[实用新型]一种内部具有负泊松比约束效应的方钢管混凝土柱

说明书

本实用新型公开了一种内部具有负泊松比约束效应的方钢管混凝土柱，包括外部方钢管、内部开孔方钢管、拉筋以及混凝土。所述外部方钢管与内部开孔方钢管之间设有拉筋，拉筋将钢筋两端以90°弯起，弯钩分别焊接在外部方钢管与内部开孔方钢管的壁上；所述内部开孔方钢管的表面开设有具有负泊松比效应的交错型长方形孔洞，并将孔洞周边打磨光滑；所述方钢管混凝土柱内部浇筑有混凝土。本实用新型负泊松比约束效应通过在内部方钢管上交错开孔来实现。在柱子受压时，内部方钢管收缩，对核心混凝土起到主动约束作用。本实用新型改善了柱内混凝土的力学性能，提高了方钢管混凝土柱的轴压承载力与延性性能。

技术领域

本实用新型涉及一种钢与混凝土组合结构，尤其涉及一种内部具有负泊松比约束效应的方钢管混凝土柱。

背景技术

钢管混凝土柱在受到轴向压力时，由于混凝土泊松比小于钢材泊松比，所以在开始受压时钢管径向膨胀变形大于混凝土径向膨胀变形，此时钢管对混凝土并没有起到约束作用。随着轴向压力增大，混凝土泊松比将增大，当其径向膨胀变形大于钢管径向变形时，则会受到外部钢管的被动约束效用。

为了改善混凝土受到的约束效用和其力学性能，有必要研究一种具有主动约束效用的钢管混凝土柱，通过改善内部混凝土力学性能，进一步提高钢管混凝土柱的承载能力与延性性能。本实用新型通过在内部钢管壁上交错开孔，以使其在轴向压力作用下发生径向收缩变形，从而对其内部的混凝土产生主动约束作用。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了改善现有钢-混凝土组合结构中约束混凝土技术上的不足，提供一种内部具有负泊松比约束效应的方钢管混凝土柱，将钢管对内部混凝土的被动约束转变为主动约束，以此提高钢管混凝土柱的承载能力和延性性能。

本实用新型采用的技术方案为：一种内部具有负泊松比约束效应的方钢管混凝土柱，包括外部方钢管、内部开孔方钢管、拉筋和混凝土；

所述外部方钢管与内部开孔方钢管之间设有拉筋，拉筋将钢筋两端以90°弯起，弯钩分别焊接在外部方钢管与内部开孔方钢管的壁上，使内部和外部方钢管协同工作；

所述内部开孔方钢管的表面开设有具有负泊松比效应的交错型长方形孔洞，并将孔洞周边打磨光滑，使其受压时减小孔周围的应力集中，在受压时发生收缩变形对内部混凝土产生具有负泊松比效应的主动约束作用；

所述方钢管混凝土柱内部浇筑有混凝土；

所述外部方钢管、内部开孔方钢管均选择无缝方钢管，内部开孔方钢管的壁厚小于8mm。

作为优选，所述交错型长方形孔洞的倾角α可以分别选择30°，45°，60°。

作为优选，以四个交错型长方形孔洞为一个单元，交错型长方形孔洞分为垂直和倾斜两种，交错型长方形孔洞长度为L，宽度为c,其中L：c＝20：1，D为外部方钢管边长，d为内部开孔方钢管边长，d＝0.45～0.6D，t₁为外部方钢管壁厚，t₂为内部开孔方钢管壁厚；s₁为两根拉筋间的距离，s₁＝0.375d；s₂为纵向内部开孔方钢管间的距离，s₂＝0.25d；s₃为相邻两单元中心间的距离，s₃＝1.2L；b₁为内部开孔方钢管外壁到外部方钢管外壁间的距离，b₁+d/2＝D/2；b₂为拉筋到外部方钢管外壁间的距离，b₂+s₁＝D/2；a₁为斜孔到竖向轴线的距离，a₁＝0.5s₂，即a₁＝0.125d；a₂为纵向孔洞到其所在单元中心轴线的垂直距离a₂＝0.1L；a₃为斜孔到其所在单元中心轴线的垂直距离，a₃＝0.4L。