【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于结构柱领域，特别涉及一种预约束块材钢管柱及验算方法和施工方法。
技术介绍
1、在建设工程中，框架柱、桥墩柱等经常使用结构柱。结构柱是建筑结构和桥梁的重要组成部分，不但承受竖向荷载，而且承受地震和风作用下梁板传来的水平力。结构柱经常采用钢管混凝土柱，为混凝土、钢筋与钢管组成。这需要用到大量的石、砂、水泥材料。据统计，我国建设用石占混凝土质量近1/2，其使用遍及建筑、交通和铁路等众多行业。据测算，现全国每年仅建设用石量约为40多亿吨，是消耗自然资源最大的材料。目前合乎钢筋混凝土结构所要求的天然砂石已经难以满足工程需要，在实际工程中大量使用机制砂和机制石，通常采用振动给料机、颚式破碎机、制砂机、振动筛和胶带传输机等设备对天然石进行加工，把天然石块粉碎成小粒径石子或砂。在这个过程需要消耗较高的电力、运输、人工，而且产生许多粉尘。这对我们资源和环境带来较大的压力。如何在结构柱中减少水泥、小粒径砂、石的应用，对我国工程建设和节能环保有着重要意义。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提供了一种预约束块材钢管柱及验算方法和施工方法，可用于房屋建筑的柱和桥墩柱，解决了结构柱中使用过多水泥、小粒径砂、石的问题，并解决了块材与钢筋与聚合物协同受力的问题。本专利技术通过结构柱内置预约束块材，有效减少水泥、小粒径砂、石用量，减少水化热、减少粉尘；通过约束笼提升块材和聚合物的连接和受力，实现柱的力学性能。本技术具有性能可靠、构造简单、施工快捷、绿色环保等优势。
2、为实现
3、一种预约束块材钢管柱，包括预约束块材、聚合物和柱钢管；所述预约束块材包括块材和约束笼；所述块材在约束笼内；所述约束笼包括笼架和约束笼孔洞；所述预约束块材被柱钢管包围；所述聚合物包裹预约束块材并填充预约束块材和柱钢管之间的间隙。
4、优选的，所述块材为石块、钢筋混凝土块、混凝土块或水泥砂浆块；所述聚合物为水泥浆、水泥砂浆或混凝土；所述约束笼在底端封闭或两端封闭；所述约束笼孔洞的尺寸小于该处块材的尺寸；所述笼架包括侧壁架和端部封闭件；所述端部封闭件为侧壁架延伸形成或为专用的端部封闭件；所述专用的端部封闭件与所述侧壁架连接为一体；所述约束笼孔洞处有聚合物，使约束笼内的聚合物和约束笼外的聚合物连接为一体。
5、优选的，所述约束笼为约束筋笼或网格笼；所述约束筋笼的笼架由约束筋组成；所述约束筋为钢筋或钢丝或frp筋；所述网格笼的笼架由金属网或带孔洞的钢板组成。
6、优选的，所述约束筋笼的约束筋包括竖向筋、横向筋和/或斜向筋；所述约束筋笼的端部封闭件由竖向筋或斜向筋在端部固定连接或弯折形成或为独立的端部封闭件；所述独立的端部封闭件与竖向筋或斜向筋固定连接。
7、优选的，所述笼架有多个子空间；所述子空间相互独立，内放置有块材。
8、优选的，所述子空间是笼架被块材隔离件分割形成；所述块材隔离件为钢筋网片或带孔钢板组成，与侧壁架固定连接；所述钢筋网片的空隙小于块材的尺寸；所述带孔钢板的孔洞尺寸小于块材的尺寸；所述块材隔离件纵向和/或横向和/或竖向布置。
9、优选的，所述预约束块材有多个；所述预约束块材之间设置定位件；所述聚合物充满预约束块材之间的间隙。
10、优选的，所述柱钢管内有柱钢筋笼；所述柱钢筋笼包括柱竖向筋和柱横向筋；所述柱竖向筋沿着横向间隔布置；所述柱横向筋沿着竖向间隔布置；所述预约束块材被柱钢筋笼包围；所述聚合物包裹预约束块材和柱钢筋笼，并填充预约束块材、柱钢筋笼和柱钢管之间的间隙。
11、一种预约束块材钢管柱的轴压承载力验算方法，具体步骤如下：
12、步骤1，确定块材几何尺寸、强度及在约束笼中的布置；确定块材横截面面积；确定约束笼的布置；确定块材聚合物的强度参数；确定块材聚合物的横截面面积；所述块材聚合物是聚合物与块材形成的混合物，或聚合物与预约束块材形成的混合物；确定柱钢管的型钢或钢板尺寸、钢材强度参数；
13、步骤2，可按照下式进行验算：
14、n≤nc
15、nc＝βf′cac+f′aaa
16、
17、式中：n——预约束块材钢管柱轴力设计值；
18、nc——预约束块材钢管柱轴向承载力设计值；
19、f′c——块材聚合物抗压强度设计值；
20、fc1——块材抗压强度设计值；
21、fc2——聚合物抗压强度设计值；
22、f′a——柱钢管的抗压强度设计值；
23、ac——预约束块材钢管柱横截面面积；
24、ac1——块材横截面面积；
25、ac2——聚合物横截面面积；
26、aa——柱钢管的型钢或钢板横截面面积；
27、α1——强度折减系数，考虑块材界面、聚合物强度等因素确定，0.3～1.0；
28、β——钢管柱约束效应系数，取1.0～2.0。
29、公式中的强度参数按照现有国家标准取值或通过实验取值，几何参数按照实际尺寸或名义尺寸取值，重复步骤1～步骤2，将柱轴压承载力与结构依据实际工况荷载计算所得的最大轴压力进行对比，大于最大轴压力即可。
30、一种预约束块材钢管柱的施工方法，施工步骤如下：
31、步骤一、准备柱钢管、约束筋、块材的原材料、聚合物的原材料；按照设计要求，把聚合物的原材料搅拌为一体，形成聚合物；
32、步骤二、加工约束筋至预定长度和形状，加工为约束笼；把块材原料分割为预定大小的块材；去除块材表面浮尘，并按粒径对块材进行分类；把块材放入约束笼，形成预约束块材；
33、步骤三、加工柱钢管的原材料至预定长度和形状，并连接为柱钢管；
34、步骤四、现场对柱钢管就位、调平、临时固定，安装柱钢管；
35、步骤五、把预约束块材通过加劲钢板的洞口放置在柱钢管中；
36、步骤六、浇筑聚合物进入柱钢管，使预约束块材和聚合物混合为整体，聚合物充满柱钢管；
37、步骤七，养护聚合物到预定强度，使预约束块材、聚合物和柱钢管形成整体。
38、一种预约束块材钢管柱的施工方法，施工步骤如下：
39、步骤一、准备柱钢管、约束筋、块材、柱钢筋的原材料、聚合物的原材料；按照设计要求，把聚合物的原材料搅拌为一体，形成聚合物；加工柱钢筋至预定长度和形状；绑扎或焊接柱钢筋为柱钢筋笼；
40、步骤二、加工约束筋至预定长度和形状，加工为约束笼；把块材原料分割为预定大小的块材；去除块材表面浮尘，并按粒径对块材进行分类；把块材放入约束笼，形成预约束块材；
41、步骤三、加工柱钢管的原材料至预定长度和形状，并连接为柱钢管；
42、步骤四、现场对柱钢管就位、调平、临时固定，安装柱钢管；
43、步骤五、把柱钢筋笼放置在柱钢管中，把预约束块材通过加劲钢板的洞口放置在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种预约束块材钢管柱，其特征在于：包括预约束块材(9)、聚合物(3)和柱钢管(5)；所述预约束块材(9)包括块材(1)和约束笼(2)；所述块材(1)在约束笼(2)内；所述约束笼(2)包括笼架(2.1)和约束笼孔洞(2.2)；所述预约束块材(9)被柱钢管(5)包围；所述聚合物(3)包裹预约束块材(9)并填充预约束块材(9)和柱钢管(5)之间的间隙。
2.根据权利要求1所述的预约束块材钢管柱，其特征在于：所述块材(1)为石块、钢筋混凝土块、混凝土块或水泥砂浆块；所述聚合物(3)为水泥浆、水泥砂浆或混凝土；所述约束笼(2)在底端封闭或两端封闭；所述约束笼孔洞(2.2)的尺寸小于该处块材(1)的尺寸；所述笼架(2.1)包括侧壁架(2.1.1)和端部封闭件(2.1.2)；所述端部封闭件(2.1.2)为侧壁架(2.1.1)延伸形成或为专用的端部封闭件(2.1.2)；所述专用的端部封闭件(2.1.2)与所述侧壁架(2.1.1)连接为一体；所述约束笼孔洞(2.2)处有聚合物(3)，使约束笼(2)内的聚合物(3)和约束笼(2)外的聚合物(3)连接为一体。
3.根据权利要
4.根据权利要求3所述的预约束块材钢管柱，其特征在于：所述约束筋笼的约束筋(4)包括竖向筋(4.1)、横向筋(4.2)和/或斜向筋(4.3)；所述约束筋笼的端部封闭件(2.1.2)由竖向筋(4.1)或斜向筋(4.3)在端部固定连接或弯折形成或为独立的端部封闭件(2.1.2)；所述独立的端部封闭件(2.1.2)与竖向筋(4.1)或斜向筋(4.3)固定连接。
5.根据权利要求1所述的预约束块材钢管柱，其特征在于：所述笼架(2.1)有多个子空间；所述子空间相互独立，内放置有块材(1)。
6.根据权利要求5所述的预约束块材钢管柱，其特征在于：所述子空间是笼架(2.1)被块材隔离件(7)分割形成；所述块材隔离件(7)为钢筋网片或带孔钢板组成，与侧壁架(2.1.1)固定连接；所述钢筋网片的空隙小于块材(1)的尺寸；所述带孔钢板的孔洞尺寸小于块材(1)的尺寸；所述块材隔离件(7)纵向和/或横向和/或竖向布置。
7.根据权利要求1所述的预约束块材钢管柱，其特征在于：所述预约束块材(9)有多个；所述预约束块材(9)之间设置定位件(8)；所述聚合物(3)充满预约束块材(9)之间的间隙。
8.根据权利要求1所述的预约束块材钢管柱，其特征在于；所述柱钢管(5)内有柱钢筋笼(6)；所述柱钢筋笼(6)包括柱竖向筋(6.1)和柱横向筋(6.2)；所述柱竖向筋(6.1)沿着横向间隔布置；所述柱横向筋(6.2)沿着竖向间隔布置；所述预约束块材(9)被柱钢筋笼(6)包围；所述聚合物(3)包裹预约束块材(9)和柱钢筋笼(6)，并填充预约束块材(9)、柱钢筋笼(6)和柱钢管(5)之间的间隙。
9.一种预约束块材钢管柱的轴压承载力验算方法，其特征在于，具体步骤如下：
10.根据权利要求1-7中任意一项所述的预约束块材钢管柱的施工方法，其特征在于，施工步骤如下：
11.根据权利要求8中所述的预约束块材钢管柱的施工方法，其特征在于，施工步骤如下：
...【技术特征摘要】
1.一种预约束块材钢管柱，其特征在于：包括预约束块材(9)、聚合物(3)和柱钢管(5)；所述预约束块材(9)包括块材(1)和约束笼(2)；所述块材(1)在约束笼(2)内；所述约束笼(2)包括笼架(2.1)和约束笼孔洞(2.2)；所述预约束块材(9)被柱钢管(5)包围；所述聚合物(3)包裹预约束块材(9)并填充预约束块材(9)和柱钢管(5)之间的间隙。
2.根据权利要求1所述的预约束块材钢管柱，其特征在于：所述块材(1)为石块、钢筋混凝土块、混凝土块或水泥砂浆块；所述聚合物(3)为水泥浆、水泥砂浆或混凝土；所述约束笼(2)在底端封闭或两端封闭；所述约束笼孔洞(2.2)的尺寸小于该处块材(1)的尺寸；所述笼架(2.1)包括侧壁架(2.1.1)和端部封闭件(2.1.2)；所述端部封闭件(2.1.2)为侧壁架(2.1.1)延伸形成或为专用的端部封闭件(2.1.2)；所述专用的端部封闭件(2.1.2)与所述侧壁架(2.1.1)连接为一体；所述约束笼孔洞(2.2)处有聚合物(3)，使约束笼(2)内的聚合物(3)和约束笼(2)外的聚合物(3)连接为一体。
3.根据权利要求1所述的预约束块材钢管柱，其特征在于：所述约束笼(2)为约束筋笼或网格笼；所述约束筋笼的笼架(2.1)由约束筋(4)组成；所述约束筋(4)为钢筋或钢丝或frp筋；所述网格笼的笼架(2.1)由金属网或带孔洞的钢板组成。
4.根据权利要求3所述的预约束块材钢管柱，其特征在于：所述约束筋笼的约束筋(4)包括竖向筋(4.1)、横向筋(4.2)和/或斜向筋(4.3)；所述约束筋笼的端部封闭件(2.1.2)由竖向筋(4.1)或斜向筋(4.3)在端部固定连接或弯折形成或为...
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