[發(fā)明專(zhuān)利]一種肋約束薄壁鋼管混凝土結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510644666.5
• 申請(qǐng)日: 2015-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105369983B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏洋;端茂軍;李國(guó)芬
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京林業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): E04C3/34
• 分類(lèi)號(hào): E04C3/34;E01D19/02
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• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種肋約束薄壁鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于各類(lèi)橋梁、建筑的豎向構(gòu)件，屬于土木工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)

眾所周知，混凝土的抗壓強(qiáng)度高，變形能力差，鋼材的抗拉能力強(qiáng)，具有良好的彈塑性，但在受壓時(shí)容易失穩(wěn)而喪失軸向抗壓能力。鋼管混凝土是指在鋼管中填充混凝土而形成的一種組合結(jié)構(gòu)，其能夠結(jié)合混凝土與鋼管二者的優(yōu)點(diǎn)，一方面，鋼管對(duì)混凝土形成側(cè)向約束，混凝土抗壓性能可得到明顯改善，另一方面，由于混凝土的存在，對(duì)鋼管形成側(cè)向支撐，可阻止或延緩鋼管的失穩(wěn)。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有承載力高、延性好、抗震性能優(yōu)越、施工方便等突出優(yōu)點(diǎn)。

現(xiàn)有研究表明，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在承受軸壓荷載時(shí)，其承載力高于相應(yīng)的鋼管受壓承載力和混凝土受壓承載力之和，這是由于鋼管和混凝土之間的相互作用使得鋼管內(nèi)核心混凝土的承載力得到了提高，然而，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在承受荷載時(shí)，鋼管既受到豎向的軸壓荷載作用，又受到混凝土膨脹引起的環(huán)向拉力作用，鋼管容易在雙重受力作用下發(fā)生局部屈曲，失去對(duì)核心混凝土的約束作用，因此，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)領(lǐng)域常規(guī)的技術(shù)是采用很厚的鋼管以確保鋼管局部穩(wěn)定性，國(guó)內(nèi)外規(guī)范對(duì)鋼管混凝土的應(yīng)用都限制了其外徑或邊長(zhǎng)與厚度之比的最小限值，以保證鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)揮效率。

為克服上述不足，本發(fā)明提出一種肋約束薄壁鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，變堵為疏，減小可能直接承受豎向荷載的鋼管面積，將節(jié)省的鋼管面積設(shè)置為環(huán)向鋼肋，充分發(fā)揮環(huán)向鋼肋對(duì)核心混凝土的環(huán)向約束效應(yīng)，提高鋼材的作用效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種肋約束薄壁鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，解決普通鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中鋼管既受到豎向的軸壓荷載作用，又受到混凝土膨脹引起的環(huán)向拉力作用，對(duì)核心混凝土約束效率低，易局部屈曲的技術(shù)缺陷，該結(jié)構(gòu)在具有普通鋼管混凝土優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，顯著提高鋼材的約束效果，適用于各種橋梁、建筑的豎向承重構(gòu)件。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種肋約束薄壁鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，由縱筋、箍筋、薄壁鋼管、核心混凝土、鋼肋共同構(gòu)成，其特征在于縱筋、箍筋綁扎或焊接形成鋼筋骨架，核心混凝土包裹鋼筋骨架，并填充于薄壁鋼管的內(nèi)部，薄壁鋼管的外徑或邊長(zhǎng)與厚度之比大于等于200，薄壁鋼管的豎向間隔布置兩條及兩條以上鋼肋，鋼肋沿薄壁鋼管的截面環(huán)向一周呈閉合連接，鋼肋與薄壁鋼管的外壁連接為一體，其布置間距不大于薄壁鋼管的外徑或邊長(zhǎng)。

所述的一種肋約束薄壁鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，其特征在于，鋼肋的截面為矩形、梯形、弧線形中的一種，其與薄壁鋼管的外壁構(gòu)成封閉的截面，鋼肋與薄壁鋼管的外壁焊接連接。

所述的一種肋約束薄壁鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，其特征在于，核心混凝土為自密實(shí)微膨脹混凝土，其14天限制膨脹率不小于0.00015。

所述的一種肋約束薄壁鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，其特征在于，其薄壁鋼管的截面為圓形截面、橢圓形截面、長(zhǎng)方形截面、等邊多邊形中的一種。

在本發(fā)明的構(gòu)件中，縱筋的作用提供抗彎承載力，薄壁鋼管的主要作用是為結(jié)構(gòu)的混凝土澆筑提供側(cè)向模板，薄壁鋼管的外徑或邊長(zhǎng)與厚度之比大于等于200，其并不阻止在鋼管混凝結(jié)構(gòu)達(dá)到極限荷載時(shí)的鋼管局部屈曲，在保證最低剛度需求的條件下，用鋼量減至最少，節(jié)省的鋼材主要用于環(huán)向鋼肋，其對(duì)核心混凝土起到強(qiáng)有力的側(cè)向約束作用，提高混凝土的強(qiáng)度與延性，且由于鋼肋的間隔布置構(gòu)造，鋼肋不承受也不會(huì)承受豎向荷載的作用，定量的比較分析：鋼材用于純環(huán)向約束作用，其引起核心混凝土承載力的提高約是鋼管直接承受豎向承載力的2倍，在普通鋼管混凝土中，鋼管對(duì)核心混凝土的承載力提高相當(dāng)于鋼管直接承受豎向承載力的1.3倍，相比較，本發(fā)明結(jié)構(gòu)對(duì)鋼材作用效率的提高十分顯著。本發(fā)明相對(duì)于普通鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，具有本質(zhì)上的區(qū)別，具有如下有益的效果：

(1)薄壁鋼管主要為核心混凝土提供側(cè)向模板，結(jié)構(gòu)施工方便。

(2)鋼肋顯著提高鋼材的約束作用效率，相對(duì)于普通鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，鋼材約束對(duì)受壓承載力的貢獻(xiàn)可提高1.5倍左右。

(3)充分利用了多種材料的優(yōu)勢(shì)，并產(chǎn)生相互結(jié)合的異常效果。

附圖說(shuō)明：

圖1是矩形肋約束圓截面薄壁鋼管混凝土結(jié)構(gòu)縱截面圖；

圖2是矩形肋約束圓截面薄壁鋼管混凝土結(jié)構(gòu)A-A橫截面示意圖；

圖3是矩形肋約束圓截面薄壁鋼管混凝土結(jié)構(gòu)B-B橫截面示意圖；

圖4是梯形肋約束圓截面薄壁鋼管混凝土結(jié)構(gòu)縱截面圖；

圖5是弧線形肋約束圓截面薄壁鋼管混凝土結(jié)構(gòu)縱截面圖。