专利名称：一种高强钢筋超高强混凝土框支柱的制作方法
技术领域：
本发明属于一种建筑结构构件，涉及一种钢筋混凝土框支柱。
背景技术：
因为建筑功能要求，下部大空间，上部部分竖向构件不能直接连续贯通落地，而通过水平转换结构与下部竖向构件连接。当布置转换梁支撑上部的柱或者剪力墙的时候，支撑转换梁的柱子就叫做框支柱。目前框支柱有以下几种类型1、普通钢筋混凝土框支柱；2、高强钢筋混凝土框支柱；3、型钢混凝土框支柱；4、钢管混凝土框支柱。目前框支柱采用的型钢和钢管屈服强度、纵向受力钢筋和箍筋屈服强度均低于500兆帕。目前我国现行设计规范限制框支柱采用的混凝土强度不得大于C80，主要原因是高强超高强混凝土延性差易产生脆性破坏。普通钢筋混凝土框支柱的缺点和不足由于混凝土强度低，柱子截面尺寸大，容易造成短柱，地震力作用下容易发生保护层脱落和纵筋屈曲，震后难以修复；柱子占的空间大，降低了建筑的经济性；由于普通箍筋强度低，对混凝土的约束不完全，混凝土受压膨胀或剪切滑移时，箍筋易屈服，从而失去对混凝土的约束力；普通箍筋末端存在135°弯钩，在地震力反复作用下，外部混凝土破碎，箍筋弯钩容易出现松扣现象，从而失去对内部混凝土和纵向钢筋的约束，进一步加重柱子的震害；由于钢筋和混凝土能共同工作的基础是应变协调，屈服强度超过800兆帕的钢筋在受压屈服时应变达到4000个微应变，混凝土极限压应变为3300个微应变，高强钢筋和混凝土之间产生变形差，产生裂缝，这样屈服强度超过800兆帕的高强钢筋在混凝土破坏时，不能屈服，其屈服强度高的优点未能发挥出来，不便于在工程中推广应用。高强钢筋混凝土框支柱的缺点和不足高强混凝土延性差，容易造成柱子脆性剪切破坏；由于混凝土强度高且外保护层没有被有效约束，地震力作用下容易发生保护层脱落和纵筋屈曲，震后难以修复；轴压比限制低，由于混凝土强度高，故而为了确保安全，设计时候要降低轴压比限制；由于普通箍筋强度低，对混凝土的约束不完全，混凝土受压膨胀或剪切滑移时，箍筋易屈服，从而失去对混凝土的约束力；普通箍筋末端存在135°弯钩，在地震力反复作用下，外部混凝土破碎，箍筋弯钩容易出现松扣现象，从而失去对内部混凝土和纵向钢筋的约束，进一步加重柱子的震害；由于钢筋和混凝土能共同工作的基础是应变协调，屈服强度超过800兆帕的钢筋在受压屈服时应变达到4000个微应变，此时混凝土极限压应变为3300个微应变，高强钢筋和混凝土之间产生变形差，产生裂缝，这样屈服强度超过800兆帕的高强在混凝土破坏时，不能屈服，其屈服强度高的优点未能发挥出来，不便于在工程中推广应用。型钢混凝土框支柱的缺点和不足型钢混凝土柱节点核心区构造复杂，对型钢骨架的制作、安装要求较高，施工复杂；轴压比限值不高，由于型钢位于型钢混凝土柱的中心，对型钢以外的混凝土约束不强，且型钢的存在无法设置复合箍筋，在高轴压比下，型钢混凝土柱的延性降低，耗能能力不高；由于型钢和混凝土粘结力远小于变形钢筋和混凝土的粘结力，所以型钢混凝土柱在地震力作用下容易产生保护层脱落，纵筋和型钢翼缘易屈曲，震后难以修复；由于普通箍筋强度低，对混凝土的约束不完全，混凝土受压膨胀或剪切滑移时，箍筋易屈服，从而失去对混凝土的约束力；普通箍筋末端存在135°弯钩，在地震力反复作用下，外部混凝土破碎，箍筋弯钩容易出现松扣现象，从而失去对内部混凝土和纵向钢筋的约束，进一步加重柱子的震害；由于钢筋和混凝土能共同工作的基础是应变协调，屈服强度超过800兆帕的钢筋在受压屈服时应变达到4000个微应变，此时混凝土极限压应变为3300个微应变，高强钢筋和混凝土之间产生变形差，产生裂缝，这样屈服强度超过800兆帕的高强钢筋在混凝土破坏时，不能屈服，其屈服强度高的优点未能发挥出来，不便于在工程中推广应用；由于高强度型钢的翼缘易屈曲，故而型钢强度受限，无法应用高强型钢。钢管混凝土框支柱缺点和不足钢管混凝土梁柱节点构造复杂，不利于施工；钢管混凝土柱在地震力作用下容易发生钢管屈曲外鼓现象，不利于震后修复；为了维持对混凝土的约束，也为了防止钢管被压曲，钢管混凝土柱在设计时候钢管要进行失稳设计，造成钢管壁厚度大，用钢量大，造价高；由于高强度钢管容易发生失稳破坏，故而钢管强度受限，无法应用高强钢管。
发明内容
本发明的目的是克服上述框支柱的缺点，提供一种高强钢筋超高强混凝土框支柱。本发明解决了现有的普通钢筋混凝土框支柱、高强钢筋混凝土框支柱、型钢混凝土框支柱的混凝土保护层在地震力作用下的脱落问题，使得屈服强度大于800兆帕钢筋能应用于混凝土柱中，本发明相对钢管混凝土框支柱具有约束效果好，横向约束箍筋少，经济性强的优点。本发明由高强纵向钢筋、高强箍筋、超高强混凝土组成。本发明的目的是通过如下措施达到的框支柱中混凝土为超高强混凝土，箍筋和纵向钢筋为高强钢筋，箍筋分两种类型，一种是约束纵向钢筋，防止纵向钢筋压曲的箍筋，另外一种是约束包括混凝土保护层在内的整个混凝土的箍筋。超高强混凝土为自密实混凝土，强度大于C100，小于C150，粗骨料最大粒径不大于 25mm。高强纵向钢筋选用高强热处理钢筋，屈服强度大于800兆帕，小于900兆帕，最大力下总伸长率大于6. 5% ;高强箍筋选用高强热处理钢筋，屈服强度大于1100兆帕，最大力下总伸长率大于4%。约束混凝土的箍筋和约束纵向钢筋的箍筋通过焊接形成封闭箍筋，同时拉筋也通过焊接与封闭箍筋相连；箍筋搭接焊接要求双面焊不小于5d，d为箍筋直径，单面焊不小于10d，焊条强度不小于500兆帕，焊缝要饱满。约束混凝土的箍筋间距为30-35mm，约束纵向钢筋的箍筋间距为60_120mm ;约束包括混凝土保护层在内整个混凝土的箍筋的外表面与混凝土柱外表面平齐；架力筋直径不小于12mm，约束混凝土的封闭箍筋直径不小于10mm，约束钢筋的封闭箍筋直径不小于7mm，拉筋直径不小于7mm ;约束包括混凝土保护层在内的混凝土的箍筋的肢距不大于200mm。在箍筋表面喷涂防火涂料防火。自密实混凝土免于振捣，流动性好，能解决密排箍筋混凝土浇筑难的问题。本发明有益效果是由于采用了超高强混凝土，能大大减少框支柱的截面尺寸，提高了建筑物的经济效益。采用焊接封闭箍筋，同时将箍筋分为两种，一种箍筋间距密，专门约束包括混凝土保护层在内的整个混凝土，一种箍筋间距大，约束纵向钢筋。约束混凝土的箍筋强度高且间距密，使得混凝土保护层得到很好的约束，大大提高了混凝土保护层的极限应变，实验表明混凝土极限压应变可以达到10000个微应变，将混凝土极限压应变提高3倍，800兆帕-900兆帕钢筋受压屈服时候屈服应变在4000微应变-4500微应变之间，故而超高强混凝土能和高强钢筋变形协调直到混凝土柱破坏，使得屈服强度大于800兆帕的钢筋能用于混凝土柱中，解决了之前的混凝土柱由于在地震力作用下保护层脱落，屈服强度大于800兆帕的钢筋无法应用的问题。相对钢管混凝土柱，本发明箍筋含钢量低，经济效益好，密排高强度封闭箍筋对超高强混凝土的约束效果要好于低强度钢管对超高强混凝土的约束。屈服强度为800兆帕-900兆帕钢筋的应用大大减少了钢筋的用量，具有明显的经济效益。由于本发明为超高强混凝土柱，在和钢筋混凝土梁连接时候，节点处理方便，相对于组合结构节点施工非常便利。密排约束含混凝土保护层在内的整个混凝土的高强箍筋大大提高了超高强混凝土柱的抗震性能。由于高强封闭箍筋对超高强混凝土的有效约束，超高强混凝土柱在高轴压比下的破坏发生了质的变化，超高强混凝土完全塑性化，超高强混凝土柱由脆性的剪切破坏变为延性的大偏心破坏，使得超高强混凝土柱能在高烈度地区建筑中使用，提高了超高强混凝土柱的轴压比限值。实验表明，本发明轴心受压的混凝土柱比对比混凝土柱强度平均提高55%，延性平均提高5倍，本发明混凝土柱中800-900兆帕钢筋受压屈服，而对比混凝土柱中钢筋未屈服。实验表明，本发明低周反复荷载作用下的混凝土柱比对比混凝土柱极限荷载平均提高40%，延性平均提高4. 5倍，耗能提高3. 5倍。本发明通过箍筋约束方法的改变，把自密实超高强混凝土，高强箍筋，高强纵向钢筋科学的结合起来，充分发挥了混凝土、钢筋不同材料的优势，避免了材料的弱点在工程中的出现，使得框支柱的性能大幅度提高，产生了积极的工程意义。
图1高强钢筋超高强混凝土框支柱 图1中，I为约束整个混凝土的封闭箍筋，3为混凝土，5为架力筋。图2高强钢筋超高强混凝土框支柱的横截面图2中，I为约束整个混凝土的封闭箍筋，2为约束纵向钢筋的封闭箍筋，3为混凝土，4为拉筋，5为架力筋，6为纵向受力钢筋。图3封闭箍筋的组装焊接示意3中，约束混凝土的封闭箍筋I和约束纵向钢筋的封闭箍筋2 由在一个四边形的封闭箍筋7上焊上若干个拉筋4而成。
具体实施例方式所有的纵向钢筋和箍筋由专业的钢筋加工公司通过数控钢筋加工机加工，纵向钢筋尺寸误差控制在± 5mm,箍筋尺寸误差控制在±lmm。封闭箍筋7可由搭接焊接得到，双面焊接，搭接长度不小于5d，单面焊接，搭接长度不小于10d，d为钢筋直径。拉筋4在加工时两边要留90度的弯钩，弯钩的水平段在双面焊接时长度不小于5d，单面焊接时长度不小于10d，d为钢筋直径。通过焊接封闭箍筋7和拉筋4得到封闭箍筋I和2。按照设计图纸绑扎好箍筋和纵向钢筋，支好模板，浇筑混凝土，即可完工。
权利要求
1.一种高强钢筋超高强混凝土框支柱，由高强封闭箍筋1、2，架力筋5，高强纵筋6通过超高强混凝土 3浇筑成一体，其特征是柱子的箍筋和纵向钢筋均为高强钢筋，混凝土为超高强混凝土，高强封闭箍筋I用来约束包括混凝土保护层在内的整个混凝土，高强封闭箍筋2用来约束高强纵向钢筋6。
2.根据权利要求1所述的高强钢筋超高强混凝土框支柱，其特征在于超高强混凝土为自密实混凝土，强度大于C100，小于C150，粗骨料最大粒径不大于25mm。
3.根据权利要求1所述的高强钢筋超高强混凝土框支柱，其特征在于高强纵向钢筋选用高强热处理钢筋，屈服强度大于800兆帕，小于900兆帕，最大力下总伸长率大于6. 5%； 高强箍筋选用高强热处理钢筋，屈服强度大于1100兆帕，最大力下总伸长率大于4%。
4.根据权利要求1所述的高强钢筋超高强混凝土框支柱，其特征在于约束混凝土的箍筋和约束纵向钢筋的箍筋通过焊接形成封闭箍筋，同时拉筋也通过焊接与封闭箍筋相连；箍筋搭接焊接要求双面焊不小于5d，d为箍筋直径，单面焊不小于10d，焊条强度不小于 500兆帕，焊缝要饱满。
5.根据权利要求1所述的高强钢筋超高强混凝土框支柱，其特征在于约束包括混凝土保护层在内的混凝土的箍筋间距为30-35mm，约束纵向钢筋的箍筋间距为60_120mm ;约束包括混凝土保护层在内的混凝土的箍筋的外表面与混凝土柱外表面平齐；约束包括混凝土保护层在内的混凝土的箍筋的肢距不大于200mm。
全文摘要
一种高强钢筋超高强混凝土框支柱，涉及钢筋砼框支柱。克服了普通钢筋砼框支柱、型钢砼框支柱轴压比限值低，地震力下保护层易脱落、纵筋和型钢翼缘易屈曲、震后难修复、无法应用高强钢筋和超高强砼的缺陷；克服了型钢砼框支柱和钢管砼框支柱节点构造复杂、钢管砼框支柱对砼约束不充分、钢管易屈曲的缺陷。本发明由纵向高强钢筋、高强封闭箍筋、自密实超高强砼组成；约束包括砼保护层在内整个砼的箍筋间距30-35mm，其外表面与混凝土框支柱外表面平齐，约束纵向钢筋的箍筋间距60-120mm。通过密配高强焊接封闭箍筋对整个混凝土的约束，改善超高强混凝土的力学性能，提高柱子抗震性能，本发明在高层及超高层结构中具有广阔应用前景。
文档编号E04C3/34GK103046692SQ20121058405
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月29日 优先权日2012年12月29日
发明者管俊峰, 姚贤华, 王慧, 张谦, 张晓燕, 赵顺波, 李长永 申请人:华北水利水电学院