专利名称：内隔板、加劲肋断开型多腔体钢管混凝土柱及作法
技术领域：
本发明是一种内隔板、加劲肋断开型多腔体钢管混凝土柱及作法，主要应用于建筑结构中的耗能减震控制领域。
背景技术：
社会在发展进步，人们生活水平也在不断提高，各种形式的建筑层出不穷，满足不同使用功能的建筑也应运而生。尤其是高层、超高层建筑的大量涌现，这就需要有新的理论和新的技术来支撑这类建筑的建设。矩形钢管混凝土柱及圆钢管混凝土柱由于其自身尺寸和加工工艺的限制，不能无限满足工程的需要，在这种前提下，多腔体钢管混凝土结构也就随之产生，其多腔体钢管是由钢板拼连焊接而成。多腔体钢管混凝土由多腔体钢管和混凝土两种材料组成，由于腔体内混凝土的作用，钢管壁板的稳定性有很大的提高，延缓或者避免了钢管壁板过早的发生局部屈曲；同时钢管对其核心混凝土的约束作用，使混凝土处于高度三维应力状态，从而使混凝土的强度得以提高，塑性和韧性性能得到改善，两种材料的组合弥补了各自的缺点，使其材料性能得到了充分发挥。在多腔体钢管混凝土巨型柱受压性能试验中发现多腔体钢管混凝土结构性能优良的同时也存在着一些不足之处。钢管混凝土结构在强震作用下，腔体壁板容易发生局部鼓曲，腔体壁板承载力下降，钢板向外鼓出部分相应部位的核心混凝土严重酥碎，而此时其它部位可能还没有达到屈服，材料的性能没有得到充分发挥，造成了材料的严重浪费，大量震害现象也证明了这一点。在多腔体钢管混凝土巨型柱受压性能试验中，通过是否设置内部贯穿截面的内隔板对比试验，发现内部隔板对提高构件的承载力和延性有明显的贡献。内部隔板将大腔体分为几个小腔体，对腔体内混凝土形成的约束更强，从而提高了混凝土的抗压能力和延性；同时内部隔板的斜拉杆效应明显，对腔体外壁板的约束能力很强，从而提高了构件的承载力及延性。通过设置竖向加劲肋和内隔板断开型对比试验，发现是否断开对试件的初始刚度、承载力的影响不明显，仅在当变形超过规范规定的弹塑性位移角数倍后的变形能力有一定的下降，因此，采用竖向加劲肋和内部隔断断开的设计是完全满足规范要求的，同时使焊接工程量减少10°/Γ40%，吊装定位难度降低，有效提高了施工速度和工程经济效益。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提高多腔体钢管混凝土结构承载力和抗震性能，延缓或避免由于钢管壁板局部屈曲导致的构件刚度、承载力及延性的降低，充分发挥材料的性能，同时便于施工。为了解决这一问题，本发明提出了一种内隔板、加劲肋断开型多腔体钢管混凝土柱及作法。本发明采用的技术方案是该内隔板、加劲肋断开型多腔体钢管混凝土柱，其包括多边形钢管1、内隔板2、水平加劲肋3、竖向加劲肋4、填充在多边形钢管内的混凝土 5 ;高层建筑钢管混凝土柱的钢管部分为分段工厂加工，现场焊接拼接起来的，本发明中多边形钢管I竖向连续，所有分段均需要焊接连接；内隔板分段断开不焊接，断开的位置在基础顶面或者楼板处，分段为高度为r2h, h为楼层高度；竖向加劲肋分段断开不焊接，断开的位置在基础顶面或者楼板处，分段为高度为f2h，h为楼层高度。通过这种方式，在施工过程中，吊装定位的技术难度可以降低，焊接工程量减少109Γ40%，有效的缩短了施工周期，提高了工程经济，施工的便利性得到提闻。所述的内隔板、加劲肋断开型多腔体 钢管混凝土柱中，在加劲肋相交的位置，竖向加劲肋上下贯通，水平加劲肋断开并与竖 向加劲肋焊接到一起。所述多腔钢管混凝土柱截面形状为多边形。 所述的多边形钢管I由钢板焊接而成。所述的内隔板2采用的钢板型号同多边形钢管I钢板或低一个强度等级，厚度为多边形钢管钢板厚度的1/2 2/3，分段高度为l 2h，h为楼层高度，沿高度方向在基础顶面、楼板处断开不焊接以便于施工，内隔板可由多块钢板焊接组合而成“十”字型或者“Y”字形等。内隔板2在多边形钢管I角部或边中部与多边形钢管I焊接连接。内隔板将多边形钢管分为若干个小腔体，钢板对核心混凝土的约束作用增强，混凝土处于高度的三维受压状态，从而混凝土的强度得到较大的提高，混凝土的塑性和韧性性能均得到显著的改善，同时内隔板的斜拉场效应明显，进而整个结构的刚度、承载力、延性、抗震能力均有一定幅度的提闻。所述水平加劲肋3采用的钢板型号同多边形钢管I钢板或者低一个强度等级，厚度为多边形钢管钢板厚度的1/3 1/2，竖向间距为l/3 l/5h，h为楼层高度。所述竖向加劲肋4采用的钢板型号同多边形钢管I钢板或者低一个强度等级，厚度为多边形钢管钢板厚度的1/3 1/2，分段高度为r2h，h为楼层高度，沿高度方向在基础顶面及楼板处断开不焊接以便于施工。根据本发明的技术方案，该内隔板、加劲肋断开型多腔体钢管混凝土柱的制作方法，其制作步骤如下I)对竖向加劲肋4进行定位并与多边形钢管I焊接；2)对水平加劲肋3进行定位并与多边形钢管I及竖向加劲肋4焊接；3)对内隔板2中各片钢板进行定位并与多边形钢管I焊接；4)灌注混凝土 5，进行养护；5)当混凝土达到强度后，继续重复I ) 3)步骤，对外围多边形钢管I焊接连接，内隔板2和竖向加劲肋4断开不焊接，形成内隔板、加劲肋断开型多腔体钢管混凝土柱。本发明可以取得如下有益效果竖向加劲肋和内隔板采用断开型，实验证明，构件的刚度、承载力几乎没有降低，变形能力略有下降但是完全满足规范的设计要求；但这种设计可以有效的方便施工，焊接工程量减小109Γ40%，吊装定位技术要求减小，从而使施工速度得到较大的提升，更快的形成高层建筑中的骨架结构体系，提高了工程的经济效益。在多边形钢管混凝土柱的腔体内工程轴方向设置内隔板，将一个大腔体分为几个小腔体，提高了对核心混凝土的约束能力，并显著提高了构件的抗侧刚度、承载力及延性。
水平加劲肋、竖向加劲肋和内隔板的采用减小了多边形钢管钢板的自由外伸长度，延缓了多边形钢管钢板的屈曲，有效提高了构件的稳定承载力，保证了构件在大变形下工况下的抗震性能。
图1是内隔板、加劲肋断开型多腔体钢管混凝土柱(类型I )立体示意图；图2是内隔板、加劲肋断开型多腔体钢管混凝土柱(类型II)立体示意图其中1_多边形钢管，2-内隔板，3-水平加劲肋，4-竖向加劲肋，5-混凝土。
具体实施例方式下面结合具体实例对本发明做进一步说明实施实例I如图1所示，内隔板、加劲肋断开型多腔体钢管混凝土柱包括多边形钢管1、内隔板2、水平加劲肋3、竖向加劲肋4和混凝土 5。内隔板、加劲肋断开型多腔体钢管混凝土柱是在普通多边形钢管混凝土柱的内部加设断开型内隔板和竖向加劲肋形成；断开型内隔板一般在多腔体钢管混凝土柱的两个主轴方向设置并在基础顶面及楼板处断开，通过这样的方式，在保证了柱的抗侧刚度、承载力和变形能力的前提下，降低了施工的技术难度，有效提高了施工速度，使整个高层建筑的骨架体系结构较快的形成，为结构其它构件的后续施工提供了基础，这对缩短高层建筑的施工周期是非常重要的；水平加劲肋和竖向加劲肋的设置可有效抑制或者延缓多边形钢管钢板的屈曲，实验证实，竖向加劲肋的设置对结构的抗侧刚度和承载力影响不大，故断开后依然可以保证结构的抗震性能，但对于施工来说将提供了更多方便。本实施例中的内隔板、加劲肋断开型多腔体钢管混凝土柱可以按如下方法制作I)根据实际情况，制作焊接多边形钢管I ;2)在多边形钢管的适当部位对竖向加劲肋定位并与多边形钢管焊接，采用双面角焊缝；3)对水平加劲肋进行定位并与多边形钢管及竖向加劲肋焊接，采用双面角焊缝；4)在多边形钢管的适当部位焊接内隔板，当在多边形钢管角部连接时，应采取有效的焊接工艺保证三块钢板间焊缝的质量；5)在形成的多腔钢管中浇筑混凝土，待混凝土达到强度后，重复I) 3)过程，仅对外围的多边形钢管进行焊接组装，内部加劲肋及内隔板均不焊接，即形成内隔板、加劲肋断开型多腔体钢管混凝土柱。实施实例II如图2所示，内隔板、加劲肋断开型多腔体钢管混凝土柱包括多边形钢管1、内隔板2和混凝土 5。内隔板、加劲肋断开型多腔体钢管混凝土柱及作法是在普通多边形钢管混凝土柱的内部加设断开型内隔板形成；此种柱不包含水平加劲肋和竖向加劲肋，截面尺寸较小，分段钢构件可在加工厂内制，现场施工分段连接时仅对外围多边形钢管进行焊接连接，内部隔板断开，这样的设计可以使施工难度大大降低，施工速度显著提高，提高了工程经济。
本实施例中的内隔板、加劲肋断开型多腔体钢管混凝土柱可以按如下方法制作I)根据实际情况，定位焊接“十”字型内隔板；2)将多边形钢管的钢板依次焊接到“十”字型内隔板上，可采用双面角焊缝或单面角焊缝；3)将多边形钢管的钢板焊接到一起；4)在形成的多腔钢管中浇筑混凝土，待混凝土达到强度后。重复I) 3)过程，仅对外围的多边形钢管进行焊接组装，内隔板不焊接，即形成内隔板断开型多腔体钢管混凝土柱。以上是本发明的典型实施例，本发明的实施不限于此。
权利要求
1.内隔板、加劲肋断开型多腔体钢管混凝土柱，其特征在于其包括多边形钢管(I)、内隔板(2)、水平加劲肋(3)、竖向加劲肋(4)和填充在多边形钢管内的混凝土(5);多边形钢管(I)竖向连续，所有分段均需要焊接连接；内隔板(2)分段断开不焊接，断开的位置在基础顶面或者楼板处，分段为高度为f2h，h为楼层高度；竖向加劲肋(4)分段断开不焊接，断开的位置在基础顶面或者楼板处，分段为高度为f 2h，h为楼层高度。
2.根据权利要求1所述的内隔板、加劲肋断开型多腔体钢管混凝土柱，其特征在于混凝土柱截面形状为多边形。
3.根据权利要求1所述的内隔板、加劲肋断开型多腔体钢管混凝土柱，其特征在于多边形钢管(I)由钢板焊接而成。
4.根据权利要求1所述的内隔板、加劲肋断开型多腔体钢管混凝土柱，其特征在于内隔板(2)采用的钢板型号同多边形钢管(I)钢板或低一个强度等级，厚度为多边形钢管钢板厚度的1/2 2/3 ;内隔板(2)在多边形钢管(I)的角部或边中部与多边形钢管(I)焊接连接。
5.根据权利要求1所述的内隔板、加劲肋断开型多腔体钢管混凝土柱，其特征在于在水平加劲肋与竖向加劲肋相交的位置，竖向加劲肋上下贯通，水平加劲肋断开并与竖向加劲肋焊接到一起。
6.根据权利要求1所述的内隔板、加劲肋断开型多腔体钢管混凝土柱，其特征在于所述的水平加劲肋(3)采用的钢板型号同多边形钢管(I)钢板或者低一个强度等级，厚度为多边形钢管钢板厚度的1/3 1/2，间距为l/3 l/5h，h为楼层高度，在与竖向加劲肋(4)和多边形钢管(I)相交的部位采用双面角焊缝焊接。
7.根据权利要求1所述的内隔板、加劲肋断开型多腔体钢管混凝土柱，其特征在于所述的竖向加劲肋(4)采用的钢板型号同多边形钢管(I)或者低一个强度等级，厚度为多边形钢管钢板厚度的1/3 1/2，与多边形钢管相交部位采用双面角焊缝焊接。
8.根据权利要求1所述的内隔板、加劲肋断开型多腔体钢管混凝土柱的制作方法，其特征在于其制作步骤如下， 1)对竖向加劲肋(4)进行定位并与多边形钢管(I)焊接； 2)对水平加劲肋(3)进行定位并与多边形钢管(I)及竖向加劲肋(4)焊接； 3)对内隔板(2)中各片钢板进行定位并与多边形钢管(I)焊接； 4)灌注混凝土(5)，进行养护； 5)当混凝土达到3天以上的强度后，继续重复1)1)步骤，对外围多边形钢管(I)焊接连接，内隔板(2)和竖向加劲肋(4)断开不焊接，形成内隔板、加劲肋断开型多腔体钢管混凝土柱。
全文摘要
内隔板、加劲肋断开型多腔体钢管混凝土柱，其包括多边形钢管(1)、内隔板(2)、水平加劲肋(3)、竖向加劲肋(4)和填充在多边形钢管内的混凝土(5)。在形成的内隔板、加劲肋断开型多腔体钢管混凝土柱中，外围的多边形钢管上下连续，内隔板和竖向加劲肋在基础顶面或楼板处断开，分段高度为1~2h，h为楼层高度，样的设计可以有效的方便施工，焊接工程量减少10%~40%，吊装定位技术要求降低，从而使施工速度得到较大的提升，更快的形成高层建筑中的骨架结构体系，提高了工程经济效益。实验表明，这种设计的构件的刚度、承载力几乎没有降低，变形能力略有下降但经过合理的设计完全能够满足规范的设计要求，故此种方案是一种经济可行的优秀技术方案。
文档编号E04B1/98GK102995832SQ201210511420
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月3日 优先权日2012年12月3日
发明者张建伟, 武海鹏, 曹万林, 徐萌萌, 王立长 申请人:北京工业大学