一种内置镂空钢管钢纤维混凝土保护层的构造方法
【专利摘要】一种防腐蚀内置镂空钢管钢纤维混凝土保护层的构造方法，在钢管混凝土结构柱的外侧，设置钢纤维镂空钢管混凝土加以保护；提高结构构件的耐久性。保护层的厚度2f不小于70mm。薄壁镂空钢管壁厚e2不小于5mm，镂空钢管居保护层的中间，保护层用钢纤维混凝土浇筑，钢纤维的掺加量为混凝土体积的1-1.5%，镂空钢管是由阵列的直径为50mm的圆孔形成镂空构造。圆孔净间距和直径d相同，均为50mm。由于钢纤维的防锈蚀作用和镂空钢管对保护层的约束作用，使得内部钢管混凝土结构柱在腐蚀环境中受到保护，且镂空钢管也有辅助承载的能力。可用于人工岛屿、河道、港口工程、海洋平台等具有腐蚀环境的恶劣环境中。
【专利说明】一种内置镂空钢管钢纤维混凝土保护层的构造方法
【技术领域】
[0001]本发明为钢管混凝土柱防腐蚀构造设计，属于结构的耐久性设计领域。为了防止在严酷腐蚀环境下钢管混凝土柱的锈蚀，采用钢纤维镂空钢管混凝土作为保护层，可用于港口工程、人工岛屿、海洋及河道工程、海洋平台等结构物的建造，防止发生耐久性问题导致结构破坏。
[0002]
【背景技术】
[0003]严酷腐蚀环境如海洋环境的水位变动区，海洋平台、人工岛屿、港口工程结构等的钢管混凝土柱，其防护方法有许多种，如可采用设置防腐蚀涂装材料和采用阴极保护技术等。防腐涂装材料必须经常进行维护，且机械强度较低。阴极保护技术费用较高。
[0004]研究表明，钢纤维混凝土对内部结构材料的防锈蚀作用能力较强，主要原因是其乱向分布的钢纤维在水泥基混凝土材料中，具有优先腐蚀的作用，使内部结构钢材受到保护。由于钢纤维与混凝土之间的有效粘结作用，腐蚀发展十分缓慢，加上钢纤维的增强增韧作用，有效地阻止了裂缝的产生和发展，用于耐久性设计具有科学合理性。
[0005]应用钢纤维制作混凝土材料价格比较高，局部应用钢纤维混凝土符合好钢用在刀刃上的合理性要求。钢管混凝土的钢管表面比较光滑，与外部混凝土保护层的粘结效果不佳，一旦混凝土开裂，将会使钢管失去保护。
[0006]镂空钢管混凝土保护层，不仅仅是保护层，自身也是结构构件的一部分，在钢管混凝土结构的外层具有很好的防腐蚀作用，材料强度高、韧性好、抗开裂能力强，由于有镂空钢管的约束作用，其变形能力远大于普通混凝土。该构造方法既约束了整个保护层的变形，同时又与钢管混凝土柱的整体变形相协调。钢纤维镂空钢管混凝土的作用，实际上是一个筒形的保护套，但其内壁与钢管混凝土柱的外部具有较好的粘结。
[0007]镂空钢管的板材可以在工厂进行定制生产，钢管可以按需要的尺寸焊接成型。由于管壁较薄，加之镂空，节省钢材，比外置钢筋笼施工简便，整体性好。镂空钢管虽然镂空，实际上还是具有一定的钢管的属性，承受外部荷载作用时，具有很好的空间协调能力，与钢纤维混凝土形成具有整体功能的保护层。
[0008]研究表明，当混凝土保护层厚度达到70_时，处于深海环境中的混凝土可以避免腐蚀环境的危害。加上钢纤维混凝土和镂空钢管的有效作用，将保护层的厚度定位于不小于70mm，且根据需要可以适当加大。
【发明内容】
[0009]本发明涉及一种处于严酷腐蚀环境中的钢管混凝土柱的保护层构造方法。但不仅限于钢管混凝土柱的保护层，其它结构构件也可以采用该方法进行抗腐蚀防护。钢纤维镂空钢管混凝土保护层构造，主要是用钢纤维混凝土制作结构构件的外保护层，内置镂空钢管，其外形与钢管混凝土柱的外形相同，用于严酷腐蚀环境下钢管混凝土柱等结构的防护。[0010]本发明的技术方案如下:
一种内置镂空钢管钢纤维混凝土保护层，对于矩形截面和圆形截面的钢管混凝土柱，外层以一定厚度的钢纤维混凝土加以保护，在保护层中间内置镂空钢管。
[0011]本发明合理利用了钢纤维混凝土材料的增强增韧的特点，尤其是抗裂性能好，有效限制裂缝开展的优点，在使用荷载作用下，限制柱表面裂缝的产生和扩展。
[0012]如图1和图3所示的构造方法，使钢管的直径和边长增大4f，本构造不仅是作为保护层，也是柱达到极限状态时的有效承载截面，可作为强度储备。由于镂空钢管采用整齐的排列方式(如图2、图4所示)，相当于外层配置了钢筋网的柱，但其整体性能优于普通钢筋网。
[0013]该镂空钢管与钢纤维混凝土浇筑成一个整体，钢纤维混凝土与其具有良好的粘结性，主要增大了机械咬合作用，穿过孔的钢纤维混凝土具有销栓作用。钢纤维混凝土与钢管表面具有粘结作用。
[0014]在海洋环境下，水位变动区的钢管混凝土，承受风浪等动力作用。钢管混凝土耐受变形能力强，因此其保护层必须具有相当的耐受变形的能力。在钢纤维混凝土保护层中内置镂空钢管后，对钢纤维混凝土的约束作用将大幅度的提升，保护层的力学性能得到改善，尤其会加大其变性能力，满足海洋结构物较高耐久性的要求。
[0015]本发明所提供的一种内置镂空钢管钢纤维混凝土保护层的构造方法，其特征在于该方法包括如下步骤:
I)将薄壁钢管制作成行距、列距和边距分别等于50mm，由直径为50mm的圆孔阵列成的镂空钢管，镂空钢管截面可以是圆形、或者是方形，依结构构件的截面形式确定，分别比结构柱的外围尺寸大140mm以上。
[0016]2)该保护层的截面构造方式如图1、图3所示，镂空钢管的形式和形成保护层后构件的形式如图2、图4所示，孔的行距、列距和边距排列如图5所示。
[0017]3)钢纤维混凝土本身具有良好的防腐蚀性能，钢纤维的外形尖锐，在具有腐蚀介质存在的电化学反应条件下，作为阳极保护内部结构不遭受腐蚀危害。
[0018]4)钢纤维混凝土的增强增韧、抵抗结构构件变形能力强。在保护层中内置镂空钢管后，钢纤维混凝土与镂空钢管形成整体，钢纤维混凝土的变形能力得以提高。由于镂空钢管对钢纤维混凝土的约束作用，其力学性能得到改善。
[0019]5)钢纤维混凝土的抗疲劳能力强，可有效抵抗海洋环境下的风浪作用。
[0020]6)保护层的总厚度不小于70_，镂空钢管对内侧的钢纤维混凝土具有较强的约束作用，对外层钢纤维混凝土有粘结作用，在粘结影响区域内，提高了钢纤维混凝土的抗裂刚度。
[0021]7)如果被保护的是钢管混凝土柱，与钢纤维混凝土接触的钢管表面也同样具有一定的粘结强度，可以保证钢纤维混凝土与钢管壁的变形协调。
[0022]本发明关于内置镂空钢管钢纤维混凝土保护层的构造方法，突显了内置镂空钢管的有效作用，由于镂空钢管具有多孔的特点，增加了镂空钢管与钢纤维混凝土的机械咬合作用，在粘结影响区域内，钢纤维的力学性能得到了改善，主要是变形能力得到了较大的提高，对于被保护的钢管混凝土等延性结构构件，保证了其整体变形的协调。
[0023]镂空钢管的制作可工厂化生产。对于预制的内置镂空钢管钢纤维混凝土保护层，应当加强与原结构的粘结构造。该保护层的应用应该是在水位变动区的一定范围内。
[0024]该保护层可独立设置，也可与其它保护层相连接，但要给出合理的连接构造方法。本方法适用于严酷环境下且承受动力荷载的结构构件的保护层制作。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是方形内置镂空钢管钢纤维混凝土柱保护层截面构造图；
图2是方形内置镂空钢管钢纤维混凝土柱示意图；
图3是圆形内置镂空钢管钢纤维混凝土柱保护层截面构造图；
图4是圆形内置镂空钢管钢纤维混凝土柱示意图；
图5是镂空钢管圆孔边距、间距图。
[0026]图中①钢管混凝土柱的钢管，②表示钢管柱内浇筑的普通混凝土，③表示镂空钢管的布置，④表示浇筑的钢纤维混凝土，⑤表示镂空钢管圆孔边距、间距构造；
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图介绍本发明的内置镂空钢管钢纤维混凝土保护层的构造方法:
图1、图3分别为本发明的方形、圆形截面保护层构造，最外层是钢纤维保护层，在保护层的中间，内置镂空钢管，内层是普通钢管混凝土柱的结构部分，在钢管内部浇筑混凝土。
[0028]按照图示构造从外层到内层的顺序依次为④ -③-④-①-②。
[0029]钢纤维混凝土与内层钢管的外表面粘结，内层钢管受到保护层的防护，免受腐蚀影响。
[0030]图2、图4是镂空钢管和保护层的构造示意图，表示构造层之间的具体位置，保护层的厚度为不小于70mm ；
图5是镂空钢管圆孔的行距、列距、边距位置图，圆孔的直径采用50mm，保证15_25mm直径的骨料能够顺利通过圆孔完成浇筑。
【权利要求】
1.一种内置镂空钢管钢纤维混凝土保护层的构造方法，用于严酷环境中防腐蚀要求较高的钢管混凝土柱的保护层，采用镂空钢管与钢纤维混凝土浇筑而成。
2.镂空钢管内置于保护层厚度的中间位置。
3.保护层的厚度不小于70_(如图1、图3所示)，钢纤维混凝土的掺加量为保护层混凝土体积的1-1.5%，孔的直径为50mm，水平及垂直孔中心距为100mm，方形截面角部可做成圆形倒角，半径为25mm ;孔边距为50mm (如图5所示)。
4.本保护层可用于圆形和矩形重要结构钢管混凝土的保护层，主要用于内河、港口、海洋环境及水位变动区域的结构构件，例如人工岛屿的基础建设、桥墩及防波堤的建造等。
5.该保护层是结构构件的外部保护部分，利用了钢纤维混凝土具有很强的保护结构构件不腐蚀的能力；钢纤维可以穿越镂空钢管的园孔，连接孔内外的混凝土，将混凝土与镂空钢管有效地形成一体，其整体性不单一依赖于钢管壁与混凝土的表面粘结，具有较强的机械咬合力，一旦粘结失效后镂空钢管对保护层具有约束力。
6.镂空钢管与钢纤维混凝土可看作一个环形结构构件，镂空钢管虽然不如钢管承载力高，但与最小截面含钢量相同的钢筋混凝土构件具有相同的承载力，是结构构件的一部分。
7.一种实施如权利要求所述的内置镂空钢管钢纤维混凝土保护层的构造方法，其特征在于该方法包括如下步骤: 1)按水平和竖向净间距d均为50mm，将薄壁钢板按等间距阵列直径d为50mm圆孔，制作成矩形或者圆形的镂空钢管，其边长和直径分别为被保护的钢管混凝土柱的边长和直径再加I'hnm ,该设计不唯一确定该尺寸,但不得小于70mm,布置方式不应改变； 2)钢纤维混凝土与镂空钢管浇筑成一体，镂空钢管嵌固在钢纤维混凝土中，由镂空钢管圆孔间隔部分形成横竖截面积相同的纵、横向肋，相当于连续配置的箍筋和纵向钢筋，不仅具有承压、抗弯和抗剪能力，同时对钢纤维混凝土保护层具有很好的约束作用； 3)该设计方法明确应用钢纤维混凝土作为保护层的材料，特点是在中部内置镂空钢管作为固定骨架，用于港口、河道、人工岛屿、海洋平台等处于水位变动区的钢管混凝土结构的防护层； 4)纵肋的宽度为镂空钢管孔边到边的净列距，横肋的宽度为镂空钢管孔边到边的净行距，由于镂空钢管为圆孔，因此纵横肋交界处不产生应力集中，管孔布置的特征是对齐阵列； 5)本发明的特征之一，还在于该保护层不仅仅是作为保护钢管柱的外层材料，同时也是钢管混凝土柱的一部分。
【文档编号】E02B3/06GK103541547SQ201310007811
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年1月9日 优先权日:2013年1月9日
【发明者】王海超 申请人:山东科技大学