專利名稱：鋼管約束型鋼高強混凝土柱的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于一種建筑結構構件，特別涉及一種高強混凝土柱。
背景技術：
高強混凝土具有強度高、變形小和耐久性好等優(yōu)點，能適應現代工程結構向大跨、重載、高聳發(fā)展和承受惡劣環(huán)境條件的需要，混凝土的高強化是現代混凝土結構發(fā)展的重要趨勢。在高層結構中采用高強混凝土框架柱，可以有效的減小柱子截面，增加房屋的使用面積；同時，框架柱截面尺寸減小使得柱子的長細比增加，框架柱的破壞模式由剪切破壞逐漸轉化為彎曲破壞，增加了柱子的變形能力和延性，從而提高了框架柱的抗震性能。
優(yōu)越的性能使得高強混凝土的應用范圍不斷擴大；在國外，混凝土強度等級已經應用到C100，最高達到C130。但高強混凝土也有其致命的弱點，那就是高強混凝土的延性很差，容易產生脆性破壞，素混凝土的延性隨混凝土強度的提高而顯著降低。國外大量采用高強混凝土的結構都是在非地震區(qū)，而我國80％的國土面積屬于抗震設防區(qū)(6度以上)，特別是高層建筑集中的城市絕大多數處于抗震設防區(qū)，部分處于高烈度地區(qū)，不宜采用高強混凝土結構。我國的《混凝土結構設計規(guī)范GB 50010-2002》規(guī)定當設防烈度為9度時，混凝土強度等級不宜超過C60，當設防烈度為8度時，混凝土強度等級不宜超過C70。這些規(guī)定限制了高強混凝土在地震區(qū)高層建筑中的應用，因此研究防止高強混凝土脆性破壞的方法，充分利用高強混凝土的優(yōu)點，具有重要的理論意義和實用價值。
在高強混凝土柱中加入型鋼，形成型鋼混凝土柱會明顯改善高強混凝土柱的抗震性能；但目前工程中通常采用的型鋼混凝土柱有如下缺點和不足1.軸壓比限值低。由于型鋼位于型鋼混凝土柱的中心，因此型鋼不能對混凝土產生有效的約束；且型鋼混凝土柱不能設置復合箍筋，因此型鋼高強混凝土柱中的高強混凝土受到的約束很小，當軸壓比較大時，柱子在水平地震荷載作用下的延性很低，耗能性能能力小，抗震性能差。
2.地震荷載作用下易產生保護層脫落、縱筋和型鋼翼緣失穩(wěn)，震后難修復。型鋼混凝土柱在地震荷載作用下容易產生保護層脫落、縱筋和型鋼翼緣失穩(wěn)的現象，導致承載力降低，抗震性能較差；抗震破壞后難以修復。
3.抗火性能差。在火災作用下，型鋼高強混凝土柱的混凝土易受火爆落而造成各種次生災害；且保護層脫落后，縱筋和箍筋直接與火接觸，加速了結構的破壞。

發(fā)明內容
為了克服以往型鋼混凝土柱軸壓比限值低，地震荷載作用下易產生保護層脫落、縱筋和型鋼翼緣失穩(wěn)，震后難修復，高強混凝土柱抗火性能差的缺陷，本發(fā)明提供了一種鋼管約束型鋼高強混凝土柱。
本發(fā)明是由縱筋、箍筋、混凝土、鋼管和型鋼組成，縱筋豎向排列，在縱筋的高度方向上套設有起架立縱筋作用的箍筋，在箍筋內設置有型鋼，箍筋外套設有鋼管，鋼管內澆筑有混凝土，鋼管在兩端的接近端末處斷開。
本發(fā)明的核心是鋼管約束型鋼高強混凝土柱的外包鋼管不承受豎向荷載，即不承受軸力和彎矩，只對核心型鋼混凝土柱提供橫向的約束作用并承受水平剪力。
本發(fā)明的鋼管約束型鋼高強混凝土柱所帶來的效果是1.提高高強混凝土柱的抗震性能，使高強混凝土柱能夠在高烈度地震區(qū)的高層建筑中應用。
2.提高型鋼混凝土柱的軸壓比限值，使高強混凝土柱在應用中不限制軸壓比，即在高軸壓比條件下型鋼高強混凝土柱仍然具有良好的抗震性能。
3.提高型鋼高強混凝土柱的抗火性能，降低次生災害。
4.使型鋼混凝土柱震后容易修復。
5.保護型鋼高強混凝土柱的保護層，防止高強混凝土受火崩落產生次生災害。
6.解決型鋼高強混凝土柱中箍筋設置太多導致的施工量大、混凝土震搗困難和模板用量大等問題。
7.解決鋼管高強混凝土柱用鋼量大，抗火性能差，與鋼筋混凝土梁連接麻煩的問題。
鋼管約束型鋼高強混凝土柱與普通型鋼混凝土柱比有以下優(yōu)點
1.鋼管約束型鋼高強混凝土柱可不限制軸壓比。圖7為普通型鋼混凝土柱的抗震反應曲線，圖8為鋼管約束型鋼高強混凝土柱的抗震反應曲線。由圖中可看出，型鋼混凝土在軸壓比超限時抗震性能很差；而鋼管約束型鋼混凝土在軸壓比超限時抗震性能依然非常優(yōu)越。圖中鋼管約束型鋼高強混凝土柱的用鋼量是型鋼混凝土柱的1.68倍，但鋼管約束型鋼高強混凝土柱的承載力是型鋼混凝土柱的1.94倍，延性是型鋼混凝土柱的3.08倍，抗震性能顯著提高。因此鋼管約束型鋼高強混凝土柱在抗震工程中應用時可不限制軸壓比。
2.防止地震荷載作用下混凝土保護層剝落、鋼筋和型鋼失穩(wěn)，震后易修復。地震荷載作用下，型鋼混凝土柱的端部混凝土被壓潰，鋼筋和型鋼翼緣失穩(wěn)，震后無法修復；而鋼管約束型鋼高強混凝土柱的破壞現象不明顯，震后容易修復。
3.抗火性能好。對于鋼管約束型鋼高強混凝土柱，由于外包鋼管的存在，防止了保護層的崩裂，降低了次生災害；同時由于混凝土保護層不會崩落，使得縱筋和箍筋的溫度不會急劇升高，從而提高了結構的耐火極限。


圖1是本發(fā)明的結構示意圖，圖2是型鋼的結構示意圖，圖3是具體實施方式
二的骨架的結構示意圖，圖4是具體實施方式
二的結構示意圖，圖5是具體實施方式
三的骨架的結構示意圖，圖6是具體實施方式
三的結構示意圖，圖7是普通型鋼混凝土柱的抗震反應曲線，圖8是鋼管約束型鋼高強混凝土柱的抗震反應曲線。
具體實施例方式
具體實施方式
一下面結合圖1、圖2和圖3具體說明本實施方式，本實施方式由縱筋1、箍筋2、混凝土3、鋼管4和型鋼5組成，縱筋1豎向排列，在縱筋1的高度方向上套設有起架立縱筋作用的箍筋2，在箍筋2內設置有型鋼5，箍筋2外套設有鋼管4，鋼管4內澆筑有混凝土3，鋼管4在兩端的接近端末處斷開。
具體實施方式
二下面結合圖2具體說明本實施方式，本實施方式中鋼管4為圓鋼管，其它組成及連接關系同具體實施方式
一。
具體實施方式
三下面結合圖3具體說明本實施方式，本實施方式中鋼管4為方鋼管，其它組成及連接關系同具體實施方式
一。
本發(fā)明的鋼管約束型鋼高強混凝土柱中的縱向受力鋼筋和型鋼可根據設計抗彎承載力配置，縱筋和型鋼的含鋼率在滿足相關設計規(guī)范的要求范圍內可隨意變化；混凝土宜采用標號大于C60的高強混凝土；鋼管約束型鋼高強混凝土柱中可配置縱向受力鋼筋，也可不配置縱向受力鋼筋；型鋼可根據柱子承載力要求設置，型鋼的含鋼率應滿足相關規(guī)范或規(guī)程的要求；型鋼的形狀可隨意變化，可采用熱軋H型鋼，焊接H型鋼，“十”字形型鋼，工字形型鋼、其它種類型鋼和各種焊接組合截面；鋼管可采用圓鋼管、方鋼管或其它多邊形鋼管，圓鋼管的直徑或方鋼管的邊長與鋼管厚度之比宜大于50。為保證鋼管端部焊縫不受拉開裂，使用時應在鋼管兩端設置封閉的環(huán)向(圓鋼管)或橫向(方鋼管)的鋼加強環(huán)。鋼加強環(huán)宜采用厚度為鋼管厚度一倍以上的鋼板；加強環(huán)與鋼管可采用點焊連接或其它牢固可靠的連接方式；鋼加強環(huán)的自身接頭處應可靠焊接。鋼加強環(huán)的高度應大于鋼管厚度的5倍以上。在鋼管端部可設置多道加強環(huán)，且加強環(huán)可采用其它形式，如封閉的鋼筋、小角鋼等。
本發(fā)明的鋼管約束型鋼高強混凝土柱的工作原理是由于鋼管在兩端端部斷開，因此軸力和彎矩只作用在核心型鋼混凝土柱上，鋼管不承擔縱向力。在軸力和彎矩作用下，混凝土受壓而產生橫向的膨脹變形，而外包鋼管會限制混凝土的橫向膨脹，因此鋼管中產生橫向拉力，從而對橫向膨脹的核心混凝土產生有效的約束，增加了混凝土的強度和延性，提高了核心混凝土的抗震性能。同時，在水平地震荷載作用下，柱子要抵抗水平剪力，因此外包鋼管與核心型鋼混凝土柱共同承擔水平剪力。鋼管只承受橫向拉力和剪力，不承受豎向力，這與傳統的鋼管混凝土不同；因為鋼管混凝土中的鋼管還承擔豎向力，導致鋼管的橫向拉力減小，對核心混凝土的約束效果不明顯。
本發(fā)明的鋼管約束型鋼高強混凝土柱與鋼筋混凝土梁或其它結構形式的梁的連接采用已有規(guī)范規(guī)定的連接方式。
權利要求
1.鋼管約束型鋼高強混凝土柱，其特征在于它由縱筋(1)、箍筋(2)、混凝土(3)、鋼管(4)和型鋼(5)組成，縱筋(1)豎向排列，在縱筋(1)的高度方向上套設有起架立縱筋作用的箍筋(2)，在箍筋(2)內設置有型鋼(5)，箍筋(2)外套設有鋼管(4)，鋼管(4)內澆筑有混凝土(3)，鋼管(4)在兩端的接近端末處斷開。
2.根據權利要求1所述的鋼管約束型鋼高強混凝土柱，其特征在于所述的鋼管(4)為圓鋼管。
3.根據權利要求1所述的鋼管約束型鋼高強混凝土柱，其特征在于所述的鋼管(4)為方鋼管。
4.根據權利要求1所述的鋼管約束型鋼高強混凝土柱，其特征在于所述的型鋼(5)為H型鋼。
5.根據權利要求1所述的鋼管約束型鋼高強混凝土柱，其特征在于所述的型鋼(5)為十字形型鋼。
全文摘要
鋼管約束型鋼高強混凝土柱，它屬于一種建筑結構構件，特別涉及一種高強混凝土柱，為了克服以往型鋼混凝土柱軸壓比限值低，地震荷載作用下易產生保護層脫落、縱筋和型鋼翼緣失穩(wěn)，震后難修復，高強混凝土柱抗火性能差的缺陷。本發(fā)明是由縱筋、箍筋、混凝土、鋼管和型鋼組成，縱筋豎向排列，在縱筋的高度方向上套設有起架立縱筋作用的箍筋，在箍筋內設置有型鋼，箍筋外套設有鋼管，鋼管內澆筑有混凝土，鋼管在兩端的接近端末處斷開。本發(fā)明提高了型鋼混凝土柱的軸壓比限值，使高軸壓比條件下型鋼混凝土柱仍然具有良好的抗震性能；提高了高強混凝土柱的抗震性能；解決了鋼管高強混凝土柱用鋼量大，抗火性能差，與鋼筋混凝土梁連接麻煩的問題。
文檔編號E04C3/34GK1987012SQ200610151188
公開日2007年6月27日 申請日期2006年12月22日 優(yōu)先權日2006年12月22日
發(fā)明者張素梅, 劉界鵬, 王玉銀, 楊華, 郭蘭慧 申請人:哈爾濱工業(yè)大學