[發明專利]自應力可調式鋼管混凝土柱

有效

• 申請號: 201410125359.1
• 申請日: 2014-03-31
• 公開（公告）號: CN103866906A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 金江;陳宇峰;曹小建;蔣泉;丁華建
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: E04C3/34
• 分類號: E04C3/34;E01D19/00
• 代理公司: 南通市永通專利事務所 32100
• 代理人: 葛雷

技術領域

本發明涉及一種土木工程和橋梁工程中的鋼管混凝土組合結構。

背景技術

鋼管混凝土是將混凝土灌入薄壁鋼管而形成的一種組合結構。與傳統的鋼筋混凝土結構相比，它具有承載力高、重量輕、塑性韌性好、施工方便及節省水泥和模板材料等諸多優點。近年來這種新型結構正愈來愈受到重視，在國內外高層建筑工程、地鐵車站工程及大跨度橋梁工程上己得到廣泛應用。

在鋼管混凝土結構中，鋼管和混凝土兩種材料在受力過程中相互作用，即鋼管對混凝土的約束作用使混凝土處于三向壓縮應力狀態下，從而使混凝土的強度得到提高，韌性和塑性得到改善；同時核心混凝土的作用可以避免或延緩鋼管產生局部屈曲現象，從而保證其材料性能的充分發揮。另外，在鋼管混凝土的施工過程中，鋼管可直接作為澆筑混凝土的模板，因而極大加快了施工進度。總之，鋼管與混凝土相結合不僅可以彌補兩種材料的缺點，還能充分發揮兩者各自的優點，另外還提高了防火、抗震的性能。

混凝土材料在凝結硬化和使用過程中由于混凝土內部水分變化、化學反應和溫度變化等引起體積減小—收縮。核心混凝土收縮會造成鋼管混凝土的脫空現象。對于鋼管混凝土柱，經過研究發現，由于重力的壓實效果（泊松效應），從底部起三分之二左右柱高度的核心混凝土與鋼筒界面結合緊密，沒有脫空問題；而上部三分之一左右柱高度的核心混凝土則出現脫空問題，脫空尺寸、與高度成近似正比關系。核心混凝土的收縮應變一般為幾十至幾百微應變，直徑方向最大脫空尺寸一般在毫米量級。要預防鋼管混凝土的脫空問題，須從鋼管、混凝土這兩種材料上來著手，存在三種辦法：一是在混凝土組分中加入適當膨脹劑，使混凝土膨脹在鋼管與混凝土之間產生自應力；二是使鋼管收縮在鋼管與混凝土之間產生自應力；三是利用栓釘、鋼筋籠等結構限制混凝土的收縮變形，避免脫空。一些研究者對混凝土膨脹劑進行了研究，取得了一些成果，但對混凝土因溫度變化、水泥水化產生的收縮抑制效果還不理想；也有研究者對鋼管收縮進行了研究，提出了先給鋼管加熱，再澆筑混凝土，等混凝土硬化后再給鋼管降溫收縮的方法，但這種方法很難實際操作。

發明內容

針對現有鋼管混凝土柱施工和使用過程中普遍存在的鋼管和核心混凝土柱的脫空問題，提供一種使鋼管收縮的機械方法來抹去脫空區，并使鋼管與混凝土之間產生自應力。本發明的目的在于提供一種新型的鋼管混凝土柱，可以克服普通的鋼管混凝土柱存在的脫空問題。

本發明的技術解決方案是：

一種自應力可調式鋼管混凝土柱，其特征是：包括上部帶對稱縱向槽縫的鋼管，鋼管內為核心混凝土柱；鋼管外表面設置若干將鋼管抱緊的橫向加強肋條，相鄰肋條間用螺栓和螺母鏈接，鋼管的縱向槽縫間用高彈性高分子材料填充條密封，鋼管上部由槽縫分割的柱面在相鄰肋條由螺栓擰緊時向內收縮，消除脫空區。

縱向槽縫位于鋼管上部三分之一高度部位。

橫向加強肋條有多層，每層橫向加強肋條由多條組成，且相鄰兩條連接處位于縱向槽縫處。在核心混凝土柱表面黏貼若干電阻應變片。

按常規方法澆筑普通高強混凝土（可以不加膨脹劑），等核心混凝土凝結硬化三個月后，收縮基本完成，脫空區體積保持不變。在硬化后的核心混凝土柱上表面黏貼若干電阻應變片，它們將用于測量核心混凝土的應變；收緊相鄰肋條在開槽處的螺栓鏈接，使對稱的鋼筒柱面向內彎曲變形，進而完全消除脫空區域，并壓迫核心混凝土，形成自應力。貼在混凝土柱上表面的電阻應變片用于檢測核心混凝土的徑向壓應變，以確定相鄰肋條在開槽處的螺栓鏈接力。

本發明有如下優點：

（1）可調節自應力鋼筒結構簡單、制作簡易、增加成本低廉；

（2）通過收緊鋼筒上的相鄰肋條，可以使對稱的鋼筒柱面向內彎曲變形，完全消除脫空區域，并壓迫核心混凝土，形成自應力；

（3）通過電阻應變測試，控制相鄰肋條的收緊力，可以按照工程設計要求調節鋼筒和核心混凝土之間的自應力；

（4）加載方式簡單、實用、可靠，通過擰緊相鄰肋條之間的螺栓鏈接的螺母，現場即可方便地施加自應力；

（5）相鄰肋條之間用螺栓鏈接，對鋼筒強度和鋼筒柱面的局部穩定性進行了加強；

（6）鋼筒槽內由高彈性高分子（防水）材料填充密封，消除開槽對混凝土澆筑成形的影響，并在施加自應力后，形成壓應變，提高了密封性，消除了使用周期內鋼筒（管）上槽縫引起銹蝕的源頭。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

圖1是本發明一個實施例的結構示意圖。

圖2是圖1的局部放大圖。