方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土底部强化型柱及作法

摘要

方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土底部强化型柱，属于组合结构技术领域。其包括方钢管（1）、普通混凝土（2）、圆钢管（3）、再生混凝土（4）和加强型高性能混凝土（5）。本发明充分利用不同形状钢管的优势和三种混凝土的特点。方钢管节点设计、施工方便，且利于建筑空间布置；圆钢管套箍约束能力强，采用圆钢管约束再生混凝土，推广了再生混凝土的应用，同时保证了结构性能。在水平荷载作用下，受弯较大的远离中性轴的截面周边部位，采用性能稳定的普通混凝土。在易出现塑性铰的柱底部位，采用加强型高性能混凝土，增强了柱底的塑性转动能力，使得柱端在大震下能够产生较大的弹塑性变形，有效耗散地震能量，提高了构件的抗震性能。

说明书

技术领域

本发明是一种方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土底部强化型柱及作 法，主要应用于建筑结构中的多层及高层建筑的钢管混凝土组合柱。

背景技术

随着建筑工业的高速发展，村镇的拆迁改造与修缮、城市新区和住宅小 区的不断开发和规模化建设以及市政公用设施的新建，都会产生大量的建筑 垃圾。此外，我国部分建筑结构即将到达设计使用年限。据统计，我国每年 的拆除工程占建设工程总量的40%，而每万平方米的拆除工程会产生建筑垃 圾7000吨-12000吨。然而，绝大部分建筑垃圾未经任何处理，便被施工单位 运往郊外或乡村露天堆放或填埋，耗用巨额的征用土地费、垃圾清运费等建 设经费。同时，清运和堆放过程中的遗撒和粉尘、灰砂飞扬等问题又造成了 严重的环境污染。建筑垃圾已经加剧了我国城市土地、资源的紧张局面，严 重影响了社会经济和生态环境的协调发展。

与此同时，对混凝土的需求仍在不断加大，大量的天然砂石骨料由于不 断开采而日趋枯竭，造成生态破坏。目前，我国的混凝土年产量约为15亿吨， 而每年回收的废弃混凝土约为20亿吨。由此可见，研究废弃混凝土的再生利 用迫在眉睫，而且意义重大。

废弃混凝土块经破碎、分级、并按一定的比例混合后形成的骨料称为再 生骨料。利用再生骨料作为部分或全部骨料配制的混凝土称为再生骨料混凝 土，简称再生混凝土。大量研究发现，与普通混凝土相比，再生混凝土具有 强度低，弹性模量低，吸水率高，耐久性差等缺陷。

钢管混凝土是在钢管中填充混凝土而形成的构件，利用钢管对混凝土的 约束作用，使其中的混凝土处于三向受压状态，延迟了混凝土破坏的发生， 从而可大大提高其抗压强度和抗变形能力；借助内填混凝土来增强薄壁钢管 的抗屈曲强度和稳定性，不仅使混凝土的塑性和韧性大为改善，而且可以避 免或延缓钢管发生局部屈曲，两种材料的组合弥补了各自的缺点，从而使钢 管混凝土具有承载力高、塑性和韧性好等优点。实际工程中，常采用圆钢管 与方钢管。其中，圆钢管对核心混凝土约束能力强，承载力高。通过对比试 验发现，在等截面积、等含钢率、等材料强度的条件下，圆钢管混凝土柱比 方钢管混凝土柱承载力提高35%～45%。而方钢管混凝土则克服了圆钢管混凝 土柱节点设计、施工及使用上的不便，已成为钢结构建筑的主要发展方向。

发明内容

本发明的目的在于针对大量建筑垃圾亟待处理的现状，利用不同截面形 状钢管混凝土的特点，提供一种方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土底部强 化型柱及其实现方法，其结构简单、受力性能优越、安全可靠、易于施工， 且利于建筑空间布置。

本发明采用的技术方案是：

该方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土底部强化型柱，其包括方钢管1、 普通混凝土2、圆钢管3、再生混凝土4和加强型高性能混凝土5；在所述方 钢管1的中心设置有圆钢管3；在所述圆钢管3内填充再生混凝土4；在所述 圆钢管3外侧，底部填充加强型高性能混凝土5，上部填充普通混凝土2。

所述的方钢管1截面为正方形，为热轧方钢管，冷拔方钢管，挤压方钢 管或焊接方钢管。

所述的圆钢管3为无缝圆钢管或焊接圆钢管，圆钢管直径与外部方钢管1 边长比值为0.5～0.7。圆钢管可有效约束核心再生混凝土4，可减少甚至抵消 由于再生混凝土材料性能劣化对受力性能的影响。

所述的加强型高性能混凝土5为内部掺入金属纤维、无机纤维或有机纤 维的高性能混凝土，以增强其受力性能，其灌入深度为1至3倍方钢管1边 长。在强震作用下，允许柱端出现塑性铰，在塑性铰区域填充加强的高性能 混凝土，增强了柱端的抗弯能力和变形能力，在塑性铰形成的过程中能吸收 大量的地震能量，可有效降低震害。

根据本发明的技术方案，该方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土底部强 化型柱的制作方法，其制作步骤如下：

1）将方钢管1和圆钢管3分别进行定位安装；

2）在方钢管1和圆钢管3之间浇筑深度为1至3倍方钢管1边长的加强 型高性能混凝土5，养护3天后，浇筑普通混凝土2，进行养护；

3）在圆钢管3内部灌注再生混凝土4，进行养护，成形后即为方钢管混 凝土内置圆钢管再生混凝土底部强化型柱。

方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土底部强化型柱充分利用不同形状钢 管的优势和三种混凝土的特点。方钢管节点设计、施工简便，利于建筑空间 布置。圆钢管约束能力强，内填再生混凝土，推广了再生混凝土的应用，优 化了结构设计，同时保证了结构性能。在水平荷载作用下，受弯较大的远离 中性轴的截面周边部位，采用性能稳定的普通混凝土。在易出现塑性铰的柱 底部位，采用加强的高性能混凝土，增强了柱底的塑性转动能力，使得柱端 在大震下能够产生较大的弹塑性变形，有效地耗散地震能量，提高了构件的 抗震性能。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细说明。

附图说明

图1是方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土底部强化型柱剖面示意图。

其中：1-方钢管，2-普通混凝土，3-圆钢管，4-再生混凝土，5-加强型高性能 混凝土。

具体实施方式

下面结合具体实例对本发明做进一步说明：

实施例

如图1所示，方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土底部强化型柱包括方 钢管1、普通混凝土2、圆钢管3、再生混凝土4和加强型高性能混凝土5； 在所述方钢管1的中心设置有圆钢管3；在所述圆钢管3内填充再生混凝土4； 在所述圆钢管3外侧，底部填充加强型高性能混凝土5，上部填充普通混凝土 2。方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土底部强化型柱及作法是在普通方钢管 混凝土内置圆钢管再生混凝土形成。

圆钢管与方钢管同心布置，由于圆钢管对再生混凝土的约束力沿圆周均 匀分布，对内部混凝土的“套箍作用”强，有效约束了再生混凝土的变形， 可完全弥补再生混凝土由于材料性能劣化对构件承载力和延性的影响，甚至 对构件的整体受力性能产生有利的影响。因此，在不增大构件截面积的情况 下，既满足了承载力和变形能力的要求，又达到了节能环保的目的。

本实施例中的方钢管混凝土内置圆钢管再生混凝土底部强化型柱可以按 如下方法制作：

1）根据实际情况，可采用热轧方钢管，冷拔方钢管，挤压方钢管或焊接 方钢管1；

2）根据实际情况，可采用无缝圆钢管或焊接圆钢管3；

3）定位、固定方钢管1与圆钢管3，使二者形心共点；

4）在方钢管1和圆钢管3之间浇筑深度为1至3倍方钢管1边长的加强 型高性能混凝土5，养护3天后，浇筑普通混凝土2至设计标高，进行养护；

5）在圆钢管3内灌注再生混凝土4，养护成形后即为方钢管混凝土内置 圆钢管再生混凝土底部强化型柱。

以上是本发明的典型实施例，本发明的实施不限于此。