[发明专利]钢管混凝土组合抗撞柱及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及组合抗撞柱及其制造技术，具体为一种钢管混凝土组合抗撞柱及其制备方法。

背景技术

建筑物在其服役期间，很有可能会遭遇侧向撞击，尤其是随着城市化进程的加快，私家车数量不断增加，一些地下车库的结构柱以及路边建筑的底层柱会突然遭遇到冲击和碰撞荷载的侵袭，为了保证建筑物的安全性，需要采取一些必要的防撞措施，以达到建筑物安全性功能要求。目前，为了提高建筑物中底层结构柱耐撞性的措施主要有两种途径：1、在结构柱外部附加防撞措施，比如在要保护的结构柱外侧设置防撞警示标志或防撞防护栏等；2、提高结构柱本身的抗撞能力。实际上，结构柱在遭遇碰撞等冲击荷载时，既使有防撞装置，也不可避免会承受冲击荷载，所以一旦冲击荷载大于结构柱的抗冲击能力时，结构柱就会突然破坏（脆性破坏），严重时可能会引起建筑物的连续倒塌，这在结构设计上是绝对不允许出现的。另外，虽然钢管混凝土结构柱已经运用到建筑物中，但是已有的技术主要集中于在结构柱外侧如何设置防撞装置和如何提高防撞装置的有效性上，由于在设计阶段，缺乏对钢管混凝土柱本身抗冲击性能的研究和抗撞性的预估，导致钢管混凝土柱在实际应用中，突然遭受侧向冲击时会出现脆性破坏，进而导致严重的后果。

然而，结构柱在遭遇侧向冲击荷载时，其力学性能有别于承受常规静态荷载或地震荷载，所以在设计钢管混凝土抗撞柱时，其截面含钢率等多种参数以及混凝土的配方比都是技术关键。

因此，有必要发明一种性能优越的钢管混凝土组合抗撞柱。

发明内容

本发明为了解决现有的组合抗撞柱（即钢管混凝土柱）在突然遭遇侧向冲击时，容易发生脆性破坏的问题，提供了一种性能优越的钢管混凝土组合抗撞柱。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种钢管混凝土组合抗撞柱，包括钢管，所述钢管内填满混凝土，柱体的截面含钢率α为0.07-0.178；长细比λ为10-20；钢材屈服强度f_y为200MPa-500MPa；混凝土柱体抗压强度f_cu为30MPa-120MPa；轴压比n<2η₀，所述η_o是柱体的N-M相关曲线上平衡点A的纵坐标。

截面含钢率α=A_s/A_c（A_s为钢管截面面积，A_c为混凝土截面面积）。研究结果表明，当钢管混凝土的约束效应系数ξ=αf_y/f_cu＜1时，钢管混凝土柱在侧向冲击荷载作用下的破坏表现为脆性破坏模式，这种模式的破坏在结构的设计中是不允许的，所以，在抗撞柱的设计中限定钢管混凝土的约束项系数须大于1，由此得出截面含钢率α＞0.06，但是，经过研究表明，为了更好地防止钢管混凝土柱发生脆性破坏，柱体的截面含钢率更加优选地选择为α≥0.07；另一方面，如果截面含钢率α较大时，不能充分体现出钢管混凝土柱在经济上的优势，所以截面含钢率α<0.2，但是经过研究表明，柱体的截面含钢率优选地选择为α≤0.178。具体实验数据如表1所示：

表1 试件编号和试验结果

上表中，实验数据证实当截面含钢率α为0.060时，钢管混凝土抗撞柱确实发生了脆性破坏，试验数据与理论计算相吻合，进一步表明截面含钢率α为0.060是钢管混凝土柱在发生脆性破坏和韧性破坏之间的临界点。

如图5、6、7所示，分别表示出三组实验中，冲击高度分别为0.80m、1.00m和1.20m时的冲击力时程曲线，可以看到随着冲击高度的增加，冲击力的峰值增大，加载的时间增长。