一种波纹钢管约束UHPC构件增强的钢管混凝土柱的制作方法

本发明属于土木工程领域，涉及一种增强的钢管混凝土柱构件，具体是一种波纹钢管约束uhpc构件增强的钢管混凝土柱。

背景技术：

钢管混凝土柱由于具有承载能力高、塑性和韧性好以及施工方便等一系列优点，在国内外被广泛应用于工业厂房、地铁、高层建筑和拱桥等结构中，且取得了良好的经济效益和建筑效果。然而，当钢管混凝土承受大荷载时，仍然需要较大的截面，且钢管同时受到纵向压力和环向拉力，纵向压力将使得钢管对混凝土的约束作用大为降低。

现有的钢管混凝土柱增强方法主要包括内置钢筋法、中空夹层法、双钢管法等。例如中国专利cn205077729u公开了一种在外方钢管的内侧四周设置工字型的加劲肋，并且在工字型加劲肋与外方钢管通过高强螺栓连接的钢管混凝土构件。这种方法虽然通过工字梁增加了构件的抗弯刚度，但是工字型加劲肋对混凝土无约束作用，无法提高结构的整体性；又例如中国专利cn2765965y公开了一种中空钢管混凝土柱，包括设为外层的钢管柱，在钢管柱的内部设有中间为空腔的并与钢管柱内壁紧密结合成一体的混凝土柱。内部钢管的存在提高了构件的抗弯刚度，且节约了材料、降低了成本，但是内部钢管不能产生轴向形变，在受力过程中不能配合混凝土发生形变，从而使得受力过程中结构整体性变差；再例如中国专利cn109235778a公开了一种钢管混凝土柱，包括有外钢管本体，外钢管本体的轴心处设有内钢管本体，内钢管本体与外钢管本体之间设有多条连接板，内钢管本体与外钢管本体之间的空间内填充混凝土。这种方法有效提高了钢管混凝土柱的承载能力，但内钢管本体的作用有限，无端增加了钢材的用量及结构自重，不利于成本的节约。

因此，现有的钢管混凝土柱增强方法对内部混凝土的增强存在或结构整体性差、或在受力过程中变形不同步、或涉及较多构件，或内部钢材作用低，或材料用量大成本增加不经济等不足。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种波纹钢管约束uhpc(超强高性能纤维混凝土)构件增强的钢管混凝土柱。波纹钢管在受压过程中能够使其中的uhpc处于三向复杂受力状态从而提高其强度和延性；波纹褶皱的设置以及uhpc和外部的分布混凝土的存在能够避免波纹钢管发生局部屈曲。此外，波纹钢管本身能发生轴向变形的特性能够在受压过程中配合混凝土发生轴向形变，避免了两者间的相对变形，两者能形成良好的组合体。且各个波纹钢管的内部可根据需要沿着纵向设置纵向钢筋，增强混凝土填充包裹纵向钢筋，纵向钢筋进一步起到增强抗弯承载力的作用，纵向钢筋受到环向波纹钢管的约束，延缓了受压时的纵向屈曲。将此组合体放置于普通钢管混凝土柱中，能够极大改善钢管混凝土柱的承载力和抗弯性能，节省材料的同时降低成本，简化施工过程。

本发明的技术方案：本发明提供一种波纹钢管约束uhpc构件增强的钢管混凝土柱，包括外层钢管、分布混凝土、波纹钢管和增强混凝土，1个以上波纹钢管分布布置于外层钢管的截面内部，波纹钢管和外层钢管为中空，增强混凝土充满于各个波纹钢管的截面内部，波纹钢管与外层钢管之间的夹层空隙浇筑填充满分布混凝土，分布混凝土的受压强度不大于80mpa，增强混凝土的受压强度大于120mpa，波纹钢管沿着其纵轴线方向连续或间隔设置多条波纹褶皱，外层钢管的表面平顺光滑无波纹褶皱，外层钢管、分布混凝土、波纹钢管和增强混凝土通过混凝土浇筑粘结形成整体构件。

各个波纹钢管的内部沿着纵向设置纵向钢筋，增强混凝土填充包裹纵向钢筋，纵向钢筋能够起到抗弯及抗压作用，且由于四周波纹钢管的约束不易屈服。

各个波纹钢管的总面积不大于外层钢管所占面积的30％。

外层钢管为圆形、矩形、椭圆形、等边多边形或异形，波纹钢管为圆形、矩形、椭圆形、等边多边形，外层钢管和波纹钢管的形状可以相同，也可以不同。

波纹钢管在外层钢管截面内部呈间隔离散分布，多个波纹钢管之间设有空隙，分布混凝土填充其空隙。

多个波纹钢管紧密设置形成波纹钢管集束，1个以上波纹钢管集束设置于外层钢管的截面内部，波纹钢管集束与外层钢管之间设有空隙，分布混凝土填充其空隙。

波纹钢管在外层钢管截面内呈均匀分布或非均匀分布，均匀分布时，波纹钢管在外层钢管截面内两两间距相同，非均匀分布时，波纹钢管根据需要，可呈偏心布置或不等间距布置。

增强混凝土为水泥基纤维混凝土，其为高性能混凝土，主要由硅灰、水泥、减水剂、细骨料及钢纤维等材料组成。

外层钢管与波纹钢管具有相同的高度。

普通钢管混凝土强度低，如果全部采用uhpc作为钢管内填充混凝土，造价高，即使如此，钢管的约束作用低，本发明采用波纹钢管约束uhpc作为核心构件，对钢管混凝土进行关键增强，在保持钢管混凝土原有特性的基础上，不过多增加造价的同时，提高钢管混凝土的承载力及综合性能。本发明能够提高钢管混凝土的承载力，融合多种材料的长处，同时操作简单，施工方便，节省造价。与其它增强钢管混凝土构件相比，有以下优点：

1、波纹钢管在受压过程中能够使其中的uhpc处于三向复杂受力状态从而提高其强度和延性；波纹褶皱的设置以及uhpc和外部的分布混凝土的存在能够避免波纹钢管发生局部屈曲。

2、波纹钢管的内部可根据需要沿着纵向设置纵向钢筋，增强混凝土填充包裹纵向钢筋，纵向钢筋进一步起到增强抗弯承载力的作用，纵向钢筋受到环向波纹钢管的约束，延缓了受压时的纵向屈曲。

3、波纹钢管本身能发生轴向变形的特性能够在受压过程中配合混凝土发生轴向形变，避免了两者间的相对变形，两者能形成良好的组合体，实现一种波纹钢管约束uhpc作为核心构件的钢管混凝土结构。

4、将普通钢管混凝土的外部钢管移至内部形成更高效率的内置的波纹钢管，在达到同等性能的同时，降低结构的用钢量。

5、波纹钢管约束uhpc作为核心构件，对钢管混凝土进行承载力增强，提高了钢管混凝土的综合性能，分布混凝土、波纹钢管和增强混凝土通过混凝土浇筑粘结形成整体构件，uhpc核心构件作为整体类似于钢筋混凝土中的钢筋。

6、控制各个波纹钢管的总面积不大于外层钢管所占面积的30％，在提高钢管混凝土综合性能的同时，不增加造价。

本发明提出的一种波纹钢管约束uhpc构件增强的钢管混凝土柱，约束效果好、整体性强、综合性能好，具有较强的应用价值。

附图说明：

图1一种波纹钢管约束uhpc构件增强的钢管混凝土柱，圆形波纹钢管以单根形式沿四周均匀分布于圆形外层钢管的截面内时立体细节展示示意图；

图2一种波纹钢管约束uhpc构件增强的钢管混凝土柱，圆形波纹钢管以单根形式沿四周均匀分布于圆形外层钢管的截面内时横截面示意图；

图3一种波纹钢管约束uhpc构件增强的钢管混凝土柱，圆形波纹钢管以波纹钢管集束形式均匀分布于圆形外层钢管的截面内时立体细节展示示意图；

图4一种波纹钢管约束uhpc构件增强的钢管混凝土柱，圆形波纹钢管以波纹钢管集束形式均匀分布于圆形外层钢管的截面内时横截面示意图；

图5一种波纹钢管约束uhpc构件增强的钢管混凝土柱，圆形波纹钢管以单根形式非均匀分布于圆形外层钢管的截面内时立体细节展示示意图；

图6一种波纹钢管约束uhpc构件增强的钢管混凝土柱，圆形波纹钢管以单根形式非均匀分布于圆形外层钢管的截面内时横截面示意图；

图7一种波纹钢管约束uhpc构件增强的钢管混凝土柱，圆形波纹钢管以波纹钢管集束形式非均匀分布于圆形外层钢管的截面内时立体细节展示示意图；

图8一种波纹钢管约束uhpc构件增强的钢管混凝土柱，圆形波纹钢管以波纹钢管集束形式非均匀分布于圆形外层钢管的截面内时横截面示意图；

图9一种波纹钢管约束uhpc构件增强的钢管混凝土柱，圆形波纹钢管以单根形式均匀分布于矩形外层钢管的截面内时横截面示意图；

图10一种波纹钢管约束uhpc构件增强的钢管混凝土柱，矩形波纹钢管以单根形式均匀分布于矩形外层钢管的截面内时横截面示意图；

图11一种波纹钢管约束uhpc构件增强的钢管混凝土柱，矩形波纹钢管以单根形式均匀分布于圆形外层钢管截面内时横截面示意图；

在附图中，1为外层钢管；2为分布混凝土；3为波纹钢管；4为增强混凝土；31为波纹褶皱；300为波纹钢管集束。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明和具体实施例对本发明进行详述。

实施例1：

如图1-图2所示，一种波纹钢管约束uhpc构件增强的钢管混凝土柱，包括包括外层钢管1、分布混凝土2、波纹钢管3和增强混凝土4，1个以上波纹钢管3分布布置于外层钢管1的截面内部，1个波纹钢管3与外层钢管1同圆心分布，其余6个波纹钢管3以单根的形式均匀分布于外层钢管1截面内部，增强混凝土4充满于各个波纹钢管3的截面内部，波纹钢管3与外层钢管1之间空隙浇筑填充满分布混凝土2，分布混凝土2的受压强度不大于80mpa，增强混凝土4的受压强度大于120mpa，波纹钢管3沿着其纵轴线方向连续或间隔设置多条波纹褶皱31，外层钢管1的表面平顺光滑无波纹褶皱，外层钢管1、分布混凝土2、波纹钢管3和增强混凝土4通过混凝土浇筑粘结形成整体构件。

实施例2：

如图3-图4所示，一种波纹钢管约束uhpc构件增强的钢管混凝土柱，包括外层钢管1、分布混凝土2、波纹钢管3和增强混凝土4，12个波纹钢管3以4个波纹钢管集束300的形式均匀分布于外层钢管1截面内部，每个波纹钢管集束300由3个波纹钢管3紧密设置形成，波纹钢管集束300与外层钢管1之间设有空隙，分布混凝土2填充其空隙，分布混凝土2的受压强度不大于80mpa，增强混凝土4的受压强度大于120mpa，波纹钢管3沿着其纵轴线方向连续或间隔设置多条波纹褶皱31，外层钢管1的表面平顺光滑无波纹褶皱，外层钢管1、分布混凝土2、波纹钢管3和增强混凝土4通过混凝土浇筑粘结形成整体构件。

实施例3：

如图5-图6所示，一种波纹钢管约束uhpc构件增强的钢管混凝土柱，包括外层钢管1、分布混凝土2、波纹钢管3和增强混凝土4，5个波纹钢管3以单根的形式呈非均匀分布布置于外层钢管1的截面内部，增强混凝土4充满于各个波纹钢管3的截面内部，波纹钢管3与外层钢管1之间空隙浇筑填充满分布混凝土2，分布混凝土2的受压强度不大于80mpa，增强混凝土4的受压强度大于120mpa，波纹钢管3沿着其纵轴线方向连续或间隔设置多条波纹褶皱31，外层钢管1的表面平顺光滑无波纹褶皱，外层钢管1、分布混凝土2、波纹钢管3和增强混凝土4通过混凝土浇筑粘结形成整体构件。

实施例4：

如图7-图8所示，一种波纹钢管约束uhpc构件增强的钢管混凝土柱，包括外层钢管1、分布混凝土2、波纹钢管3和增强混凝土4，9根波纹钢管3以3个波纹钢管集束300的形式非均匀分布布置于外层钢管1的截面内部，1个以上波纹钢管3分布布置于外层钢管1的截面内部，增强混凝土4充满于各个波纹钢管3的截面内部，波纹钢管集束300与外层钢管1之间设有空隙，分布混凝土2填充其空隙，分布混凝土2的受压强度不大于80mpa，增强混凝土4的受压强度大于120mpa，波纹钢管3沿着其纵轴线方向连续或间隔设置多条波纹褶皱31，外层钢管1的表面平顺光滑无波纹褶皱，外层钢管1、分布混凝土2、波纹钢管3和增强混凝土4通过混凝土浇筑粘结形成整体构件。

实施例5：

如图9所示，一种波纹钢管约束uhpc构件增强的钢管混凝土柱，包括外层钢管1、分布混凝土2、波纹钢管3和增强混凝土4，1个以上波纹钢管3分布布置于外层钢管1的截面内部，增强混凝土4充满于各个波纹钢管3的截面内部，波纹钢管3与外层钢管1之间空隙浇筑填充满分布混凝土2，分布混凝土2的受压强度不大于80mpa，增强混凝土4的受压强度大于120mpa，波纹钢管3沿着其纵轴线方向连续或间隔设置多条波纹褶皱31，外层钢管1的表面平顺光滑无波纹褶皱，外层钢管1、分布混凝土2、波纹钢管3和增强混凝土4通过混凝土浇筑粘结形成整体构件。外层钢管1为矩形，波纹钢管3为圆形。

实施例6：

如图10所示，一种波纹钢管约束uhpc构件增强的钢管混凝土柱，包括外层钢管1、分布混凝土2、波纹钢管3和增强混凝土4，1个以上波纹钢管3分布布置于外层钢管1的截面内部，增强混凝土4充满于各个波纹钢管3的截面内部，波纹钢管3与外层钢管1之间空隙浇筑填充满分布混凝土2，分布混凝土2的受压强度不大于80mpa，增强混凝土4的受压强度大于120mpa，波纹钢管3沿着其纵轴线方向连续或间隔设置多条波纹褶皱31，外层钢管1的表面平顺光滑无波纹褶皱，外层钢管1、分布混凝土2、波纹钢管3和增强混凝土4通过混凝土浇筑粘结形成整体构件。外层钢管1为矩形，波纹钢管3为矩形。

实施例7：

如图11所示，一种波纹钢管约束uhpc构件增强的钢管混凝土柱，包括外层钢管1、分布混凝土2、波纹钢管3和增强混凝土4，1个以上波纹钢管3分布布置于外层钢管1的截面内部，增强混凝上4充满于各个波纹钢管3的截面内部，波纹钢管3与外层钢管1之间空隙浇筑填充满分布混凝土2，分布混凝土2的受压强度不大于80mpa，增强混凝土4的受压强度大于120mpa，波纹钢管3沿着其纵轴线方向连续或间隔设置多条波纹褶皱31，外层钢管1的表面平顺光滑无波纹褶皱，外层钢管1、分布混凝土2、波纹钢管3和增强混凝土4通过混凝土浇筑粘结形成整体构件。外层钢管1为圆形，波纹钢管3为矩形。

在以上实施例中，根据需要，各个波纹钢管3的内部沿着纵向设置纵向钢筋，增强混凝土4填充包裹纵向钢筋。

各个波纹钢管3的总面积不大于外层钢管1所占面积的30％。

增强混凝土4为水泥基纤维混凝土。

外层钢管1与波纹钢管3具有相同的高度。