混凝土填實管柱及其製作方法
2023-08-04 11:50:46
專利名稱：混凝土填實管柱及其製作方法
技術領域：
本發明涉及一種混凝土填實管柱，以及將其用於構成建築物構架的一部分(例如柱子樁子)時的製作方法。
圖1至圖3所示為一個構成建築物結構一部分的現用的混凝土填實管柱的例子。柱子20用一根在內部充填了混凝土以形成混凝土芯24的鋼製外管22製成。外管22由多段主體管26和多段連接管28組成。每一段連接管28與兩段相鄰的主體管26相互同軸連接。建築物結構的橫梁30焊在各連接管28的外壁上，使軸向負載從橫梁30傳遞到外管22上。此外，一對在垂直方向以一定間隔平行布置的內法蘭32環焊在連接管28的內壁上，沿徑向朝裡伸入混凝土芯24，以將軸向負載從外管22傳遞給柱芯24。在這類柱子中，外管22的橫向箍緊作用提高了混凝土芯24的抗壓強度，從而與沒有外管的常用混凝土柱子相比，可以大大減小柱子的截面。
但是，在製作上述柱子時，會出現因內法蘭32的存在而易在混凝土芯24內生成氣隙和結塊區的麻煩。例如，當向一根直立的外管22灌注混凝土以形成混凝土芯24時，內法蘭32成了阻礙空氣順利向上流動而從外管22中逸出的障礙，結果灌入的混凝土在內法蘭32下表面形成空氣隙34(見圖3)。除上述例子外，在灌入的混凝土固化期間，內法蘭32也成了混凝土沉降的障礙，即因混凝土收縮而向下運動的障礙。這一情況也會導致在內法蘭32下面形成空氣隙34。這些空氣隙34不僅阻礙內法蘭32將軸向負載從外管22傳遞給柱芯24，而且它還降低混凝土柱芯24的抗壓強度。此外，在混凝土漿沉降時，因含有在其中的漿液向下流動比含在混凝土中的骨料更順利，骨料易在內法蘭32周圍集結，並在混凝土芯24內形成結塊區36(見圖3)。這種結塊區36同樣會降低混凝土芯24的抗壓強度。
為了避免空氣隙及結塊區的產生，每當外管22中的混凝土灌注到某一個內法蘭32的高度時，即停止注入混凝土。待注入的混凝土硬化後，再灌注混凝土使其達到下一個內法蘭32的高度。然而，這樣一種灌注混凝土的過程大大延長了柱子20的製作時間。
因此，本發明的一個目的是提供一種內部沒有空氣隙和結塊區的混凝土填實管柱。
本發明的另一個目的是提供一種混凝土填實管柱，其與構架的橫梁連接的部分沒有外凸的加強件，但具有優越的機械強度。
本發明的另一個目的是提供一種可以在不延長製作時間的條件下防止混凝土芯產生空氣隙或結塊區的混凝土填實管柱的製作方法。
本發明的另一個目的是提供一種能可靠地保持柱子抗壓強度的混凝土填實管柱的製作方法。
本發明的另一個目的是提供一種用於混凝土填實管柱的預製結構管，它可以防止混凝土芯帶空氣隙和結塊區。
根據這些及其他發明目的，本發明的一個方面是致力於提供這樣一種混凝土填實管柱，它的組成部分包括與構架橫梁相連接、以將軸向負載從橫梁傳遞過來施加於其本身的外管，外管由多個同軸串接的管件組成，每個管件的橫向內尺寸基本相等;包在外管內的混凝土柱芯;以及同軸地設置在每個管件內的管形件，後者用於從外管上將負載傳遞給混凝土芯。管形件具有不變的橫向外尺寸及一個下端部。管形件的下端部具有第一個向上漸縮的內周壁面，管形件下端的橫向內尺寸與每個管件的橫向內尺寸相等。當混凝土被灌注入外管時，該向上漸縮的內周壁面讓位於其下的空氣順利地沿其表面上升，從而防止在管形件下面形成空氣隙。同樣，在灌入的混凝土固化期間，該漸縮的內周壁面使混凝土能通暢地沿著它運動而直接進入管形件以下的區域。其後果是空氣隙及結塊區的產生都得以防止。
管形件可以包括沿周邊布置在每個管件內壁上的徑向朝裡的第一內法蘭及環形附著於每個管件內表面上的混凝土層。混凝土層具有一個第一管形段，即管形件的下端段，它處在第一內法蘭的下面，與第一內法蘭的整個下平面相接觸。混凝土層還具有一個第二管形段，它位於第一內法蘭的上面，並與該第一法蘭的整個上平面相接觸。該第二管形段具有向下漸縮的第二內周壁面，管形件上端的橫向內尺寸與每個管件的橫向內尺寸相等。
管形件也可以是鋼材製成的，並與每個管件形成整體結構。
本發明的另一方面著眼於提供一種用於混凝土填實管柱的預製結構管。該預製結構管包括一個帶第一及第二端部的管件;安裝在該管件內表面上徑向朝內凸出的第一內法蘭，該內法蘭的第一面較第二面離管件的第一端更近;以及一個沿周向附著於管件內表面上的混凝土層。混凝土層包括一個與管件同心的第一管形段。第一管形段具有一個第一內周壁面。第一管形段的相對的兩個端部之一與第一內法蘭的整個第一面直接接觸。第一管形段的第一內周壁面朝管件的第二端漸縮，第一管形段另一端處的橫向內尺寸與管件的橫向內尺寸相等。
本發明的再一個方面是致力於一種製作混凝土填實管柱的方法。先準備好多根預製的結構管，然後第二端在上，第一端在下豎立起一根預製的結構管。將混凝土灌注入豎立的預製的結構管中，使其在管內形成混凝土芯。把構架的橫梁連接在豎立的預製結構管上。然後將另一根預製結構管同軸地連接在豎立的預製結構管上端，從而使所述的另一根預製結構管豎立在其下的相鄰的結構管上。然後重複上述的從灌注混凝土到將管段連接的各操作步驟。
在附圖中圖1為常規的混凝土填實管柱的一段的軸向剖視圖;
圖2為圖1中沿Ⅱ-Ⅱ方向的剖視圖;
圖3為圖1中常規混凝土填實管柱的放大軸向剖視圖;
圖4為根據本發明的混凝土填實管柱的一段帶局部剖視的正視圖;
圖5為圖4中混凝土填實管柱的放大軸向剖視圖;
圖6是構成圖4中的混凝土填實管柱的預製結構管段的剖視圖;
圖7為焊有內法蘭和支承件的連接管的放大軸向剖視圖;
圖8為帶有配置在其內表面上的混凝土層的連接管的放大軸向剖視圖;
圖9為處於灌注混凝土過程中的預製結構管的一段的軸向剖視圖;
圖10為本發明的另一實施例的帶局部剖視的正視圖;
圖11為圖10中混凝土填實管柱的一段放大軸向剖視圖;
圖12為兩根預製結構管之間連接部位的一段軸向剖視圖;
圖13為本發明又一個實施例的局部剖開的正視圖;
圖14為圖13中用於製作混凝土填實管柱的預製結構管的軸向剖視圖;
圖15為帶有塗在其內壁上的分離層的管件的軸向剖視圖;
圖16為圖13中混凝土填實管柱的一種改型式樣的一段軸向剖視圖;
圖17為用於構成圖16中混凝土填實管柱的預製結構管的軸向剖視圖;
圖18為本發明又一個實施例的一段軸向剖視圖;
圖19為圖18中的混凝土填實管柱一種改型形式的一段軸向剖視圖。
參見圖14至圖19，圖中所標的數字代表在各個視圖中相應的部分。對各個標號的含義解釋一次以後就不再重複說明。
圖4所示為根據本發明的混凝土填實管柱，它豎立於基座40之上，組成建築物構架的一部分。該柱子具有一根外管42，其中灌滿了混凝土，形成混凝土芯柱44。外管42由多個同軸串接的圓形鋼管件46組成。每個管件46包括一根連接管48和一根與連接管48下端同軸相連的主體管50。多個H型鋼梁支承件52焊在連接管48的外壁上，從該處徑向朝外伸展，將連接管48與建築物構架的橫梁連接起來。每根H型鋼梁支承體52由上翼板56和下翼板58以及將上、下翼板連接起來的腹板60組成(見圖5)。此外，管形件62同軸地裝配在連接管48之內，並徑向朝裡伸入混凝土芯44內以將軸向負載從連接管48傳遞到芯柱44上。管形件62包括一對在垂直方向具有間隔平行布置並沿周邊焊在連接管48內壁上的內法蘭64和66，以及沿周向設置在連接管48內壁上的高強度混凝土層68。每個內法蘭64和66是中空的圓盤，從連接管48的內壁徑向朝裡凸出形成圓環。上內法蘭64位於支承件52上翼板56的同一水平線上，而下內法蘭66則位於支承件52下翼板的同一水平線上。
如圖5清楚地示出的，混凝土層68由三個管形段組成，即第一段70、第二段72和第三段74。第一段70位於下內法蘭66之下，其上端面與第一內法蘭66的整個下平面直接接觸。該第一段70的內周壁71是向上漸縮的，使得第一段70上端的內徑與下內法蘭66的內徑大至相等，而第一段70下端的內徑，即管形件62下端的內徑與連接管48的內徑大致相等。內周壁面71與連接管48軸線間的夾角θ1，最好在45°至60°之間。第二段72延伸於上內法蘭64和下內法蘭66之間。該第二段72的內徑大致與上、下法蘭64和66的內徑相等。第三段74位於上內法蘭64之上，其下端面與上內法蘭64的整個上平面直接接觸。該第三段74的內周壁面75是向下漸縮的，使得第三段74下端的內徑與上內法蘭64的內徑大致相等，而第三段74的上端，即管形件62上端的內徑與連接管48的內徑大致相等，內周壁面75與連接管48軸線間的夾角θ2最好在45°至60°之間。此外，形成混凝土層68的高強度混凝土的抗壓強度比形成混凝土芯柱44的抗壓強度高。
如圖5進一步所示的，有一個分隔層夾在混凝土芯柱44和每個管件46的內壁之間，使芯柱44與每個管件46不致結合在一起。該分隔層用瀝青、油、油脂、石臘、礦脂、合成樹脂或紙之類的材料做成。分隔層76的厚度以能給混凝土芯柱44提供一粘性滑動為限度。用瀝青時，厚度在20至100微米左右。此外，主體管50由上管段78和下管段80組成。上管段78和下管段同軸地但相互脫離布置，以使在上、下管段78與80之間形成一個環形間隙82的軸向應力減小裝置。每個上下管段78和80的長度應使環形間隙82處在居中位置，即處在主體管50的力矩拐點上。由於分隔層76允許每個管件46可相對於混凝土芯柱44作軸向移動，環形間隙82的軸向寬度w1在每個管件46受到從構架的橫梁54傳遞過來的軸向負載時是有變化的。這樣，環形間隙82減少了每個管件46所承受的軸向應力。混凝土芯44承受的軸向應力要比管件46承受的大得多，因為施加在每個管件上的軸向負載通過上、下內法蘭64和66以及混凝土層68傳遞給混凝土芯44。然而處在比混凝土心44小得多的應力下的外管42限制了混凝土芯的橫向變化，從而有效地增加了柱子的抗壓強度。
圖6至圖9示出的是製作圖4混凝土填實管柱的過程。首先，在工廠裡準備好多根預製結構管84。圖6所示為一根預製好的結構管84。結構管84的製作方法如下準備好三根連接管48和三根主體管50。然後按圖7所示把H-型鋼梁支承件52焊在每根準備好的連接管48的外壁上，上、下內法蘭64和66焊在準備好的連接管48的內壁上。隨後，如圖8所示，在每根連接管48的內壁上製成混凝土層68。該混凝土層68的製成方法是慢慢沿其軸線轉動連接管48，同時手工將高強度混凝土塗抹在連接管48的內壁上，使在混凝土層68的第一段70和第三段74分別形成漸縮的內周壁面71和75。在塗抹混凝土之前，可以沿連接管48的內壁上設置鋼筋以便於能夠抹上混凝土。如不用塗抹的方法，也可把混凝土注入筒型模具和連接管48內壁之間，該筒型模具以可拆卸的方式固定在連接管48的內壁上。還有一種可供選擇的方法是用離心澆注法。更具體地說，可將一對截頂錐體的模具86按圖8中虛線所示的以可拆卸的方式固定在連接管48的內壁上。將連接管48放置在一臺旋轉機上，其軸線基本上呈水平狀，然後使其沿軸線高速旋轉。接著將預先定量的高強度混凝土注入兩個模具86之間。結果是連接管48中的混凝土受到由於連接管48轉動產生的離心力的作用，被鋪展在兩個模具86之間的區域。形成混凝土層。在離心成型過程中，可以在模具86和相應的內法蘭之間形成一條空隙88，從而使得內法蘭64和66間的混凝土在連接管48旋轉時通過空隙88流入模具86的內側。除了空隙88以外，也可通過開在內法蘭64和66內的孔(未在圖中示出)使混凝土流入模具86的內側。在每根連接管48內壁上的混凝土層68形成後，將分隔材料諸如瀝青或油脂塗在每根連接管48內未提供管形件62的部位內壁上。同時也在每根主體管50的內壁塗上相同的分隔材料，以形成分隔層。過後，將三根連接管48分別同軸地焊接到三根主體管50的上端，組成三個管體46。以這一方式把製作好的三根管體46同軸地串接起來，組成預製結構管84。在上述製作預製結構管84的過討校捎諢炷斂 8是在把內法蘭64和66以及H型支承件52焊到連接管48上以後形成的，混凝土層68未遭受焊接過程的加熱，從而防止它受到損傷。
按上述方法製成的預製結構管從工廠運到建築工地，在那裡先把一根預製結構管84豎立在基座40上，然後如圖9所示，用混凝土輸送管90將混凝土注入到豎立的預製結構管84中以形成混凝土芯44。當管內的混凝土頂面升到混凝土層68的內周壁面71時，在該漸縮的內周壁面71附近的空氣順著該內周壁面71順利地向上流動，因而該內周壁面71以下的空間全部被注入的混凝土充滿。在隨後的混凝土固化過程中，混凝土向下平滑地沿著混凝土層68的內周壁面71和75收縮，如圖5中箭頭A和B所示。這樣，混凝土就完全充滿了緊挨混凝土層68的內周壁面71下面的空間。結果，在混凝土層68的內周壁面71下面及內法蘭64和66下面不會產生空氣隙和結塊區，從而形成一個具有可靠抗壓強度的混凝土芯44。在灌入的混凝土固化後，用合適的切割工具把每根主體管50分割成上、下兩段78和80，在它們之間形成環形縫隙82。然後把建築物構架的橫梁54分別與預製結構管84的H型支承件52連接起來。而後把另一根預製結構管84同軸地接到灌注了混凝土的預製結構管84的頂上。此後，按預定的層數重複上述從灌注混凝土到連接預製結構管的各步驟，製成混凝土填實管柱。
可以用少於或多於三個管件46的預製結構管取代上面描述的預製結構管84來製作混凝土填實管柱。此外，可以分別在上內法蘭64之下和下內法蘭66之上製成另一個第一混凝土段70及另一個第三混凝土段74，以便取代混凝土層68的第二段72。另外，也可以應用碳纖維加固的混凝土管體來代替主體管50。這種管體由空心圓筒形水泥基體和高強度碳纖維組成。碳纖維纏繞形成與水泥基體同軸的圓圈形狀埋入水泥基體。製作這種管體的方法是，把碳纖維圈浸在水泥粉粒直徑小於碳纖維直徑的水泥漿中使碳纖維圈形成圓筒形狀。這種碳纖維加固的混凝土主管體的楊氏模量與混凝土芯44的楊氏模量基本相等，從而對混凝土芯44起著有效的箍緊作用，甚至在其上既不設分隔層76，也不開減小應力的環縫82時也同樣有效。
圖10和11所示為本發明的另一個實施例。這種結構中各個管件92互相離開布置，在每兩個相鄰的管件92之間形成環形縫隙82。每個管件有一個管形件嵌入管件92的上端部。如圖11清楚地所示，該管形件由下列部分組成一個焊在管段92上端的內法蘭66和一個位於內法蘭66下面的混凝土層70。分隔層76夾在混凝土芯44和每個管件92不被管形件94遮蔽的那部分內壁之間。每個管件92的外壁上焊有幾個用於與建築物橫梁54連接的支承件52。每個管件92與其相鄰的管件92之間設有一個基本上是環形的分隔件96以將環形縫隙82封閉起來。該分隔件96是用彈性材料製作的，例如橡膠或合成樹脂。用粘結劑例如環氧樹脂或類似物質把分隔件96粘附在每個管件92的下端，這種混凝土填實管柱由幾根預製結構管構成，每根預製結構管包括管件92、管形件94、支承件52、分隔層76和分隔件96，這些構件都在工廠裡製作好。然後將預製結構管運到建設工地，按上一實施例所述方法進行同軸連接。在把一根預製結構管連接到已灌注混凝土的預製管上端時，可以在兩根預製管的連接區置入呈圓筒骨架形的加固件98(見圖12)從而使連接部的機械強度得以提高。更具體地說，如圖12所示，加固件98的下半部從下面一根預製管100中形成的混凝土芯44內，這樣加固件98的上半部從下面一根預製管的上端伸出來，然後把上面的預製管102同軸地架在下面的預製管100上，從而使加固件98的上半部插入上面的預製管102。接好後即可向上面的預製管102內灌注混凝土。
圖13所示為本發明的再一個實施例。它的管件104由幾根管子單元106同軸串接組成。每根管子單元106由連接管48以及同軸焊在連接管48下端的主體鋼管108組成。連接管48具有多個H型支承件52和上、下內法蘭64和66。建築物構架的橫梁54通過H-型支承件與連接管相連接。主體管108具有在其外壁上形成的由幾條環形槽118組成的應力減小裝置。環形槽118的數目及其軸向寬度w2和徑向深度要根據柱子的設計條件而確定。在整個主體管108的內壁上，以及在除上、下內法蘭64和66間的內壁部分以外的連接管48的其餘部分內壁上塗有分隔層76。每個管件104還有一個混凝土層110。該混凝土層110包括都與管件104同軸的兩個筒形段，即第一段和第二段112、114。第一段112位於最下面的管子單元106的下內法蘭下面，該第一段112的上端與最下面的管子單元106的第一內法蘭66的整個下平面相接觸。該第一段112具有一個向上漸縮的內周壁面71。第二段從最下面的管子單元106的下內法蘭66延伸至最上面的管子單元106的上內法蘭64。該第二段114的內徑大致上與上、履詵ɡ 4、66的內徑相等。最上面的管子單元106的連接管48的上端部，以及最下面的管子單元的下端部裡面設有混凝土層110。
圖14和15所示為圖13所示的混凝土填實管柱的製作過程。首先，在工廠裡準備好多根預製結構管120。一根這樣的預製結構管120示於圖14中，它的生產程序如下準備好多根連接管48和多根主體管子單元108。把H-型支承件52焊接在每根準備好的連接管48的外壁上，再把上、下內法蘭64、66焊在每根準備好的連接管48的內壁上。在每根準備好的主體管子單元108的中部車削出環形槽118。在每根連接管48和每根主體管子單元108的內壁塗上分隔材料以形成分隔層76。隨後按圖15所示把各根連接管48分別同軸地焊接在各根主體管子單元108的上端以組成管子單元106。然後把按所述過程製作好的管子單元106同軸地串連焊接起來以組成管件104。接著用離心成型法為製作好的管段塗上混凝土層110。更具體地說，把截頂錐體空心模具86按圖14中虛線所示的方式，以可拆卸的方式固定在最下面的管子單元106的內壁上，把管件104放在旋轉設備上將其繞其軸線高速旋轉。接著將預先計量過的高強度混凝土加到模具86和最上面的管子單元106的上法蘭之間的區域內。結果置於管段104中的混凝土形成圖14所示的混凝土層110。在上述過程中，由於混凝土層110是在把內法蘭64和66以及H-型支承件52焊好以後形成的，混凝土層110未遭受焊接過程的加熱，從而防止混凝土層110受到損傷。
把按上述方法製作的預製結構管120從工廠運到建設工地，在那裡按第一個實施例中所述方法一根接一根同軸地連接起來。在本實施例中，因為在最上面的管子單元106的上法蘭64和最下面的管子單元106的下法蘭66之間的上、下內法蘭64和66都埋在混凝土層110中，在所有的下內法蘭66下面不必製作漸縮的內周壁71。所以，與預製結構管84相比，預製結構管120的製造效率提高了。還有，由於混凝土層110既不在最上面的管子單元106的連接管48的上端部，也不在最下面的管子單元的下端部，混凝土層110不會受到對預製結構管120進行焊接時產生的熱的影響。
在最上面的管子單元106的上內法蘭64之上，可以設置混凝土層的第三段，該第三段的下端與最上面的管子單元106的上內法蘭64的整個上平面直接接觸，並使第三段具有一個朝下漸縮的內周壁面75。
圖16所示的是圖13中的混凝土填實管柱的一種改型形式。在該型式中，每根主體管子單元122用上面提到的碳纖維加固混凝土製成。每根主體管子單元122的上、下端段124和126的外徑比主體管子中段的外徑小。主體管子單元122的上端段124同軸地插入在其上與之相鄰的連接管48內，而其下端段126則同軸地插入在其下與之相鄰的連接管48內。一個帶有內法蘭66的圓筒形連接件128與每個管件130的最下面一根主體管子單元122的下端同軸連接，並將其下端焊接在其下面與之相鄰的管件130的最上面的連接管48上。管件130最上面的連接管48和連接件128由多根環繞管件130的軸線等角分布的作軸向延伸的加強杆132把它們互相緊固起來，這樣就將在最上面的連接管48與連接件128之間的其他連接管48和其他主體管子單元122交疊地緊固在一起。每根加強杆的上、下端部都車削有螺絲，並穿過管件130的所有內法蘭64和66。每根加強杆132的帶螺紋的上端部從最上面的連接管48的上內法蘭64的孔中向上穿出，由螺母134固定在上內法蘭64的上平面上。另一方面，每根加強杆132的帶螺紋的下端部從連接件128的內法蘭66的孔中向下穿出，由螺母136固定在內法蘭66的下平面上。混凝土層110的第一段112位於連接件128的內法蘭66之下，而混凝土層110的第二段114則位於連接件128的內法蘭66和最上面一個連接管48的上內法蘭64之間。在每一根管件130上既不設置分隔層也不開減小應力的槽。要製作一根這樣的混凝土填實管柱，先在工廠裡制好多根預製結構管138(見圖17)。每根預製結構管138的製作方法與製作預製結構管120的方法幾乎相同，只是連接管48和主體管子單元122交替疊置後用連接件128和加強杆132加以連接固定。混凝土層110在整個管件130製成後用離心成型的方法形成。在預製結構管138製成後，加強杆132和螺母134及136都埋在了混凝土層110內。
本發明的另一個實施例如圖18所示。每個管件140由鋼製連接管142和同軸地焊在連接管142下端的主體管50組成。連接管142中有一與之形成一體的管形件，即連接管142在其下、上端分別有第一和第二漸縮形的內周壁面71和75。因此連接管142的上、下端的內徑與主體管50的內徑相等，而連接管142中間部位的內徑則比主體管50的內徑要小得多。每根連接管142都焊有幾個支承件52，而每根主體管50的整個內表面上都塗上了分隔層76。毋須說，應力減小槽82開在每根主體管50的中間部位。用例如離心澆鑄法來製作連接管142，因此其內壁是粗糙的。每根連接管142的長度要比每個支承件52的高度H1和每一漸縮形內周壁面的垂直長度L2的總和長。在製備好多根包含有預定根數的交替串接在一起的連接管142和主體管50的預製結構管後，把它們運到建設工地，按與圖4所示的柱子製作方法相同的方法一根接一根地連在一起。在這種混凝土填實管柱內，同樣可以防止空氣隙和結塊區的產生，與上一實施例相比，每根連接管142的機械強度被高了。
為加強柱子抵抗例如由地震等原因引起的短時負載的抗拉強度，可以按圖19所示在混凝土芯44中加入一根軸向布置的形狀不規矩的加強鋼筋144。
雖然在前面所述的實施例中各管子的截面是圓形的，但也可以用多角形的截面取代圓截面。還有，可以用與構成混凝土芯44相同的混凝土取代高強度混凝土來製作混凝土層。此外，除了縫隙82和槽118以外，也可以應用多排穿過管壁的小通孔。這樣成排的小通孔是繞管段的軸線環布在管上的，鄰近兩排孔中的兩個相鄰小孔是互相錯開布置的
權利要求
1.構成建築物構架一個部分的混凝土填實管柱，該混凝土填實管柱的特徵包括與構架橫粱連接的外管，這種連接將軸向負載從橫粱上傳遞並施加到外管上，外管由多根同軸串接在一起的、橫向內尺寸實際上相等的管件組成；位於外管內的混凝土芯；以及同軸裝在每一管件內的管形件，用以將軸向負載從外管上傳遞到混凝土芯上，管形件具有不變的橫向外尺寸和一個下端段，下端段含向上漸縮的第一內周壁面，每個管形件下端段的橫向內尺寸與每個管件的橫向內尺寸相等。
2.根據權利要求1的混凝土填實管柱，其特徵是每個管件有一個內壁，內壁上的管形件的組成部分為一個沿周邊固定在每一管件內壁上、徑向朝裡的第一內法蘭，第一內法蘭具有一個上平面和一個下平面;沿周邊附在每個管件內壁上的混凝土層，混凝土層包含位於第一內法蘭之下的第一管形段，其布置的方式使第一管形段與第一內法蘭的整個下平面直接接觸，該管形件的下端段由混凝土層的第一管形段組成。
3.根據權利要求2的混凝土填實管柱，其特徵是每個管件分為上、下部分，管形件裝在每個管件的上部分內。
4.根據權利要求3的混凝土填實管柱，其特徵是它還包括一個分隔層，它夾在混凝土芯與每個管件的內壁之間，用以使混凝土芯與每個管件的內壁分離，從而使每個管件不致同芯柱結合在一起;軸向應力減小裝置，它位於外管上，包含一個沿周邊環繞整個外管的環形縫隙，用以減小當軸向負載施加在外管上時在外管內產生的軸向應力，每個管件由鋼材製成，其下部與構架的橫梁聯接。
5.根據權利要求4的混凝土填實管柱，其特徵是管件在軸向相互離開疊置，從而在管件和管件之間形成具有一定軸向寬度的環形間隙，應力減小裝置由這些環形間隙組成，環形間隙在外管受到軸向負載時改變其寬度，以此減小外管內的軸向應力。
6.根據權利要求3的混凝土填實管柱，其特徵是每個管件的上部分由鋼製連接管組成，連接管具有下端並與構架的橫梁連接，其每個管件的下部分由同軸地與連接管下端連接的主體管組成。
7.根據權利要求6的混凝土填實管柱，其特徵是所述的混凝土層還包括一個位於第一內法蘭之上的第二管形段，該管形段所處的位置使其與第一內法蘭的整個上平面直接接觸，第二管形段具有一個朝下漸縮的第二內周壁面，該管形件的上端的橫向內尺寸與每個管件的橫向內尺寸相等。
8.根據權利要求6的混凝土填實管柱，其特徵是所述的連接管具有幾個分別用H-型鋼製作的支承件從連接管的外壁徑向朝外伸出，連接管通過這些支承件與構架的橫梁連接，支承件由上、下翼板及與上、下翼板相連的腹板組成;其管形件還包括一個在與支承件的上翼板高度相等位置沿周邊固定在連接管內壁上的徑向朝裡凸出的第二內法蘭;其第一內法蘭固定在高度與支承件下翼板的位置相當的連接管內壁上;其混凝土層還包括在第一和第二內法蘭之間的第二管形段，該第二管形段的橫向內尺寸不比第一和第二內法蘭的橫向內尺寸大。
9.根據權利要求8的混凝土填實管柱，其特徵是第二內法蘭具有上、下平面;其混凝土層還包括位於第二內法蘭之上的第三管形段，該第三管形段與第二內法蘭的整個上平面直接接觸，該第三管形段具有一個朝下漸縮的內周壁面，管形件的上端橫向內尺寸與每個管件的橫向內尺寸相等。
10.根據權利要求6、7、8或9的混凝土填實管柱，其特徵是主體管是由碳纖維加固混凝土製成的。
11.根據權利要求6、7、8或9的混凝土填實管柱，其特徵是它還包括一個分隔層，它夾在混凝土芯與每個管件的內壁之間，用以使混凝土芯與每個管件的內壁分離，從而使每個管件不致與混凝土芯結合在一起;軸向應力減小裝置，它位於外管上，包括沿周邊環繞整個外管的環形縫隙，用以減小當軸向負載施加於外管上時在外管內產生的軸向應力;其中所述的混凝土填實管柱的主體管是由鋼材製成的。
12.根據權利要求2的混凝土填實管柱，其特徵是它的每一個管件由多根同軸串接的管子單元組成，每根管子單元與構架的橫梁相連接;其第一內法蘭固定在最下面的管子單元的內壁上;其管形件還包括沿周邊固定在除最下面的管子單元以外的每根管子單元內壁上徑向朝裡凸出的第二內法蘭;其混凝土層還包括從最上面的管子單元的第一內法蘭至第二內法蘭之間的第二管形段，該第二管形段的橫向內尺寸不比第一及第二內法蘭的橫向內尺寸大。
13.根據權利要求12的混凝土填實管柱，其特徵是第二內法蘭有上、下平面;其混凝土層還包括位於最上面的管子單元的第二內法蘭之上的第三管形段，該管形段與第二內法蘭的整個上平面直接接觸，第三管形段具有一個朝下漸縮的第二內周壁面，管形件的上端橫向內尺寸與每個管件的橫向內尺寸相等。
14.根據權利要求13的混凝土填實管柱，其特徵是最上面的管子單元有一個上端部;其最下面的管子單元有一個下端部;其管形件位於每個管件除最上面和最下面的管子單元各自的上端部和下端部以外的那一部分內。
15.根據權利要求12、13或14的混凝土填實管柱，其特徵是它還包括一個分隔層和軸向應力減小裝置，分隔層夾在混凝土層和每一管件的內壁之間以及混凝土芯和每一管件的內壁之間，用以隔離每一管件的內表面與混凝土層或混凝土芯，從而使每一管件不致與混凝土層或混凝土芯結為一體;該軸向應力減小裝置位於外管上，含有沿周邊環繞整個外管的環形部分，用以減小當軸向負載作用於外管時在外管內產生的軸向應力;其中所述的混凝土填實管柱的管子單元是用鋼材製成的。
16.根據權利要求1的混凝土填實管柱，其特徵是每個管件的組成為用鋼材製成並具有一個下端部的連接管;同軸與該連接管下端連接的主體管單元;其管形件用鋼材製成，並與連接管成為一體。
17.根據權利要求16的混凝土填實管柱，其特徵是管形件具有一上端部，該上端部有一個朝下漸縮的第二內周壁面，管形件的上端的橫向內尺寸與第一管件的橫向內尺寸相等。
18.根據權利要求16或17的混凝土填實管柱，其特徵是主體管是用碳纖維加固混凝土製成的。
19.根據權利要求16或17的混凝土填實管柱，其特徵是它還包括一個分隔層和軸向應力減小裝置，該分隔層夾在混凝土芯與主體管內壁之間，用以使混凝土芯與主體管內壁隔開，從而使主體管不致與混凝土芯結合在一起;該軸向應力減小裝置位於外管上，它含有一個沿周邊環繞整個外管的環形部分，用以減小當軸向負載施加於外管上時在外管內產生的軸向應力;其中所述的主體管是用鋼材製成的。
20.用作建築物構架柱子部分的預製結構管，該預製結構管的特徵包括具有內壁及第一、第二端的管件;固定在管件內壁上、徑向朝裡凸出的第一內法蘭，該第一內法蘭具有第一和第二平面，第一平面較第二平面更靠近管件的第一端;沿周邊貼在管件內壁上的混凝土層，該混凝土層包括與管件同軸的第一管形段，該管形段具有相對的兩端和第一內周壁面，第一管形段相對的兩端中的一端與第一內法蘭的整個第一平面直接接觸，第一管形段的第一內周壁面朝管段的第二端漸縮，第一管形段的另一端的橫向內尺寸與管件的橫向內尺寸相等。
21.根據權利要求20的預製結構管，其特徵是第一內法蘭和混凝土層位於管件的第二端部區域。
22.根據權利要求21的預製結構管，其特徵是管件的第二端部由具有支承件的連接鋼管組成，每一支承件自連接管外壁徑向朝外伸出，其管件的其餘部分由與連接管同軸連接的鋼製主體管組成。
23.根據權利要求22的預製結構管，其特徵是混凝土層還包括與管件同軸的第二管形段，該第二管形段具有相對的兩端和第二內周壁面，第二管形段相對兩端之一與第一內法蘭的整個第二平面直接接觸，第二管形段的第二內周壁面朝管段的第一端漸縮，第二管形段的另一端的橫向內尺寸與管件的橫向內尺寸相等。
24.根據權利要求22的預製結構管，其特徵是它還包括固定在連接管內表面、徑向朝裡凸出的第二內法蘭，該第二內法蘭距管件的第二端較第一內法蘭近，第二內法蘭具有第一和第二平面，第二內法蘭的第一平面對著第一內法蘭的第二平面;其支承件由H-型鋼製成，具有第一和第二翼板，第一翼板處於與第一內法蘭高度相同的位置，第二翼板處於與第二內法蘭高度相同的位置;其混凝土層還包括與管件同軸、位於第一內法蘭直至第二內法蘭之間的第二管形段，第二管形段的橫向內尺寸不比第一及第二內法蘭的橫向內尺寸大。
25.根據權利要求24的預製結構管，其特徵是混凝土層還包括與管件同軸的第三管形段，第三管形段具有相對的兩端和一個第二內周壁面，第三管形段的相對兩端之一與第二內法蘭的整個第二平面直接接觸，第三管形段的第二內周壁面朝管段的第一端漸縮，第三管形段的另一端的橫向內尺寸與管件的橫向內尺寸相等。
26.根據權利要求21、22、23、24或25的預製結構管，其特徵是它還包含塗在主體管內壁上的分隔層，分隔層將主體管內壁與注入管件的混凝土隔開，從而使主體管不致與混凝土結合在一起。
27.根據權利要求26的預製結構管，其特徵是它還含有減小應力的裝置，該裝置位於外管上，含有沿周邊環繞整個管子的環形部分，用以減小當軸向負載施加在管件上時在管件內產生的軸向應力。
28.根據權利要求20的預製結構管，其特徵是管件由多根同軸串接的管子單元組成，每一管子單元具有自管子外壁徑向朝外伸出的支承件;其第一內法蘭固定在管件第一端的管子單元內壁上;其中除管件第一端的管子單元外的每個管子單元具有沿周邊固定在管子單元內壁上徑向朝裡凸出的第二內法蘭;其混凝土層還包括與管件同軸、位於從第一內法蘭一直延伸到位於管件第二端的管子單元的第二內法蘭之間的第二管形段，該第二管形段的橫向內尺寸不比第一及第二內法蘭的橫向內尺寸大。
29.根據權利要求28的預製結構管，其特徵是第二內法蘭具有第一和第二平面，第一平面較第二平面更接近於管件的第一端;其混凝土層還包括與管件同軸的第三管形段，第三管形段具有相對的兩端和第二內周壁面，第三管形段相對兩端之一與在管件第二端的第二內法蘭的整個第二平面直接接觸，第三管形段的第二內周壁面朝管件的第一端漸縮，第三管形段的另一端的橫向內尺寸與管件的橫向內尺寸相等。
30.根據權利要求29的預製結構管，其特徵是處於管件第一端部的管子單元和處於管件第二端部的管子單元具有各自的自由端部;其混凝土層位於處在管件第一和第二端部的管子單元自由端部以外的範圍之內。
31.根據權利要求28、29或30的預製結構管，其特徵是它還包括一個分隔層，該分隔層設在管件內壁未安裝內法蘭的部分，分隔層將管件的內壁與混凝土層隔離開，使混凝土層不致與管件結合在一起;它還包括減小應力的裝置，該裝置位於管件上，含有一個沿周邊環繞管子的環形部分，用以減小當軸向負載施加於管件上時在管件內產生的軸向應力。
32.根據權利要求28、29或30的預製結構管，其特徵是每個管子單元的組成為鋼製連接管;用碳纖維加固的混凝土製成並與連接管同軸相連的主體管子單元，支承件和內法蘭都焊在各個管子單元的連接管上。
33.製作構成建築物構架一個部分的混凝土填實管柱的方法，該製作方法的特徵由下述步驟組成(a)製備多根預製結構管，每根預製結構管包括一個具有內壁和第一、第二端部的管件;固定在管件內壁上、徑向朝裡凸出的內法蘭，其第一內法蘭具有第一和第二平面，第一平面較第二平面更接近於管件的第一端;沿周邊貼在管件內壁上的混凝土層，該混凝土層包括與管件同軸的第一管形段，該第一管形段具有相對的兩端和第一內周壁面，第一管形段的相對兩端之一與第一內法蘭的整個第一平面直接接觸，第一管形段的第一內周壁面朝管件的第二端漸縮，第一管形段另一端的橫向內尺寸與管件的橫向內尺寸相等;(b)將一根製備好的預製結構管豎立起來，該管段的第二端朝上，第一端朝下;(c)往豎立的預製結構管中灌注混凝土，使得在結構管內形成混凝土芯;(d)將構架的橫梁連接在豎立的預製結構管上;(e)將另一根預製結構管同軸地連接在豎立的預製結構管上端，使該所述的另一結構管架設在下面那根與之相鄰的結構管之上;(f)在完成步驟(c)至(e)後，重複步驟(c)至(f)。
34.根據權利要求33的方法，其特徵是步驟(a)包括以下各步驟(g)製備管件;(h)把第一內法蘭固定在管件的內壁上;(i)把支承件安裝到管件上，使支承件從管件的外壁徑向朝外伸出;(j)在完成步驟(h)至(i)後，在管件的內壁上製作混凝土層;其中步驟(d)包括以下步驟(k)把構架的橫梁連接到支承件上。
35.根據權利要求34的方法，其特徵是步驟(g)包括以下各步驟(l)準備鋼製的連接管;(m)準備主體管;以及(n)把連接管同軸地接在主體管上組成管件，其中步驟(n)包括下面的步驟(o)把第一內法蘭焊在連接管的內壁上;其中步驟(i)包括下面的步驟;(p)把支承件焊在連接管外壁上。
36.根據權利要求35的方法，其特徵是步驟(j)包括下面的步驟(q)製作成形混凝土層的第二管形段，該第二管形段與管件同軸，它具有相對的兩端和第二內周壁面，第二管形段的相對的兩端之一與第一內法蘭的整個第二平面直接接觸，第二管形段的第二內周壁面朝管段的第一端漸縮，第二管形段的另一端的橫向內尺寸與管件的橫向內尺寸相等。
37.根據權利要求34的方法，其特徵是步驟(g)包括下列各步驟(r)製備多個鋼製管子單元;(s)將管子單元同軸串接起來組成管件;其中步驟(h)包括步驟(t)將第一內法蘭焊在管件第一端處的管子單元內壁上，其中步驟(a)還包括步驟(u)在進行步驟(j)之前，把第二內法蘭焊在除管件第一端的管子單元以外的每個管子單元的內壁上，使第二法蘭自每個管子單元的內壁徑向朝裡凸出，其中步驟(i)包括步驟(v)將支承件焊到每個管子單元的外壁上，其中步驟(j)包括步驟(w)在完成步驟(s)後，製作混凝土層的第二管形段，該第二管形段與管件同軸，延伸於焊在管件上的第一法蘭和焊在管件第二端的第二法蘭之間的全長，第二管形段的橫向內尺寸不大於第一和第二內法蘭的橫向內尺寸。
38.根據權利要求34或35的方法，其特徵是步驟(j)包括下列各步驟(x)將管件圍繞其本身的軸線旋轉;以及(y)將混凝土注入管件，這樣混凝土受到管件旋轉時產生的離心力的作用，形成鋪展在管件內壁上的混凝土層。
全文摘要
本發明是一種混凝土填實管柱，它的組成部分包括與構架橫梁相連接的外管，這種連接將軸向負載從橫梁傳遞並施加到外管上。該外管由多根同軸串接起來的管件組成，管件的橫向內尺寸基本上是相等的；在外管內有一個混凝土芯；還有一個管形件，它同軸地裝配在每個管件的內部，用以將軸向負載從外管傳遞到混凝土芯上。管形件有不變的橫向外尺寸，並有一個下端部。該管形件的下端部具有一個向上漸縮的第一內周壁面，管形件下端的橫向內尺寸與每個管件的橫向內尺寸相等。
文檔編號E02D5/30GK1032375SQ88104690
公開日1989年4月12日 申請日期1988年7月30日 優先權日1987年9月18日
發明者鹽川英世, 莊川選男, 藤豐, 中村康一, 渡辺泰志, 池田愚一, 下戶芳寬, 佐藤孝典 申請人:清水建設株式會社