空间约束的多腔管中管钢筋混凝土巨柱及施工方法

摘要

本发明涉及一种空间约束的多腔管中管钢筋混凝土巨柱及施工方法，其中，巨柱包括核心钢管混凝土部分及外包钢管混凝土部分，其中，核心钢管形成内腔室，所述内腔室内填充有内腔混凝土及在内腔室中部有贯通的钢筋骨架；其中，所述核心钢管和所述外包钢管之间形成外腔室，所述外腔室内填充有外腔混凝土及至少一个贯通的钢筋骨架；所述核心钢管和所述外包钢管之间通过竖向连接板连接形成空间钢管结构。该巨柱的外钢管与内钢管通过竖向连接板连接到一起，构成空间钢管结构，可有效提高传统钢管混凝土的受力性能。具有较强的抗压能力并且在长期荷载作用下，钢与混凝土共同作用性能好。具有良好的抗震性能、防火性能及施工的便捷性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢管混凝土巨柱及施工方法，特别是涉及一种空间约束的多腔管中管钢筋混凝土巨柱及施工方法。

背景技术

随着城市建筑物规模不断的增加和抗震技术的要求，钢管混凝土结构应用越多，常用的钢管混凝土为一个钢管，内浇筑混凝土的方式，但是也存在一些问题，由于混凝土存在收缩和徐变的问题，尤其对大尺寸的钢管混凝土巨柱，钢管对混凝土约束有限，存在混凝土收缩之后，与钢管存在微裂缝，这样可能导致混凝土和钢管无法同时受力，达到预定的受力效果。如何找到一种既能发挥充分发挥大尺寸钢管混凝土的力学性能，又能减少混凝土收缩和徐变带来的不利影响，避免混凝土微裂缝的结构和施工方法是一个难题。

为解决上述问题，申请号为201520082003.4的中国专利中公开了一种内置预加工半连续钢筋笼的钢管混凝土柱，所述钢管柱包括内部预制有断续钢筋笼的钢筒和连续钢筋笼；所述内部预制有断续钢筋笼的钢筒由断续钢筋笼、巨型钢筒和拉结件组成的整体；所述巨型钢筒内部被纵向竖隔板和横向竖隔板分隔成若干个腔体，每个腔体内沿高度方向间隔设置有横向分隔板，所述断续钢筋笼位于相邻横向分隔板之间，其通过拉结件与巨型钢筒内壁连接成整体；所述连续钢筋笼沿腔体长度通长设置，所述横向分隔板中部有供连续钢筋笼穿过孔洞。上述结构在一定程度上解决了超长巨型钢管混凝土柱结构抗压强度低以及防火性能差的技术问题。

尤其当柱的截面更大时，上述结构仍存在如下问题：抗压能力不足，延性不足，结构整体性较差，抵御较大地震荷载的能力较差，另外，由于外周约束主要靠外钢管，其外周结构分担的荷载相对较少，因此，限制了巨柱截面尺寸，且由于巨柱截面尺寸不能过大，外钢管形成的腔体截面尺寸也不能过大，因此，出于施工便捷的考虑，其内部的钢筋笼设置分两部分，一部分为沿腔体长度通长设置的连续钢筋笼，另一部分为位于相邻横向分隔板之间的钢筋笼（钢筋骨架）只能是断续的。

发明内容

鉴于上述原因，本发明的目的是提供一种空间约束的多腔管中管钢筋混凝土巨柱及施工方法，要解决的技术问题是当柱截面较大时，提供一种抗压能力强、整体性好且施工便捷的巨柱结构形式。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种空间约束的多腔管中管钢筋混凝土巨柱，其特征在于：包括

核心钢管混凝土部分，其中，核心钢管形成内腔室，所述内腔室内填充有内腔混凝土及在内腔室中部有贯通的钢筋骨架；

及外包钢管混凝土部分，其中，所述核心钢管和所述外包钢管之间形成外腔室，所述外腔室内填充有外腔混凝土及至少一个贯通的钢筋骨架；

所述核心钢管和所述外包钢管之间通过竖向连接板连接形成空间钢管结构。

具体地，所述竖向连接板为2块以上，每块竖向连接板至少有一个孔洞。

进一步地，所述外腔室至少有一块横向隔板，所述横向隔板与外包钢管或竖向连接板连接。

进一步地，所述横向隔板上至少有一个孔洞。

优选地，所述核心钢管之间有内钢管横隔板。

优选地，所述核心钢管、外包钢管、竖向连接板、横向隔板及内钢管横隔板上至少有一个以上的栓钉。

具体地，所述内腔混凝土和外腔混凝土的标号均不低于C30，且内腔混凝土标号高于外腔混凝土标号。

进一步地，所述钢筋骨架由贯通纵筋和贯通箍筋组成。

上述的空间约束的多腔管中管钢筋混凝土巨柱的施工方法，其步骤如下：

步骤一、工厂分块切割为核心钢管的钢板、外包钢管的钢板、竖向连接板、横向隔板；

步骤二、把核心钢管的钢板和外包钢管的钢板加工到预定形状，并在竖向连接板及横向隔板上开洞；

步骤三、把上述核心钢管的钢板、外包钢管的钢板、竖向连接板、横向隔板焊接到一起，制成外钢管模块、内钢管模块；

步骤四、在外钢管模块的外表面施工防腐底漆；

步骤五、把外钢管模块和内钢管模块运送到施工现场；

步骤六、把外钢管模块和内钢管模现场焊接成整体；

步骤七、往腔中浇筑混凝土，用压力注浆管注入混凝土，把混凝土从底向上顶升浇筑，或者从上至下浇筑混凝土，并振捣；

步骤八、养护混凝土到预定强度；

步骤九、对外包钢管的外表面施工防腐面漆，

步骤十、对外包钢管的外表面施工防火材料。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

该巨柱的外钢管与内钢管通过竖向连接钢板连接到一起，构成空间钢管结构，可有效提高传统钢管钢筋混凝土的受力性能，其相对于现有的钢管混凝土柱，首先可以形成的巨柱截面的尺寸范围大大增大，另外外周结构由于是空间钢管结构，其相对于现有的钢管混凝土柱其外周结构可以分担更大的外荷载，因此内空腔的空间可以实现大空间，为内腔室的钢筋骨架设置为贯通的钢筋骨架提供可能，较现有结构的减少了非连续的钢筋笼，更加便于施工，进一步降低造价。

内腔钢筋混凝土处于核心，受到内钢管和外钢管所组成的空间钢管的极强约束作用，可以较大幅度提高内筒钢筋混凝土的抗压承载力。

外腔钢筋混凝土受到外包钢管和竖向连接钢板、核心钢管的多边约束，对腔内的钢筋混凝土起到强约束作用，可以有效的提高钢筋混凝土抗压承载力；竖向连接板减少了钢管的支撑长度，可以有效提高钢管的受力性能。在长期荷载作用下，钢与钢筋混凝土共同作用性能好。

防火上能力强，有多道防线，即使外层钢管失去效应，内层钢管及钢筋混凝土仍然有较强的承载力。

巨柱变形小，应变小，承载力高。多个腔体有利于混凝土浇筑，有利于减少混凝土的收缩和徐变。

此巨柱结构可以实现模块化施工，施工速度快。

本发明可广泛应用于超高层大跨度结构中巨柱截面较大的情况。

具有空间约束作用的管中管，与钢筋、混凝土形成一个复杂的受力总体，

在重力荷载作用下，钢管、钢筋、混凝土按照各自的刚度承担相应的重力荷载，管中管对混凝土形成空间约束效应，有效提高混凝土的强度和竖向承载力。

由纵向钢筋和横向钢筋形成的钢筋体，减少混凝土硬化后的收缩和徐变，防止混凝土和钢管之间形成空隙，进而导致管中管空间约束效应的失效，可以有效提高混凝土的三维受压强度和承载力。

在地震等往复极端荷载作用下，钢筋和混凝土形成的整体，与钢管共同抗震，避免纯混凝土延性差的缺点和早期的局部开裂和破碎，从而提高多腔钢管钢筋混凝土巨柱的承载力和耗能能力。

在火灾与重力荷载作用下，本结构具有二道防线的作用。外围钢管先失效，外侧的纵向钢筋、箍筋与混凝土形成具有约束效应的钢筋混凝土，与内钢管部分共同承担火灾和重力荷载，形成二道防线。克服多腔钢管+素混凝土结构承载力下降过多的缺点，在火灾与重力荷载作用下，外围钢管先失效，纯混凝土在火灾和重力荷载作用下体积增大，迅速破坏并丧失承载力，外侧钢管和混凝土部分承载力大幅度下降，只有内管部分有效承担重力和火灾。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是多腔管中管钢筋混凝土巨柱截面图；

图2是多腔管中管钢筋混凝土巨柱钢筋分布情况；

图3是多腔管中管管钢筋混凝土巨柱钢管分布情况。

附图标记：1－外包钢管、2－贯通纵筋、3－贯通箍筋、4－横向隔板、5－外腔混凝土、6－内腔混凝土、7－竖向连接板、8－核心钢管、9－内钢管横隔板。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术方案，下面结合附图给出具体的实施例。

参见图1至图3，其中，图1为多腔管中管钢筋混凝土巨柱截面图；图2是多腔管中管钢筋混凝土巨柱钢筋分布情况；图3是多腔管中管管钢筋混凝土巨柱钢管分布情况。图中显示的一种空间约束的多腔管中管钢筋混凝土巨柱，包括核心钢管混凝土部分及外包钢管混凝土部分，其中，核心钢管8形成内腔室，所述内腔室内填充有内腔混凝土6，其中，核心钢管8可以为单钢管或多钢管；其中，所述核心钢管8和所述外包钢管1之间形成外腔室，所述外腔室内填充有外腔混凝土5；且为了有效提高传统钢管混凝土的受力性能，在核心钢管8和所述外包钢管1之间通过竖向连接板7连接形成空间钢管结构，在本实施例中，所述外腔室至少有一块用于连接核心钢管8和外包钢管1的横向隔板4，所述横向隔板4与外包钢管1或竖向连接板7连接。在本实施例中，所述内腔中部有一个钢筋骨架。所述钢筋骨架由贯通纵筋2和贯通箍筋3组成。

在具体实施时，所述竖向连接板为2块以上，每块竖向连接板至少有一个孔洞。

在具体实施时，所述横向隔板4上至少有一个孔洞。

在具体实施时，所述核心钢管8之间有内钢管横隔板9。

在具体实施时，所述核心钢管8、外包钢管1、竖向连接板7、横向隔板4及内钢管横隔板9上至少有一个以上的栓钉。

在具体实施时，所述内腔混凝土和外腔混凝土的标号均不低于C30，且内腔混凝土标号高于外腔混凝土标号。

在具体实施时，所述内腔室也可以无钢筋骨架。

在具体实施时，所述外腔室内至少有一个钢筋骨架。其钢筋骨架由贯通纵筋和贯通箍筋组成。

在具体实施时，箍筋为圆形或者方形，或者上述的组合，纵向钢筋及箍筋和混凝土组成钢筋混凝土。

在具体实施时，钢板连接用焊接、螺栓连接或铆接，柱截面面积在1平方米以上。

在具体实施时，外包钢管、核心钢管可以为圆形、矩形、多边形、椭圆形，或者上述形状的组合，可局部开洞。

在具体实施时，竖向连接板之间可用钢筋或者钢板连接。

在具体实施时，所述外包钢管表面可刷有防火材料。

上述的空间约束的多腔管中管钢筋混凝土巨柱的施工方法，其步骤如下：

步骤一、工厂分块切割为核心钢管的钢板、外包钢管的钢板、竖向连接板、横向隔板；

步骤二、把核心钢管的钢板和外包钢管的钢板加工到预定形状，并在竖向连接板及横向隔板上开洞；

步骤三、把上述核心钢管的钢板、外包钢管的钢板、竖向连接板、横向隔板焊接到一起，制成外钢管模块、内钢管模块；

步骤四、在外钢管模块的外表面施工防腐底漆；

步骤五、把外钢管模块和内钢管模块运送到施工现场；

步骤六、把外钢管模块和内钢管模现场焊接成整体；

步骤七、往腔中浇筑混凝土，用压力注浆管注入混凝土，把混凝土从底向上顶升浇筑，或者从上至下浇筑混凝土，并振捣；

步骤八、养护混凝土到预定强度；

步骤九、对外包钢管的外表面施工防腐面漆，

步骤十、对外包钢管的外表面施工防火材料。

当采用叠合式施工方法可以将上述基本方法的步骤七～步骤八替换为下述工序：

7a.往内腔中浇筑混凝土；

7b.养护内腔混凝土到一定强度；

7c.内腔混凝土领先外腔混凝土继续施工，承担一定的荷载之后，往外腔中浇筑混凝土；

7b.养护外腔混凝土到一定强度。

当巨柱结构中有钢筋骨架时，可以在上述基本方法的步骤六～步骤七之间增加下述工序：

6a把连通的纵向钢筋及箍筋按照设计长度截断，并焊接或者套筒连接钢筋笼（钢筋笼）；

6b把钢筋笼吊装入腔体内并用套筒或者焊接或者搭接连接为整体。

上述实施例内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。