专利名称：内置高强钢筋钢管约束超高性能混凝土空心柱构件的制作方法
技术领域：
本发明是内置高强钢筋钢管约束超高性能混凝土空心柱构件，尤其适用于高层、 重载、大跨度结构的的墩柱构件领域。
背景技术：
超高性能混凝土(UltraHigh Performance Concrete，简写为 UHPC)，又称活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，简写为RPC)。由于其制备、施工工艺的不同，其力学性能和变形能力均明显优于普通混凝土和高强混凝土，包括基于最大密实度理论，去除粗骨料，提高组分的细度与活性，以便最大限度减小材料内部缺陷；掺入钢纤维，增加韧性；使用高效减水剂，降低水胶比和孔隙率；高温养护，促进胶凝材料的水化速度和水化程度等。超高性能混凝土是具有超高强度、高韧性、高耐久性、高阻裂性和体积稳定性良好的新型水泥基复合材料，特别适用于对结构有高强、轻质、阻裂、良好耐久性要求的工程领域。高强钢筋在我国的代表是HRB500，具有强度高、延伸性好、可焊性和可塑性好、强度价格比高、安全储备大、抗震性好等优点，同高强胶凝材料配合使用可充分发挥二者的性能，尤其适用于重载、大跨结构的梁柱构件。采用高强钢筋会带来良好的经济、社会效益，将促进建筑业的科技进步，并可节约大量的能源、电力、运输和加工等费用，减少烟气、粉尘和污染物的排放，促进钢筋产品升级换代、减少资源消耗、推进技术进步，符合环保和可持续发展的理念，但由于推广力度不足、研究成果不成熟等原因在国内应用较少。钢筋混凝土柱采用普通钢筋和普通混凝土或高强混凝土，荷载增大时依靠增大截面尺寸和配筋率提高其承载力，荷载过大时存在截面尺寸过大，耗费材料过多，严重占用可利用空间且延性不足等缺点。若采用普通混凝土或高强混凝土与高强钢筋相组合，则由于高强钢筋屈服强度远大于混凝土的强度，当混凝土压碎时高强钢筋尚未屈服，无法充分发挥高强钢筋的作用，且构件延性严重不足，会出现无征兆的脆性破坏。钢管混凝土组合构件由于钢管对混凝土的环向约束作用使得混凝土的抗压承载力大幅度提高，而混凝土对钢管的约束则有效避免了钢管的薄壁屈曲；钢管混凝土构件的延性也得以大大提高，有效克服了构件破坏时无明显征兆的间题。但钢管混凝土柱仍存在如下问题，所用普通钢筋和混凝土的强度依然不足，在荷载较大时构件截面面积依然过大， 其轻质、高强性能仍有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于克服了现钢筋混凝土及钢管混凝土柱构件的上述缺陷，提供了一种内置高强钢筋钢管约束超高性能混凝土空心柱构件。在高层、重载、大跨结构中，该组合构件不但可以充分发挥超高性能混凝土和高强钢筋这两种高强材料的优点，且钢管的环向约束大幅提高了超高性能混凝土柱的抗压强度和承载能力，减小了构件的变形，提高了延性，具有良好的抗震性能；高强材料的充分利用有效减小了构件截面尺寸，节省了材料， 减轻了自重，增加了可利用空间；空心构造则提高了构件的抗弯刚度和稳定性，提高了抗震性能。本发明符合节能、环保、新型的设计理念。为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案。一种内置高强钢筋钢管约束超高性能混凝土空心柱构件，其包括外钢管1、外钢管内的钢筋骨架以及浇筑在外钢管内表面包裹钢筋骨架的空腔超高性能混凝土 2 ；所述的钢筋骨架由纵向钢筋3和箍筋4组成，箍筋 4置于纵向钢筋3的外侧，形成限制纵向钢筋3位移的封闭环形；构件中间留有空腔5 ；所述的纵向钢筋3采用高强钢筋，所述的箍筋4采用高强钢筋或普通钢筋。所述的高强钢筋是指屈服强度为500MI^及以上的的钢筋。所述的超高性能混凝土 2为掺入或不掺入钢纤维或钢纤维与聚乙烯醇、聚乙烯或玄武岩纤维混杂的超高性能混凝土。所述的外钢管1的截面形状包括圆形、矩形、多边形、圆端形。所述的外钢管1沿长度方向是等截面或变截面直管。所述的外钢管1与空腔5同轴布置。所述的空腔5采用采用圆形截面或与外钢管形状相同截面，且其截面沿柱长度变化趋势同外钢管相一致。本发明的制作步骤如下1)对外钢管进行选型制作；2)绑扎钢筋骨架；3)制作内模板；4)浇筑超高性能混凝土，同时高温养护。内置高强钢筋钢管约束超高性能混凝土空心柱构件整合了超高性能混凝土、高强钢筋和空心钢管混凝土的优点，有利于超高性能混凝土和高强钢筋的工程应用和推广，主要具有以下优点采用高强钢筋和超高性能混凝土两种高强材料的组合，同时利用钢管施加环向约束，可以大幅减小截面尺寸，增大承载力，从而节约了材料，降低了能耗，增加了可利用空间；采用空心构造，提高了抗弯刚度，增加了构件受压稳定性；有利于减轻构件的自重，提高抗震性能；超高性能混凝土对养护要求较高，空心构造减小了混凝土厚度，有利于超高性能混凝土的养护；在受压情况下可获得较好的延性，克服了超高性能混凝土脆性过大延性不足的问题；具有较好的耐火性。
图1为圆形空心截面内置高强钢筋钢管约束超高性能混凝土柱构件横截面示意图；图2为矩形空心截面内置高强钢筋钢管约束超高性能混凝土柱构件横截面示意图；图3为六边形空心截面内置高强钢筋钢管约束超高性能混凝土柱构件横截面示意图；；图4为圆端形空心截面内置高强钢筋钢管约束超高性能混凝土柱构件横截面示意图；图5为等截面内置高强钢筋钢管约束超高性能混凝土柱构件纵向剖面图；图6为变截面内置高强钢筋钢管约束超高性能混凝土柱构件纵向剖面图；图中1、外钢管，2、超高性能混凝土，3、纵向钢筋，4、箍筋，5、空腔。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明如图所示，一种内置高强钢筋钢管约束超高性能混凝土空心柱构件，其包括外钢管1、外钢管内的钢筋骨架以及浇筑在外钢管内表面包裹钢筋骨架的空腔超高性能混凝土 2 ；所述的钢筋骨架由纵向钢筋3和箍筋4组成，箍筋4置于纵向钢筋3的外侧，形成限制纵向钢筋3位移的封闭环形；构件中间留有空腔5 ；所述的纵向钢筋3采用高强钢筋，所述的箍筋4采用高强钢筋或普通钢筋；所述的高强钢筋是指屈服强度500MI^及以上的的钢筋；所述的超高性能混凝土 2为掺入或不掺入钢纤维或钢纤维与聚乙烯醇、聚乙烯或玄武岩纤维混杂的超高性能混凝土。所述的外钢管1的截面形状包括圆形、矩形、多边形、圆端形，如图1和图4所示， 也可以采用除图1和图4外的其他结构。所述的外钢管1沿长度方向是等截面或变截面直管，如图5和图6所示。所述的外钢管1与空腔5同轴布置。所述的空腔5采用采用圆形截面或与外钢管形状相同截面，且其截面沿柱长度变化趋势同外钢管相一致。本结构的制作过程包括首先对外钢管1进行选型，同时制作好空腔模板，绑扎好钢筋骨架，将三者按照设计图纸安装就位，然后将超高性能混凝土浇筑于钢管中，同时进行养护。外钢管的选型除考虑构件受力特点和构件所处具体环境外，尚应考虑超高性能混凝土 2的养护要求，优先选用厚度均勻的截面形式。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种内置高强钢筋钢管约束超高性能混凝土空心柱构件，其特征在于其包括外钢管(1)、外钢管内的钢筋骨架以及浇筑在外钢管内表面包裹钢筋骨架的空腔超高性能混凝土⑵；所述的钢筋骨架由纵向钢筋⑶和箍筋⑷组成，箍筋⑷置于纵向钢筋⑶的外侧，形成限制纵向钢筋⑶位移的封闭环形；构件中间留有空腔(5)；所述的纵向钢筋(3) 采用高强钢筋，所述的箍筋(4)采用高强钢筋或普通钢筋；所述的高强钢筋是指屈服强度500MPa及以上的钢筋；所述的超高性能混凝土(2)为掺入或不掺入钢纤维或钢纤维与聚乙烯醇、聚乙烯或玄武岩纤维混杂的超高性能混凝土。
2.根据权利要求1所述的一种内置高强钢筋钢管约束超高性能混凝土空心柱构件，其特征在于所述的外钢管(1)的截面形状包括圆形、矩形、多边形、圆端形。
3.根据权利要求1所述的一种内置高强钢筋钢管约束超高性能混凝土空心柱构件，其特征在于所述的外钢管(1)沿长度方向是等截面或变截面直管。
4.根据权利要求1所述的一种内置高强钢筋钢管约束超高性能混凝土空心柱构件，其特征在于所述的外钢管(1)与空腔(5)同轴布置。
5.根据权利要求1所述的一种内置高强钢筋钢管约束超高性能混凝土空心柱构件，其特征在于所述的空腔(5)采用采用圆形截面或与外钢管形状相同截面，且其截面沿柱长度变化趋势同外钢管相一致。
全文摘要
本发明是一种内置高强钢筋钢管约束超高性能混凝土空心柱构件，尤其适用于高层、重载、大跨度结构的墩柱构件领域。该构件包括外钢管、由纵向高强钢筋和箍筋组成的钢筋骨架以及浇筑在外钢管内表面包裹钢筋骨架的空心超高性能混凝土。本发明充分发挥了超高性能混凝土和高强钢筋以及外钢管环向约束的优点，有效减小了构件截面，提高了构件承载力和延性，使构件具有良好的抗震性能，且在节约材料的同时增大了可利用空间；本发明无需施加预应力，施工工艺简单，适合预制生产，加快了施工速度，有利于这两种高强材料在工程中的推广应用，且符合节能、环保、新型的设计理念。
文档编号E04C5/06GK102296753SQ20111016664
公开日2011年12月28日 申请日期2011年6月20日 优先权日2011年6月20日
发明者徐海宾, 邓宗才 申请人:北京工业大学