本实用新型涉及一种新型方钢管混凝土柱。
背景技术：
钢管混凝土结构是由钢和混凝土两种不同性能的材料组合而成，受力过程中各自发挥自身受力特点，互为补充，相得益彰。外侧钢管可以有效提高对内部混凝土的约束作用，而混凝土在钢管侧向约束的作用下，较好的处于三向受压状态，从而使混凝土发挥更好的抗压性能；同时由于钢管的存在，混凝土在灌注时节省了模板支撑费用，提高了施工速度，从而缩短工期，结构整体稳定性好，经济效益显著。
大量的研究成果也表明圆形截面中钢管对核心混凝土的约束效果较好，但不足之处是圆形截面柱与型钢梁或钢筋混凝土梁连接节点的设计较为复杂，且不便于施工，而方钢管混凝土柱由于其截面形状规整，尤其在对梁柱节点设计时构造简单，易于施工，因而对方钢管混凝土结构的研究成果和工程应用日益广泛。
在方钢管混凝土柱中，角部区域对混凝土的约束能力较强，方钢管四边的中间区域对核心混凝土的约束能力弱。应进一步采取有效措施进行加强。
技术实现要素：
基于在方钢管混凝土柱截面中，角部区域对混凝土的约束能力较强，方钢管四边的中间区域对核心混凝土的约束能力弱这一特点，在方钢管混凝土柱中钢管壁内侧设置横向加劲钢筋，以期加强方钢管对核心混凝土的约束能力，加强方钢管壁的局部稳定性能、提高加劲方钢管壁与混凝土的粘结性能，从而提升方钢管混凝土柱的极限承载力和变形能力。
本实用新型提供了一种新型方钢管混凝土柱，包括内置横向加劲钢筋、钢板和混凝土，钢板围绕成方钢管，内置横向加劲钢筋按照不同的直径和布置间距焊于方钢管四个内壁，加强了钢管管壁的刚度，混凝土填充于方钢管内部。
所述内置横向加劲钢筋横向焊于方钢管内壁上。
优选的，内置横向加劲钢筋的长度小于方钢管的宽度，内置横向加劲钢筋的长度约占方钢管的宽度的90％以上。
优选的，所述内置横向加劲钢筋的直径为4mm～8mm。
优选的，同一面钢板上相邻内置横向加劲钢筋的间隔为50mm～100mm。
优选的，所述混凝土采用强度等级为C25-C40的混凝土，浇注混凝土的用料中，中砂，碎石最大粒径为20mm。混凝土的水灰比为0.38。
更优选的，所述钢板材质为Q235，钢筋为HPB335。
更优选的，所述钢板厚度为4mm或6mm，同一面钢板上相邻内置横向加劲钢筋间距为50mm、75mm或100mm，内置横向加劲钢筋直径为4mm、6mm或8mm，截面几何尺寸为200mm×200mm，长径比L/D＝3；钢板材质为Q235B，钢筋为HPB335；采用C25-C40混凝土填充。
横向钢筋按照不同的直径和布置间距，焊于方钢管内壁，加强了钢管管壁的刚度，同时加强了钢与混凝土两种材料轴压承载能力和粘结效果，增强了加劲钢筋方钢管对核心混凝土约束作用，延缓核心混凝土的滑移和钢管局部屈曲，使钢管和混凝土紧密结合在一起共同工作，有效地提高构件的极限承载能力及延性，该形式构造简单，节约成本，具有较高的工程应用价值。
附图说明
构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
图1为现有技术中普通方钢管对核心混凝土的约束区域划分图；
图2为本实用新型提供的一种新型方钢管混凝土柱立体图；
图3为本实用新型提供的一种新型方钢管混凝土柱横截面图；
其中，1-钢板，2-内置横向加劲钢筋，3-混凝土。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示，在方钢管混凝土柱中，角部区域对混凝土的约束能力较强，方钢管四边的中间区域对核心混凝土的约束能力弱，为了加强方钢管对核心混凝土的约束能力，加强方钢管壁的局部稳定性能、提高加劲方钢管壁与混凝土的粘结性能，从而提升方钢管混凝土柱的极限承载力和变形能力。本实用新型提供一种新型方钢管混凝土柱。
实施例1：
一种新型方钢管混凝土柱，如图2和图3所示，包括内置横向加劲钢筋2、钢板1和混凝土3，钢板围绕成方钢管，内置横向加劲钢筋横向焊于方钢管四个内壁，混凝土填充于方钢管内部。
内置横向加劲钢筋的长度小于方钢管的宽度，内置横向加劲钢筋的长度约占方钢管的宽度的90％以上。
同一面钢板上相邻内置横向加劲钢筋的间隔为50mm～100mm。
其中混凝土采用强度等级为C25、C30或C40的混凝土，浇注混凝土的用料中，中砂，碎石最大粒径为20mm。混凝土的水灰比为0.38，为加速混凝土的硬化速度，在混凝土中加入早强剂和减水剂。
钢板材质为Q235B，钢筋为HPB335。
实施例2：
一种新型方钢管混凝土柱的试件，试件分为两组，第一组(A组)共8个试件，分别是钢板厚度为4mm的普通方钢管混凝土试件2个和钢板厚度为4mm的内置横向加劲钢筋方钢管混凝土试件6个(横向加劲钢筋间距分别为50mm、75mm和100mm，横向加劲钢筋长度为180mm，钢筋直径分别为4mm和6mm)，截面几何尺寸为200mm×200mm，试件的长径比L/D＝3，试件高度为600mm。第二组(B组)共11个试件，分别是钢板厚度为6mm的普通方钢管混凝土试件2个和钢板厚度为6mm的内置横向加劲钢筋方钢管混凝土柱9个(横向加劲钢筋间距分别分别为50mm、75mm和100mm，钢筋直径分别为4mm、6mm和8mm)，截面几何尺寸为200mm×200mm，试件的长径比L/D＝3，试件高度为600mm。全部试件钢板材质为Q235B，钢筋为HPB335。
实施例3：
一种新型方钢管混凝土柱的施工方法，包括如下步骤：
步骤一、内置横向钢筋方钢管的制备：首先按照钢板设计尺寸下料，准备好焊接每个方形钢管用的四块钢板及长度为180mm的钢筋，之后按不同设计间距将钢筋水平与钢板焊接在一起，最后将四块钢板焊接形成正方形截面，保证焊有横向钢筋的钢板一面在方钢管内侧，同时预留钢板试样及钢筋试样以便进行材料性能试验。
步骤二：配制混凝土；
步骤三：将步骤一制备的方钢管放置于水平面，将步骤二配制的混凝土从方钢管顶部灌注入方钢管内，同时采用插入式振捣棒内部振捣，使其密实，形成方钢管混凝土柱；
步骤四：将步骤三制得的方钢管混凝土柱放置至混凝土初凝，将其运到室内进行自然养护，常温下(平均气温不低于+5度)采用适当的材料覆盖混凝土，并采取浇水润湿、防风防干、保温防冻等措施所进行的养护，同时使用混凝土试模加工立方体混凝土试块，用于材料性能试验测定。
实施例4：
材料性能试验测定包括轴压性能和粘结性能提升效果的研究。
轴压性能试验：
对实施例2中A组6个内置横向加劲钢筋方钢管混凝土和1个普通方钢管混凝土短柱(用于对比性能提升效果)进行轴压试验。研究并分析试件的破坏形态和受力机理；对轴压荷载-变形曲线进行对比分析，对轴压极限承载力等力学性能指标进行分析，研究横向加劲钢筋对约束作用的提升效果。
提供试验过程叙述。
试验在YAW-3000A电液伺服压力试验机上加载完成。加载采用分级加载的方式。加载初期，每级加载值约为预估极限荷载的20％，分级逐步加载到钢管达到屈服强度，当加荷载至预估极限荷载值的85％后，缓慢连续加载，直到试件达到极限承载力而破坏。同时，为保证试件在轴向压力作用下的变形能够充分发展并达到稳定，在每级荷载施加完成后，每级停留时间不少于2分钟，同时观察、分析试件变形并记录位移、应变等数据。
实验结果：试件轴压参数以及轴压性能测试结果如下表所示：
通过轴压试件试验，对比分析加劲构造对方钢管混凝土的承载力提升效果：
1.通过内置横向加劲钢筋方钢管混凝土柱的轴压性能测试结果分析发现，轴压极限承载力较普通方钢管混凝土柱能提高2.3％～13.1％。
2.通过外观观察发现：在荷载上升阶段，由于横向加劲钢筋的作用，内置横向加劲钢筋方钢管混凝土柱的横向变形均小于普通方钢管混凝土柱的横向变形。
3.在用钢量增加相同的条件下，减小横向加劲钢筋间距比增大钢筋直径更能有效提高内置横向加劲钢筋方钢管混凝土柱的承载力。工程实际应用中，应优先考虑通过减小横向钢筋布置间距的措施来提高内置横向加劲钢筋方钢管混凝土柱的极限承载力。
实施例5：
粘结性能试验：
对实施例2中B组1个方钢管混凝土试件和6个内置横向加劲钢筋方钢管混凝土试件进行推出试验，研究方钢管混凝土柱及配置横向钢筋肋方钢管混凝土柱的粘结滑移性能，分析荷载－滑移曲线，对比试验结果数据，为今后理论分析和工程应用提供依据。
试验过程如下：
推出试验使用YAW-3000A型电液伺服压力试验机。加载采用分级加载，加荷速度控制在200N/s，每级荷载施加完毕时持荷2分钟，当方钢管与核心混凝土之间出现了明显的非线性滑动后，将加载速度提高至300N/s，连续缓慢加载至试件破坏。
实验结果：粘结性能测试结果如表所示：
粘结抗滑移性能方面提升效果：
1.在方钢管四周的内壁上设置一定数量的横向钢筋，通过改变横向钢筋的间距，提高方钢管内壁的粗糙程度，从而提升钢管与混凝土接触界面粘结性能。
2.本研究中普通方钢管混凝土的粘结强度τu为0.27MPa，内置横向加劲方钢管混凝土的粘结强度τu为1.12～1.39MPa，内置横向加劲方钢管混凝土试件的粘结强度明显大于普通方钢管混凝土试件。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。