[发明专利]一种加设约束拉杆和劲化带的矩形钢管混凝土柱

说明书

技术领域

本发明涉及建筑结构技术领域，特别涉及一种加设约束拉杆和劲化带的矩形钢管混凝土柱。

背景技术

钢管混凝土柱将钢和混凝土两种材料的优势有效地组合，具有承载力高、塑性好、抗震和防火性能优越、节省材料及施工简单等优点，在高层建筑尤其是超高层建筑的底层结构体系中的应用有明显的优势。圆形钢管混凝土柱由于钢管沿圆周方向对内填混凝土提供均匀压力，使内填混凝土处于三向受力状态，抗压强度和变形能力得到大幅度提高，已在工程中得到很好应用，但由于建筑功能的要求以及节点构造相对复杂，圆形钢管混凝土柱的应用受到一定限制。

矩形钢管混凝土柱在建筑工程中的应用最为广泛。矩形钢管混凝土柱的钢管对内填混凝土也有一定的约束作用，和钢筋混凝土柱相比，具有承载力和变形能力好的特点；和钢结构相比，防火性能优越。将矩形钢管混凝土柱作为边框与钢筋混凝土剪力墙组合一起，将进一步提高剪力墙的承载力、延性、耗能等抗震性能。

矩形钢管混凝土柱其钢管对内填混凝土的约束作用主要集中于柱角区域，侧面约束取决于钢管壁的平面外刚度。常用的钢管混凝土柱由于钢管壁的宽厚比较大，因而侧边的约束力较小，对柱的承载力和变形能力的改善很难达到预期效果，常用加大钢管壁厚度的措施可以提高侧面约束力，从而提高柱的承载力和变形能力，但大幅度提高钢材用量，经济性极差。

针对矩形钢管混凝土柱约束机理的缺陷，提出了带约束拉杆矩形钢管混凝土柱，其特点是是在钢管混凝土柱中沿纵向每隔一定间距的横截面上设置横向水平约束拉杆，以提高钢管在四个边中部对核心混凝土的约束作用，从而改善钢管混凝土柱构件的力学性能。通过大量的试验和理论研究，探明了带约束拉杆矩形钢管混凝土柱的约束机理，提出了该柱的设计方法和构造措施。

约束拉杆的设置能极大改进矩形钢管混凝土柱的力学性能，但约束拉杆之间区域仍出现弹塑性局部屈曲现象，对内填混凝土的约束作用受到削弱。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提出一种加设约束拉杆和劲化带的矩形钢管混凝土柱。通过加设劲化带形成劲化带与约束拉杆的和谐搭配，在增加极少用钢量又不增加施工难度，影响施工进度的情况下，最大限度的减缓约束拉杆之间的弹塑性屈曲，提高侧面约束能力，并有效减少钢管混凝土柱单设劲化带而未设约束拉杆满焊造成的焊接工作量过大以及焊接造成的变形和残余应力，改善柱的力学性能。

本发明采用如下技术方案：

一种加设约束拉杆和劲化带的矩形钢管混凝土柱，包括劲化带、约束拉杆、矩形钢管、混凝土，所述约束拉杆垂直穿过矩形钢管的前后侧面，左右侧面，并在矩形钢管内交叉成十字形，所述劲化带安装在约束拉杆与矩形钢管穿过处的内侧或外侧，所述劲化带采用焊接﹑螺栓相结合的方法安装在矩形钢管壁上。

所述劲化带为条带形钢板，所述宽度和厚度根据截面大小及受力分析确定,一般为15-60mm，厚度为3-20mm。

所述约束拉杆采用螺纹式拉杆，沿着矩形钢管侧面纵向分布。

所述劲化带分为纵向劲化带和横向劲化带，所述纵向劲化带与矩形钢管底面垂直，横向劲化带与矩形钢管底面平行，所述纵、横劲化带与钢管壁采用焊接﹑螺栓连接相结合的方法安装,所述纵、横劲化带重叠处以焊接方式连接。

还包括垫块、螺帽、杆头，约束拉杆一端通过杆头、垫块固定在矩形钢管外侧，另一端通过螺帽、垫块固定矩形钢管外侧，所述约束拉杆与矩形钢管穿过处的内侧设置螺帽。

所述劲化带安装在约束拉杆与矩形钢管穿过处的内侧或外侧共有16种布置方式，具体如下：

（1）外置纵、横劲化带，单列约束拉杆布置；

约束拉杆在矩形钢管的侧面设置单列，纵、横向劲化带加设在矩形钢管外侧约束拉杆穿过处；

（2）外置纵、横式劲化带，多列约束拉杆布置；

约束拉杆在矩形钢管的侧面设置多列，纵、横向劲化带加设在矩形钢管外侧约束拉杆穿过处；

（3）外纵式劲化带，单列约束拉杆布置；

约束拉杆在矩形钢管的侧面设置单列，纵向劲化带加设在矩形钢管外侧约束拉杆穿过处；

（4）外纵式劲化带，多列约束拉杆布置；

约束拉杆在矩形钢管的侧面设置多列，纵向劲化带加设在矩形钢管外侧约束拉杆穿过处；

（5）外横式劲化带，单列约束拉杆布置；

约束拉杆在矩形钢管的侧面设置单列，横向劲化带加设在矩形钢管外侧约束拉杆穿过处；

（6）外横式劲化带，多列约束拉杆布置；

约束拉杆在矩形钢管的侧面设置多列，横向劲化带加设在矩形钢管外侧约束拉杆穿过处；