一种套管式缀条连接的钢管夹层混凝土格构柱及施工方法

1.本发明属于建筑技术领域，特别涉及一种套管式缀条连接的钢管夹层混凝土格构柱及施工方法。


背景技术：

2.对于中重型工业厂房中的传统格构式柱，其施工工艺复杂，节点的连接费时费力，可靠性难以保证；且单层工业厂房的柱肢一般较长，对运输及吊装设备的要求更高，运输难度大，费用高；除此之外，其承载力一般由钢结构稳定控制，材料的性能不能得到充分的发挥，若采用减小构件长细比的方法来解决稳定问题，则会造成截面过大，进一步增大配钢率，造价过高。如采用承载力较好的钢管混凝土格构柱，则计算柱肢截面常小于200mm，截面尺寸处于规范下限，混凝土不易浇筑，施工工艺难以保证。因此需要一种连接可靠，施工简便，经济可行的复合钢管混凝土格构柱及施工方法来解决中、重型工业厂房建造过程中的问题。


技术实现要素：

3.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种套管式缀条连接的钢管夹层混凝土格构柱及施工方法，其完全采用工厂预制，且构件种类简单，套管式缀条的连接方式大大降低了现场拼装的难度，施工速度快，大大缩短了工期；同时将格构柱分段预制然后现场拼装，大大降低了运输的难度和成本，并且可通过改变钢管的厚度来适应内力大小的变化，从而达到节约钢材的效果；在性能上，复合钢管混凝土使截面更加开展，同时钢管与混凝土相互约束，增加强度的同时降低了构件失稳的风险，具有节省材料，减小自重，抗弯刚度大，性能优越，组合灵活等特点。
4.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
5.一种套管式缀条连接的钢管夹层混凝土格构柱，包括柱肢和格构式连接件，所述柱肢为套管式的钢管混凝土结构，所述格构式连接件包括套管、横缀条和斜缀条，若干所述套管分别套在柱肢上，且至少设置于柱肢的端部，上下柱肢在端部的套管内通过对拉螺栓连接，平行相邻的柱肢上的套管之间通过横缀条以及斜缀条连接，形成格构结构。
6.在一个实施例中，所述柱肢包括柱肢外钢管、柱肢内钢管以及位于二者之间的预制夹层超高性能混凝土，所述套管套在柱肢外钢管上。
7.在一个实施例中，所述柱肢的一端设置连接管，所述连接管的外径满足使其能够伸入柱肢套管结构的内管中实现上下柱肢的连接。
8.在一个实施例中，所述柱肢、连接管和套管上均开有螺栓孔，通过对拉螺栓进行穿入各螺栓孔进行连接。
9.在一个实施例中，所述横缀条为圆钢管结构，焊接于同一高度的两套管之间，套管外壁上位于横缀条一端的上下侧焊接有连接板，位于横缀条另一端的上下侧焊接有加劲肋，在上下方向上，连接板和加劲肋交错设置。
10.在一个实施例中，所述斜缀条为圆钢管结构，通过高强螺栓与相邻两横缀条之间的连接板进行连接。
11.在一个实施例中，所述平行相邻的柱肢的数量为两条以上。
12.本发明还提供了所述套管式缀条连接的复合钢管混凝土格构柱的施工方法，步骤如下：
13.步骤1)，在工厂，安装连接柱肢的钢管部分，并安装对拉螺栓，加工套管，套管上预留与对拉螺栓位置匹配的螺栓孔；
14.步骤2)，在工厂，在柱肢套管结构夹层中浇筑超高性能混凝土，形成预制夹层超高性能混凝土，在超高性能混凝土凝固之前，抽出对拉螺栓；
15.步骤3)，在工厂，将横缀条焊接于两套管之间；
16.步骤4)，在现场，在柱肢上套入套管，用对拉螺栓固定，之后将斜缀条连接于上下套管之间。
17.在一个实施例中，所述柱肢包括柱肢外钢管和柱肢内钢管，所述步骤1)，在柱肢内钢管的一端焊接连接管，所述连接管用于在轴向连接相上下邻柱肢。
18.在一个实施例中，所述步骤1)，在对拉螺栓表面涂油。
19.在一个实施例中，所述步骤3)，在横缀条一端焊接的套管的外壁上，位于横缀条的上下侧焊接连接板，在横缀条另一端焊接的套管的外壁上，位于横缀条的上下侧焊接加劲肋，所述步骤4)，将斜缀条通过高强螺栓连接于相邻两横缀条之间的连接板上。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
21.1、节省材料
22.复合钢管混凝土使截面更加开展，同时钢管与混凝土相互约束，增加强度的同时降低了构件失稳的风险，使材料强度得到充分的发挥。除此之外采用分段拼接的施工方法为变刚度设计提供了可能，设计人员可根据竖向内力的不同，来调整混凝土强度等级及钢管的厚度，最大程度发挥材料性能并节省用钢量。
23.2、施工方便
24.在预制阶段，钢管可作为夹层混凝土的模板，省去了脱模的过程，简化了施工流程。此外，本发明给出的套管式缀条的连接方法，将运输到现场的格构式柱的构件种类缩减到3种，所有构件完全在工厂预制，连接方式极其简单，只需将套管式缀条从柱肢的上部套入，然后用对拉螺栓固定，最后连接好斜缀条即可完成。这种连接方式大大降低了现场拼装的难度，施工速度快，大大缩短了工期；同时将格构柱分段预制然后现场拼装的方法，在很大程度上降低了对运输设备和吊装机械的要求。
25.3、性能优越
26.内外钢管使夹层中的混凝土处于三向受压的应力状态，延缓了混凝土纵向微裂缝的发生和发展，从而提高了其抗压强度和压缩变形能力。同时，借助混凝土的支撑作用，钢管管壁的面外稳定性得到加强，可以保证其材料性能得到充分发挥；钢管和混凝土的结合，不仅可以弥补两种材料各自的不足，而且可以充分发挥二者的优点，在提高承载力的同时也提高了结构的延性和变形性能。火灾时，由于钢管的存在从而抑制了混凝土的受热劈裂，截面没有损失，钢管受热强度可以通过加保护层解决。相较于钢结构和钢筋混凝土结构，火灾后钢管混凝土的性能更加优越，钢结构由于受热变形较大，恢复工作很难；钢筋混凝土由
于混凝土降温过程产生脆化效应承载力还要下降，给火灾结束后的重建工作带来不稳定因素，同时它的补强加固也比空心钢管混凝土复杂；钢管混凝土受热变形小，钢管对混凝土的约束效应使混凝土不会产生劈裂，火灾后承载力还有恢复，重建工作相对安全，火灾后处理简单。
27.4、组合灵活
28.中空部分可以根据不同的荷载条件和使用要求，对柱肢进行二次浇筑混凝土，形成复合钢管混凝土柱，从而进一步提升承载力和刚度。作为强度储备，通过二次浇筑中空部分混凝土可达到使用过程中吊车升级、厂房改造等目的。
附图说明
29.图1是本发明结构示意图。
30.图2是本发明套管式横缀条示意图。
31.图3是本发明上下柱肢连接示意图。
32.图4是本发明斜缀条连接示意图。
33.图5是本发明三柱肢的套管式横缀条示意图。
34.图6是本发明四柱肢的套管式横缀条示意图。
具体实施方式
35.下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
36.如图1所示，本发明为一种套管式缀条连接的钢管夹层混凝土格构柱，包括柱肢和格构式连接件，各部分均在工厂进行加工。其中柱肢为套管式的钢管混凝土结构。格构式连接件主要包括套管6、横缀条4和斜缀条5。若干套管6套在柱肢上，并至少应套在柱肢的端部，上下柱肢在端部的套管6内通过对拉螺栓9连接，而平行相邻的柱肢上的套管6之间通过横缀条4以及斜缀条5连接，形成格构形式，即上下相邻的两个斜缀条5，各自的一端应连接于同一套管6上。
37.如图2所示，在本发明的一个实施例中，横缀条4采用圆钢管，焊接于同一高度的两个套管6之间，形成套管式横缀条结构。在套管6外壁上，位于横缀条4一端的上下侧焊接有连接板7，位于横缀条4另一端的上下侧焊接有加劲肋8固定。在上下方向上，连接板7和加劲肋8交错设置，即，当前高度上，连接板7处于横缀条4一端，加劲肋8处于横缀条4另一端，则在相邻高度上，连接板7处于横缀条4另一端，加劲肋8处于横缀条4一端。可以理解，部分或者全部加劲肋8可兼具连接板7的作用。
38.如图3所示，在本发明的一个实施例中，柱肢包括柱肢外钢管1、柱肢内钢管3以及位于二者之间的预制夹层超高性能混凝土2，套管6套在柱肢外钢管1上。可以理解，套管6的高度要短于单个柱肢的高度。
39.示例地，柱肢的一端设置连接管10，连接管10为短钢管，其外径满足使其能够伸入柱肢套管结构的内管中实现上下柱肢的连接。当采用柱肢外钢管1、柱肢内钢管3以及预制夹层超高性能混凝土2的结构时，连接管10的一端焊接于柱肢内钢管3，另一端用于伸入其上下相邻柱肢的柱肢内钢管3中进行焊接。
40.如图2和图3所示，在本发明的一个实施例中，在柱肢、连接管10和套管6上均开有
螺栓孔，通过对拉螺栓9进行穿入各螺栓孔进行连接。
41.具体地，连接管10的螺栓孔孔位与柱肢内外钢管及外部的套管6相匹配，当定位完成后通过对拉螺栓9进行固定。套管6的螺栓孔孔位与柱肢上的螺栓孔位置相匹配，将套管式横缀条结构两端的套管6定位后通过对拉螺栓9进行连接。其中套管6在作为横缀条端部连接件的同时，兼具上下柱肢外连接管的作用，所以上下柱肢连接处的套管6的厚度较其他位置的套管6的厚度应更厚。
42.在本发明的实施例中，对拉螺栓9由于要穿过整个空间，所以在孔位设置上应上下错位，避免对拉螺栓9之间打架而无法安装的情况。
43.如图4所示，在本发明的一个实施例中，斜缀条5采用圆钢管，通过高强螺栓11与相邻两横缀条4之间的连接板7进行连接。
44.本发明套管式缀条连接的复合钢管混凝土格构柱的施工方法，步骤如下：
45.步骤1，在工厂，安装连接柱肢的钢管部分，并安装对拉螺栓9，加工套管6，套管6上预留与对拉螺栓9位置匹配的螺栓孔；
46.步骤2，在工厂，在柱肢套管结构夹层中浇筑超高性能混凝土，形成预制夹层超高性能混凝土2，在超高性能混凝土凝固之前，抽出对拉螺栓9；
47.步骤3，在工厂，将横缀条4焊接于两套管6之间；
48.步骤4，在现场，在柱肢上套入套管6，用对拉螺栓9固定，之后将斜缀条5连接于上下套管6之间。
49.进一步地，步骤1和步骤2中，先将连接管10在柱肢内钢管3的一端准确定位后用安装螺栓固定，再进行焊接，最后卸掉安装螺栓。此方法同样适用于柱肢的加工，先用对拉螺栓9将柱肢外钢管1、柱肢内钢管3以及套管6进行临时对孔定位，然后浇筑超高性能混凝土，注意此时的对拉螺栓9是需要拆除的，所以对拉螺栓9表面应该进行涂油处理，在超高性能混凝土稍微具有一定的强度后，抽出对拉螺栓9，从而在柱肢上预留出螺栓孔。
50.步骤3中，将套管6固定在模具上，用安装螺栓进行固定，然后定位好横缀条4并焊接，最后将加劲肋8和连接板7进行定位并焊接，卸掉安装螺栓，即得到图2所示的套管式横缀条。
51.步骤4中，现场将柱肢定位准确，然后套入套筒式横缀条，用对拉螺栓9固定，最后用高强螺栓11将斜缀条5与连接板7进行连接。
52.本发明中，平行相邻的柱肢的数量可有多个，图1的实施例中示出了二柱肢形式，图5和图6分别示出了套管式横缀条形式，分别用于三柱肢复合钢管混凝土格构柱及四柱肢复合钢管混凝土格构柱，让连接更加简便快捷，大大缩短工期。
53.本发明采用了全装配的方式，所有构件均在工厂预制，现场施工简便，无需湿作业，其连接方式既适用于双肢柱也适用于多肢柱，施工极其便捷。且由于上下柱之间是采用连接管分段拼装的连接方式，所以大大降低了对运输及吊装设备的要求，并且可通过改变钢管的厚度来适应内力大小的变化，从而达到节约钢材的效果。基于设计简便、应用灵活的特点，本发明可广泛应用于中、重型工业厂房中，有效提高格构式柱的耐久性能、耐火性能和抗震性能。