[发明专利]一种钢管约束的钢管混凝土新型构件及其加工方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑结构构件领域，尤其涉及一种钢管约束的钢管混凝土新型构件及其加工方法。

背景技术

钢管混凝土指在钢管中填充混凝土而形成的组合构件。钢管混凝土构件在受力过程中，钢管对混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压的应力状态，从而使钢管中核心混凝土的强度得以提高，延性得到显著改善；同时，核心混凝土的存在可避免或延缓钢管发生局部屈曲，从而保证其材料性能得到充分发挥。与钢筋混凝土结构相比，在钢管混凝土施工过程中，钢管可以作为浇筑其核心混凝土的模板，可节省模板费用，加快施工进度；与钢结构相比，核心混凝土的存在使构件的耐火性能更好，节约防火涂料，降低工程造价。将钢管与混凝土组合为钢管混凝土，通过钢管与核心混凝土的相互作用，不仅可以弥补两种材料各自的缺点，而且能充分发挥二者的优点，使钢管混凝土结构具有一系列优越的力学性能。近年来，钢管混凝土结构因其优越的力学性能受到工程界的青睐，在高层建筑和大跨度桥梁中得到了越来越广泛的应用。

但钢管混凝土结构在实际工程中应用中也存在着不足之处，具体包括：

（1）钢管混凝土柱在轴向荷载作用下，钢管与核心混凝土同时承担纵向荷载，因此钢管对核心混凝土的约束效果未能得到充分发挥，特别是对于钢管高强混凝土柱，钢管对核心混凝土的约束效果不显著，核心高强混凝土在受力过程中易产生剪切压溃破坏；

（2）钢管混凝土构件在轴向荷载作用下，钢管一般处于纵向受压横向受拉的应力状态，这使钢管的纵向屈服强度低于钢管单向受拉屈服强度；随着变形的增加，钢管对核心混凝土的横向约束作用逐渐增强，特别是当钢管屈服后，钢管的纵向应力随其横向应力的增加而逐渐降低，即钢管对构件纵向承载力的贡献也随之减弱；

（3）钢管混凝土构件在遭遇相当于本地区抗震设防烈度的设防地震影响时，构件可能发生损坏，其钢管可能达到屈服或产生屈曲，构件需进行修复加固才可继续使用；

（4）钢管混凝土构件在轴向荷载作用下，在加载初期，钢管与核心混凝土均处于弹性阶段，由于钢管的泊松比大于核心混凝土，钢管的横向变形比核心混凝土的横向变形大，这导致钢管与核心混凝土之间产生脱开现象，特别对于薄壁钢管高强混凝土构件，高强核心混凝土在加载初期横向变形小，薄壁钢管与核心混凝土脱开现象更为显著；此外，实际工程中由于核心混凝土的浇筑、养护方式不当或核心混凝土产生收缩、徐变和温度变形可导致钢管与核心混凝土之间产生脱空现象，以上现象均可影响钢管与核心混凝土的相互作用，使钢管在加载初期可产生较大初应力，从而影响构件的力学性能；

（5）实际钢管混凝土构件中，钢管因其耐腐蚀性能差需定期进行严格的防腐处理，否则容易发生锈蚀，影响构件的耐久性和力学性能，限制了此类构件在某些特殊环境中的使用，如超大跨径钢管混凝土拱桥因外层钢管的耐腐性差导致其在沿海地区的发展与应用受到限制；

为此，有必要设计一种新型的钢管混凝土结构构件，能够增强构件钢管对核心混凝土的约束作用，提高构件的承载力和延性，改善构件的破坏模式，增强构件的抗震和耐腐蚀性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢管约束的钢管混凝土新型构件，旨在解决现有钢管混凝土构件技术的不足，用以增强核心构件钢管与核心混凝土之间的共同工作性能，提高构件的承载力和延性，改善构件的破坏模式，增强构件的抗震和耐腐蚀性能。

本发明是这样实现的，一种钢管约束的钢管混凝土新型构件，由空心柱体结构的核心组件和空心柱体结构的外层组件嵌套组成，所述核心组件内部填充有内层材料，所述内层材料长度与所述核心组件相同；所述核心组件和所述外层组件的横截面图形均为圆柱形，所述核心组件和所述外层组件的横截面的圆心重合；所述外层组件的内壁宽度等于所述核心组件的外壁宽度；所述外层组件的长度小于所述核心组件。由于核心组件的长度要长于所述外层组件，且实际工程中外层组件不与核心组件的梁柱节点连接，所以本方案中外层组件实质上是不承受纵向力作用，只是对核心组件与混凝土提供横向约束的作用。

这与现有技术中普通的双层嵌套钢管具有很大的不同，现有技术中的双层钢管虽然从构件中部的横截面结构上来说与本方案是一样的，但是由于其外层结构的长度于内层结构相同，所以受力时两者是同时承受纵向力作用，使外层结构钢管对内层结构的约束作用不能充分发挥。

本发明的进一步技术方案是：所述核心组件和所述外层组件的制造材料为碳素钢、不锈钢和高强钢中的一种。这些材料容易获得，成本低廉。