[发明专利]底部带软钢套管的双功能多腔体钢管混凝土柱及作法

说明书

技术领域

本发明是一种底部带软钢套管的双功能多腔体钢管混凝土柱及作法，属于一种新型耗能减震构件，主要应用于建筑结构中的耗能减震控制领域。

背景技术

社会在发展进步，人们生活水平也在不断提高，各种形式的建筑层出不穷，满足不同使用功能的建筑也应运而生。尤其是高层、超高层建筑的大量涌现，这就需要有新的理论和新的技术来支撑这类建筑的建设。在这种前提下，多腔体钢管混凝土结构也就随之而产生。

多腔体钢管混凝土由钢管腔体和混凝土两种材料组成，由于腔体内混凝土的作用，钢管壁板的稳定性有很大的提高，延缓或者避免了钢管壁板过早的发生局部屈曲；同时钢管对其核心混凝土的约束作用，使混凝土处于高度复杂的应力状态，从而使混凝土的强度得以提高，塑性和韧性性能得到改善，两种材料的组合弥补了各自的缺点，使其材料性能得到了充分发挥。

在多腔体钢管混凝土巨型柱受压性能试验中发现多腔体钢管混凝土结构性能优良的同时也存在一些不足。钢管混凝土结构在强震作用下，破坏一般发生在底部，腔体壁板容易发生局部鼓曲，腔体壁板承载力下降，导致腔体角部焊缝撕裂，对内部混凝土约束作用减弱，钢板向外鼓出部分相应部位的核心混凝土严重酥碎，而此时其上部结构可能还没有达到屈服，材料的性能没有得到充分发挥，造成了材料的严重浪费，大量震害现象也证明了这一点。

软钢耗能减震技术和高韧性材料的应用为建筑的抗震设计和抗震加固提供了一个崭新的思路，为高层和超高层建筑实现减震控制和抗震性能提高提供了一个切实有效的途径。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提高多腔体钢管混凝土结构的抗震性能，延缓或避免由于钢管混凝土结构底部钢板鼓曲，导致结构或构件的破坏，充分发挥材料的性能。本发明为了解决这一问题，提出了底部带软钢套管的双功能多腔体钢管混凝土柱及作法。

底部带软钢套管的双功能多腔体钢管混凝土柱，其特征在于：其包括多腔体钢管1、核心混凝土2、软钢套管3、连接抗剪螺栓4、螺母5和高韧性复合材料层6；在原有由多腔体钢管1和填充于多腔体钢管1内的核心混凝土2构成的普通多腔体钢管混凝土柱的外侧底部添加软钢套管3，在软钢套管3和原有凝土柱的多腔体钢管1之间嵌入高性能复合材料层6，多腔体钢管1与软钢套管3之间用抗剪螺栓4连接；软钢套管底部应伸进基础并与其锚固。

所述混凝土柱截面为矩形；高韧性复合材料层6由聚合物改性水泥混凝土、橡胶细集料水泥混凝土、普通纤维混凝土和高韧性水泥基纤维混凝土构成。

在软钢套管3和多腔体钢管1统一水平高度的相对应的位置双向开有螺栓孔，软钢套管上开孔的直径稍大于螺栓的直径，连接抗剪螺栓4的直径不小于软钢套管和多腔体钢管的钢板厚度；开孔的数量不少于两排，每排螺栓孔的水平和竖向间距不大于200mm，保证软钢套管3以及多腔体钢管1和嵌入的高韧性复合材料层6接触紧密，且同一排不同方向的孔净距不小于20mm，使能够连接抗剪螺栓4能够顺利穿过多腔体钢管1和软钢套管3且减小对同一水平截面的削弱；软钢套管3的壁厚度不小于内管的壁厚；软钢套管3和多腔体钢管1通过连接抗剪螺栓4连接，并且形成预压力；所述高韧性复合材料层6的厚度不小于软钢套管3的厚度，且不小于20mm。

所述软钢套管3高出地面或楼面的高度宜为1.0h，其中h为矩形钢管截面长边尺寸，也就是加强钢管混凝土柱的塑性铰域，延缓或避免钢管混凝土柱底部的破坏，提高其抗震承载能力和耗能能力。

所述底部带软钢套管的双功能多腔体钢管混凝土柱按如下方法制作：

1)在多腔体钢管1和软钢套管3相对应的位置双向预留螺栓孔洞；

2)对多腔体矩形钢管混凝土柱，在多腔体钢管1预留的螺栓孔处的外侧面对应位置焊接上相应的螺母5；

3)对多腔体钢管1和底部软钢套管3进行正确的定位，使其同一排上的螺栓孔在同一水平高度上；

4)在预留的螺栓孔洞处穿入连接抗剪螺栓4，通过内部的螺母5拧紧连接抗剪螺栓4，完成软钢套管3与多腔体钢管1的连接，然后在软钢套管3和多腔体钢管1之间嵌入高韧性复合材料层6；

5)在多腔体钢管1中灌注核心混凝土2，成型后即为底部带软钢套管的双功能多腔体钢管混凝土柱。