钢管混凝土叠合构件和钢管混凝土叠合构件的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种钢管混凝土叠合构件和钢管混凝土叠合构件的制造方法，所述钢管混凝土叠合构件包括：钢管；钢筋笼，所述钢筋笼设在所述钢管外且与所述钢管间隔设置；核心混凝土层，所述核心混凝土层浇筑在所述钢管内侧；外包混凝土层，所述外包混凝土层浇筑在所述钢管外侧，在浇筑所述核心混凝土层和所述外包混凝土层前在所述钢管的两端施加沿轴向向外的预应力,且在浇筑所述核心混凝土层和所述外包混凝土层后释放所述预应力。根据本发明实施例的钢管混凝土叠合构件具有耐火极限高、延性好、抗震性能优异、承载力强等优点。
【专利说明】
钢管混凝土叠合构件和钢管混凝土叠合构件的制造方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及建筑工程技术领域，具体而言，涉及一种钢管混凝土叠合构件和钢管混凝土叠合构件的制造方法。
【背景技术】
[0002]相关技术中的建筑结构，其竖向承重构件分为纯钢柱和钢筋混凝土柱。纯钢柱抗火、耐腐蚀性能差、稳定性问题严重，而且纯钢结构的经济效益较低；钢筋混凝土柱因截面大、开裂应力低等原因，在轴心受拉或偏心受力的工况下容易开裂，导致结构过早的失去承载能力，而且钢筋混凝土柱在地震工况下容易产生较大拉力，导致混凝土受拉破坏严重，造成巨大的人员伤亡和经济损失。
【发明内容】
[0003]本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明提出一种钢管混凝土叠合构件，该钢管混凝土叠合构件具有耐火极限高、延性好、抗震性能优异、承载力强等优点。
[0004]本发明还提出一种钢管混凝土叠合构件的制造方法。
[0005]为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出一种钢管混凝土叠合构件，所述钢管混凝土叠合构件包括:钢管;钢筋笼，所述钢筋笼设在所述钢管外且与所述钢管间隔设置;核心混凝土层，所述核心混凝土层浇筑在所述钢管内侧；外包混凝土层，所述外包混凝土层浇筑在所述钢管外侧，在浇筑所述核心混凝土层和所述外包混凝土层前在所述钢管的两端施加沿轴向向外的预应力，且在浇筑所述核心混凝土层和所述外包混凝土层后释放所述预应力。
[0006]根据本发明实施例的钢管混凝土叠合构件，具有耐火极限高、延性好、抗震性能优异、承载力强等优点。
[0007]另外，根据本发明上述实施例的钢管混凝土叠合构件还可以具有如下附加的技术特征:
[0008]根据本发明的一个实施例，所述钢管上设有沿所述钢管的周壁的法向延伸的抗剪连接件。
[0009]根据本发明的一个实施例，所述抗剪连接件包括:内抗剪连接件，所述内抗剪连接件位于所述钢管的内侧；外抗剪连接件，所述外抗剪连接件位于所述钢管的外侧且与所述内抗剪连接件在所述钢管的径向上相对。
[0010]根据本发明的一个实施例，所述抗剪连接件为多个且排列成沿所述钢管的轴向间隔设置的多组，每组包括沿所述钢管的周向间隔设置的多个所述抗剪连接件。
[0011]根据本发明的一个实施例，所述预应力小于所述钢管的屈服强度标准值的85%。
[0012]根据本发明的一个实施例，所述钢管的横截面为环形且所述钢管混凝土叠合构件的横截面为矩形，所述钢管的直径小于等于所述钢管混凝土叠合构件的横截面的最短边长的80%且大于等于所述钢管混凝土叠合构件的横截面的最短边长的20%，所述钢管的壁厚大于等于所述钢管的直径的2.5%且小于等于所述钢管的直径的5%。
[0013]根据本发明的一个实施例，所述钢筋笼包括:多个箍筋，多个所述箍筋沿所述钢管的轴向间隔设置;多个纵筋，多个所述纵筋沿所述钢管的轴向定向且沿多个所述箍筋的周向间隔设置，每个纵筋分别与多个所述箍筋相连。
[0014]根据本发明的第二方面的实施例提出一种钢管混凝土叠合构件的制造方法，所述钢管混凝土叠合构件的制造方法包括以下步骤:
[0015]提供钢管和钢筋笼，使所述钢管位于所述钢筋笼内侧且与所述钢筋笼间隔设置；
[0016]在钢管的两端施加沿轴向向外的预应力；
[0017]在所述钢管内侧和外侧浇筑混凝土；
[0018]释放所述预应力。
[0019]根据本发明实施例的钢管混凝土叠合构件的制造方法，具有能够提高构件的延性、承载力和抗震性能等优点。
[0020]根据本发明的一个实施例，所述钢管上设有沿其周壁的法向定向的抗剪连接件。[0021 ]根据本发明的一个实施例，所述钢筋笼包括:多个箍筋，多个所述箍筋沿所述内管的轴向间隔设置;多个纵筋，多个所述纵筋沿所述内管的轴向定向且沿多个所述箍筋的周向间隔设置，每个纵筋分别与多个所述箍筋相连。
【附图说明】
[0022]图1是根据本发明一个具体实施例的钢管混凝土叠合构件的结构示意图。
[0023]图2是根据本发明一个具体实施例的钢管混凝土叠合构件的结构示意图。
[0024]图3是根据本发明另一个具体实施例的钢管混凝土叠合构件的结构示意图。
[0025]图4是根据本发明另一个具体实施例的钢管混凝土叠合构件的结构示意图。
[0026]图5是根据本发明一个具体实施例的钢管混凝土叠合构件的制造过程示意图。
[0027]图6是根据本发明另一个具体实施例的钢管混凝土叠合构件的制造过程示意图。
[0028]图7是根据本发明实施例的钢管混凝土叠合构件的制造方法的流程图。
[0029]附图标记:钢管混凝土叠合构件1、钢管100、抗剪连接件110、钢筋笼200、箍筋210、纵筋220、核心混凝土层300、外包混凝土层400。
【具体实施方式】
[0030]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0031]下面参考附图描述根据本发明实施例的钢管混凝土叠合构件I。
[0032]如图丨-图6所示，根据本发明实施例的钢管100包括钢管100、钢筋笼200、核心混凝土层300和外包混凝土层400。
[0033]钢筋笼200设在钢管100外且与钢管100间隔设置。核心混凝土层300浇筑在钢管100内侧。外包混凝土层400浇筑在钢管100外侧，在浇筑核心混凝土层300和外包混凝土层400前在钢管100的两端施加沿轴向向外的预应力且在浇筑核心混凝土层300和外包混凝土层400后释放所述预应力。
[0034]根据本发明实施例的钢管混凝土叠合构件I，通过设置外包混凝土层400可以利用外包混凝土层400保护钢管100，不仅能够避免钢管100直接裸露在空气中，有效的提升钢管100的防腐蚀性能，而且钢管混凝土叠合构件I在受火时，外包混凝土层400传热较慢，可以延缓钢管100温度的升高，从而减缓钢管100材性随温度升高而退化的过程。同时由于外包混凝土层400的隔热作用，核心混凝土层300在火灾下能保持较低的温度，因此可以承担外包混凝土层400因高温失效后卸下的荷载，从而达到提升钢管混凝土叠合构件I整体结构耐火极限的效果。
[0035]此外，通过在饶筑核心混凝土层300和外包混凝土层400前在钢管100的两端施加沿轴向向外的预应力且在浇筑核心混凝土层300和外包混凝土层400后释放所述预应力，可以实现在钢管100上施加预应力。这样在浇筑后，释放所述预应力，钢管100产生收缩趋势的应力，使外包混凝土层400和核心混凝土层300处于受压状态，有效提高外包混凝土层400的受拉承载能力，避免外包混凝土过早开裂，提高钢管混凝土叠合构件I的刚度和受拉、受弯承载力。
[0036]并且，通过设置核心混凝土层300和外包混凝土层400，可以使钢管100受到核心混凝土层300和外包混凝土层400的双重约束，从而有效避免高强钢管在受力时的局部屈曲，提高钢管混凝土叠合构件I的延性和抗震性能。核心混凝土层300受到钢管100的约束作用，有效提高其后期承载能力。外包混凝土层400受到钢管100预应力的作用，有效提高其开裂荷载。相比相关技术中的钢筋混凝土构件，能有效延缓钢管100受压屈曲，提升钢管混凝土叠合构件I的延性和承载力。
[0037]也就是说，钢管混凝土叠合构件I能够通过钢管100与核心混凝土层300以及外包混凝土层400的组合作用，延缓钢管100的屈曲，提高核心混凝土层300的承载能力，提高外包混凝土层400的开裂载荷，从而提升钢管混凝土叠合构件I的延性和承载力。
[0038]因此，根据本发明实施例的钢管混凝土叠合构件I具有耐火极限高、延性好、抗震性能优异、承载力强等优点。
[0039]下面参考附图描述根据本发明具体实施例的钢管混凝土叠合构件I。
[0040]在本发明的一些具体实施例中，如图1-图6所示，根据本发明实施例的钢管混凝土叠合构件I包括钢管100、钢筋笼200、核心混凝土层300和外包混凝土层400。
[0041]在本发明的一个具体实施例中，如图3、图4和图6所示，钢管100上设有沿钢管100的周壁的法向延伸的抗剪连接件110。具体而言，钢管100的横截面可以为圆环形且抗剪连接件110沿钢管100的径向定向。这样不仅可以使钢管100与核心混凝土层300和/或外包混凝土层400的连接更加可靠，而且可以使钢管100的预应力能够更加有效地作用在核心混凝土层300和/或外包混凝土层400上。
[0042]可选地，如图3、图4和图6所示，抗剪连接件110包括内抗剪连接件和外抗剪连接件。所述内抗剪连接件位于钢管100的内侧。所述外抗剪连接件位于钢管100的外侧且与所述内抗剪连接件在钢管100的径向上相对。这样可以使钢管100与核心混凝土层300和外包混凝土层400的连接更加可靠，而且可以使钢管100的预应力更加有效地作用在核心混凝土层300和外包混凝土层400上。
[0043]本领域的技术人员可以理解的是，抗剪连接件110也可以仅位于钢管100的内侧或外侧。
[0044]有利地，如图3、图4和图6所示，抗剪连接件110为多个且排列成沿钢管100的轴向间隔设置的多组，每组包括沿钢管100的周向间隔设置的多个抗剪连接件110。这样可以利用多个抗剪连接件110连接钢管100和混凝土层，进一步保证钢管混凝土叠合构件I的可靠性。
[0045]在本发明的另一个具体实施例中，如图1、图3和图5所示，钢管100上也可以不设置抗剪连接件110。
[0046]具体而言，抗剪连接件110是否设置、设置数量、间隔、位置可以根据钢管混凝土叠合构件I的横截面的尺寸等实际情况进行调整。例如，在钢管混凝土叠合构件I的横截面积较大时可以设置抗剪连接件110，在钢管混凝土叠合构件I的横截面积较小时可以不需设置抗剪连接件110。
[0047]具体地，所述预应力小于钢管100的屈服强度标准值的85%。这样可以在避免钢管100发生屈服的情况下提高作用在钢管100上的预应力，以保证钢管100对混凝土层的约束效果。
[0048]更为具体地，钢管100的横截面为环形且钢管混凝土叠合构件I的横截面为矩形，钢管100的直径小于等于钢管混凝土叠合构件I的横截面的最短边长的80%且大于等于钢管混凝土叠合构件I的横截面的最短边长的20%，钢管100的壁厚大于等于钢管100的直径的2.5%且小于等于钢管100的直径的5%。这样不仅可以保证钢管100具有足够的强度，而且可以保证钢管100的预应力能够更加有效地作用在混凝土层上。
[0049]本领域的技术人员可以理解的是，钢管100的横截面也可以为矩形且钢管混凝土叠合构件I的横截面也可以为圆形。
[0050]当然，所述预应力、钢管100的厚度和直径也可以根据实际需要进行调整。
[0051]图2、图4、图5和图6示出了根据本发明一些具体示例的钢管混凝土叠合构件I。如图2、图4、图5和图6所示，钢筋笼200包括多个箍筋210和多个纵筋220。多个箍筋210沿钢管100的轴向间隔设置。多个纵筋220沿钢管100的轴向定向且沿多个箍筋210的周向间隔设置，每个纵筋220分别与多个箍筋210相连。具体而言，箍筋210和纵筋220可以相互焊接。这样可以便于钢筋笼200的形成，而且可以保证钢筋笼200的结构强度。
[0052]可选地，钢管100可以通过热乳成型、冷弯成型、焊接成型或拼接成型。
[0053]下面参考图1-图7描述根据本发明实施例的钢管混凝土叠合构件的制造方法。根据本发明实施例的钢管混凝土叠合构件的制造方法包括以下步骤:
[0054]提供钢管和钢筋笼，使所述钢管位于所述钢筋笼内侧且与所述钢筋笼间隔设置；
[0055]在钢管的两端施加沿轴向向外的预应力；
[0056]在所述钢管内侧和外侧浇筑混凝土；
[0057]释放所述预应力。
[0058]根据本发明实施例的钢管混凝土置合构件的制造方法，具有能够提尚构件的延性、承载力和抗震性能等优点。
[0059]所述钢管上设有沿其周壁的法向定向的抗剪连接件。这样不仅可以使钢管100与核心混凝土层300和/或外包混凝土层400的连接更加可靠，而且可以使钢管100的预应力能够更加有效地作用在核心混凝土层300和/或外包混凝土层400上。
[0060]所述钢筋笼包括:多个箍筋，多个所述箍筋沿所述内管的轴向间隔设置；多个纵筋，多个所述纵筋沿所述内管的轴向定向且沿多个所述箍筋的周向间隔设置，每个纵筋分别与多个所述箍筋相连。这样可以便于钢筋笼200的形成，而且可以保证钢筋笼200的结构强度。
[0061]根据本发明实施例的钢管混凝土叠合构件的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
[0062]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0063]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0064]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体;可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0065]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0066]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0067]尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
【主权项】
1.一种钢管混凝土叠合构件，其特征在于，包括: 钢管； 钢筋笼，所述钢筋笼设在所述钢管外且与所述钢管间隔设置； 核心混凝土层，所述核心混凝土层浇筑在所述钢管内侧； 外包混凝土层，所述外包混凝土层浇筑在所述钢管外侧，在浇筑所述核心混凝土层和所述外包混凝土层前在所述钢管的两端施加沿轴向向外的预应力且在浇筑所述核心混凝土层和所述外包混凝土层后释放所述预应力。2.根据权利要求1所述的钢管混凝土叠合构件，其特征在于，所述钢管上设有沿所述钢管的周壁的法向延伸的抗剪连接件。3.根据权利要求2所述的钢管混凝土叠合构件，其特征在于，所述抗剪连接件包括: 内抗剪连接件，所述内抗剪连接件位于所述钢管的内侧； 外抗剪连接件，所述外抗剪连接件位于所述钢管的外侧且与所述内抗剪连接件在所述钢管的径向上相对。4.根据权利要求2所述的钢管混凝土叠合构件，其特征在于，所述抗剪连接件为多个且排列成沿所述钢管的轴向间隔设置的多组，每组包括沿所述钢管的周向间隔设置的多个所述抗剪连接件。5.根据权利要求1所述的钢管混凝土叠合构件，其特征在于，所述预应力小于所述钢管的屈服强度标准值的85 %。6.根据权利要求1所述的钢管混凝土叠合构件，其特征在于，所述钢管的横截面为环形且所述钢管混凝土叠合构件的横截面为矩形，所述钢管的直径小于等于所述钢管混凝土叠合构件的横截面的最短边长的80%且大于等于所述钢管混凝土叠合构件的横截面的最短边长的20%，所述钢管的壁厚大于等于所述钢管的直径的2.5%且小于等于所述钢管的直径的5 %。7.根据权利要求1所述的钢管混凝土叠合构件，其特征在于，所述钢筋笼包括: 多个箍筋，多个所述箍筋沿所述钢管的轴向间隔设置； 多个纵筋，多个所述纵筋沿所述钢管的轴向定向且沿多个所述箍筋的周向间隔设置，每个纵筋分别与多个所述箍筋相连。8.一种钢管混凝土叠合构件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤: 提供钢管和钢筋笼，使所述钢管位于所述钢筋笼内侧且与所述钢筋笼间隔设置； 在钢管的两端施加沿轴向向外的预应力； 在所述钢管内侧和外侧浇筑混凝土 ； 释放所述预应力。9.根据权利要求8所述的钢管混凝土叠合构件的制造方法，其特征在于，所述钢管上设有沿其周壁的法向定向的抗剪连接件。10.根据权利要求8所述的钢管混凝土叠合构件的制造方法，其特征在于，所述钢筋笼包括: 多个箍筋，多个所述箍筋沿所述内管的轴向间隔设置； 多个纵筋，多个所述纵筋沿所述内管的轴向定向且沿多个所述箍筋的周向间隔设置，每个纵筋分别与多个所述箍筋相连。
【文档编号】E04C3/34GK106049757SQ201610517992
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月4日
【发明人】韩林海, 马丹阳, 刘佳琪, 李威
【申请人】清华大学