一种变截面的多重钢管-高强固废混凝土组合柱及其施工方法技术

本发明专利技术提出一种变截面的多重钢管‑高强固废混凝土组合柱及其施工方法，分别对底层柱截面和变截面进行了设计。通过设置多层钢管和多层钢筋笼实现对混凝土多重约束，并在内外钢管间设置若干分腔板，分割内部空间的同时增加各钢管的协同工作能力，在应力集中处设置钢构造以应对不利工况，以上截面设计有效加强了对混凝土的约束作用，缓解了大体积混凝土收缩、水化热问题，增加了构件的冗余度，增强了各部分连接程度和整体性。在变截面时去掉最外层钢管及相应腔体混凝土，并设置钢盖板和延伸部分分腔板，通过内部钢管连续和分腔板部分延续，保证上下柱可靠过渡。钢管内采用高强再生混凝土、镍渣混凝土或钢渣混凝土，以推动高强固废混凝土的工程应用。

【技术实现步骤摘要】
一种变截面的多重钢管-高强固废混凝土组合柱及其施工方法
本专利技术涉及一种变截面的多重钢管-高强固废混凝土组合柱及其施工方法，属于钢-混凝土组合结构

技术介绍
高层或超高层建筑的竖向受力构件常常是变截面的，底层柱的截面往往更大以承担上部建筑传来的巨大荷载，随着高度的提升，力学要求逐渐降低，截面也随之减小。于是需要做好两方面的设计，一是底层柱需要足够的冗余度以应对最不利工况的发生，二是变截面处需要保证荷载的顺利传递和上下柱的可靠连接。在高层或超高层建筑中应用的钢管混凝土柱截面尺寸较大，内部混凝土的长期收缩会对钢管的约束效果和共同工作性能产生不利影响，现行《组合结构设计规范》(JGJ138-2016)中明确规定，直径大于2米的圆钢管混凝土柱应采取有效措施减少钢管内混凝土收缩对受力性能的影响。在外钢管约束作用下，核心区混凝土可采用高强混凝土，进一步地在高强混凝土中部分掺入固废对其力学性能影响不大，但对高强固废混凝土的应用和推广具有示范性意义。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述
技术介绍
中提到的高层或超高层建筑中应用的钢管混凝土柱截面尺寸较大，内部混凝土的长期收缩对钢管的约束效果和共同工作性能产生不利影响的技术问题，提出一种变截面的多重钢管-高强固废混凝土组合柱，目的在于增大钢管混凝土底层柱的约束效果、减少大体积混凝土收缩和实现变截面处平滑过渡，通过设置多层钢管和多层钢筋笼实现对混凝土的多重约束，解决由于截面尺寸过大而约束不足的问题；在内外钢管间设置若干分腔板将内部空间分割成若干腔体，缓解大体积混凝土由于收缩和水化热带来的负面影响；在分腔板与钢管连接处设置厚度更大、强度更高的连接板条或竖向肋板，以应对极端荷载作用下此连接处的复杂应力传递；在分腔板和内部钢管上开设连通孔以沟通各腔体间的混凝土，在钢管内外壁设置环向加劲肋以加强界面的连接程度；在变截面处去掉最外层钢管及相应腔体混凝土并设置钢盖板和部分延伸分腔板，实现上下柱的可靠过渡。本专利技术提出一种变截面的多重钢管-高强固废混凝土组合柱的施工方法，具体包括以下步骤：(1)预制工作：首先在中钢管、内钢管和分腔板上开设连通孔，在内钢管相应位置焊接若干连接板条、竖向肋板和环向肋板，交接处保持连接板条和竖向肋板的完整，断开环向肋板；相同顺序完成在外钢管和中钢管上连接板条、竖向肋板和环向肋板焊接工作；完成外钢筋笼和内钢筋笼的绑扎制作，并通过定位钢筋将二者绑扎在一起，以上工作在工厂预制；(2)现场施工：在施工现场首先定位内钢管，之后依次定位中钢管和外钢管，然后在连接板条上焊接相应的分腔板，使各钢管形成整体，将外钢筋笼和内钢筋笼放入内钢管中，最后在各腔体中浇筑混凝土；(3)第一次变截面时，去掉外钢管及相应腔体混凝土，在外钢管顶面与中钢管之间横向设置钢盖板，在钢盖板之上的中钢管外侧继续焊接一段连接板条，使连接板与连接板条焊接，最后变截面处的腔体混凝土通过钢盖板的浇筑孔完成浇筑。(4)第二次变截面处去掉中钢管及相应腔体混凝土，其余施工步骤与步骤(3)一致。本专利技术提出一种所述的变截面的多重钢管-高强固废混凝土组合柱，包括外钢管、中钢管、内钢管、分腔板、连接板条、竖向肋板、环向肋板、外钢筋笼、内钢筋笼、混凝土、钢盖板和连接板，所述外钢管、中钢管和内钢管从外到内依次以同心圆的形式嵌套，外钢管、中钢管和内钢管的各钢管间垂直设置有若干分腔板，其通过连接板条与相邻钢管焊接，在内钢管内壁垂直焊接若干竖向肋板，在外钢管内壁、中钢管和内钢管内外壁水平焊接若干环向肋板，所述内钢管内部为外钢筋笼、内钢筋笼和混凝土形成的钢筋混凝土，在第一次变截面处去掉外钢管及相应腔体内混凝土，第二次变截面处去掉中钢管及相应腔体内混凝土，变截面处水平设置钢盖板，竖向设置连接板条和连接板。优选地，所述外钢管、中钢管、内钢管、分腔板、连接板条、竖向肋板、环向肋板、钢盖板和连接板所用钢材强度不低于Q345。优选地，所述外钢管直径不低于2.5m。优选地，所述分腔板厚度不超过其所连接较大钢管厚度的一半，所述分腔板上开设若干连通孔。优选地，所述连接板条宽度不低于其所连接分腔板厚度的2倍，所述连接板条厚度不低于其所连接分腔板厚度。优选地，所述竖向肋板的厚度不超过内钢管厚度，所述竖向肋板的宽度不少于其厚度的3倍。优选地，所述环向肋板的厚度不超过其所连接钢管的厚度，所述环向肋板的宽度不少于其厚度的2倍，所述环向肋板应沿高度方向布置在变截面位置和梁柱节点位置。优选地，所述混凝土为高强再生混凝土、镍渣混凝土、钢渣混凝土、高强混凝土或其它高性能混凝土，强度等级不低于C60。优选地，所述钢盖板厚度不低于其所连较大钢管的厚度，所述钢盖板上开设浇筑孔和透气孔。本专利技术提出的变截面的多重钢管-高强固废混凝土组合柱及其施工方法，主要进行了底层柱的截面设计和变截面设计，通过设置多层钢管和多层钢筋笼实现对混凝土的多重约束，并在内外钢管间设置若干分腔板，分割内部空间的同时，增加各钢管的协同工作能力，并在应力集中处设置钢构造以应对不利工况，在变截面时去掉最外层钢管及相应腔体混凝土，实现上下柱的可靠过渡，钢管内采用高强再生混凝土、镍渣混凝土或钢渣混凝土，以推动高强固废混凝土的应用和发展。综合来看，该组合构件具有以下优势：(1)有效加强对混凝土的约束作用。从外到内依次设置多层钢管和多层钢筋笼，使核心区混凝土处于多重约束状态，在各层钢管间设置分腔板，使各腔体混凝土处于密闭约束状态，解决由于截面尺寸过大而钢管约束不足的问题；(2)缓解大体积混凝土收缩、水化热问题。一方面多层钢管和分腔板将内部混凝土分割为多个部分，另一方面掺入的再生骨料，在混凝土水化过程中先吸收水后释放水，起到“缓释”自由水的作用，可缓解大体积混凝土由于收缩和水化热带来的负面影响，而掺入工业固废，其微膨胀作用也可缓解大体积混凝土收缩问题；(3)极大增加了构件的冗余度。在不同工况下，分腔板与钢管连接处的应力传递更复杂，容易出现应力集中和相对薄弱处，需要设置厚度更大、强度更高的连接板条或竖向肋板，以应对此连接处的复杂应力传递，在变截面位置和梁柱节点位置则设置若干环向肋板以应对界面处剪力的集中传递；(4)增强各部分的连接程度和构件的整体性。各钢管通过分腔板相连为整体，在内部钢管和分腔板上开设连通孔以沟通各腔体间的混凝土，增加混凝土的整体性，在钢管内外壁设置环向加劲肋以加强钢管和混凝土界面的连接程度；(5)保证变截面处传力顺畅、连接可靠。随着高度增加，承载力需求降低时可去掉最外层钢管及相应腔体混凝土并设置钢盖板和延伸部分分腔板，实现变截面设计，通过内部钢管的连续和分腔板的部分延续，保证上下柱的可靠过渡。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术所述的变截面的多重钢管-高强固废混凝土组合柱的立体示意图；图2为所述的变截面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变截面的多重钢管-高强固废混凝土组合柱的施工方法，其特征在于，具体包括以下步骤：/n(1)预制工作：首先在中钢管(2)、内钢管(3)和分腔板(4)上开设连通孔，在内钢管(3)相应位置焊接若干连接板条(5)、竖向肋板(6)和环向肋板(7)，交接处保持连接板条(5)和竖向肋板(6)的完整，断开环向肋板(7)；相同顺序完成在外钢管(1)和中钢管(2)上连接板条(5)、竖向肋板(6)和环向肋板(7)焊接工作；完成外钢筋笼(8)和内钢筋笼(9)的绑扎制作，并通过定位钢筋将二者绑扎在一起，以上工作在工厂预制；/n(2)现场施工：在施工现场首先定位内钢管(3)，之后依次定位中钢管(2)和外钢管(1)，然后在连接板条(5)上焊接相应的分腔板(4)，使各钢管形成整体，将外钢筋笼(8)和内钢筋笼(9)放入内钢管(3)中，最后在各腔体中浇筑混凝土(10)；/n(3)第一次变截面时，去掉外钢管(1)及相应腔体混凝土，在外钢管(1)顶面与中钢管(2)之间横向设置钢盖板(11)，在钢盖板(11)之上的中钢管(2)外侧继续焊接一段连接板条(5)，使连接板(12)与连接板条(5)焊接，最后变截面处的腔体混凝土通过钢盖板(11)的浇筑孔完成浇筑；/n(4)第二次变截面处去掉中钢管(2)及相应腔体混凝土，其余施工步骤与步骤(3)一致。/n...

【技术特征摘要】
1.一种变截面的多重钢管-高强固废混凝土组合柱的施工方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)预制工作：首先在中钢管(2)、内钢管(3)和分腔板(4)上开设连通孔，在内钢管(3)相应位置焊接若干连接板条(5)、竖向肋板(6)和环向肋板(7)，交接处保持连接板条(5)和竖向肋板(6)的完整，断开环向肋板(7)；相同顺序完成在外钢管(1)和中钢管(2)上连接板条(5)、竖向肋板(6)和环向肋板(7)焊接工作；完成外钢筋笼(8)和内钢筋笼(9)的绑扎制作，并通过定位钢筋将二者绑扎在一起，以上工作在工厂预制；
(2)现场施工：在施工现场首先定位内钢管(3)，之后依次定位中钢管(2)和外钢管(1)，然后在连接板条(5)上焊接相应的分腔板(4)，使各钢管形成整体，将外钢筋笼(8)和内钢筋笼(9)放入内钢管(3)中，最后在各腔体中浇筑混凝土(10)；
(3)第一次变截面时，去掉外钢管(1)及相应腔体混凝土，在外钢管(1)顶面与中钢管(2)之间横向设置钢盖板(11)，在钢盖板(11)之上的中钢管(2)外侧继续焊接一段连接板条(5)，使连接板(12)与连接板条(5)焊接，最后变截面处的腔体混凝土通过钢盖板(11)的浇筑孔完成浇筑；
(4)第二次变截面处去掉中钢管(2)及相应腔体混凝土，其余施工步骤与步骤(3)一致。


2.一种如权利要求1所述的变截面的多重钢管-高强固废混凝土组合柱，其特征在于，包括外钢管(1)、中钢管(2)、内钢管(3)、分腔板(4)、连接板条(5)、竖向肋板(6)、环向肋板(7)、外钢筋笼(8)、内钢筋笼(9)、混凝土(10)、钢盖板(11)和连接板(12)，所述外钢管(1)、中钢管(2)和内钢管(3)从外到内依次嵌套，外钢管(1)、中钢管(2)和内钢管(3)的各钢管间垂直设置有若干分腔板(4)，其通过连接板条(5)与相邻钢管焊接，在内钢管(3)内壁垂直焊接若干竖向肋板(6)，在外钢管(1)内壁、中钢管(2)和内钢管(3)内外壁水平焊接若干环向肋板(7)，所述内钢管(3)内部为外钢筋笼(8)、内钢筋笼(9)和混凝土(10)形成的钢筋混凝土，在第...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉银，陈学鹏，耿悦，张欢，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23