采用螺栓抗剪连接钢套管的加固混凝土柱连接结构的制作方法

1.本实用新型涉及一种采用螺栓抗剪连接钢套管的加固混凝土柱连接结构。


背景技术：

2.现有建筑物加固改造工程中，在原有结构上新增填充墙或放置额外设备以改变或扩展建筑物的使用功能是十分常见的改造方式，但是新增荷载往往会超出原有混凝土柱的承载力要求；同时，老旧建筑物在长时间的风化侵蚀作用以及腐蚀作用下，会导致混凝土柱的承载力下降，导致其本身承载力的下降，因此即使不新增额外设备的情况下，也有必要对既有混凝土柱进行加固处理。
3.常见的混凝土柱加固方法有钢筋混凝土增大截面法、粘贴钢板法或粘贴纤维增强复合材料法等，这些方法在实施过程中需要支护模板、使用建筑结构胶或现场焊接等操作，存在施工复杂、成本过高等缺点。同时，以上方法在加固后存在新旧混凝土结合面、钢板与混凝土结合面、粘贴纤维增强复合材料与混凝土结合面这种受力薄弱面导致加固效果不够好的问题。近年来，钢套管混凝土增大截面法受到重视，相比前述的常见方法，具有以下优点：不需要在新旧混凝土界面作凿毛或粘胶等处理，混凝土浇捣时不需要模板，不需要钢筋安装和绑扎的工序，钢管对内部新旧混凝土均具有约束作用。但是，在钢套管施工过程中，需要进行大量的现场焊接工作，施工成本较高，对焊接质量要求高。


技术实现要素：

4.本实用新型解决现有技术的不足而提供一种提高对既有混凝土柱的加固效果，使施工更加便利的采用螺栓抗剪连接钢套管的加固混凝土柱连接结构。
5.为实现上述目的，本实用新型首先提出了一种采用螺栓抗剪连接钢套管的加固混凝土柱连接结构，包括钢管结构单元，所述钢管结构单元由两个结构相同的预制半边钢管构件连接而成，所述预制半边钢管构件包括加固半钢套管和连接壳体，
6.所述加固半钢套管为半圆筒型，两个加固半钢套管可拼装为内径大于待加固混凝土柱的钢套管；连接壳体设有与加固半钢套管相匹配的弧度，连接壳体的一侧固定在加固半钢套管的一侧的内侧面上，另一侧上沿轴向设有多个螺栓孔，所述加固半钢套管的另一侧上、在与所述螺栓孔对应的位置设置有与螺栓孔大小相匹配的通孔，两组预制半边钢管构件通过连接壳体相互连接，并且通过安装在螺栓孔和通孔内的螺栓连接副固定。
7.本实施方式中，所述加固半钢套管的高度和连接壳体的高度相匹配。
8.本实施方式中，所述加固半钢套管与连接壳体的固定方式为焊接，所述加固半钢套管与连接壳体接触面的两端焊接形成焊缝。
9.本实施方式中，两个加固半钢套管拼装后、其相对侧边之间沿圆周方向设有间距，所述间距为焊缝高度的2～3倍。
10.本实施方式中，所述连接壳体的外径等于加固半钢套管的内径。
11.本实施方式中，所述螺栓连接副采用高强螺栓连接副。
12.本实施方式中，所述螺栓连接副包括螺杆、垫片和螺帽，所述螺栓孔与螺杆的大小相匹配，所述螺栓孔内螺纹连接有螺杆，所述螺杆的连接端从连接壳体的外侧伸出，两组预制半边钢管构件拼装时，一组加固半钢套管中螺栓孔内的螺杆插入另一组加固半钢套管的通孔内，在每个螺杆上依次套装垫片和螺帽，通过拧紧螺帽，将两组预制半边钢管构件连接固定。
13.由于采用上述结构，本装置具有如下优点：
14.(1)相比新旧混凝土结合面、钢板与混凝土结合面、粘贴纤维增强复合材料与混凝土结合面这种受力薄弱面导致加固效果不好的缺点，本装置利用连接壳体和螺栓抗剪连接方式将两个半圆型加固半钢套管连接成完整的钢套管。通过加固钢套管对新混凝土和原混凝土柱的约束作用，使加固筒体、新混凝土和混凝土柱共同受力，提高柱子的承载能力和变形能力。
15.(2)相比于现有需要在加固现场支护模板、现场焊接或粘结构胶等复杂操作，本装置中预制半边钢管构件中加固半钢套管和连接壳体之间的焊接连接、加固半钢套管和连接壳体的开孔等步骤均在工厂提前完成。加固筒体组装完成后可直接浇筑混凝土，省去了支护模板、现场焊接或粘结构胶等操作，施工方便，节省了人力成本和时间成本，施工质量容易保证。
16.(3)相比现有螺栓连接加固结构中的复杂连接方式，本技术中两个预制半边钢管构件通过螺栓固定连接成整个加固钢套管，其中创新的连接方式包括两点。一是连接区采用一侧工厂焊接一侧现场螺栓连接，避免现场焊接，减少现场螺栓连接数量，减少制作和施工成本。二是从连接壳体内侧往外侧预拧螺杆固定，两个连接单元错位合并，最后在外侧拧紧螺帽即可连接好整个加固钢套管，解决了连接单元合并时无法在钢套管内拧螺母、采用单边螺栓连接副又成本高的问题，大大降低了现场施工难度，能够提高施工速度，节省时间、人力、材料成本。
17.综上所述，本装置利用连接壳体和螺栓抗剪连接方式将两个半圆状加固半钢套管安装在待加固混凝土柱周围，形成完整的加固钢套筒。待加固混凝土柱与加固钢套筒形成填充空间，往填充空间浇筑新混凝土，使加固钢套筒、新混凝土与原结构混凝土柱共同受力。可达到钢套筒的安装过程免现场焊接与焊缝质量检测工序的目的，方便施工，保证连接质量。同时，利用钢套管约束混凝土的力学性能，能够提高混凝土柱的承载力。
附图说明
18.图1是本实用新型预制半边钢管构件的结构示意图。
19.图2是本实用新型加固钢套管的连接结构示意图。
20.图3是本实用新型安装前两个预制半边钢管构件的错位放置图。
21.图4是本实用新型安装到待加固混凝土柱上的示意图。
22.图5是图4中a部的放大示意图。
23.图6是本实用新型加固后的柱立面图。
24.图中，1、加固半钢套管；2、连接壳体；3、螺栓连接副；31、螺杆；32、垫片；33、螺帽；4、焊缝；5、螺栓孔；6、通孔；7、待加固混凝土柱；8、新混凝土。
具体实施方式
25.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
27.如图1-6所示，一种采用螺栓抗剪连接钢套管的加固混凝土柱连接结构，包括钢管结构单元，所述钢管结构单元由两个结构相同的预制半边钢管构件连接而成，所述预制半边钢管构件包括加固半钢套管1、连接壳体2和螺栓连接副3，所述螺栓连接副3包括螺杆31、垫片32和螺帽33。
28.加固半钢套管1、连接壳体2在工厂提前预制，加固半钢套管1为半圆筒型，两个加固半钢套管1可拼装为内径大于待加固混凝土柱的钢套管，本实施例中待加固混凝土柱7的横截面为矩形，所述钢套管的内径大于矩形最长对角线即可；连接壳体2设有与加固半钢套管1相匹配的弧度，连接壳体2的一侧固定在加固半钢套管1的一侧的内侧面上，连接壳体2的另一侧上沿轴向设有多个螺栓孔5，所述加固半钢套管1的另一侧上、在与所述螺栓孔5对应的位置设置有通孔6，所述螺栓孔5内螺纹连接有螺杆31，所述螺杆31的连接端从连接壳体2的外侧伸出；具体的，螺栓孔5与螺杆31的大小相匹配，通孔6的数量、位置与连接壳体2上所开螺栓孔5的数量和位置对应，使得在两组预制半边钢管构件拼装时，一组加固半钢套管1中螺栓孔5内的螺杆31可以插入另一组加固半钢套管1的通孔6内。
29.作为优选，加固半钢套管1和连接壳体2选择钢材制作；
30.如图6，优选的，加固半钢套管1和连接壳体2高度一致，加固半钢套管1的高度小于待加固混凝土柱7的高度，保证预制半边钢管构件顶部与楼板的底部之间留出供混凝土进入的浇筑空间，而连接壳体2上螺栓孔5之间的间距根据加固强度设置；
31.如图1、图2、图5、图6所示，加固半钢套管1与连接壳体2的固定方式为焊接，在加工厂将加固半钢套管1与连接壳体2接触面的两端焊上焊缝4。
32.具体的，加固半钢套管1的制作方法为，首先对半切割一个圆形截面的钢套管，然后在其中的每一半圆形钢套管沿轴向的边缘上切割，减小圆周弧长。所减小的圆周弧长长度可取2～3倍的加固半钢套管1和连接壳体2之间的焊缝4的高度，这样使得两片加固半钢套管1拼合后，两者连接处预留一定距离，从而在连接壳体2与加固半钢套管1焊接后，不会阻碍预制半边钢管构件的拼接。
33.优选的，连接壳体2的外径等于加固半钢套管1的内径，二者的板厚相匹配。连接壳体2焊接在加固半钢套管1上后，其伸出加固半钢套管1的弧长保证螺杆31的安装和固定即可。
34.作为优选，螺栓连接副3选择高强螺栓，高强度螺栓可承受的载荷比同规格的普通螺栓要大，螺栓连接副3的型号根据实际情况选择。
35.如图3所示，使用时，将预制半边钢管构件从工厂运输到待加固混凝土柱7的场地。先将螺杆31拧进每个预制半边钢管构件的螺栓孔5中，螺杆31从连接壳体2的内侧往外侧
拧；然后将两组预制半边钢管构件放置在待加固混凝土柱7的两侧，将待加固混凝土柱7围合在两组预制半边钢管构件之间，将一组预制半边钢管构件的连接壳体2插入另一组预制半边钢管构件的加固半钢套管1内侧，同时将一组预制半边钢管构件上的螺杆31插入另一组预制半边钢管构件的通孔6内并穿出，如图6，待所有螺杆31与插入对应通孔6后，在每个螺杆31上依次套装垫片32和螺帽33，然后拧紧螺帽33，将两组预制半边钢管构件连接固定，这样完成整个加固钢套管的安装。
36.如图4、图6所示，本装置安装完成后，从浇筑空间往预制半边钢管构件内浇筑新混凝土8，待新混凝土8强度达标后即完成加固；新混凝土8分多次浇筑，每次浇筑完后通过振动棒将新混凝土8振捣密实，然后继续下一次浇筑，直至浇筑完成，加固完成后在整个加固钢套管周围设有防锈漆层，防止钢材生锈。
37.上述采用螺栓抗剪连接钢套管的加固混凝土柱连接结构的具体施工方法如下：
38.步骤s1：在工厂预制加固半钢套管1和连接壳体2，并对连接壳体和加固半钢套管进行开孔，然后将连接壳体和加固半钢套管未开孔的一端焊接好，形成预制半边钢管构件；
39.步骤s2：将预制好的预制半边钢管构件从工厂运输至加固场地，然后将螺杆预拧在预制半边钢管构件中的连接壳体上的每个螺栓孔中，螺杆必须连接壳体内侧往外侧拧；
40.步骤s3：将待加固混凝土柱进行打磨，然后将两组预拧好螺杆的预制半边钢管构件放置在待加固混凝土柱两侧，将一组预制半边钢管构件的连接壳体2插入另一组预制半边钢管构件的加固半钢套管1内侧，同时将一组加固半钢套管1上的螺杆31插入另一组加固半钢套管1的通孔6内并穿出，待所有螺杆31与插入对应通孔6后，在每个螺杆31上依次套装垫片32和螺帽33，然后拧紧螺帽33，将两组预制半边钢管构件连接固定，这样完成整个加固钢套管的安装；
41.步骤s4：从浇筑空间往预制半边钢管构件内浇筑新混凝土8，分为多次浇筑，每次浇筑完利用振捣棒将新混凝土振捣密实后再进行下一次浇筑，直至浇筑完成；
42.步骤s5：等新混凝土强度检测达标后即加固完成。
43.步骤s6：加固完成后，在加固钢套管外围粉刷防锈漆，防止加固钢套管腐蚀生锈。
44.以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。