一种自适性抗震组合柱及其施工方法

本发明属于土木工程领域，尤其涉及一种组合柱及其施工方法。

背景技术：

现有房屋柱、桥梁桥墩柱大都采用普通混凝土整体式施工方式，如图1-2所示，施工完成后的普通混凝土柱，由于普通混凝土受拉、受剪性能弱的特点，常规普通混凝土整体柱延性差，在地震作用下，整体的普通混凝土柱易出现破坏。

现有的施工技术无法保证普通混凝土柱的抗震性能，而若增大普通混凝土柱的截面面积和配筋达到“强柱”的效果，则易造成整体的现浇普通混凝土柱刚度较大，地震作用下不能发挥其消能减震作用，从而使整个结构抗震性能方面不利，不利于结构抗震。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种具有抗震效果好、抗冲击性能、施工方便等优点的自适性抗震组合柱及其施工方法。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种自适性抗震组合柱，包括多根分散分布的超高性能混凝土柱，多根所述超高性能混凝土柱之间填充有普通混凝土填充柱，并使多根所述超高性能混凝土柱和普通混凝土填充柱形成一整体结构，多根所述超高性能混凝土柱之间设有至少一个用于连接任意两个或多个所述超高性能混凝土柱的连接组件。

本发明中，自适性抗震组合柱的整体截面形状不限，只要保证超高性能混凝土柱分散分布，再在其间填充普通混凝土填充柱，使超高性能混凝土柱和普通混凝土填充柱形成一整体结构即可，优选的，保证此整体结构的形状与自适性抗震组合柱形状相同。优选的，上述超高性能混凝土柱之间是指自适性抗震组合柱中未设置超高性能混凝土柱的其他位置。

本发明中，连接组件的作用在于使多根超高性能混凝土柱连接在一起共同受力，既保证了超高性能混凝土柱发挥消能减震的柔性柱作用又使其不离散一起协同受力，还可调节单根柱的有效长度使其具有合适的长细比，使超高性能混凝土柱更好的发挥其受力和抗震性能。上述连接组件的具体结构形式不限，只要能发挥上述作用即可。

上述自适性抗震组合柱中，优选的，相邻两个所述超高性能混凝土柱之间均设有一个或多个连接组件。本发明中更优选的情况是相邻两个超高性能混凝土柱之间均设有连接组件，通过连接组件将所有的超高性能混凝土柱连接成一个整体受力结构，更加有利于发挥本发明自适性抗震组合柱的结构特性。为了保证地震时超高性能混凝土柱之间仍为一个整体受力结构，可根据需要选择性的设置多个连接组件。

上述自适性抗震组合柱中，优选的，所述连接组件包括抗剪连接件，所述抗剪连接件包括一对受力筋和一根连接筋，一对所述受力筋的一端分别固设于两个所述超高性能混凝土柱中，一对所述受力筋的另一端通过所述连接筋连接。更优选的，所述受力筋包括一对u形受力筋，所述u形受力筋包括两个直线段和用于连接两个所述直线段的连接段，一对所述u形受力筋反向设置并通过其直线段分别固设于两个所述超高性能混凝土柱中，一对所述u形受力筋的连接段重叠设置于普通混凝土填充柱中，所述连接筋插入重叠设置的所述连接段之间。通过上述结构形式的受力筋和连接筋的相互作用，可以使得多个超高性能混凝土柱、普通混凝土填充柱连接成一个整体受力结构，力学性能更好，且更能发挥本发明中自适性抗震的优势。上述一个u形受力筋的直线段从超高性能混凝土柱的横截面中部伸出，并与另一个u形受力筋的直线段相错开，以使u形受力筋的连接段具有重叠部，方便连接筋的穿插固定。上述u形受力筋可为由一直线热轧钢筋加工而成弯状的结构，选用热轧钢筋是因为其延性较好，保证抗剪连接件有良好的力学性能成。上述抗剪连接件的一端固设于超高性能混凝土柱，另一端位于普通混凝土填充柱中用于焊接或绑扎。

本发明中，为了保证地震时超高性能混凝土柱之间仍为一个整体受力结构，抗剪连接件的强度需要满足要求，在实际过程中，可以将单根钢筋改成复合钢杆件，或者并排布置多个，以保证抗剪连接件不被拉坏而无法发挥其作用。

上述自适性抗震组合柱中，优选的，所述超高性能混凝土柱中设有多根第一纵向受力钢筋和多根第一环向箍筋，所述第一环向箍筋环绕所述第一纵向受力钢筋设置并将所述第一纵向受力钢筋连接固定。上述第一纵向受力钢筋的端部可搭接到基础或结点中受力钢筋，以使柱结构与基础或结点形成一个整体受力结构。

上述自适性抗震组合柱中，优选的，所述连接组件伸入所述超高性能混凝土柱中并与所述第一纵向受力钢筋和/或第一环向箍筋固接。通过上述结构设置，可以保证抗剪连接件与超高性能混凝土柱的连接紧密性。

上述自适性抗震组合柱中，优选的，所述普通混凝土填充柱中设有多根第二纵向受力钢筋和第二环向箍筋，所述第二环向箍筋环绕所述第二纵向受力钢筋设置并将所述第二纵向受力钢筋连接固定。上述第二纵向受力钢筋的端部可搭接到基础或结点中受力钢筋，以使柱结构与基础或结点形成一个整体受力结构。本发明中，根据抗震等级的需求不同，普通混凝土填充柱中可选择性的不设置第二纵向受力钢筋和第二环向箍筋，仅用素混凝土完成后浇普通混凝土施工。

上述自适性抗震组合柱中，优选的，多根分散分布的所述超高性能混凝土柱均匀分布，填充设于多根所述超高性能混凝土柱之间的普通混凝土填充柱呈“十字形”或“井字形”。超高性能混凝土柱均匀分布，结构整体力学性能更优。

上述自适性抗震组合柱中，优选的，所述超高性能混凝土柱的材料采用抗压强度150mpa以上，配筋抗拉强度30mpa以上的超高性能混凝土制作；所述普通混凝土填充柱采用c25-c50普通混凝土制作。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种自适性抗震组合柱的施工方法，包括先施工超高性能混凝土柱再施工普通混凝土填充柱的施工方法一或先施工普通混凝土填充柱再施工超高性能混凝土柱的施工方法二；

所述施工方法一包括以下步骤：

s1：按多根超高性能混凝土柱分散式分布的方式在其分布位置布置超高性能混凝土柱的内置钢筋，并布置连接组件；装设超高性能混凝土柱的柱模板，然后浇筑超高性能混凝土，养护达到拆模强度之后拆模；

s2：依据抗震要求选择性的在多超高性能混凝土柱之间布置普通混凝土填充柱的内置钢筋，装设普通混凝土填充柱的柱模板，然后浇筑普通混凝土，养护达到拆模强度之后拆模，即完成施工；浇筑普通混凝土前可对超高性能混凝土柱进行刚刷、凿毛等处理，清除表面松动混凝土；

所述施工方法二包括以下步骤：

s1：按多根超高性能混凝土柱分散式分布的方式，首先确定其分布位置；然后依据抗震要求选择性的在多超高性能混凝土柱之间布置普通混凝土填充柱的内置钢筋，并布置连接组件，装设普通混凝土填充柱的柱模板，然后浇筑普通混凝土，养护达到拆模强度之后拆模；

s2：在超高性能混凝土柱的分布位置处布置超高性能混凝土柱的内置钢筋，并连接连接组件；装设超高性能混凝土柱的柱模板，然后浇筑超高性能混凝土，养护达到拆模强度之后拆模，即完成施工。浇筑超高性能混凝土前可对普通混凝土柱进行刚刷、凿毛等处理，清除表面松动混凝土。

上述超高性能混凝土柱也可采用预制柱，其在预制厂或者现场完成上述工序，然后吊装就位。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的自适性抗震组合柱采用了使整体柱分散为多根分散式分布的超高性能混凝土柱，并在其间填充普通混凝土形成普通混凝土填充柱的整体组合柱结构，当没有发生地震或地震等级较低时，整体组合柱中普通混凝土不会发生开裂或破坏，从而使整个结构有较大的刚度，整体受力较好，利于抗风；当地震等级增大达到一定等级时，此时整体组合柱中普通混凝土达到或超过其抗拉或抗剪强度使其发生开裂或破坏，而整体组合柱中超高性能混凝土柱由于其超高性能并未达到其开裂强度，且整体组合柱中超高性能混凝土柱通过连接组件连接具有良好的延性和耗散能量能力，具有非常好的抗震性能，大大提高了结构整体的抗震能力，而且此时整体组合柱转变为柔性柱，也改善了柱顶附近主梁及柱身受力情况。

2、本发明的自适性抗震组合柱，可以通过调节普通混凝土填充柱中的钢筋配置，实现在不同地震等级作用下使普通混凝土开裂和破坏，从而实现组合柱自适性的抗震行为；而且还可以通过调节超高性能混凝土柱之间连接的连接组件数量和刚度，来实现调节普通混凝土破坏后组合柱的柔性程度，从而调节组合柱的耗散能量能力和抗震能力。

3、本发明的自适性抗震组合柱，具有很好的抗冲击性能。分散式的超高性能混凝土柱构造改善了既有钢筋混凝土柱的变形形态和受力状态，超高性能混凝土柱之间的普通混凝土的减震作用，使其损伤分布更加均匀，残余变形显著降低，而且组合柱中单独某根超高性能混凝土柱的损伤相对整体混凝土柱的局部损坏而言对整个柱的影响要小得多，因此本发明的自适性抗震组合柱具有更好的抗冲击性能。

4、本发明的自适性抗震组合柱在震后修复时比较方便，损伤在可用的情况下，只需把破碎普通混凝土清除，重新注浆浇筑即可，施工方便。

5、本发明的自适性抗震组合柱的施工可以是整体现浇施工或采用装配式施工，施工方法简单易行，具有广阔的推广价值。

总的来说，从实际应用效果来看，本发明的自适性抗震组合柱具有优秀的抗震性能和抗冲击性能，且方便施工，具有重大的实用价值和良好的经济效益，尤其是在房屋柱、桥梁桥墩柱的施工建造上具有广阔的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中用于常规房屋柱、桥梁桥墩的普通混凝土柱的结构示意图(立面图)。

图2为图1中的横断面结构示意图。

图3为实施例中自适性抗震组合柱的结构示意图(立面图)。

图4为实施例中自适性抗震组合柱结构横断面的一种结构示意图(普通混凝土填充柱为“十字形”)。

图5为图4中a-a处的剖视图。

图6为实施例中自适性抗震组合柱结构横断面的另一种结构示意图(普通混凝土填充柱为“井字形”)。

图7为实施例中自适性抗震组合柱结构横断面的另一种结构示意图。

图8为实施例中抗剪连接件的主视图。

图9为实施例中抗剪连接件的俯视图。

图10为实施例中抗剪连接件的侧视图。

图例说明：

1、普通混凝土柱；2、超高性能混凝土柱；3、普通混凝土填充柱；4、普通混凝土柱纵向钢筋；41、第一纵向受力钢筋；42、第二纵向受力钢筋；5、抗剪连接件；6、普通混凝土柱环向箍筋；61、第一环向箍筋；62、第二环向箍筋；7、受力筋；71、直线段；72、连接段；9、连接筋；10、基础或结点；11、拉筋。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例：

如图1、图2所示，分别为现有技术中用于常规房屋柱、桥梁桥墩的普通混凝土柱1的结构示意图和横断面结构示意图。现有技术中的普通混凝土柱1中设置有普通混凝土柱纵向钢筋4、普通混凝土柱环向箍筋6和拉筋11。上述结构的抗震性能不好。

如图3-图7所示，本实施例的自适性抗震组合柱，包括多根分散分布的超高性能混凝土柱2，多根超高性能混凝土柱2之间填充有普通混凝土填充柱3，并使多根超高性能混凝土柱2和普通混凝土填充柱3形成一整体结构，多根超高性能混凝土柱2之间设有至少一个用于连接任意两个或多个超高性能混凝土柱2的连接组件。

本实施例中，相邻两个超高性能混凝土柱2之间均设有一个或多个连接组件。

本实施例中，连接组件包括抗剪连接件5，抗剪连接件5包括一对受力筋7和一根连接筋9，一对受力筋7的一端分别固设于两个超高性能混凝土柱2中，一对受力筋7的另一端通过连接筋9连接。具体的，如图8-10所示，受力筋7包括一对u形受力筋，u形受力筋包括两个直线段71和用于连接两个直线段71的连接段72，一对u形受力筋反向设置并通过其直线段71分别固设于两个超高性能混凝土柱2中，一对u形受力筋的连接段72重叠设置于普通混凝土填充柱3中，连接筋9插入重叠设置的连接段72之间。上述连接筋9插入重叠设置的连接段72之间，形成一种具有一定活动能力的锁，有利于自适性抗震组合柱的变形。

本实施例中，超高性能混凝土柱2中设有多根第一纵向受力钢筋41和多根第一环向箍筋61，第一环向箍筋61环绕第一纵向受力钢筋41设置并将第一纵向受力钢筋41连接固定。上述第一纵向受力钢筋41可深入到基础或结点10中。

本实施例中，抗剪连接件5伸入超高性能混凝土柱2中并与第一纵向受力钢筋41和/或第一环向箍筋61固接。

本实施例中，普通混凝土填充柱3中设有多根第二纵向受力钢筋42和第二环向箍筋62，第二环向箍筋62环绕第二纵向受力钢筋42设置并将第二纵向受力钢筋42连接固定。上述第二纵向受力钢筋42可深入到基础或结点10中。

本实施例中，多根分散分布的超高性能混凝土柱2均匀分布，填充设于多根超高性能混凝土柱2之间的普通混凝土填充柱3呈“十字形”(如图4所示)或“井字形”(如图6所示)。当然，本实施例中，多根分散分布的超高性能混凝土柱2还可以采用其他分布方式，比如如图7所示，本实施例中并不限制分布方式。

本实施例中，超高性能混凝土柱2的材料采用抗压强度150mpa以上，配筋抗拉强度30mpa以上的超高性能混凝土制作；普通混凝土填充柱3采用c25-c50普通混凝土制作。

本实施例中，自适性抗震组合柱的截面形状不限，可如图2-7中的方形结构，或采用其他结构，多根分散分布的超高性能混凝土柱2的分布方式也不限，抗剪连接件5的设置位置、数量也不限，可根据受力需求，性能需求进行合理的选择。

本实施例的自适性抗震组合柱的施工方法，包括先施工超高性能混凝土柱2再施工普通混凝土填充柱3的施工方法一或先施工普通混凝土填充柱3再施工超高性能混凝土柱2的施工方法二；

施工方法一包括以下步骤：

s1：按多根超高性能混凝土柱2分散式分布的方式在其分布位置布置超高性能混凝土柱2的内置钢筋，并布置抗剪连接件5；装设超高性能混凝土柱2的柱模板，然后浇筑超高性能混凝土，养护达到拆模强度之后拆模；上述超高性能混凝土柱2的内置钢筋包括第一纵向受力钢筋41和第一环向箍筋61，二者绑扎在一起形成钢筋笼，根据所浇筑的超高性能混凝土柱2截面大小、高度和承载能力选配第一纵向受力钢筋41和第一环向箍筋61；上述抗剪连接件5可与第一纵向受力钢筋41和/或第一环向箍筋61固接；

s3：依据抗震要求选择性的在多超高性能混凝土柱2之间布置普通混凝土填充柱3的内置钢筋，装设普通混凝土填充柱3的柱模板，然后浇筑普通混凝土，养护达到拆模强度之后拆模，即完成施工；浇筑普通混凝土前可对超高性能混凝土柱2进行刚刷、凿毛等处理，清除表面松动混凝土，浇筑前先湿润超高性能混凝土柱2，但浇筑时浇筑面不能有积水。上述普通混凝土填充柱3的内置钢筋包括第二纵向受力钢筋42和第二环向箍筋62，二者绑扎在一起形成钢筋笼，根据受力性能、抗震性能等的需要选配第一纵向受力钢筋41和第一环向箍筋61，也可按照抗震等级要求不布置第二纵向受力钢筋42和第二环向箍筋62。

施工方法二包括以下步骤：

s1：按多根超高性能混凝土柱2分散式分布的方式，首先确定其分布位置(即预留超高性能混凝土柱2的位置，在其间填充普通混凝土)；然后依据抗震要求选择性的在多超高性能混凝土柱2之间布置普通混凝土填充柱3的内置钢筋，并布置抗剪连接件5，装设普通混凝土填充柱3的柱模板，然后浇筑普通混凝土，养护达到拆模强度之后拆模；上述施工细节可参考施工方法一；

s2：在超高性能混凝土柱2的分布位置处布置超高性能混凝土柱2的内置钢筋，并连接抗剪连接件5；装设超高性能混凝土柱2的柱模板，然后浇筑超高性能混凝土，养护达到拆模强度之后拆模，即完成施工。上述施工细节可参考施工方法一；

本实施例中，上述超高性能混凝土柱2可以采用预制柱，其在预制厂或者现场完成上述工序，然后吊装就位。