[发明专利]方钢管内切环形箍筋约束高强混凝土柱

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强混凝土柱，特别是指一种方钢管内切环形箍筋约束高强混凝土柱；属于建筑结构构件技术领域。

背景技术

高强混凝土具有强度高、变形小和耐久性好等优点，能适应现代工程结构向大跨、重载、高耸发展和承受恶劣环境条件的需要，混凝土的高强化是现代混凝土结构发展的重要趋势。在高层结构中采用高强混凝土框架柱，可以有效的减小柱子截面，增加房屋的使用面积。

优越的性能使得高强混凝土的应用范围不断扩大：在国外，混凝土强度等级已经应用到C100，最高达到C130。但高强混凝土也有其致命的弱点，即高强混凝土的延性很差，容易产生脆性破坏，素混凝土的延性随混凝土强度的提高而显著降低。国外大量采用高强混凝土的结构都是在非地震区，而我国80％的国土面积属于抗震设防区(6度以上)，特别是高层建筑集中的城市绝大多数处于抗震设防区，部分处于高烈度地区，不宜采用高强混凝土结构。我国的《混凝土结构设计规范GB50010-2002》规定：当设防烈度为9度时，混凝土强度等级不宜超过C60，当设防烈度为8度时，混凝土强度等级不直超过C70。这些规定限制了高强混凝土在地震区高层建筑中的应用，因此研究防止高强混凝土脆性破坏的方法，充分利用高强混凝土的优点，具有重要的理论意义和实用价值。

在高强混凝土柱中加入型钢，形成型钢高强混凝土柱将明显改善高强混凝土柱的延性性能，但目前工程中通常采用的型钢高强混凝土柱有如下不足：

1.承载力没有得到提高。由于型钢位于型钢混凝土柱的中心，因此型钢不能对混凝土产生有效的约束；且型钢混凝土柱不能设置复合箍筋，因此型钢高强混凝土柱中的高强混凝土受到的约束很小，承载力为型钢、纵筋和混凝土纵向应力的简单叠加。

2.型钢混凝土涉及型钢、纵筋、箍筋和混凝土，施工工序较多。

对高强混凝土进行外部约束，形成圆钢管高强混凝土柱或方钢管钢高强混凝土柱也将明显改善高强混凝土的延性性能，但目前工程中通常采用的圆钢管高强混凝土柱或方钢管钢高强混凝土柱有如下缺点和不足：

1.圆钢管高强混凝土中的钢管虽然对高强混凝土约束效果好，但圆钢管高强混凝土由于圆形截面的特点，其抗弯刚度和抗弯承载力较低，同时圆钢管高强混凝土节点施工复杂，限制了其应用。

2.方钢管高强混凝土现场施工方便，但方钢管高强混凝土中的钢管在极限承载力前钢管对高强混凝土约束效果差，即基本上单独工作，其极限承载力基本上为方钢管和高强混凝土承载力的简单叠加，在极限承载力后，钢管对高强混凝土约束效果较好，改善了混凝土的延性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种承载力高，延性好，施工方便，成本低，抗弯承载力和抗弯刚度大的方钢管内切环形箍筋约束高强混凝土柱。

本发明方钢管内切环形箍筋约束高强混凝土柱，包括方钢管、箍筋、纵筋、高强混凝土，所述纵筋至少为三根并沿所述方钢管轴向设置在所述方钢管内；所述箍筋为单个圆环或螺旋体，所述箍筋沿所述纵筋的轴向设置，所述箍筋与所述方钢管内表面相切且与所述纵筋固定连接；所述方钢管内浇筑有高强混凝土。

本发明中，所述箍筋与所述纵筋采用点焊或绑扎固定。

本发明中，沿所述纵筋轴向设置的相邻两圆环箍筋之间的间距为30～80mm；所述箍筋螺旋体的螺距为30～80mm。

本发明中，所述方钢管体积含钢率与箍筋体积含钢率之比在(1∶3)～(3∶1)之间。

本发明的方钢管内切环形箍筋约束高强混凝土柱，其方钢管主要承受弯矩、其次是轴力，钢管内部环形箍筋约束高强混凝土主要承担轴力，环形箍筋只对核心混凝土提供横向的约束作用。

本发明的方钢管内切环形箍筋约束高强混凝土柱所带来的效果是：

1.承载力高、延性好。方钢管对角部的混凝土起着约束作用，内切环形箍筋对中部的混凝土起着约束作用，方钢管在承载力轴力的同时，也可承担外弯矩，方钢管和内约束混凝土两者分工明确。

2.施工方便。方钢管可在施工现场进行焊接，圆环形箍筋或螺旋箍筋可采取与内部的4根纵筋点焊或绑扎的方式进行固定，柱本身和节点的施工相对简单。

3.经济效果好。相同截面含钢率下，方钢管内切环形箍筋约束高强混凝土柱承载力、延性性能与圆钢管高强混凝土柱较接近，且施工简便，因此可节约材料、提高施工速度。

方钢管内切环形箍筋约束高强混凝土柱与圆钢管高强混凝土柱、方钢管高强混凝土柱及型钢高强混凝土柱相比，具有以下优点：