申请/专利权人：内蒙古工业大学

申请日：2018-11-30

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN110344539B

主分类号：E04C3/32

分类号：E04C3/32;E04C3/34;E04B1/98;E04H9/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2019.11.12#实质审查的生效;2019.10.18#公开

摘要：本发明公开一种钢管混凝土耗能组合柱，其包括若干个竖直设置的立柱、水平设置的加强筋以及锚具；本发明还公开一种钢管混凝土耗能组合柱的制作方法，其包括如下步骤：a准备工作、b组装组合柱体框架、c穿设加强筋、d填充材料形成组合柱体以及e整体固定。优点：本发明不仅承载能力强，而且有突出的耗能能力，具有良好的抗震性能。

主权项：1.一种钢管混凝土耗能组合柱，其特征在于，其包括若干个竖直设置的立柱、水平设置的加强筋以及锚具；若干个所述立柱组合拼接成组合柱体，并通过所述加强筋在水平方向上相互固定，所述加强筋的两端突出于所述组合柱体的相对外侧，所述加强筋与所述组合柱体通过所述锚具锚固；所述立柱包括等长的外包钢管、内置钢管、连接钢板以及端封板；所述外包钢管套设于所述内置钢管的外周，且所述内置钢管位于所述外包钢管的中心位置，在所述外包钢管与所述内置钢管之间设有所述连接钢板，所述连接钢板的两端分别与所述外包钢管和所述内置钢管的侧壁焊接固定，在所述外包钢管与所述内置钢管之间的空腔内浇注有混凝土；所述连接钢板的纵截面为波浪形；所述端封板与所述内置钢管的横截面的尺寸相匹配，所述端封板设于所述内置钢管的两端并与所述内置钢管焊接固定；在所述内置钢管与所述端封板形成的密闭空间内填充有耗能颗粒物；在相邻两个所述立柱之间填充有粘弹性材料。

全文数据：一种钢管混凝土耗能组合柱及其制作方法技术领域：本发明涉及建筑领域，尤其涉及一种钢管混凝土耗能组合柱及其制作方法。背景技术：地震灾害具有突发性和毁灭性，严重威胁着人类生命、财产的安全。世界上每年发生破坏性地震近千次，一次大地震可引起上千亿美元的经济损失，导致几十万人死亡或严重伤残。地震中建筑物的大量破坏与倒塌，是造成地震灾害的直接原因。建筑减震通常是在建筑结构物某些部位设置耗能装置，通过该装置产生的摩擦、变形来耗散或吸收地震输入结构的能量，以减小主体结构的地震反应，从而避免结构产生破坏或倒塌，达到减震控制的目标。框架结构、框架-剪力墙结构是常见的建筑结构形式。对于此类建筑结构，柱子是关键的承载构件，承担着部分甚至大部分的水平地震作用，所以柱子抗震耗能能力的大小直接决定着建筑结构的整体抗震安全性。目前在工程中应用的各种钢筋混凝土柱、钢-混凝土柱以及型钢混凝土柱，往往无法抵御强风、强震的共同作用，均需要进一步增强耗能能力，才能确保建筑结构的安全，加大了后期的工作量和施工难度。发明内容：本发明的第一个目的在于提供一种承载能力强、耗能效果好的钢管混凝土耗能组合柱；本发明的第二个目的在于提供一种制作简单、造价低廉的钢管混凝土耗能组合柱的制作方法。本发明的第一个目的由如下技术方案实施：一种钢管混凝土耗能组合柱，其包括若干个竖直设置的立柱、水平设置的加强筋以及锚具；若干个所述立柱组合拼接成组合柱体，并通过所述加强筋在水平方向上相互固定，所述加强筋的两端突出于所述组合柱体的相对外侧，所述加强筋与所述组合柱体通过所述锚具锚固。进一步的，所述立柱包括等长的外包钢管、内置钢管、连接钢板以及端封板；所述外包钢管套设于所述内置钢管的外周，且所述内置钢管位于所述外包钢管的中心位置，在所述外包钢管与所述内置钢管之间设有所述连接钢板，所述连接钢板的两端分别与所述外包钢管和所述内置钢管的侧壁焊接固定，在所述外包钢管与所述内置钢管之间的空腔内浇注有混凝土；所述端封板与所述内置钢管的横截面的尺寸相匹配，所述端封板设于所述内置钢管的两端并与所述内置钢管焊接固定；在所述内置钢管与所述端封板形成的密闭空间内填充有耗能颗粒物。进一步的，在所述组合柱体上从上至下等间距开设有若干水平方向的第一通孔和水平方向的第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔的穿孔方向相垂直，且所述第一通孔与所述第二通孔在竖直方向上交替设置；在所述第一通孔和所述第二通孔内均贯穿设有胶管，在所述胶管内插设有所述加强筋，所述加强筋的两端突出于所述组合柱体的相对外侧，所述加强筋与所述组合柱体通过所述锚具锚固。进一步的，在相邻两个所述立柱之间填充有粘弹性材料。进一步的，所述立柱的数量为四个，且所述立柱的横截面均为矩形，四个所述立柱呈田字形结构拼接在一起。进一步的，所述加强筋为预应力钢筋。本发明的第二个目的由如下技术方案实施：一种钢管混凝土耗能组合柱的制作方法，其包括如下步骤：a准备工作、b组装组合柱体框架、c穿设加强筋、d填充材料形成组合柱体以及e整体固定；其中：a准备工作：根据建筑要求准备内置钢管、用于组装外包钢管的第一钢板、连接钢板、加强筋、端封板、锚具以及胶管；所述第一钢板与所述连接钢板上由上至下开设有用于水平穿设所述加强筋的通孔；b组装组合柱体框架：将连接钢板的两端分别与内置钢管的外壁和第一钢板的内壁焊接连接，再将相邻的两块第一钢板之间焊接连接形成外包钢管，焊接后的外包钢管、内置钢管与连接钢板形成立柱框架；若干个所述立柱框架组合拼接成组合柱体框架；c穿设加强筋：在所述通孔内水平穿设所述胶管，且上、下相邻的两根所述胶管相互垂直，在所述胶管内插设所述加强筋，且所述加强筋的两端突出于所述组合柱体框架的相对外侧；d填充材料形成组合柱体：在所述外包钢管与所述内置钢管之间的空腔内浇注混凝土，并在所述内置钢管内填充耗能颗粒物，将与所述内置钢管的横截面的尺寸相匹配的所述端封板设于所述内置钢管的两端，并与所述内置钢管焊接固定，形成组合柱体；e整体固定：将所述加强筋与所述组合柱体通过所述锚具锚固。进一步的，所述步骤d填充材料形成组合柱体还包括：在相邻两个所述立柱框架之间填充粘弹性材料。进一步的，所述步骤b组装组合柱体框架中，组装的所述立柱框架的数量为四个，且所述立柱框架的横截面均为矩形，四个所述立柱框架呈田字形结构拼接在一起。进一步的，在所述步骤e整体固定中，首先采用张拉的方式使加强筋张拉到控制应力，然后再将所述加强筋与所述组合柱体通过所述锚具锚固。本发明的优点：本发明由四个立柱呈田字形结构拼接在一起，再由预应力钢筋和锚具固定，提高了整个组合柱体的整体性；各个立柱之间填充的粘弹性材料形成结构式的粘弹性阻尼器，可以消耗地震能量，发挥良好的耗能作用；外包钢管与内置钢管通过纵截面为波浪形的连接钢板焊接固定，可以明显提高组合柱体的承载能力；内置钢管内填充耗能颗粒物，并浇灌有稀水泥浆，耗能颗粒物可起到良好的耗散地震能量的作用，而稀水泥浆可填满耗能颗粒物的间隙，进而加强耗能颗粒物的耗能作用，且稀水泥浆的干裂、破碎也能起到耗能作用。本发明不仅承载能力强，而且有突出的耗能能力，具有良好的抗震性能。附图说明：为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为实施例1的正视图；图2为实施例1的左视图；图3为实施例1的俯视图；图4为图1的A-A剖视图。图中：立柱1、外包钢管1.1、内置钢管1.2、连接钢板1.3、混凝土1.4、端封板1.5、耗能颗粒物1.6、加强筋2、锚具3、胶管4、粘弹性材料5。具体实施方式：下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1：如图1-图4所示的一种钢管混凝土耗能组合柱，其包括若干个竖直设置的立柱1、水平设置的加强筋2以及锚具3；若干个立柱1组合拼接成组合柱体，可根据实际建筑需求，决定组合柱体的形状，并通过加强筋2在水平方向上相互固定，加强筋2的两端突出于组合柱体的相对外侧，加强筋2与组合柱体通过锚具3锚固。加强筋2为预应力钢筋。通过预应力钢筋和锚具3的配合，加强了相邻两个立柱1之间的约束作用，提高了整个组合柱体的整体性。立柱1的数量为四个，且立柱1的横截面均为矩形，四个立柱1呈田字形结构拼接在一起。本实施例中，立柱1的横截面均为正方形。立柱1包括等长的外包钢管1.1、内置钢管1.2、连接钢板1.3以及端封板1.5；外包钢管1.1套设于内置钢管1.2的外周，且内置钢管1.2位于外包钢管1.1的中心位置，在外包钢管1.1与内置钢管1.2之间设有连接钢板1.3，连接钢板1.3的两端分别与外包钢管1.1和内置钢管1.2的侧壁焊接固定，在外包钢管1.1与内置钢管1.2之间的空腔内浇注有混凝土1.4；连接钢板1.3的纵截面为波浪形；与普通的平面钢板相比，波浪形的连接钢板1.3的弹性初始面内的刚度更大，波浪形的连接钢板1.3具有自行加劲的作用，会限制连接钢板1.3自身的变形，提高连接钢板1.3的弹性临界屈曲荷载，因而，波浪形的连接钢板1.3可以充分利用钢材的塑性性能，提高构件的承载能力。端封板1.5与内置钢管1.2的横截面的尺寸相匹配，端封板1.5设于内置钢管1.2的两端并与内置钢管1.2焊接固定；在内置钢管1.2与端封板1.5形成的密闭空间内填充有耗能颗粒物1.6，本实施例中的耗能颗粒物1.6是金属颗粒、碎石子、钢渣等材料，取材方便；在地震作用下会相互挤压、摩擦、碰撞，从而起到良好的耗散地震能量的作用；端封板1.5可对耗能颗粒物1.6起到挤紧、压实和封闭的作用。在内置钢管1.2与端封板1.5形成的密闭空间内还浇灌有稀水泥浆，且稀水泥浆的水灰比不低于0.5，稀水泥浆可以填满耗能颗粒物1.6的间隙，进而加强耗能颗粒物1.6的耗能作用，且稀水泥浆的干裂、破碎也能起到耗能作用。在组合柱体上从上至下等间距开设有若干水平方向的第一通孔和水平方向的第二通孔，第一通孔和第二通孔的穿孔方向相垂直，且第一通孔与第二通孔在竖直方向上交替设置；在第一通孔和第二通孔内均贯穿设有胶管4，在胶管4内插设有加强筋2，加强筋2的两端突出于组合柱体的相对外侧，加强筋2与组合柱体通过锚具3锚固。在相邻两个立柱1之间填充有粘弹性材料5，各个立柱1之间填充的粘弹性材料5形成结构式的粘弹性阻尼器，粘弹性材料5的剪切、拉压可以消耗地震能量，发挥良好的耗能作用。根据ABAQUS有限元软件模拟的结果，本实施例与相同外形尺寸、相同用钢量的钢管混凝土柱相比，极限承载力基本持平，即本实施例中的预应力钢筋充分发挥了作用，耗能能力提高了3.12倍，延性系数极限位移与屈服位移的比值提高了2.84倍，本实施例抗震耗能能力明显提升。实施例2：能够实现实施例1中的一种钢管混凝土耗能组合柱的制作方法，其包括如下步骤：a准备工作、b组装组合柱体框架、c穿设加强筋、d填充材料形成组合柱体以及e整体固定；其中：a准备工作：根据建筑要求准备内置钢管1.2、用于组装外包钢管1.1的第一钢板、连接钢板1.3、加强筋2、端封板1.5、锚具3以及胶管4；第一钢板与连接钢板1.3上由上至下开设有用于水平穿设加强筋2的通孔；连接钢板1.3的纵截面为波浪形；b组装组合柱体框架：将连接钢板1.3的两端分别与内置钢管1.2的外壁和第一钢板的内壁焊接连接，再将相邻的两块第一钢板之间焊接连接形成外包钢管1.1，方便施工，焊接后的外包钢管1.1、内置钢管1.2与连接钢板1.3形成立柱框架；若干个立柱框架组合拼接成组合柱体框架；步骤b组装组合柱体框架中，组装的立柱框架的数量为四个，且立柱框架的横截面均为矩形，四个立柱框架呈田字形结构拼接在一起，本实施例中，立柱框架的横截面均为正方形。c穿设加强筋：在通孔内水平穿设胶管4，且上、下相邻的两根胶管4相互垂直，在胶管4内插设加强筋2，且加强筋2的两端突出于组合柱体框架的相对外侧；d填充材料形成组合柱体：在外包钢管1.1与内置钢管1.2之间的空腔内浇注混凝土1.4，并在内置钢管1.2内填充耗能颗粒物1.6，将与内置钢管1.2的横截面的尺寸相匹配的端封板1.5设于内置钢管1.2的两端，并与内置钢管1.2焊接固定，形成组合柱体；端封板1.5可将耗能颗粒物1.6挤紧压实；端封板1.5的厚度可保证本实施例在大震作用下不会断裂破坏；耗能颗粒物1.6可根据结构耗能要求来确定耗能颗粒物1.6的种类，可以是金属颗粒、碎石子、钢渣等材料，取材方便，本实施例中采用废钢渣；步骤d填充材料还包括在内置钢管1.2内浇灌稀水泥浆，且稀水泥浆的水灰比不低于0.5，钢渣中灌入少量低强度稀水泥浆来填满钢渣的间隙。步骤d填充材料形成组合柱体还包括：在相邻两个立柱框架之间填充粘弹性材料5，使四个立柱框架形成一个整体，粘弹性材料5的厚度可根据结构耗能的需要来确定，本实施例中的粘弹性材料5为环氧树脂；混凝土1.4的类型和强度也可根据结构耗能的需要来确定，可选择再生混凝土、风积沙混凝土、橡胶混凝土、玻璃混凝土等环境友好型材料。e整体固定：将加强筋2与组合柱体通过锚具3锚固，锚具3与组合柱体的接触面积应该尽量大一些，已保证对组合柱体足够的约束作用。在步骤e整体固定中，待混凝土1.4强度达到设计强度的75％后，首先通过卷扬机采用张拉的方式使加强筋2张拉到控制应力，然后再将加强筋2与组合柱体通过锚具3锚固。张拉操作会将加强筋2拉长，此时通过锚具3锚固，在加强筋2的回缩力的作用下，可使相邻的两个立柱框架连接的更紧固。本实施例制作简单，造价低廉，具有较好的经济实用性。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种钢管混凝土耗能组合柱，其特征在于，其包括若干个竖直设置的立柱、水平设置的加强筋以及锚具；若干个所述立柱组合拼接成组合柱体，并通过所述加强筋在水平方向上相互固定，所述加强筋的两端突出于所述组合柱体的相对外侧，所述加强筋与所述组合柱体通过所述锚具锚固。2.根据权利要求1所述的一种钢管混凝土耗能组合柱，其特征在于，所述立柱包括等长的外包钢管、内置钢管、连接钢板以及端封板；所述外包钢管套设于所述内置钢管的外周，且所述内置钢管位于所述外包钢管的中心位置，在所述外包钢管与所述内置钢管之间设有所述连接钢板，所述连接钢板的两端分别与所述外包钢管和所述内置钢管的侧壁焊接固定，在所述外包钢管与所述内置钢管之间的空腔内浇注有混凝土；所述端封板与所述内置钢管的横截面的尺寸相匹配，所述端封板设于所述内置钢管的两端并与所述内置钢管焊接固定；在所述内置钢管与所述端封板形成的密闭空间内填充有耗能颗粒物。3.根据权利要求2所述的一种钢管混凝土耗能组合柱，其特征在于，在所述组合柱体上从上至下等间距开设有若干水平方向的第一通孔和水平方向的第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔的穿孔方向相垂直，且所述第一通孔与所述第二通孔在竖直方向上交替设置；在所述第一通孔和所述第二通孔内均贯穿设有胶管，在所述胶管内插设有所述加强筋，所述加强筋的两端突出于所述组合柱体的相对外侧，所述加强筋与所述组合柱体通过所述锚具锚固。4.根据权利要求1-3任一所述的一种钢管混凝土耗能组合柱，其特征在于，在相邻两个所述立柱之间填充有粘弹性材料。5.根据权利要求1所述的一种钢管混凝土耗能组合柱，其特征在于，所述立柱的数量为四个，且所述立柱的横截面均为矩形，四个所述立柱呈田字形结构拼接在一起。6.根据权利要求1所述的一种钢管混凝土耗能组合柱，其特征在于，所述加强筋为预应力钢筋。7.一种钢管混凝土耗能组合柱的制作方法，其特征在于，其包括如下步骤：a准备工作、b组装组合柱体框架、c穿设加强筋、d填充材料形成组合柱体以及e整体固定；其中：a准备工作：根据建筑要求准备内置钢管、用于组装外包钢管的第一钢板、连接钢板、加强筋、端封板、锚具以及胶管；所述第一钢板与所述连接钢板上由上至下开设有用于水平穿设所述加强筋的通孔；b组装组合柱体框架：将连接钢板的两端分别与内置钢管的外壁和第一钢板的内壁焊接连接，再将相邻的两块第一钢板之间焊接连接形成外包钢管，焊接后的外包钢管、内置钢管与连接钢板形成立柱框架；若干个所述立柱框架组合拼接成组合柱体框架；c穿设加强筋：在所述通孔内水平穿设所述胶管，且上、下相邻的两根所述胶管相互垂直，在所述胶管内插设所述加强筋，且所述加强筋的两端突出于所述组合柱体框架的相对外侧；d填充材料形成组合柱体：在所述外包钢管与所述内置钢管之间的空腔内浇注混凝土，并在所述内置钢管内填充耗能颗粒物，将与所述内置钢管的横截面的尺寸相匹配的所述端封板设于所述内置钢管的两端，并与所述内置钢管焊接固定，形成组合柱体；e整体固定：将所述加强筋与所述组合柱体通过所述锚具锚固。8.根据权利要求7所述的一种钢管混凝土耗能组合柱的制作方法，其特征在于，所述步骤d填充材料形成组合柱体还包括：在相邻两个所述立柱框架之间填充粘弹性材料。9.根据权利要求7所述的一种钢管混凝土耗能组合柱的制作方法，其特征在于，所述步骤b组装组合柱体框架中，组装的所述立柱框架的数量为四个，且所述立柱框架的横截面均为矩形，四个所述立柱框架呈田字形结构拼接在一起。10.根据权利要求7所述的一种钢管混凝土耗能组合柱的制作方法，其特征在于，在所述步骤e整体固定中，首先采用张拉的方式使加强筋张拉到控制应力，然后再将所述加强筋与所述组合柱体通过所述锚具锚固。

百度查询： 内蒙古工业大学 一种钢管混凝土耗能组合柱及其制作方法

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