内设局部约束的高强化再生混合钢管砼轴压柱及施工工艺

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轴压柱及施工工艺，其中，所述钢管内中部五分之三高度范围内设置螺旋箍筋或若干横向箍筋，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轴压柱，一方面通过增强柱中部的横向约束，使得在用钢量相同的情况下柱的轴压性能明显提高；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轴压柱及施工工艺。

背景技术

相比常规钢筋混凝土柱，钢管混凝土柱具有节省模板、施工速度快、承载能力高等优点，在国内外土木建筑领域得到了广泛应用。但大量试验表明，钢管混凝土柱的轴压破坏主要表现为柱身半高处附近严重鼓出的腰鼓型破坏模式，而柱身上、下两端的横向变形却相对不明显，此时柱身上、下两端的的钢材实际上并未充分发挥横向约束作用。因此，在用钢量保持不变的情况下，可以通过调整材料布局（即加大柱身半高处附近的用钢比例，同时减少柱身上、下两端的用钢比例）对钢管混凝土柱做进一步优化，进而提高其轴压性能，但目前还鲜见此类技术。

由于天然砂石的开采破坏环境，同时既有建筑物和构筑物拆除产生的废旧混凝土直接运往郊外堆放填埋又会引发新的环境问题，因此废旧混凝土的循环再生利用已引起国内外广泛关注。一般来说，废旧混凝土由于建造年代较早，强度等级普遍偏低，以往也只是与强度等级相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，是解决该问题的一条有效途径。

综上所述，现有技术存在钢管混凝土轴压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轴压柱及施工工艺，一方面通过适当降低钢管混凝土柱的钢管壁厚，同时增强柱身半高处附近的横向约束，使得在用钢量相同的情况下柱的轴压性能明显提高；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轴压柱，在钢管内中部五分之三高度范围内设置螺旋箍筋或若干横向箍筋，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。

进一步优化实施的，所述螺旋箍筋设置在钢管内中部五分之三高度范围内，钢管截面为圆形；或横向箍筋设置在钢管内中部五分之三高度范围内，中间密两边疏，钢管截面为圆形或多边形。

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，且抗压强度不低于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轴压柱的施工工艺，包括以下步骤：

（1）将螺旋箍筋或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，使螺旋箍筋或若干横向箍筋置于钢管内中部五分之三高度范围内，且采用横向箍筋时箍筋间距中间密两边疏，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)通过在钢管内中部设置螺旋箍筋或若干横向箍筋，进一步加强钢管混凝土柱中部的横向约束，使得在用钢量相同的情况下钢管混凝土柱的轴压性能明显提高。

(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使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和图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轴压柱的横向剖面示意图和纵向剖面示意图。

图2a和图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轴压柱的横向剖面示意图和纵向剖面示意图。

图3a和图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轴压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轴压柱包括钢管1、高强度等级新混凝土2、低强度等级废旧混凝土块体3、螺旋箍筋4、纵向架立筋6。所述钢管截面为圆形，外径300mm，壁厚6mm，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。在钢管内中部五分之三高度范围内均匀设置螺旋箍筋，螺旋箍筋采用直径12mm的HRB335级钢筋，总长度21250mm。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轴压柱的施工工艺，包括以

下步骤：

（1）将螺旋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，使螺旋箍筋均匀置于钢管中部五分之三高度范围内，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。

    为对比起见，取外径300mm、壁厚7mm、长度3000mm的相同材料圆钢管，不设螺旋箍筋，制作无局部约束的高强化再生混合钢管砼柱；同时取强度等级35MPa的新混凝土和强度等级30MPa的废旧混凝土块体，混合后抗压强度33MPa，制作无局部约束的常规再生混合钢管砼柱。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轴压柱的极限轴向受压承载力5956kN，无局部约束的高强化再生混合钢管砼柱的极限轴向受压承载力约5113kN，无局部约束的常规再生混合钢管砼柱的极限轴向受压承载力4328kN，通过计算可知上述三种柱的用钢量几乎相同，但前者比中者轴压承载力提高16.5%，中者比后者轴压承载力提高18.1%，前者比后者轴压承载力提高37.6%。

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轴压柱包括钢管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5、纵向架立筋6。所述钢管截面为圆形，外径300mm，壁厚6mm，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。在钢管内中部五分之三高度范围内设置26根横向箍筋，横向箍筋采用直径12mm的HRB335级钢筋；其中1500mm高度处紧靠布置两根箍筋，中间900mm高度范围内共布置20根箍筋，箍筋间距49mm；两边再各布置3根箍筋，箍筋间距150mm。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轴压柱的施工工艺，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，使横向箍筋置于钢管中部五分之三高度范围内，其中1500mm高度处紧靠布置两根箍筋，中间900mm高度范围内共布置20根箍筋，箍筋间距49mm，两边再各布置3根箍筋，箍筋间距150mm；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。

为对比起见，取外径300mm、壁厚7mm、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；同时取强度等级35MPa的新混凝土和强度等级30MPa的废旧混凝土块体，混合后抗压强度33MPa，制作无局部约束的常规再生混合钢管砼柱。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轴压柱的极限轴向受压承载力5783kN，无局部约束的高强化再生混合钢管砼柱的极限轴向受压承载力约5113kN，无局部约束的常规再生混合钢管砼柱的极限轴向受压承载力4328kN，通过计算可知三种柱的用钢量几乎相同，但前者比中者轴压承载力提高13.1%，中者比后者轴压承载力提高18.1%，前者比后者轴压承载力提高36.6%。

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轴压柱包括钢管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5、纵向架立筋6。所述钢管截面为方形，边长300mm，壁厚7mm，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。在钢管内中部五分之三高度范围内设置27根横向箍筋，箍筋采用直径12mm的HRB335级钢筋，其中中间布置21根箍筋，箍筋间距45mm，两边再各布置3根箍筋，箍筋间距150mm。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轴压柱的施工工艺，包括以下步骤：

（1）将27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，使横向箍筋置于钢管内中部五分之三高度范围内，且中间900mm高度范围内共布置21根箍筋，箍筋间距45mm，两边再各布置3根箍筋，箍筋间距150mm；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。

    为对比起见，取边长300mm、壁厚8mm、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；同时取强度等级30MPa的新混凝土和强度等级20MPa的废旧混凝土块体，混合后抗压强度26.7MPa，制作无局部约束的常规再生混合钢管砼柱。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轴压柱的极限轴向受压承载力约8802kN，无局部约束的高强化再生混合钢管砼柱的极限轴向受压承载力约8081kN，无局部约束的常规再生混合钢管砼柱的极限轴向受压承载力约5607kN，通过计算可知三种柱的用钢量几乎相同，但前者比中者轴压承载力提高8.9%，中者比后者轴压承载力提高44.1%，前者比后者轴压承载力提高57.0%。

     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。