專利名稱：底部帶軟鋼套管的雙功能多腔體鋼管混凝土柱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種底部帶軟鋼套管的雙功能多腔體鋼管混凝土柱，屬于一種新型耗能減震構(gòu)件，主要應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)中的耗能減震控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
社會在發(fā)展進步，人們生活水平也在不斷提高，各種形式的建筑層出不窮，滿足不同使用功能的建筑也應(yīng)運而生。尤其是高層、超高層建筑的大量涌現(xiàn)，這就需要有新的理論和新的技術(shù)來支撐這類建筑的建設(shè)。在這種前提下，多腔體鋼管混凝土結(jié)構(gòu)也就隨之而產(chǎn)生。多腔體鋼管混凝土由鋼管腔體和混凝土兩種材料組成，由于腔體內(nèi)混凝土的作用，鋼管壁板的穩(wěn)定性有很大的提高，延緩或者避免了鋼管壁板過早的發(fā)生局部屈曲；同時鋼管對其核心混凝土的約束作用，使混凝土處于高度復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，從而使混凝土的強度得以提高，塑性和韌性性能得到改善，兩種材料的組合彌補了各自的缺點，使其材料性能得到了充分發(fā)揮。在多腔體鋼管混凝土巨型柱受壓性能試驗中發(fā)現(xiàn)多腔體鋼管混凝土結(jié)構(gòu)性能優(yōu)良的同時也存在一些不足。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在強震作用下，破壞一般發(fā)生在底部，腔體壁板容易發(fā)生局部鼓曲，腔體壁板承載力下降，導(dǎo)致腔體角部焊縫撕裂，對內(nèi)部混凝土約束作用減弱，鋼板向外鼓出部分相應(yīng)部位的核心混凝土嚴重酥碎，而此時其上部結(jié)構(gòu)可能還沒有達到屈服，材料的性能沒有得到充分發(fā)揮，造成了材料的嚴重浪費，大量震害現(xiàn)象也證明了這一點。軟鋼耗能減震技術(shù)和材料的應(yīng)用為建筑的抗震設(shè)計和抗震加固提供了一個嶄新的思路，為聞層和超聞層建筑實現(xiàn)減震控制和抗震性能提聞提供了一個切實有效的途徑。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提高多腔體鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能，延緩或避免由于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)底部鋼板鼓曲，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的破壞，充分發(fā)揮材料的性能。本實用新型為了解決這一問題，提出了底部帶軟鋼套管的雙功能多腔體鋼管混凝土柱及作法。底部帶軟鋼套管的雙功能多腔體鋼管混凝土柱，其特征在于其包括多腔體鋼管I、核心混凝土 2、軟鋼套管3、連接抗剪螺栓4、螺母5和復(fù)合材料層5;在原有由多腔體鋼管I和填充于多腔體鋼管I內(nèi)的核心混凝土 2構(gòu)成的普通多腔體鋼管混凝土柱的外側(cè)底部添加軟鋼套管3，在軟鋼套管3和原有凝土柱的多腔體鋼管I之間嵌入高性能復(fù)合材料層5，多腔體鋼管I與軟鋼套管3之間用抗剪螺栓4連接；軟鋼套管底部應(yīng)伸進基礎(chǔ)并與其錨固。所述混凝土柱截面為矩形；復(fù)合材料層5由聚合物改性水泥混凝土、橡膠細集料水泥混凝土、普通纖維混凝土和水泥基纖維混凝土構(gòu)成。在軟鋼套管3和多腔體鋼管I統(tǒng)一水平高度的相對應(yīng)的位置雙向開有螺栓孔，軟鋼套管上開孔的直徑稍大于螺栓的直徑，連接抗剪螺栓4的直徑不小于軟鋼套管和多腔體鋼管的鋼板厚度；開孔的數(shù)量不少于兩排，每排螺栓孔的水平和豎向間距不大于200mm，保證軟鋼套管3以及多腔體鋼管I和嵌入的復(fù)合材料層5接觸緊密，且同一排不同方向的孔凈距不小于20mm，使能夠連接抗剪螺栓4能夠順利穿過多腔體鋼管I和軟鋼套管3且減小對同一水平截面的削弱；軟鋼套管3的壁厚度不小于內(nèi)管的壁厚；軟鋼套管3和多腔體鋼管I通過連接抗剪螺栓4連接，并且形成預(yù)壓力；所述復(fù)合材料層5的厚度不小于軟鋼套管3的厚度,且不小于20mm。所述軟鋼套管3高出地面或樓面的高度宜為I. 0h，其中h為矩形鋼管截面長邊尺寸，也就是加強鋼管混凝土柱的塑性鉸域，延緩或避免鋼管混凝土柱底部的破壞，提高其抗震承載能力和耗能能力。所述底部帶軟鋼套管的雙功能多腔體鋼管混凝土柱按如下方法制作I)在多腔體鋼管I和軟鋼套管3相對應(yīng)的位置雙向預(yù)留螺栓孔洞；·[0013]2)對多腔體矩形鋼管混凝土柱，在多腔體鋼管I預(yù)留的螺栓孔處的外側(cè)面對應(yīng)位置焊接上相應(yīng)的螺母5 ；3)對多腔體鋼管I和底部軟鋼套管3進行正確的定位，使其同一排上的螺栓孔在同一水平高度上；4)在預(yù)留的螺栓孔洞處穿入連接抗剪螺栓4，通過內(nèi)部的螺母5擰緊連接抗剪螺栓4，完成軟鋼套管3與多腔體鋼管I的連接，然后在軟鋼套管3和多腔體鋼管I之間嵌入復(fù)合材料層5 ；5)在多腔體鋼管I中灌注核心混凝土 2，成型后即為底部帶軟鋼套管的雙功能多腔體鋼管混凝土柱。與普通多腔體鋼管混凝土柱相比，本實用新型具有以下優(yōu)點在多遇地震作用下，多腔體鋼管混凝土受力較小，此時底部軟鋼套管3和多腔體鋼管I在螺栓4壓力作用下摩擦耗能；此時螺栓4的存在不僅提高了其摩擦耗能能力，而且使軟鋼套管3和多腔體鋼管I連為一體，其整體工作性能好，剛度大，強度也大，具有良好的抗震承載能力；在罕遇地震作用下，螺栓4受剪損傷嚴重，多腔體鋼管I和軟鋼套管3的聯(lián)系減弱，共同工作性能退化，多腔體鋼管I、軟鋼套管3開始各自充分發(fā)揮其延性和耗能作用，結(jié)構(gòu)總體剛度減小，自振周期變長，地震作用減小，在鋼管混凝土柱底部增加軟鋼套管3和復(fù)合材料層5后，相當(dāng)于增加了一道抗震防線，提高了結(jié)構(gòu)的安全性。傳統(tǒng)高強度鋼管可以承受較大的荷載作用，但反復(fù)大變形下容易鼓曲或者斷裂破壞。低周反復(fù)荷載試驗研究表明，普通多腔體鋼管混凝土柱的屈服、屈曲和斷裂破壞主要集中于鋼管根部的。在鋼管混凝土柱底部塑性鉸域范圍內(nèi)的外側(cè)加設(shè)軟鋼套管3，并嵌入復(fù)合材料層5，罕遇地震作用下外側(cè)軟鋼套管3首先屈服，消耗地震輸入結(jié)構(gòu)的能量，直至結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞都可以發(fā)揮其抗力和延性作用，起到了防止或延緩高強度鋼板的過早損傷和破壞的作用；由于軟鋼套管3的存在，在多腔體鋼管鋼板焊縫撕裂后，能阻止混凝土的變形，對結(jié)構(gòu)整體受力有利，這也就是底部帶軟鋼套管的雙功能作用。本實用新型中，鋼管混凝土柱先澆筑核心混凝土 2，再擰緊螺栓4產(chǎn)生預(yù)壓力，然后嵌入復(fù)合材料層5 ;軟鋼套管3和多腔體鋼管I連接部位的剛度相對于鋼管內(nèi)部混凝土2剛度較弱，形成了內(nèi)剛外柔的結(jié)構(gòu)，有利于提高這種結(jié)構(gòu)在地震作用下的耗能能力，夠充分發(fā)揮外部軟鋼耗能鋼管3和多腔體鋼管I的耗能能力，使其在地震作用下表現(xiàn)出更優(yōu)異的性能。

圖I是底部帶軟鋼套管的雙功能多腔體鋼管混凝土柱的平面示意圖；圖2是圖I中的A-A剖面圖；圖3是圖I中的B-B剖面圖；其中I-多腔體鋼管，2-核心混凝土，3-軟鋼套管，4-連接抗剪螺栓，5-復(fù)合材料層，6-樓面或地面。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實例對本實用新型做進一步說明實施例I如圖I所示，底部帶軟鋼套管的雙功能多腔體鋼管混凝土柱包括矩形的多腔體鋼管I、核心混凝土 2、軟鋼套管3、連接抗剪螺栓4、螺母5和復(fù)合材料層5。該底部帶軟鋼套管的雙功能多腔體鋼管混凝土柱的剖面圖如圖2和圖3所示。底部帶軟鋼套管的雙功能多腔體鋼管混凝土柱是在普通多腔體鋼管混凝土柱的外側(cè)底部添加軟鋼套管3，軟鋼套管3與原多腔體鋼管I通過連接抗剪螺栓4連接，中間嵌入復(fù)合材料層5 ；軟鋼套管3的高度宜取為I. Oh (h為矩形截面鋼管的長邊尺寸)，也就是加強鋼管混凝土柱的塑性鉸域，延緩或避免鋼管混凝土柱底部的破壞，提高其抗震承載能力和耗能能力；軟鋼套管3沿多腔體鋼管I周圈布置；在軟鋼套管3和多腔體鋼管I相對應(yīng)的位置雙向開孔，開孔的數(shù)量應(yīng)根據(jù)實際工程需要設(shè)置，而且不應(yīng)少于兩排，且每排螺栓孔的水平和豎向間距不應(yīng)大于200mm，以保證軟鋼套管3與多腔體鋼管I接觸緊密，同一排不同方向的孔靜距不應(yīng)小于20mm，使螺栓4順利穿過多腔體鋼管I和軟鋼套管3且減小對同一截面的削弱；軟鋼套管3的厚度不宜小于多腔體鋼管I的壁厚，軟鋼套管3和多腔體鋼管I通過連接抗剪螺栓4連接；所述連接抗剪螺栓4的數(shù)量和直徑應(yīng)根據(jù)實際需要布置，螺栓的直徑不宜小于軟鋼套管3和多腔體鋼管I的鋼板厚度，通過連接抗剪螺栓4將多腔體鋼管I和軟鋼套管3連接為一體，共同工作，完成連接后澆筑混凝土，成型后即為底部帶軟鋼套管的雙功能多腔體鋼管混凝土柱。本實施例中的底部帶軟鋼套管的雙功能多腔體鋼管混凝土柱可以按如下方法制作I)在多腔體鋼管I和軟鋼套管3相對應(yīng)的位置雙向預(yù)留螺栓孔洞，內(nèi)外管的預(yù)留孔洞直徑相同，且相同部位的螺栓孔必須在同一水平高度上，以使連接抗剪螺栓4順利穿過；預(yù)留螺栓孔的數(shù)量和直徑應(yīng)根據(jù)實際工程需要設(shè)置，且不少于兩排，同一排不同方向的孔靜距不應(yīng)小于20mm，連接抗剪螺栓4的直徑不宜小于軟鋼套管3和多腔體鋼管I的厚度；2)對多腔體鋼管I預(yù)留的螺栓孔處的外側(cè)面焊接上相應(yīng)的螺母5 ；3)對多腔體鋼管I和軟鋼套管3進行正確的定位，使它們同一排上的螺栓孔在同一水平高度上；[0033]4)在預(yù)留的螺栓孔洞處穿入連接抗剪螺栓4，通過內(nèi)部的螺母5擰緊，完成多腔體 鋼管I與軟鋼套管3的連接，在軟鋼套管3和多腔體鋼管I之間嵌入復(fù)合材料層5 ；5)在多腔體鋼管I中灌注核心混凝土 2，成型后即為底部帶軟鋼套管的雙功能多腔體鋼管混凝土柱。以上是本實用新型的典型實施例，本實用新型的實施不限于此。
權(quán)利要求1.底部帶軟鋼套管的雙功能多腔體鋼管混凝土柱，其特征在于其包括多腔體鋼管(I)、核心混凝土(2)、軟鋼套管(3)、連接抗剪螺栓(4)、螺母和復(fù)合材料層(5);在原有由多腔體鋼管(I)和填充于多腔體鋼管(I)內(nèi)的核心混凝土(2)構(gòu)成的多腔體鋼管混凝土柱的外側(cè)底部添加軟鋼套管(3)，在軟鋼套管(3)和凝土柱的多腔體鋼管(I)之間嵌入復(fù)合材料層(5)，多腔體鋼管(I)與軟鋼套管(3)之間用抗剪螺栓(4)連接；軟鋼套管(3)底部應(yīng)伸進基礎(chǔ)并與其錨固。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的底部帶軟鋼套管的雙功能多腔體鋼管混凝土柱，其特征在于所述多腔體鋼管(I)以及混凝土柱截面均為矩形。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的底部帶軟鋼套管的雙功能多腔體鋼管混凝土柱，其特征在于在軟鋼套管(3)和多腔體鋼管(I)相對應(yīng)的位置雙向開有螺栓孔，軟鋼套管上開孔的直徑稍大于螺栓的直徑，連接抗剪螺栓(4)的直徑不小于軟鋼套管(3)和多腔體鋼管(I)的鋼板厚度；開孔的數(shù)量不少于兩排，每排螺栓孔的水平和豎向間距不大于200mm，軟鋼套管(3)以及多腔體鋼管(I)和嵌入的復(fù)合材料層(5)接觸緊密，且同一排不同方向的孔凈距不小于20mm，連接抗剪螺栓(4)順利穿過多腔體鋼管(I)和軟鋼套管(3);軟鋼套管(3)的壁厚度不小于多腔體鋼管(I)的壁厚；軟鋼套管(3)和多腔體鋼管(I)通過連接抗剪螺栓(4)連接，并且形成預(yù)壓力；所述復(fù)合材料層(5)的厚度不小于軟鋼套管(3)的厚度，且不小于20mmo
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的底部帶軟鋼套管的雙功能多腔體鋼管混凝土柱，其特征在于所述軟鋼套管(3)高出地面或樓面的高度宜為I. 0h，其中h為矩形的多腔體鋼管(I)截面長邊尺寸。
專利摘要底部帶軟鋼套管的雙功能多腔體鋼管混凝土柱，屬于建筑領(lǐng)域。本實用新型是在普通多腔體鋼管混凝土底部設(shè)置軟鋼套管(3)，在軟鋼套管(3)和多腔體鋼管(1)之間嵌入高性能復(fù)合材料層(5)。在多腔體鋼管混凝土柱底部塑性鉸域外側(cè)加設(shè)軟鋼套管(3)后，軟鋼套管(3)首先屈服，消耗地震輸入結(jié)構(gòu)的能量，直至破壞都可以發(fā)揮其抗力和延性作用，起到了防止和延緩高強度鋼板的過早損傷和破壞。
文檔編號E04C3/34GK202787662SQ20112057540
公開日2013年3月13日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者曹萬林, 王智慧, 惠存, 董宏英, 張建偉 申請人:北京工業(yè)大學(xué)