[實用新型]一種帶夾層的鋼管約束矩形鋼管混凝土構件

有效

• 申請號: 201720237242.1
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN207332114U
• 公開（公告）日: 2018-05-08
• 發明（設計）人: 張素梅;周緒紅;郭蘭慧;陳杰;王玉銀;石宇;楊華
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學深圳研究生院
• 主分類號: E04C3/34
• 分類號: E04C3/34;E04G21/14
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 胡玉

本實用新型公開了一種帶夾層的鋼管約束矩形鋼管混凝土構件，其中所述帶夾層的鋼管約束的鋼管混凝土新型構件由外層鋼管、夾層材料和核心鋼管混凝土構件組成，所述外層鋼管和夾層材料僅對核心鋼管混凝土提供側向約束作用；所述外層鋼管為圓形，所述核心鋼管混凝土構件為矩形；其中外層鋼管沿核心鋼管混凝土構件表面通長布置并且不與核心構件的端部及梁柱節點進行連接，本實用新型可增強核心構件鋼管與核心混凝土之間的共同工作性能，提高構件的承載力和延性，改善構件的破壞模式，增強構件的抗震、耐腐蝕和抗火性能；本實用新型原理清晰、力學性能優越、工程成本較低。

技術領域

本實用新型屬于建筑結構構件領域，尤其涉及一種帶夾層的鋼管約束矩形鋼管混凝土構件。

背景技術

鋼管混凝土指在鋼管中填充混凝土而形成的組合構件。鋼管混凝土構件在受力過程中，鋼管對混凝土的約束作用使混凝土處于三向受壓的應力狀態，從而使鋼管中核心混凝土的強度得以提高，延性得到顯著改善；同時，核心混凝土的存在可避免或延緩鋼管發生局部屈曲，從而保證其材料性能得到充分發揮。與鋼筋混凝土結構相比，在鋼管混凝土施工過程中，鋼管可以作為澆筑其核心混凝土的模板，可節省模板費用，加快施工進度；與鋼結構相比，核心混凝土的存在使構件的耐火性能更好，節約防火涂料，降低工程造價。將鋼管與混凝土組合為鋼管混凝土，通過鋼管與核心混凝土的相互作用，不僅可以彌補兩種材料各自的缺點，而且能充分發揮二者的優點，使鋼管混凝土結構具有一系列優越的力學性能。近年來，鋼管混凝土結構因其優越的力學性能受到工程界的青睞，在高層建筑和大跨度橋梁中得到了越來越廣泛的應用。

但鋼管混凝土結構在實際工程中應用中也存在著不足之處，具體包括：

（1）鋼管混凝土柱在軸向荷載作用下，鋼管與核心混凝土同時承擔縱向荷載，因此鋼管對核心混凝土的約束效果未能得到充分發揮，特別是對于鋼管高強混凝土柱，鋼管對核心混凝土的約束效果不顯著，核心高強混凝土在受力過程中易產生剪切壓潰破壞；對于方（矩）形鋼管混凝土構件，鋼管對核心混凝土的約束作用在混凝土截面內不均勻，鋼管角部和截面中部混凝土為約束混凝土，而鋼板中部剛度較弱，鋼管屈曲后甚至與內部混凝土脫離，中部附近混凝土為非約束混凝土，與圓形鋼管混凝土相比，方（矩）形鋼管混凝土的鋼管對核心混凝土力學性能的改善較弱；

（2）鋼管混凝土構件在軸向荷載作用下，鋼管一般處于縱向受壓橫向受拉的應力狀態，這使鋼管的縱向屈服強度低于鋼管單向受拉屈服強度；隨著變形的增加，鋼管對核心混凝土的橫向約束作用逐漸增強，特別是當鋼管屈服后，鋼管的縱向應力隨其橫向應力的增加而逐漸降低，即鋼管對構件縱向承載力的貢獻也隨之減弱；

（3）鋼管混凝土構件在遭遇相當于本地區抗震設防烈度的設防地震影響時，構件可能發生損壞，其鋼管可能達到屈服或產生屈曲，構件需進行修復加固才可繼續使用；

（4）鋼管混凝土構件在軸向荷載作用下，在加載初期，鋼管與核心混凝土均處于彈性階段，由于鋼管的泊松比大于核心混凝土，鋼管的橫向變形比核心混凝土的橫向變形大，這導致鋼管與核心混凝土之間產生脫開現象，特別對于薄壁鋼管高強混凝土構件，高強核心混凝土在加載初期橫向變形小，薄壁鋼管與核心混凝土脫開現象更為顯著；此外，實際工程中由于核心混凝土的澆筑、養護方式不當或核心混凝土產生收縮、徐變和溫度變形可導致鋼管與核心混凝土之間產生脫空現象，以上現象均可影響鋼管與核心混凝土的相互作用，使鋼管在加載初期可產生較大初應力，從而影響構件的力學性能；

（5）實際鋼管混凝土構件中，鋼管因其耐腐蝕性能差需定期進行嚴格的防腐處理，否則容易發生銹蝕，影響構件的耐久性和力學性能，限制了此類構件在某些特殊環境中的使用，例如超大跨徑鋼管混凝土拱橋因外層鋼管的耐腐性差導致其在沿海地區的發展與應用受到限制；

（6）鋼管混凝土構件的鋼管處于最外層，且鋼管需承擔縱向荷載，在火災作用下，鋼管的強度和彈性模量急劇減小，從而降低鋼管混凝土構件的承載力，因此實際工程中，為提高鋼管混凝土構件的耐火性能，仍需在鋼管外表面噴涂防火保護層，從而增加工程造價。