[发明专利]自应力可调式钢管混凝土柱

说明书

技术领域

本发明涉及一种土木工程和桥梁工程中的钢管混凝土组合结构。

背景技术

钢管混凝土是将混凝土灌入薄壁钢管而形成的一种组合结构。与传统的钢筋混凝土结构相比，它具有承载力高、重量轻、塑性韧性好、施工方便及节省水泥和模板材料等诸多优点。近年来这种新型结构正愈来愈受到重视，在国内外高层建筑工程、地铁车站工程及大跨度桥梁工程上己得到广泛应用。

在钢管混凝土结构中，钢管和混凝土两种材料在受力过程中相互作用，即钢管对混凝土的约束作用使混凝土处于三向压缩应力状态下，从而使混凝土的强度得到提高，韧性和塑性得到改善；同时核心混凝土的作用可以避免或延缓钢管产生局部屈曲现象，从而保证其材料性能的充分发挥。另外，在钢管混凝土的施工过程中，钢管可直接作为浇筑混凝土的模板，因而极大加快了施工进度。总之，钢管与混凝土相结合不仅可以弥补两种材料的缺点，还能充分发挥两者各自的优点，另外还提高了防火、抗震的性能。

混凝土材料在凝结硬化和使用过程中由于混凝土内部水分变化、化学反应和温度变化等引起体积减小—收缩。核心混凝土收缩会造成钢管混凝土的脱空现象。对于钢管混凝土柱，经过研究发现，由于重力的压实效果（泊松效应），从底部起三分之二左右柱高度的核心混凝土与钢筒界面结合紧密，没有脱空问题；而上部三分之一左右柱高度的核心混凝土则出现脱空问题，脱空尺寸、与高度成近似正比关系。核心混凝土的收缩应变一般为几十至几百微应变，直径方向最大脱空尺寸一般在毫米量级。要预防钢管混凝土的脱空问题，须从钢管、混凝土这两种材料上来着手，存在三种办法：一是在混凝土组分中加入适当膨胀剂，使混凝土膨胀在钢管与混凝土之间产生自应力；二是使钢管收缩在钢管与混凝土之间产生自应力；三是利用栓钉、钢筋笼等结构限制混凝土的收缩变形，避免脱空。一些研究者对混凝土膨胀剂进行了研究，取得了一些成果，但对混凝土因温度变化、水泥水化产生的收缩抑制效果还不理想；也有研究者对钢管收缩进行了研究，提出了先给钢管加热，再浇筑混凝土，等混凝土硬化后再给钢管降温收缩的方法，但这种方法很难实际操作。

发明内容

针对现有钢管混凝土柱施工和使用过程中普遍存在的钢管和核心混凝土柱的脱空问题，提供一种使钢管收缩的机械方法来抹去脱空区，并使钢管与混凝土之间产生自应力。本发明的目的在于提供一种新型的钢管混凝土柱，可以克服普通的钢管混凝土柱存在的脱空问题。

本发明的技术解决方案是：

一种自应力可调式钢管混凝土柱，其特征是：包括上部带对称纵向槽缝的钢管，钢管内为核心混凝土柱；钢管外表面设置若干将钢管抱紧的横向加强肋条，相邻肋条间用螺栓和螺母链接，钢管的纵向槽缝间用高弹性高分子材料填充条密封，钢管上部由槽缝分割的柱面在相邻肋条由螺栓拧紧时向内收缩，消除脱空区。

纵向槽缝位于钢管上部三分之一高度部位。

横向加强肋条有多层，每层横向加强肋条由多条组成，且相邻两条连接处位于纵向槽缝处。在核心混凝土柱表面黏贴若干电阻应变片。

按常规方法浇筑普通高强混凝土（可以不加膨胀剂），等核心混凝土凝结硬化三个月后，收缩基本完成，脱空区体积保持不变。在硬化后的核心混凝土柱上表面黏贴若干电阻应变片，它们将用于测量核心混凝土的应变；收紧相邻肋条在开槽处的螺栓链接，使对称的钢筒柱面向内弯曲变形，进而完全消除脱空区域，并压迫核心混凝土，形成自应力。贴在混凝土柱上表面的电阻应变片用于检测核心混凝土的径向压应变，以确定相邻肋条在开槽处的螺栓链接力。

本发明有如下优点：

（1）可调节自应力钢筒结构简单、制作简易、增加成本低廉；

（2）通过收紧钢筒上的相邻肋条，可以使对称的钢筒柱面向内弯曲变形，完全消除脱空区域，并压迫核心混凝土，形成自应力；

（3）通过电阻应变测试，控制相邻肋条的收紧力，可以按照工程设计要求调节钢筒和核心混凝土之间的自应力；

（4）加载方式简单、实用、可靠，通过拧紧相邻肋条之间的螺栓链接的螺母，现场即可方便地施加自应力；

（5）相邻肋条之间用螺栓链接，对钢筒强度和钢筒柱面的局部稳定性进行了加强；

（6）钢筒槽内由高弹性高分子（防水）材料填充密封，消除开槽对混凝土浇筑成形的影响，并在施加自应力后，形成压应变，提高了密封性，消除了使用周期内钢筒（管）上槽缝引起锈蚀的源头。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明一个实施例的结构示意图。

图2是图1的局部放大图。