一种组合钢管混凝土结构的制作方法

本实用新型属于建筑工程领域，涉及一种组合结构，尤其涉及一种组合钢管混凝土结构。

背景技术：

钢管混凝土结构作为一种新兴学科,发展前景广阔。在高层建筑结构中,钢管混凝土柱具有很强的相容性,它既可在混凝土结构体系中因时因地制宜地取代部分钢筋混凝土柱,以解决高层建筑底部的“胖柱”问题和钢筋高强混凝土柱的脆性破坏问题。也可在钢结构体系中取代钢柱,以减少钢材用量和减轻风致振动等。

钢管混凝土能适应现代工程结构向大跨、高耸、重载发展和承受恶劣条件的需要,随着钢管混凝土广泛地用于工业厂房、高层和超高层建筑、桥梁和地下等结构中,越来越多的问题如施工不稳定、脱空、膨胀性能低、混凝土力学性能达不到要求也慢慢地限制了钢管混凝土的应用。

技术实现要素：

本实用新型提供一种组合钢管混凝土结构，以克服现有技术的缺陷。

为实现上述目的，本实用新型提供一种组合钢管混凝土结构，包括圆台型钢管、若干个钢筋、两个frp螺旋件、连接组件、圆柱型钢管和加劲肋；圆台型钢管竖直设置，上端的直径小于其下端的直径；圆台型钢管的内壁固定有钢筋固定件；若干个钢筋的下部均竖直设置在圆台型钢管的侧壁内，与钢筋固定件固定连接，钢筋的上部伸出圆台型钢管；圆台型钢管内填充有矿渣纤维混凝土，一个frp螺旋件竖直设置在圆台型钢管内的矿渣纤维混凝土内；连接组件的下部设置在圆台型钢管内的矿渣纤维混凝土中，上部伸出圆台型钢管；圆柱型钢管竖直设置在圆台型钢管的上方，圆柱型钢管的直径与圆台型钢管上端的直径相等，圆柱型钢管的下端与圆台型钢管的上端对齐重合；圆柱型钢管的内壁固定有钢筋连接件，若干个钢筋的上部伸入圆柱型钢管内，与钢筋连接件连接；连接组件的上部伸入圆柱型钢管内；圆柱型钢管内填充有矿渣纤维混凝土，伸入在圆柱型钢管内的若干个钢筋上部和连接组件的上部固定在圆柱型钢管内的矿渣纤维混凝土内；另一个frp螺旋件竖直设置在圆柱型钢管内的矿渣纤维混凝土内；加劲肋具有圆环部，圆环部圈套在圆柱型钢管和圆台型钢管的连接处外。

进一步，本实用新型提供一种组合钢管混凝土结构，还可以具有这样的特征：其中，连接组件包括圆盘和若干个圆盘钢筋；圆盘具有若干个上下贯穿的圆盘钢筋插孔，与圆盘钢筋的数量相等且一一对应，圆盘钢筋穿过圆盘上相应的圆盘钢筋插孔，固定在圆盘钢筋插孔中。

进一步，本实用新型提供一种组合钢管混凝土结构，还可以具有这样的特征：其中，圆盘的上表面与圆台型钢管的上端面平齐。

进一步，本实用新型提供一种组合钢管混凝土结构，还可以具有这样的特征：其中，若干个钢筋均匀分布呈环状；连接组件位于若干个钢筋的内侧，若干个圆盘钢筋均匀分布呈环状，圆盘钢筋与钢筋交错设置，每个圆盘钢筋位于相邻两个钢筋之间位置的内侧。

进一步，本实用新型提供一种组合钢管混凝土结构，还可以具有这样的特征：其中，圆盘钢筋的上部和下部分别位于上方的frp螺旋件和下方的frp螺旋件的内侧。

进一步，本实用新型提供一种组合钢管混凝土结构，还可以具有这样的特征：其中，圆盘的直径与frp螺旋件的直径相等，位于圆台型钢管内的frp螺旋件的上端与圆盘的下表面相接触，位于圆柱型钢管内的frp螺旋件的下端置于圆盘的上表面上。

进一步，本实用新型提供一种组合钢管混凝土结构，还可以具有这样的特征：其中，加劲肋还具有若干个圆台抗拉拔钢筋和若干个圆柱抗拉拔钢筋；每个圆台抗拉拔钢筋和圆柱抗拉拔钢筋的一个端部均固定在圆环部的内壁上，圆台抗拉拔钢筋位于圆柱抗拉拔钢筋的下方；圆台抗拉拔钢筋的另一个端部插入圆台型钢管内；圆柱抗拉拔钢筋的另一个端部插入圆柱型钢管内。

进一步，本实用新型提供一种组合钢管混凝土结构，还可以具有这样的特征：其中，圆环部具有内侧壁、外侧壁和固定连接在内侧壁和外侧壁之间的若干个连接片；内侧壁的上部为竖直的上内侧壁，下部为沿由上至下的方向逐渐朝外倾斜的下内侧壁，下内侧壁的倾斜程度与圆台型钢管侧壁的倾斜程度一致；圆柱抗拉拔钢筋的端部固定在上内侧壁的内壁上，圆台抗拉拔钢筋的端部固定在下内侧壁的内壁上；上内侧壁与圆柱型钢管下端的外壁贴合，下内侧壁与圆台型钢管上端的外壁贴合。

进一步，本实用新型提供一种组合钢管混凝土结构，还可以具有这样的特征：其中，外侧壁沿由上至下的方向逐渐朝外倾斜设置。

进一步，本实用新型提供一种组合钢管混凝土结构，还可以具有这样的特征：其中，圆柱抗拉拔钢筋和圆台抗拉拔钢筋的数量相等，且位置一一对应，述圆柱抗拉拔钢筋位于圆台抗拉拔钢筋的正上方。

进一步，本实用新型提供一种组合钢管混凝土结构，还可以具有这样的特征：其中，圆台型钢管的钢筋固定件呈环形，与圆台型钢管上端的内壁相匹配，钢筋固定件的外壁固定在圆台型钢管上端的内壁上；钢筋固定件具有若干个上下贯穿的钢筋插孔，与钢筋的数量相等，并一一对应匹配，钢筋可固定插入在相应的钢筋插孔中。

进一步，本实用新型提供一种组合钢管混凝土结构，还可以具有这样的特征：其中，钢筋插孔具有内螺纹，钢筋具有与之相匹配的外螺纹，钢筋螺纹连接在钢筋插孔中。

进一步，本实用新型提供一种组合钢管混凝土结构，还可以具有这样的特征：其中，圆柱型钢管的钢筋连接件呈环形，与圆柱型钢管下端的内壁相匹配，钢筋连接件的外壁固定在圆柱型钢管下端的内壁上；钢筋连接件具有若干个上下贯穿的钢筋套孔，与钢筋的数量相等，并一一对应匹配，圆柱型钢管置于圆台型钢管上时，钢筋套孔可套在相应的钢筋上。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供一种组合钢管混凝土结构，将矿渣纤维混凝土与钢管、frp和钢筋组合，能够有效增强组合构件的承载能力和抗折性能，克服了一般钢管混凝土耐火性能差的缺点。上侧为等截面的圆柱型钢管，下侧为变截面的圆台型钢管，在不增加自重情况下，增大的底面面积，有效减小了基础的压剪作用。在钢管内部设有frp螺旋，有效提高了组合构件的耐腐蚀性。通过连接组件进行了界面加固，有效解决了预制拼装中不同时期浇筑的新老混凝土界面处易破坏的问题，提高了结构的整体稳定性。在圆台型钢管和圆柱型钢管的连接处设有加劲肋，能更好的提高该结构的稳定性与承载力。在加劲肋内侧增设了相应的抗拉拔钢筋，可插入相应的钢管管壁，增强钢管与核心混凝土的贴合性。本实用新型优化了普通钢管混凝土柱的各项力学性能指标，例如抗拉、抗压、抗折、抗剪、抗弯抗震，大大地提高了承载力，具有良好的力学性能和抗震性能，且造型美观，制作与施工方便。

附图说明

图1是组合钢管混凝土结构的外部结构示意图；

图2是组合钢管混凝土结构去除加劲肋的内部结构示意图；

图3是圆台型钢管上部分的结构示意图；

图4是连接组件的结构示意图；

图5是加劲肋的结构示意图；

图6是加劲肋的单侧纵向截面图；

图7是组合钢管混凝土结构去除加劲肋的外部结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图来说明本实用新型的具体实施方式。

如图1和2所示，本实用新型提供一种组合钢管混凝土结构，包括圆台型钢管1、八个钢筋2、两个frp螺旋件3、连接组件4、圆柱型钢管5和加劲肋6。

圆台型钢管1为纵截面呈梯形的中空管状件，竖直设置，上端的直径小于其下端的直径，即直径沿由上到下的方向递增。

如图3所示，圆台型钢管1的内壁固定有钢筋固定件11。八个钢筋2的下部均竖直设置在圆台型钢管1的侧壁内，与钢筋固定件11固定连接，钢筋2的上部伸出圆台型钢管1。

圆台型钢管1的钢筋固定件11呈环形，与圆台型钢管1上端的内壁相匹配，钢筋固定件11的外壁固定在圆台型钢管1上端的内壁上。

钢筋固定件11具有八个上下贯穿的钢筋插孔111，与钢筋2的数量相等，并一一对应匹配(匹配指钢筋2可固定在钢筋插孔111内)。钢筋2可固定插入在相应的钢筋插孔111中。钢筋插孔111均匀分布呈环状，即八个钢筋2在水平方向上均匀分布呈环状。

钢筋插孔111具有内螺纹，钢筋2具有与之相匹配的外螺纹，钢筋2螺纹连接在钢筋插孔111中。

圆台型钢管1内填充有矿渣纤维混凝土，一个frp螺旋件3竖直设置在圆台型钢管1内的矿渣纤维混凝土内，八个钢筋2的下部也固定在圆台型钢管1内的矿渣纤维混凝土内，即frp螺旋件3和钢筋2均被浇筑后凝固的矿渣纤维混凝土固定。

连接组件4的下部设置在圆台型钢管1内的矿渣纤维混凝土中，上部伸出圆台型钢管1。

如图4所示，连接组件4包括圆盘41和六个圆盘钢筋42。圆盘41具有六个上下贯穿的圆盘钢筋插孔，与圆盘钢筋42的数量相等且一一对应，圆盘钢筋42穿过圆盘41上相应的圆盘钢筋插孔，固定在圆盘钢筋插孔中。

连接组件4位于八个钢筋2的内侧。六个圆盘钢筋42均匀分布呈环状。圆盘钢筋42与钢筋2交错设置，每个圆盘钢筋42位于相邻两个钢筋2之间位置的内侧。

其中，圆盘41的上表面与圆台型钢管1的上端面平齐，以加强预制拼装过程中组合结构的稳定性。

本实施例中，钢筋2和圆盘钢筋42也可以为其他数量，仅需满足钢筋2的数量多于圆盘钢筋42的数量，以增对圆台型钢管和圆柱型钢管5的强连接强度。

圆柱型钢管5为圆柱形的中空管状件，竖直设置在圆台型钢管1的上方，圆柱型钢管5的直径与圆台型钢管1上端的直径相等，圆柱型钢管5的下端与圆台型钢管1的上端对齐重合。

圆柱型钢管5的内壁固定有钢筋连接件(图中未画出)，八个钢筋2的上部伸入圆柱型钢管5内，与钢筋连接件连接。

具体的，圆柱型钢管5的钢筋连接件呈环形，与圆柱型钢管5下端的内壁相匹配，钢筋连接件的外壁固定在圆柱型钢管5下端的内壁上。

钢筋连接件具有八个上下贯穿的钢筋套孔，与钢筋2的数量相等，并一一对应匹配(匹配指钢筋套孔可套在钢筋2上)。圆柱型钢管5置于圆台型钢管1上时，钢筋套孔可套在相应的钢筋2上，以便于固定圆柱型钢管5的位置，同时加强圆柱型钢管5与圆台型钢管1的连接。

连接组件4的上部也伸入圆柱型钢管5内，即圆盘钢筋42的上部伸入在圆柱型钢管5内。

圆柱型钢管5内填充有矿渣纤维混凝土，伸入在圆柱型钢管5内的八个钢筋2上部和连接组件4的上部固定在圆柱型钢管5内的矿渣纤维混凝土内。

另一个frp螺旋件3竖直设置在圆柱型钢管5内的矿渣纤维混凝土内。

其中，圆盘钢筋42的上部和下部分别位于上方的frp螺旋件3和下方的frp螺旋件3的内侧，即frp螺旋件3的端部位于圆盘钢筋42和钢筋2之间，以增加组合结构的整体稳定性。

圆盘41的直径与frp螺旋件3的直径相等，位于圆台型钢管1内的frp螺旋件3的上端与圆盘41的下表面相接触，位于圆柱型钢管5内的frp螺旋件3的下端置于圆盘41的上表面上，以增加组合结构的整体稳定性。

如图5和6所示，加劲肋6具有圆环部61、若干个圆台抗拉拔钢筋62和若干个圆柱抗拉拔钢筋63。

圆环部61圈套在圆柱型钢管5和圆台型钢管1的连接处外。圆环部61具有内侧壁611、外侧壁612和固定连接在内侧壁611和外侧壁612之间的若干个连接片613。

每个圆台抗拉拔钢筋62和圆柱抗拉拔钢筋63的一个端部均固定在圆环部61的内壁上，即内侧壁611的内壁上，圆台抗拉拔钢筋62位于圆柱抗拉拔钢筋63的下方。圆柱抗拉拔钢筋63和圆台抗拉拔钢筋62的数量相等，且位置一一对应，述圆柱抗拉拔钢筋63位于圆台抗拉拔钢筋62的正上方。

圆台抗拉拔钢筋62的另一个端部插入圆台型钢管1内，即穿过圆台型钢管1侧壁的预留孔(如图7所示)，插入其内部的矿渣纤维混凝土内。圆柱抗拉拔钢筋63的另一个端部插入圆柱型钢管5内，即穿过圆柱型钢管5侧壁的预留孔(如图7所示)，插入其内部的矿渣纤维混凝土内。

内侧壁611的上部为竖直的上内侧壁6111，下部为沿由上至下的方向逐渐朝外倾斜的下内侧壁6112，下内侧壁6112的倾斜程度与圆台型钢管1侧壁的倾斜程度一致。外侧壁612沿由上至下的方向逐渐朝外倾斜设置，外侧壁612的倾斜程度与下内侧壁6112的倾斜程度一致。

具体的，圆柱抗拉拔钢筋63的端部固定在上内侧壁6111的内壁上，圆台抗拉拔钢筋62的端部固定在下内侧壁6112的内壁上。

上内侧壁6111与圆柱型钢管5下端的外壁贴合，下内侧壁6112与圆台型钢管1上端的外壁贴合。

该组合钢管混凝土结构的制作方法，具体步骤为：

步骤一、分别制作圆台型钢管、圆柱型钢管、frp螺旋件、连接组件和加劲肋。

步骤二、将八个钢筋与圆台型钢管的钢筋固定件固定，即将八个钢筋分别螺纹连接固定于钢筋固定件的相应的钢筋插孔中。

步骤三、在圆台型钢管内浇筑矿渣纤维混凝土。当浇筑至圆台型钢管高度的1/3时，将frp螺旋件放入圆台型钢管内，frp螺旋件的底端插入未凝固的矿渣纤维混凝土中。

步骤四、继续在圆台型钢管内浇筑矿渣纤维混凝土，至圆台型钢管的上端。在矿渣纤维混凝土凝固前，将连接组件的下部插入圆台型钢管的矿渣纤维混凝土内，即圆盘钢筋的下部插入矿渣纤维混凝土内，且圆盘的上表面与圆台型钢管的上端面平齐。

步骤五、将另一个frp螺旋件与连接组件的上部绑扎固定，具体的，frp螺旋件的下端绑扎固定在圆盘钢筋的上部。再将圆柱型钢管置于圆台型钢管上，并通过钢筋连接件和八个钢筋与圆台型钢管链接，即在圆柱型钢管放置在圆台型钢管上的过程中，钢筋连接件的各钢筋插孔与八个钢筋的位置相对应，各钢筋插孔从上方套在相应的钢筋上。

步骤六、将加劲肋圈套在圆柱型钢管和圆台型钢管的连接处外。具体的，使用前的加劲肋呈带状，将带状的加劲肋围在圆柱型钢管和圆台型钢管的连接处外，圈围过程中，加劲肋的圆台抗拉拔钢筋和圆柱抗拉拔钢筋插入的其相应的预留孔，最后将加劲肋的两端焊接拼合呈环形。

步骤七、在圆柱型钢管内浇筑矿渣纤维混凝土，静置成型。

其中，圆台型钢管、圆柱型钢管的制作方法为：首先用自动切割机切割出一块钢板，钢板进行划线定位，在需要挖空的地方利用机器进行精准挖空(挖空部分主要指可使加劲肋的圆台抗拉拔钢筋和圆柱抗拉拔钢筋插入的预留孔)，钢管坡口表面处的溶渣、毛刺及缺陷，采用角向磨光机进行清理；坡口加工完毕后，立即喷刷无毒且不影响焊接质量与性能的防锈涂料，采用冷卷法卷制钢管，钢管沿着边卷制，钢板端口禁止使用锤击法使得钢管弯曲成型；进行焊接，钢管纵缝采用x型坡口双面焊，首先焊接内缝，内缝焊接完成经检查无误后再作外缝的最后焊接，即获得圆台型钢管和圆柱型钢管的主体部分。最后在圆台型钢管的上端端口内壁焊接环状的带有内螺纹钢筋插孔的钢筋固定件，而在圆柱型钢管的上端端口内壁焊接环状的带有钢筋套孔的钢筋连接件，即获得圆台型钢管和圆柱型钢管。

其中，frp螺旋件的制作方法为：将纤维束匀速通过均匀混有低温交联反应引发剂和高温交联引发剂的液态热固性树脂中浸渍，并在预制成型的模具中将浸胶后的纤维束进行拉挤预成型，形成螺旋状frp筋，对预成型的螺旋形frp筋进行加热，使得螺旋形frp筋达到低温固化温度并开始低温固化，将预热后的螺旋形frp筋在模具中再次拉挤成型，使得热固性树脂基体和纤维束重新均匀分布，将二次成型后的frp筋进行高温固化并静置，即获得是frp螺旋件。

其中，步骤三和步骤七中的矿渣纤维混凝土的制备方法为：

预先湿润搅拌机的筒体，将水泥和砂投入搅拌机中，预搅拌2～3min，使水泥和砂拌合均匀。然后加入石和钢纤维，继续搅拌均匀。称取水、聚羧酸系减水剂和膨胀剂混合均匀后，加入搅拌机，搅拌3-8min至拌合物混合均匀即获得矿渣纤维混凝土。

水泥、砂、石和水的质量比为1:1.27:2.7:0.38，钢纤维的质量为混凝土总质量的2％，聚羧酸系减水剂的质量为水泥质量的0.9％，膨胀剂的质量为水泥质量的8％。

参照《gb/t35843-2018纤维增强混凝土及其制品的纤维含量》和《gb/t50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准》，对该方法制备的矿渣纤维混凝土单独进行性能检测，具体实验组及其性能如下表所示。

由上表可知，本矿渣纤维混凝土自身具有良好的抗压强度、抗折强度和抗弯强度。且相同条件下，与未加入钢纤维的混凝土相比，抗压强度提高了15.5％，抗折强度提高了45.3％，抗弯强度提高了20.1％。

在圆台型钢管内填充混凝土，进行轴压承载力检测，具体实验组及其性能如下表所示。

由上表可知，相较于普通混凝土填充的圆台型钢管，本矿渣纤维混凝土填充的圆台型钢管的轴压承载力提高了21.31％。

在圆柱型钢管内填充混凝土，进行轴压承载力检测，具体实验组及其性能如下表所示。

由上表可知，相较于普通混凝土填充的圆柱型钢管，本矿渣纤维混凝土填充的圆柱型钢管的轴压承载力提高了21.31％。