發明實施例I的結構示意圖；圖中各代碼表示1-型鋼、2-栓釘、3-高延性纖維混凝土。
具體實施例方式本發明的內嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱與傳統的型鋼混凝土組合柱的區別在於本發明內嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱包括型鋼，該型鋼為H型鋼或焊接工字鋼，所述型鋼腹板兩側澆注有高延性纖維混凝土並且為了保證高延性纖維混凝土與型鋼之間的粘結性，在型鋼的腹板上安裝有抗剪連接件。本發明的內嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱的的施工方法為步驟一，放置並安裝型鋼；步驟二，在型鋼的腹板上安裝抗剪連接件，抗剪連接件的水平間距為100 150mm,抗剪連接件的豎向間距為200 300_ ；步驟三，在型鋼外圍支模；步驟四，澆注高延性纖維混凝土 ；步驟五，養護後拆模即可得本發明的內嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱。以下是發明人提供的實施例，以對本發明作進一步詳細解釋說明。實施例I :遵循本發明的技術方案，如圖I所示，本實施例中內嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱的截面尺寸為bXh=300mmX450mm，柱高度為3m ;型鋼I採用Q345鋼，尺寸為450X300X11X18 ;栓釘2直徑為16mm，長度為120mm，型鋼I腹板兩側各設置三排栓釘2，栓釘沿型鋼I長度方向間距為200mm。其結構為高延性混凝土柱中內嵌式的型鋼1，栓釘2，高延性混凝土 3。其具體施工過程為步驟一，放置型鋼I，焊接栓釘2，支模板；步驟二，澆注高延性纖維混凝土 3，養護7天後拆除模板即得該實施例的內嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱。該實施例中的高延性纖維混凝土的組分為水泥、粉煤灰、矽灰、砂、PVA纖維、減水劑和水，其中，按質量百分比計，水泥粉煤灰矽灰砂:水=1 :0.9 :0. I :0. 76 :0. 58 ;以水泥、粉煤灰、矽灰、砂和水混合均勻後的總體積為基數，PVA纖維(聚乙烯醇纖維)的體積摻量為1.5% ;減水劑的添加量為水泥、粉煤灰和娃灰總質量的O. 8%。其中砂的最大粒徑為I. 26mm ；PVA纖維為上海羅洋科技有限公司生產的PA600型纖維，長度為8mm，直徑為26 μ m,抗拉強度為1200MPa，彈性模量為30GPa ;水泥為P. O. 52. 5R矽酸鹽水泥；粉煤灰為I級粉煤灰；所用矽灰的燒失量為5%，二氧化矽含量為88%，比表面積為18000m2 / kg，矽灰應符合GB / T 18736的要求；減水劑為減水率在30%以上的聚羧酸高效減水劑，聚羧酸減水劑為江蘇博特新材料有限公司生產的PCA"-[型聚羧酸高性能減水劑。上述高延性纖維混凝土的攪拌方法為首先將水泥、粉煤灰、矽灰和砂倒入強制式攪拌機中幹拌2 3分鐘；再加入減水劑和80%的水；然後加入PVA纖維再攪拌2分鐘後加入剩餘20%的水，攪拌I 2分鐘。以下是發明人提供的關於本實施例的高延性纖維混凝土的力學性能試驗及其結
果O (I)採用70. 7mmX70. 7mmX70. 7mm的標準試模製作立方體試塊，按標準養護方法
養護60天，進行立方體抗壓強度試驗。試驗結果表明高延性纖維混凝土試塊抗壓強度平均值為65MPa，試塊達到峰值荷載後卸載再進行第二次加載，殘餘抗壓強度可達到峰值荷載的80%，試塊破壞過程具有明顯抗壓韌性。(2)採用40mmX40mmX 160mm的標準試模製作稜柱體抗彎試件，按標準養護方法養護60天，進行抗彎性能試驗。試驗結果表明高延性纖維混凝土試件的初裂強度為
4.8MPa，試件開裂以後承載力繼續提高，極限強度為10. IMPa，達到峰值荷載後承載力下降緩慢，按照ASTM C1018法計算所得的彎曲韌性係數其彎曲韌性15、110> 12(|、I30分別為6. 2、14. 5,33. 0,50. 6，表明具有很高的彎曲韌性。(3)米用50mmX 15mmX 350mm的試模製作拉伸試塊,按標準養護方法養護60天,進行直接拉伸試驗。結果表明高延性纖維混凝土試件單軸抗拉強度平均值為3. 6MPa，極限拉應變可達到I. 2%，試件開裂以後承載力基本保持不變，具有良好的抗拉韌性，破壞過程中出現10餘條裂縫。以上試驗表明，高延性纖維混凝土的極限拉應變遠高於《混凝土結構設計規範》GB50010中普通混凝土的極限拉應變，高延性纖維混凝土受壓、受拉、受彎破壞時均具有較高的韌性，其破壞特徵與普通混凝土發生脆性破壞具有明顯不同。上述實施例的高延性纖維混凝土的上述力學特性表明，高延性纖維混凝土強度高、變形能力好，不易發生脆性破壞。用它澆築成內嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱，可顯著提高其承載力、抗裂性能、穩定性、變形能力和抗震性能，提高混凝土與型鋼之間的粘結力，避免發生剪切滑移破壞。本發明利用高延性纖維混凝土的力學性能優勢及其與型鋼之間良好的粘性性能，可提高組合柱抗剪強度和抗震能力，還可有效抑制組合柱的開裂，極大地改善組合柱自身的變形能力和穩定性，有效地減輕地震作用下型鋼混凝土組合柱的破壞程度。同時利用高延性纖維混凝土良好的耐久性，延長結構的使用壽命，可減低成本。本發明可用於大型工業建築、高層建築和超高層建築中承受較大豎向荷載和水平荷載的柱。
權利要求
1.一種內嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱，包括型鋼，其特徵在於，所述型鋼為H型鋼或工字鋼；所述型鋼腹板兩側澆注有高延性纖維混凝土，該高延性纖維混凝土的組分為水泥、粉煤灰、矽灰、砂、PVA纖維和水，其中，按重量百分比計，水泥粉煤灰矽灰砂水=1 :0. 9 :0. I :0. 76 :0. 58 ;以水泥、粉煤灰、矽灰、砂和水混合均勻後的總體積為基數，PVA纖維的體積摻量為I. 5%。
2.如權利要求I所述的內嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱，其特徵在於，所述型鋼的腹板上安裝有抗剪連接件。
3.如權利要求2所述的內嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱，其特徵在於，所述抗剪連接件為栓釘或槽鋼，且栓釘或槽鋼焊接於型鋼的腹板上。
4.如權利要求I所述的內嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱，其特徵在於，所述水泥為P. O. 52. 5R矽酸鹽水泥；所述粉煤灰為I級粉煤灰；所述矽灰的燒失量小於6%、二氧化娃含量大於85%、比表面積大於15000m2 / kg ;所述砂的最大粒徑為I. 26mm ;所述PVA纖維的長度為6 12mm、直徑為26 μ m以上、抗拉強度為1200MPa以上、彈性模量為30GPa以上；O
5.如權利要求4所述的內嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱，其特徵在於，所述高延性纖維混凝土中添加有減水率為30%以上的聚羧酸減水劑，且減水劑的添加量為粉煤灰、矽灰和水泥總質量的O. 8%。
6.如權利要求5所述的內嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱，其特徵在於，所述高延性纖維混凝土的製備方法為將水泥、矽灰、粉煤灰和砂幹拌均勻後加入減水劑和80%的水攪拌均勻；之後再加入PVA纖維攪拌均勻後加入剩餘20%的水攪拌均勻即得高延性纖維混凝土。
全文摘要
本發明公開了一種內嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱，以解決現有的型鋼混凝土組合柱因混凝土材料自身的脆性、抗拉、抗剪和抗彎強度較低以及與型鋼之間的粘結性能差的原因，而存在的容易發生縱向剪切滑移破壞，以及其抗裂性能和抗變形能力差的問題。本發明的高延性纖維混凝土組合柱由型鋼和內嵌於型鋼中的高延性纖維混凝土以及型鋼與高延性纖維混凝土之間的抗剪連接件組成。本發明的內嵌式型鋼高延性纖維混凝土組合柱抗裂性能、變形能力、穩定性和抗震性能以及混凝土與型鋼粘結性能均優於傳統的型鋼混凝土組合柱，且型鋼外露，便於與相鄰構件連接。
文檔編號E04C3/34GK102912937SQ20121043501
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月4日 優先權日2012年11月4日
發明者鄧明科, 梁興文, 樊鑫淼 申請人:西安建築科技大學