内设局部约束的高强化再生混合钢管砼抗震柱及施工工艺

摘要

本发明公开了内设局部约束的高强化再生混合钢管砼抗震柱及施工工艺，其中，所述钢管内部上、下两端七分之一或五分之一高度范围内分别均匀设置横向箍筋，钢管内部交替浇筑高强度等级新混凝土和投放低强度等级废旧混凝土块体，高强度等级新混凝土的抗压强度大于低强度等级废旧混凝土抗压强度30~90MPa。本发明的内设局部约束的高强化再生混合钢管砼抗震柱，一方面通过增强柱上、下两端的横向约束，使得在用钢量相同的情况下柱的抗震性能明显提高；另一方面通过将低强度等级废旧混凝土块体与高强度等级新混凝土混合使用，使得前者可以应用于混凝土强度要求较高的构件和结构，从而大大拓展了低强度等级废旧混凝土的应用范围。

说明书

技术领域

    本发明涉及废旧混凝土循环利用技术领域，具体涉及内设局部约束的高强化再生混合钢管砼抗震柱及施工工艺。

背景技术

钢管混凝土柱是一种非常合理的组合构件，它在土木建筑领域被广泛使用。一方面钢管混凝土柱的制作不需要模板，提高了施工效率；另一方面钢管混凝土柱的抗震性能明显优于常规钢筋混凝土柱。大量震害调查和试验研究发现，非短柱的钢管混凝土柱的地震破坏主要集中在柱上、下两端，而其余大部分柱身几乎完好，即柱身的材料性能实际上并未得到充分发挥。因此，在用钢量保持不变的情况下，可以通过调整材料布局（即加大柱上、下两端的用钢比例，同时减少其余大部分柱身的用钢比例）对钢管混凝土柱做进一步优化，进而提高其抗震性能，但目前还鲜见此类技术。

由于天然砂石的开采破坏环境且储量日渐减少，废旧混凝土作为一种宝贵的“特殊资源”，其循环再生利用已越来越引起国内外广泛关注。但废旧混凝土建造年代较早，强度等级普遍偏低，以往也只是与强度等级接近的新混凝土混合使用，应用范围受到很大限制（如无法直接应用于高层、重载等结构），如何有效拓展低强度等级废旧混凝土的应用范围是一个亟待解决的问题。本发明发现将低强度等级废旧混凝土块体与高强度等级新混凝土混合使用，不失为一种解决该问题的有效途径。

综上所述，现有技术存在钢管混凝土抗震柱材料布局不够合理，以及低强度等级废旧混凝土的应用范围亟待拓展等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供内设局部约束的高强化再生混合钢管砼抗震柱及施工工艺，一方面通过适当降低钢管混凝土柱的钢管壁厚，同时增强柱上、下两端的横向约束，使得在用钢量相同的情况下柱的抗震性能明显提高；另一方面通过将低强度等级废旧混凝土块体与高强度等级新混凝土混合使用，使得前者可以应用于混凝土强度要求较高的构件和结构，从而大大拓展了低强度等级废旧混凝土的应用范围。

本发明实现上述目的的技术方案为：

内设局部约束的高强化再生混合钢管砼抗震柱，在钢管内部上、下两端设置横向箍筋，所述钢管截面为圆形或多边形；圆形截面对应的横向箍筋分别均匀设置在钢管下端七分之一高度范围内和钢管上端七分之一高度范围内，多边形截面对应的横向箍筋分别均匀设置在钢管下端五分之一高度范围内和钢管上端五分之一高度范围内；钢管内部交替浇筑高强度等级新混凝土和投放低强度等级废旧混凝土块体，高强度等级新混凝土的抗压强度大于低强度等级废旧混凝土抗压强度30~90MPa。

进一步优化实施的，所述低强度等级废旧混凝土块体为旧有建筑物、构筑物、道路、桥梁或堤坝拆除并去除保护层和全部或部分钢筋之后的废旧混凝土块体。

进一步优化实施的，所述高强度等级新混凝土为天然骨料混凝土或再生骨料混凝土，且抗压强度不小于60MPa。

进一步优化实施的，所述低强度等级废旧混凝土块体的特征尺寸不低于100mm，且低强度等级废旧混凝土块体与高强度等级新混凝土的质量比为1:4~1:1。

上述内设局部约束的高强化再生混合钢管砼抗震柱的施工工艺，包括以下步骤：

（1）将若干横向箍筋与两根纵向架立筋点焊成一体，再吊起两根纵向架立筋，钢管截面为圆形时将若干横向箍筋分别均匀置于钢管内部下端七分之一高度范围内和上端七分之一高度范围内，钢管截面为多边形时将若干横向箍筋分别均匀置于钢管内部下端五分之一高度范围内和上端五分之一高度范围内，然后将两根纵向架立筋与钢管内壁点焊；

（2）提前将低强度等级废旧混凝土块体充分湿润，投放时首先在钢管底部灌入约20mm厚的高强度等级新混凝土，然后将湿润的低强度等级废旧混凝土块体与高强度等级新混凝土交替放入钢管内部并充分振捣，直至浇筑完成，使得低强度等级废旧混凝土块体与高强度等级新混凝土均匀混合成一体。

本发明相对于现有技术具有如下的优点：

(1)通过在钢管内部上、下两端分别设置横向箍筋，进一步加强钢管混凝土柱的端部约束，使得在用钢量相同的情况下钢管混凝土柱的抗震性能明显提高。

(2)利用低强度等级废旧混凝土块体与高强度等级新混凝土制作高强化再生混合钢管混凝土柱，可将低强度等级废旧混凝土应用到混凝土强度要求较高的构件和结构中，扩大了低强度等级废旧混凝土的使用范围。

(3)利用废旧混凝土块体进行浇筑，大大简化了废旧混凝土循环利用时的破碎、筛分、净化等处理过程，节省了大量人力、时间和能源,可实现废旧混凝土的高效循环利用。

附图说明

图1a、图1b分别为实施例1的内设局部约束的高强化再生混合钢管砼抗震柱的横向剖面示意图和纵向剖面示意图。

图2a、图2b分别为实施例2的内设局部约束的高强化再生混合钢管砼抗震柱的横向剖面示意图和纵向剖面示意图。

图3a、图3b分别为实施例3的内设局部约束的高强化再生混合钢管砼抗震柱的横向剖面示意图和纵向剖面示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

参见图1a、图1b，本发明的内设局部约束的高强化再生混合钢管砼抗震柱包括钢管1、高强度等级新混凝土2、低强度等级废旧混凝土块体3、横向箍筋4、纵向架立筋5。所述钢管截面为圆形，外径300mm，壁厚5mm，钢管长度3000mm，钢材牌号Q235，实测屈服强度269.8MPa，抗拉强度407.7MPa，钢管内部交替浇筑强度等级70MPa的新混凝土和投放强度等级30MPa的废旧混凝土块体，高强度等级新混凝土的抗压强度大于低强度等级废旧混凝土抗压强度40MPa，高强度等级新混凝土与低强度等级废旧混凝土组合后抗压强度48.8MPa。在钢管下端七分之一高度范围内和钢管上端七分之一高度范围内分别均匀设置13根横向箍筋，箍筋采用直径12mm的HRB335级钢筋，箍筋间距33mm。纵向架立筋采用直径8mm的HRB335级钢筋，长度3000mm。低强度等级废旧混凝土块体为一座旧有建筑物拆除并去除保护层和全部钢筋之后的废旧混凝土块体；高强度等级新混凝土为天然骨料混凝土。低强度等级废旧混凝土块体的特征尺寸为100~200mm，且低强度等级废旧混凝土块体与高强度等级新混凝土的质量比为1:1.5。

上述内设局部约束的高强化再生混合钢管砼抗震柱的施工工艺，包括以下步骤：

（1）将26根横向箍筋与两根纵向架立筋点焊成一体，再吊起两根纵向架立筋，使13根横向箍筋置于钢管内部下端七分之一高度范围内，另外13根横向箍筋置于上端七分之一高度范围内，然后将两根纵向架立筋与钢管内壁点焊；

（2）提前将低强度等级废旧混凝土块体充分湿润，投放时首先在钢管底部灌入约20mm厚的高强度等级新混凝土，然后将湿润的低强度等级废旧混凝土块体与高强度等级新混凝土交替放入钢管内部并充分振捣，直至浇筑完成，使得低强度等级废旧混凝土块体与高强度等级新混凝土均匀混合成一体。

    同时取外径300mm、壁厚6mm、长度3000mm的相同材料圆钢管，不设横向箍筋，制作无局部约束的高强化再生混合钢管砼柱。研究得出，本实施例中内设局部约束的高强化再生混合钢管砼抗震柱的极限位移角约5.2%，无局部约束的高强化再生混合钢管砼柱的极限位移角约4.4%，两者均完全满足现行抗震规范有关框架柱层间位移角的限值要求。通过计算可知两种柱的用钢量几乎相同，但前者比后者抗震性能提高了约18%。

实施例2：

参见图2a、图2b，本发明的内设局部约束的高强化再生混合钢管砼抗震柱包括钢管1、高强度等级新混凝土2、低强度等级废旧混凝土块体3、横向箍筋4、纵向架立筋5。所述钢管截面为圆形，外径300mm，壁厚5mm，钢管长度3000mm，钢材牌号Q235，实测屈服强度269.8MPa，抗拉强度407.7MPa，钢管内部交替浇筑强度等级110MPa的新混凝土和投放强度等级30MPa的废旧混凝土块体，高强度等级新混凝土的抗压强度大于低强度等级废旧混凝土抗压强度80MPa，高强度等级新混凝土与低强度等级废旧混凝土组合后抗压强度66.7MPa。在钢管下端七分之一高度范围内和钢管上端七分之一高度范围内分别均匀设置13根横向箍筋，箍筋采用直径12mm的HRB335级钢筋，箍筋间距33mm。纵向架立筋采用直径8mm的HRB335级钢筋，长度3000mm。低强度等级废旧混凝土块体为一座旧有建筑物拆除并去除保护层和全部钢筋之后的废旧混凝土块体；高强度等级新混凝土为天然骨料混凝土。低强度等级废旧混凝土块体的特征尺寸为100~200mm，且低强度等级废旧混凝土块体与高强度等级新混凝土的质量比为1:2。

上述内设局部约束的高强化再生混合钢管砼抗震柱的施工工艺，包括以下步骤：

（1）将26根横向箍筋与两根纵向架立筋点焊成一体，再吊起两根纵向架立筋，使13根横向箍筋置于钢管内部下端七分之一高度范围内，另外13根横向箍筋置于上端七分之一高度范围内，然后将两根纵向架立筋与钢管内壁点焊；

（2）提前将低强度等级废旧混凝土块体充分湿润，投放时首先在钢管底部灌入约20mm厚的高强度等级新混凝土，然后将湿润的低强度等级废旧混凝土块体与高强度等级新混凝土交替放入钢管内部并充分振捣，直至浇筑完成，使得低强度等级废旧混凝土块体与高强度等级新混凝土均匀混合成一体。

    同时取外径300mm、壁厚6mm、长度3000mm的相同材料圆钢管，不设横向箍筋，制作无局部约束的高强化再生混合钢管砼柱。研究得出，本实施例中内设局部约束的高强化再生混合钢管砼抗震柱的极限位移角约5.0%，无局部约束的高强化再生混合钢管砼柱的极限位移角约4.1%，两者均完全满足现行抗震规范有关框架柱层间位移角的限值要求。通过计算可知两种柱的用钢量几乎相同，但前者比后者抗震性能提高了22%左右。

实施例3：

参见图3a、图3b，本发明的内设局部约束的高强化再生混合钢管砼抗震柱包括钢管1、高强度等级新混凝土2、低强度等级废旧混凝土块体3、横向箍筋4、纵向架立筋5。所述钢管截面为方形，边长300mm，壁厚5mm，钢管长度3000mm，钢材牌号Q235，实测屈服强度269.8MPa，抗拉强度407.7MPa，钢管内部交替浇筑强度等级110MPa的新混凝土和投放强度等级20MPa的废旧混凝土块体，高强度等级新混凝土的抗压强度大于低强度等级废旧混凝土抗压强度90MPa，高强度等级新混凝土与低强度等级废旧混凝土组合后抗压强度57.5MPa。在钢管下端五分之一高度范围内和钢管上端五分之一高度范围内分别均匀设置13根横向箍筋，箍筋采用直径12mm的HRB335级钢筋，箍筋间距46mm。纵向架立筋采用直径8mm的HRB335级钢筋，长度3000mm。低强度等级废旧混凝土块体为一座旧有建筑物拆除并去除保护层和全部钢筋之后的废旧混凝土块体；高强度等级新混凝土为天然骨料混凝土。低强度等级废旧混凝土块体的特征尺寸为100~200mm，且低强度等级废旧混凝土块体与高强度等级新混凝土的质量比为1:2。

上述内设局部约束的高强化再生混合钢管砼抗震柱的施工工艺，包括以下步骤：

（1）将26根横向箍筋与两根纵向架立筋点焊成一体，再吊起两根纵向架立筋，使13根横向箍筋置于钢管内部下端五分之一高度范围内，另外13根横向箍筋置于上端五分之一高度范围内，然后将两根纵向架立筋与钢管内壁点焊；

（2）提前将低强度等级废旧混凝土块体充分湿润，投放时首先在钢管底部灌入约20mm厚的高强度等级新混凝土，然后将湿润的低强度等级废旧混凝土块体与高强度等级新混凝土交替放入钢管内部并充分振捣，直至浇筑完成，使得低强度等级废旧混凝土块体与高强度等级新混凝土均匀混合成一体。

    同时取边长300mm、壁厚6mm、长度3000mm的相同材料方钢管，不设横向箍筋，制作无局部约束的高强化再生混合钢管砼柱。研究得出，本实施例中内设局部约束的高强化再生混合钢管砼抗震柱的极限位移角约4.6%，无局部约束的高强化再生混合钢管砼柱的极限位移角约3.8%，两者均完全满足现行抗震规范有关框架柱层间位移角的限值要求。通过计算可知两种柱的用钢量几乎相同，但前者比后者抗震性能提高了约21%。

     上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。