[發明專利]底部帶軟鋼套管的雙功能多腔體鋼管混凝土柱及作法

無效

• 申請號: 201110460348.5
• 申請日: 2011-12-31
• 公開（公告）號: CN102535749A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 曹萬林;王智慧;惠存;董宏英;張建偉
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: E04C3/34
• 分類號: E04C3/34;E04B1/98
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 魏聿珠

技術領域

本發明是一種底部帶軟鋼套管的雙功能多腔體鋼管混凝土柱及作法，屬于一種新型耗能減震構件，主要應用于建筑結構中的耗能減震控制領域。

背景技術

社會在發展進步，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運而生。尤其是高層、超高層建筑的大量涌現，這就需要有新的理論和新的技術來支撐這類建筑的建設。在這種前提下，多腔體鋼管混凝土結構也就隨之而產生。

多腔體鋼管混凝土由鋼管腔體和混凝土兩種材料組成，由于腔體內混凝土的作用，鋼管壁板的穩定性有很大的提高，延緩或者避免了鋼管壁板過早的發生局部屈曲；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雜的應力狀態，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揮。

在多腔體鋼管混凝土巨型柱受壓性能試驗中發現多腔體鋼管混凝土結構性能優良的同時也存在一些不足。鋼管混凝土結構在強震作用下，破壞一般發生在底部，腔體壁板容易發生局部鼓曲，腔體壁板承載力下降，導致腔體角部焊縫撕裂，對內部混凝土約束作用減弱，鋼板向外鼓出部分相應部位的核心混凝土嚴重酥碎，而此時其上部結構可能還沒有達到屈服，材料的性能沒有得到充分發揮，造成了材料的嚴重浪費，大量震害現象也證明了這一點。

軟鋼耗能減震技術和高韌性材料的應用為建筑的抗震設計和抗震加固提供了一個嶄新的思路，為高層和超高層建筑實現減震控制和抗震性能提高提供了一個切實有效的途徑。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提高多腔體鋼管混凝土結構的抗震性能，延緩或避免由于鋼管混凝土結構底部鋼板鼓曲，導致結構或構件的破壞，充分發揮材料的性能。本發明為了解決這一問題，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1、核心混凝土2、軟鋼套管3、連接抗剪螺栓4、螺母5和高韌性復合材料層6；在原有由多腔體鋼管1和填充于多腔體鋼管1內的核心混凝土2構成的普通多腔體鋼管混凝土柱的外側底部添加軟鋼套管3，在軟鋼套管3和原有凝土柱的多腔體鋼管1之間嵌入高性能復合材料層6，多腔體鋼管1與軟鋼套管3之間用抗剪螺栓4連接；軟鋼套管底部應伸進基礎并與其錨固。

所述混凝土柱截面為矩形；高韌性復合材料層6由聚合物改性水泥混凝土、橡膠細集料水泥混凝土、普通纖維混凝土和高韌性水泥基纖維混凝土構成。

在軟鋼套管3和多腔體鋼管1統一水平高度的相對應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1和嵌入的高韌性復合材料層6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1和軟鋼套管3且減小對同一水平截面的削弱；軟鋼套管3的壁厚度不小于內管的壁厚；軟鋼套管3和多腔體鋼管1通過連接抗剪螺栓4連接，并且形成預壓力；所述高韌性復合材料層6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1.0h，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：

1)在多腔體鋼管1和軟鋼套管3相對應的位置雙向預留螺栓孔洞；

2)對多腔體矩形鋼管混凝土柱，在多腔體鋼管1預留的螺栓孔處的外側面對應位置焊接上相應的螺母5；

3)對多腔體鋼管1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)在預留的螺栓孔洞處穿入連接抗剪螺栓4，通過內部的螺母5擰緊連接抗剪螺栓4，完成軟鋼套管3與多腔體鋼管1的連接，然后在軟鋼套管3和多腔體鋼管1之間嵌入高韌性復合材料層6；

5)在多腔體鋼管1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。