CN107268807A - 一种预制钢管混凝土叠合柱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种预制钢管混凝土叠合柱，其包括基础和多个钢管混凝土节段，所述钢管混凝土节段包括一个底节段、一个顶节段和一个或多个中间节段，每个钢管混凝土节段均包括依次固定连接的下钢板、钢管混凝土主体、上钢板，底节段与中间节段之间以及中间节段与顶节段之间借助于连接锚栓固定连接，基础的上表面设有底锚栓，所述底节段借助于其下钢板与底锚栓的连接而固定于所述基础上。该预制钢管混凝土叠合柱具有承载力高、抗震性能好、耐久性优越的特点，可提前预制，在工厂或异地制作，避免了传统现浇混凝土施工程序复杂的缺点，具有施工速度快，对环境影响小，施工工期短，施工噪音低，物料堆放场地少，有利于环境保护等优点。

Description

一种预制钢管混凝土叠合柱

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种预制钢管混凝土叠合柱。

背景技术

现代土木工程正朝着尺度的大型化、结构复杂化、功能多样化方向发展，促进了高强混凝土的发展，现有采用钢管高强混凝土结构，通过钢管约束高强混凝土，改善了高强混凝土的脆性特性，提高了结构的抗震能力。为了克服钢管抗腐蚀性和抗火性能差的缺点，在钢管高强混凝土***浇筑普通钢筋混凝土，形成一种***钢筋混凝土的钢管高强混凝土叠合结构，但是这种结构不能保证钢管高强混凝土与***混凝***同受力和变形协调，使用受到限制。

另外，在现场浇注混凝土施工需要耗费大量的时间等待混凝土达到一定设计强度，才能进行下一步工序，且复杂的现场施工程序，都会对交通流、工作区安全和环境造成负面影响，特别是，在桥梁施工中，制备桥墩时，受施工环境、施工空间、气候条件及环境保护等因素的制约，不能及时按期完工，影响工程进度。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种预制钢管混凝土叠合柱，其有效解决钢管高强混凝土与***混凝土不能共同受力和变形协调的问题，以及现浇混凝土施工时间长、污染环境和施工噪声大等问题。该叠合柱具有承载力高、抗震性能好、耐久性优越等特点，并可提前预制，使用时，直接拼接安装，方便施工，有效加快工程进度，有利于保护环境。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种预制钢管混凝土叠合柱，其包括基础和多个钢管混凝土节段，所述多个钢管混凝土节段包括一个底节段、一个顶节段和一个或多个中间节段，每个所述钢管混凝土节段均包括依次固定连接的下钢板、钢管混凝土主体、上钢板，所述钢管混凝土主体包括一根中心钢管以及包裹在其***的钢筋混凝土，该钢管内注有混凝土，底节段与中间节段之间以及中间节段与顶节段之间的所述上钢板和下钢板分别对应设有连接锚栓或连接孔从而使相邻的上下钢板借助于连接锚栓固定连接，每个所述上钢板在对应所述钢管顶部开口的位置设有浇筑孔，所述基础的上表面设有底锚栓，所述底节段借助其下钢板与底锚栓的连接而固定于所述基础上。

作为如上所述叠合柱的一种优选方案，所述钢管的内外表面固定设有向所述钢管的内部或外部突出的剪力连接件。

作为如上所述叠合柱的一种优选方案，所述剪力连接件为栓钉，所述栓钉的钉尖焊接于所述钢管上、且内外交错设置。

作为如上所述叠合柱的一种优选方案，所述剪力连接件为带孔钢板，所述带孔钢板为设有多个等间距通孔的条带形钢板，所述带孔钢板内外交错、平行固定于所述钢管上。进一步，可以在通孔内布置钢筋，以便起到更好的连接作用。

作为如上所述叠合柱的一种优选方案，所述底节段的上钢板的面积大小等同于所述钢管混凝土主体的横截面面积，其下钢板的面积大于所述钢管混凝土主体的横截面面积，并在所述钢管混凝土主体投影面积之外的下钢板上对应所述底锚栓设置连接孔。

作为如上所述叠合柱的一种优选方案，所述中间节段的上、下钢板的面积大小等同所述钢管混凝土主体的横截面积，其中中间节段和顶节段的所述下钢板上设置连接孔，与相邻的底节段或中间节段的所述上钢板上设置的连接锚栓位置对应，并在所述钢管混凝土主体上对应连接孔的位置设有预留空腔，使用时，钢管混凝土节段采用连接锚栓固定后，在所述预留空腔浇筑混凝土。

作为如上所述叠合柱的一种优选方案，还包括上部梁，所述上部梁中间设有顶部后浇筑混凝土空腔，该空腔内设有通孔，相应地，该通孔与所述顶节段的上钢板上的连接孔对应设置，所述连接孔内设有顶锚栓，相邻所述上部梁的钢管混凝土节段的上钢板的面积大于所述钢管混凝土主体的横截面面积。

作为如上所述叠合柱的一种优选方案，所述普通钢筋混凝土为在普通混凝土中间设置有多个纵向钢筋和多个箍筋，其中，多个所述纵向钢筋沿所述钢管***一周间隔布置，所述纵向钢筋上、下端分别固定于所述上钢板与下钢板，多个所述箍筋均环绕固定于所有所述纵向钢筋的外侧，沿所述纵向钢筋在纵向间隔布置。

作为如上所述叠合柱的一种优选方案，所述底锚栓为直钩锚栓，所述连接锚栓包括带帽螺栓、栓帽垫板、螺母垫板和紧固螺母。

作为如上所述叠合柱的一种优选方案，所述钢管混凝土节段的横截面为圆形或方形或其它形状。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明的预制钢管混凝土叠合柱利用钢管约束高强混凝土，采用剪力连接件连接钢管、高强混凝土及***混凝土，将钢管和高强混凝土、普通***混凝土连接形成整体，共同受力、变形协调，该叠合柱具有截面尺寸小、承载力大、耐久性好、抗震性能优越等优点。

本发明的预制钢管混凝土叠合柱可适用于桥梁和高层建筑，可提前预制，在工厂或异地制作，首先分别预制基础、钢管混凝土各节段、上部梁，将其运输到施工工地，由施工单位对现场做一定处理后，根据需要进行组装，形成预制混凝土装配式结构。这种采用可预制拼接的叠合柱制备装配式结构避免了传统现浇混凝土结构的缺点，具有施工速度快，对环境影响小，施工工期短，施工噪音低，物料堆放场地少，有利于环境保护等优点。

附图说明

图1为本发明一优选预制钢管混凝土叠合柱的整体结构示意图；

图2为本发明一优选底节段的纵截面结构示意图；

图3为本发明一优选底节段的横截面结构示意图

图4为本发明一优选剪力连接件的结构示意图；

图5为本发明一优选底锚栓的结构示意图；

图6为中间节段的钢管混凝土节段的纵截面图；

图7为中间节段的钢管混凝土节段的横截面图；

图8为一优选连接锚栓的结构示意图；

图9为顶节段的钢管混凝土节段的纵截面图；

图10为本发明另一优选剪力连接件的结构示意图；

图11为本发明另一优选底节段的横截面结构示意图。

【附图标记说明】

1：底节段；

2：中间节段；

3：上节段；

4：基础；

5：上部梁；

6：底锚栓；

7：顶锚栓；

8：连接锚栓；

9：底段下钢板；

10：底段上钢板；

11：中间段下钢板；

12：中间段上钢板；

13：浇筑孔；

14：顶段上钢板；

15：剪力连接件；

16：预留空腔；

17：中部后浇筑混凝土；

19：钢管；

20：纵向钢筋；

21：箍筋；

22；高强混凝土；

23：普通混凝土；

24：通孔；

25：带帽螺栓；

26：栓帽垫板；

27：螺母垫板；

28：紧固螺母；

29：条带形钢板。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

实施例1

如图1所示，一种预制钢管混凝土叠合柱，其包括基础和多个钢管混凝土节段，多个钢管混凝土节段包括一个底节段、一个顶节段和一个或多个中间节段的钢管混凝土节段，每个钢管混凝土节段均包括由下至上依次固定连接的下钢板、钢管混凝土主体、上钢板，其中，钢管混凝土主体为***包裹有钢筋混凝土，中心为一根钢管的结构，该钢管内注有混凝土，底节段与中间节段之间以及中间节段与顶节段之间的所述上钢板和下钢板分别对应地设有连接锚栓或连接孔从而使相邻的上下钢板借助于连接锚栓固定连接，上钢板在对应钢管顶部开口的位置设有浇筑孔，浇筑孔用于制备各钢管混凝土节段时，灌注混凝土；基础的上表面设有底锚栓；使用进行拼装时，底节段通过连接孔、底锚栓固定于基础上，之后底节段与中间节段之间均采用连接锚栓叠加固定在一起。

具体地，如图1所示，作为底节段1的钢管混凝土节段置于基础4的上方，底节段1与基础4通过底锚栓6固定；作为中间节段2的钢管混凝土节段置于底节段1的上端，底节段1与中间节段2及各中间段之间通过连接锚栓8固定连接。

其中，如图2所示，底节段1下端设有底段下钢板9，上端设有底段上钢板10，底段下钢板9的面积大于底节段1的钢管混凝土主体的横截面面积，在底段下钢板9的外边沿上，即钢管混凝土主体投影面积之外的下钢板上设有用于连接固定基础4的连接孔，在底段上钢板10靠近边沿的部分设有用于与其它中间节段2固定连接的通孔，通孔内设置有连接锚栓8，在底段上钢板10的中心位置设有用于浇筑钢管19内混凝土的浇筑孔。钢管19内优选浇筑高强混凝土22，高强混凝土指强度等级为C60及其以上的混凝土，其承载力高、具有较好的抗震性能。在钢管19的***包裹有普通钢筋混凝土，普通钢筋混凝土为在普通混凝土23中间设置有多个纵向钢筋和多个箍筋，如图3所示，多个所述纵向钢筋20沿钢管***一周间隔布置，纵向钢筋20的上、下端分别固定于底段上钢板10与底段下钢板9，多个箍筋21均环绕固定于所有纵向钢筋20的外侧，沿纵向钢筋20在纵向间隔布置，间隔距离可设为等距离间隔，作为底节段1的钢管混凝土节段的横截面形状可根据需要设定，如图3中所示，横截面形状可设为圆形，相应其它节段的钢管混凝土节段的横截面也对应设置。

为了使钢管19内外的混凝土能够共同受力、协调变形，在钢管19内、外表面上固定有剪力连接件15，该剪力连接件15在钢管19内外交叉布置，剪力连接件15可采用栓钉，如图4所示，栓钉的钉尖焊接于钢管上。基础4对应底节段1的钢管混凝土主体的外侧预埋有底锚栓6，对应底段下钢板9上设有通孔24作为连接孔，连接底节段1与基础4时，底锚栓6穿过该连接孔通过螺母固定。底锚栓6可采用直钩锚栓，如图5所示。

如图6和图7所示，中间节段2的钢管混凝土节段不同于底节段主要在于：上、下两端的钢板分别为中间段上钢板12、中间段下钢板11，中间段上钢板12和中间段下钢板11的面积大小等同钢管混凝土主体的横截面面积，中间段上钢板12的中间设有浇筑孔13，靠近边沿的位置设有连接锚栓8，中间段下钢板11靠近外边沿位置设有连接孔，该连接孔对应所述连接锚栓设置，并在钢管混凝土主体上对应位置设有预留空腔16，使用时，钢管混凝土节段采用连接锚栓固定后，在预留空腔内为中部后浇筑混凝土17。

连接锚栓可采用的结构如图8所示，包括带帽螺栓25、栓帽垫板26、螺母垫板27、紧固螺母28，将栓帽垫板26先套于带帽螺栓25上，***中间段上钢板12设置的连接孔中，最后再注入普通混凝土，使用时，将另一中间节段2的钢管混凝土节段置于上方，对应连接孔放置，带帽螺栓25***另一中间节段2的钢管混凝土节段的中间段下钢板11的连接孔内，将螺母垫板27套入带帽螺栓25上，之后采用紧固螺母28紧固，连接孔是沿着钢管混凝土节段外周一圈对称设置，将所有的连接孔均采用连接锚栓固定后，再在预留空腔内浇筑混凝土，成型后为中部后浇筑混凝土17。

一个或多个中间节段2的钢管混凝土节段与底节段1和基础4固定拼接后，可以直接制备浇筑上部结构，如桥面等，或采用预制的上部梁，如盖梁等，连接有上部梁时，原作为中间节段2的钢管混凝土节段是一般不直接与上部梁拼接的，为了加强叠合柱的稳固性，还设有作为顶节段3的钢管混凝土节段，其与中间节段2的不同之处在于上钢板，如图9所示，顶节段3的钢管混凝土节段的上钢板为顶段上钢板14，顶段上钢板14的面积大于钢管混凝土主体的横截面面积，连接孔靠近钢管设置，位于纵向钢筋的围成圈的内侧，该连接孔内设有顶锚栓7，在上部梁5上对应连接孔设有通孔，顶锚栓7穿过该通孔，在通孔的上方设有顶部后浇筑混凝土空腔，等将上部梁安装后，通过紧固螺母固定后，可将混凝土浇筑于顶部后浇筑混凝土空腔内形成顶部后浇筑混凝土18，整个预制钢管混凝土叠合柱的拼接完成，可直接继续进行其他结构部件的建造。

上述预制钢管混凝土叠合柱的制作方法，如图1中所示，可采用如下方法先制备各部分：

(1)制作作为钢管混凝土节段的底节段1：按设计要求制作钢管，在钢管19内、外焊接剪力连接件15，并制作侧边带有预留孔的模板和钢筋笼，将纵向钢筋20和钢管焊接在底段下钢板9和底段上钢板10上，箍筋21固定于纵向钢筋20的***，底段上钢板10上固定中间连接锚栓8，模板架设在纵向钢筋20的***，从上钢板浇筑孔13向钢管内浇筑高强混凝土22，再从侧面模板预留孔向模板内浇筑普通混凝土23，形成***钢筋混凝土的钢管高强混凝土叠合构件的底节段1；

(2)制作作为钢管混凝土节段的中间节段2：按设计要求制作钢管，在钢管内、外焊接剪力连接件15，并制作侧边带有预留孔的模板和钢筋笼，将纵向钢筋20和钢管19焊接在中间段下钢板11和中间段上钢板12上，箍筋21固定于纵向钢筋20的***，在中间段上钢板12上固定中间连接锚栓8，从中间段上钢板12浇筑孔向钢管内浇筑高强混凝土22，再从侧面模板预留孔向模板内浇筑普通混凝土23，形成***钢筋混凝土的钢管高强混凝土叠合构件的中间节段2；

(3)制作作为钢管混凝土节段的顶节段3：按设计要求制作钢管，在钢管内、外焊接连接件15，并制作侧边带有预留孔的模板和钢筋笼，将纵向钢20和钢管19焊接在下钢板和顶节段上钢板14上，箍筋21固定于纵向钢筋20的***，在顶节段上钢板14上固定顶锚栓7，从上钢板15的浇筑孔向钢管内浇筑高强混凝土22，再从侧面模板预留孔向模板内浇筑普通混凝土23，形成***钢筋混凝土的钢管高强混凝土叠合构件的顶节段3；

(4)在制作基础4上，预埋底锚螺栓6；

(5)制作上部梁5，中间设有顶部后浇筑混凝土空腔18，并在顶锚栓相应位置设有预留的通孔，顶锚栓的结构可与中间锚栓的结构相同，基础4与上部梁5的浇筑制备方法与现有技术中的相同，在此不再赘述。

如上所述预制钢管混凝土叠合柱的拼接方法，结合图1所示，具体步骤如下：

(1)将钢管混凝土节段的底节段1通过预埋底锚螺栓6固定基础4上；

(2)钢管混凝土节段的中间节段2放到底节段1上，底节段1的底段上钢板10上的连接锚栓8穿入中间节段2的中间段下钢板11的连接孔，并用螺母固定；

(3)将钢管混凝土节段的中间节段2放到钢管混凝土节段另一中间节段2上，钢管混凝土节段的中间节段上钢板12上的连接锚栓8穿入钢管混凝土节段的中间段下钢板11的连接孔，并用螺母固定；

(4)将钢管混凝土节段的顶节段3放到钢管混凝土节段的中间节段2上，钢管混凝土节段的中间节段上钢板12上的连接锚栓8穿入钢管混凝土节段的顶节段下钢板的连接孔，并用螺母固定；

(5)将上部梁5通过顶锚栓7固定在钢管混凝土节段的顶节段3上，顶节段3的预埋顶锚栓7的顶锚栓穿过上部梁5的预留的通孔，用螺母固定；

(6)在各节段连接处的预留空腔内浇筑混凝土形成中部后浇筑混凝土17；

(7)在上部梁浇筑混凝土形成顶部后浇筑混凝土18，整个叠合柱拼接完成。

本发明利用钢管约束高强混凝土，改善了高强混凝土脆性大的缺点，提高其延性和耗能能力，***混凝土改善了钢管抗腐蚀能力差和抗火性能差的缺点，剪力连接件将钢管和高强混凝土、普通***混凝土连接形成整体，共同受力、变形协调。特别是，在桥梁施工中，受施工环境、施工空间、气候条件及环境保护等因素的制约下，采用预制混凝土装配式结构会有更大的发展空间。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上，将剪力连接件设计为带孔钢板，带孔钢板为条带形钢板29，如图10所示，条带形钢板29上设有间隔等距的通孔24。通孔24的设置有利于增强剪力连接件与混凝土之间的连接，提高共同工作，变形协调的能力。如图11所示，剪力连接件15设为条带形钢板29可垂直焊接于钢管19的内外，不同的条带形钢板29之间是相互平行设置，且在钢管19内、外侧间隔布置。进一步，可以在孔内布置钢筋，以便起到更好的连接作用，具体地，在沿钢管内或钢管外一周的同一水平位置的带孔钢板的通孔中均贯穿有钢筋，形成钢筋绕钢管内壁或外壁一圈，钢筋可焊接在通孔中，这样，进一步来加强钢管与混凝土的连接。

根据需要，钢管混凝土节段的横截面可设为其它形状，如图11所示，底节段1的横截面可设为长方形，此时其它钢管混凝土节段的横截面也同样设定为等大的长方形。根据需要，钢管混凝土节段的横截面还可设为其它形状。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种预制钢管混凝土叠合柱，其特征在于，其包括基础和多个钢管混凝土节段，所述多个钢管混凝土节段包括一个底节段、一个顶节段和一个或多个中间节段，每个所述钢管混凝土节段均包括依次固定连接的下钢板、钢管混凝土主体、上钢板，所述钢管混凝土主体包括一根中心钢管以及包裹在其***的钢筋混凝土，该钢管内注有混凝土，底节段与中间节段之间以及中间节段与顶节段之间的所述上钢板和下钢板分别对应地设有连接锚栓或连接孔从而使相邻的上下钢板借助于连接锚栓固定连接，每个所述上钢板在对应所述钢管顶部开口的位置设有浇筑孔，所述基础的上表面设有底锚栓，所述底节段借助于其下钢板与底锚栓的连接而固定于所述基础上。

2.如权利要求1所述的叠合柱，其特征在于，所述钢管的内外表面固定设有向所述钢管的内部或外部突出的剪力连接件。

3.如权利要求2所述的叠合柱，其特征在于，所述剪力连接件为栓钉，所述栓钉的钉尖焊接于所述钢管上、且内外交错设置。

4.如权利要求2所述的叠合柱，其特征在于，所述剪力连接件为带孔钢板，所述带孔钢板为设有多个等间距通孔的条带形钢板，所述带孔钢板内外交错、平行固定于所述钢管上。

5.如权利要求1所述的叠合柱，其特征在于，所述底节段的上钢板的面积大小等同于所述钢管混凝土主体的横截面面积，其下钢板的面积大于所述钢管混凝土主体的横截面面积，并在所述钢管混凝土主体投影面积之外的下钢板上对应所述底锚栓设置连接孔。

6.如权利要求1所述的叠合柱，其特征在于，所述中间节段的上、下钢板的面积大小等同所述钢管混凝土主体的横截面面积，其中中间节段和顶节段的所述下钢板上设置连接孔，与相邻的底节段或中间节段的所述上钢板上设置的连接锚栓位置对应，并在所述钢管混凝土主体上对应连接孔的位置设有预留空腔，使用时，钢管混凝土节段采用连接锚栓固定后，在所述预留空腔浇筑混凝土。

7.如权利要求1所述的叠合柱，其特征在于，还包括上部梁，所述上部梁中间设有顶部后浇筑混凝土空腔，该空腔内设有通孔，相应地，该通孔与所述顶节段的上钢板上的连接孔对应设置，所述连接孔内设有顶锚栓，相邻所述上部梁的钢管混凝土节段的上钢板的面积大于所述钢管混凝土主体的横截面面积。

8.如权利要求1所述的叠合柱，其特征在于，所述普通钢筋混凝土为在普通混凝土中间设置有多个纵向钢筋和多个箍筋，其中，多个所述纵向钢筋沿所述钢管***一周间隔布置，所述纵向钢筋上、下端分别固定于所述上钢板与下钢板，多个所述箍筋均环绕固定于所有所述纵向钢筋的外侧，沿所述纵向钢筋在纵向间隔布置。

9.如权利要求1所述的叠合柱，其特征在于，所述底锚栓为直钩锚栓，所述连接锚栓包括带帽螺栓、栓帽垫板、螺母垫板和紧固螺母。

10.如权利要求1所述的叠合柱，其特征在于，所述钢管混凝土节段的横截面为圆形或方形或其它形状。