本发明涉及装配式功能可恢复钢骨架混凝土组合柱及安装方法，属于结构工程技术领域。
背景技术：
近年来，装配式钢结构建筑技术突飞猛进，建筑工业化已逐渐由概念成为现实。随着社会的发展，人们对于建筑空间的要求也逐渐提高，现代化的装配式钢结构技术必须与时俱进，在满足人们最基本的使用要求之外，还要有更优越的性能，这才能在现代技术的飞速发展潮流中不会被淘汰。
目前，人们对建筑的使用要求，主要体现在对建筑的结构的空间要求更大，结构需要有足够的开阔空间，且满足美观的要求。这就使得结构的高度和跨度加大，结构柱作为竖向传力构件，在高耸结构以及大跨度结构中需要承受更大的轴力，由此对结构柱的承载能力提出了更大的要求。在满足承载力的同时，结构还要有较好的性能，比如抗震性能、耐久性等。结构柱作为结构的关键受力构件，其性能往往可以决定整个结构的性能。这就要求柱子不仅能够满足承载能力的强度要求，还要有优越的抗震性能。通常情况下，增大柱的截面、增多柱的数量等可以提高柱的承载能力和抗震性能。但是，柱截面的增大，使得承载能力提高的同时，占据了较大的空间，巨大的柱子，既不能满足节省空间的需要，也不能满足美观的需求。柱数量的增多，虽然可以提高承载能力，但是同样存在空间浪费的问题，而且整体性较差。
随着技术的发展，为了解决上述存在的不足，组合柱的概念被提出。组合柱具有较高的承载能力和良好的延性，尤其是钢管混凝土组合柱，由于钢管对混凝土的连续约束作用，显著地改善了混凝土特别是高强混凝土延性差的特性。现有的组合柱技术以及钢管混凝土组合柱技术，虽然较单一柱有了很大的技术改善，但依然存在以下不足：1.安装过程复杂，装配化程度低，施工周期长；2.对施工人员技术要求高，需要现场焊接，质量易受到现场施工的影响；3.用钢量大，技术复杂，建造成本高；4.整体性较低，破坏后难以修复；5.灵活性差，普适性差，构件难以实现工厂化生产普遍适用等。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有钢管混凝土组合柱装配化程度低、施工复杂、整体性不足、难以修复等问题，提出了装配式功能可恢复钢骨架混凝土组合柱及安装方法。
本发明是采用以下的技术方案实现的：
一种装配式功能可恢复钢骨架混凝土组合柱，包括一组钢管主柱、至少一组钢管从属柱、若干个主从柱耗能连接桥架和若干个全装配式连接总成；所述全装配式连接总成包括若干个弧形脚连接件和若干对外加强环瓦片，外加强环瓦片围拼成圆形外加强环，紧箍钢管柱；所述弧形脚连接件包括a型弧形脚连接件、b型弧形脚连接件和c型弧形脚连接件，弧形脚连接件包括弧形连接脚和垂直连接在弧形连接脚上的外伸钢板，a型弧形脚连接件的外伸钢板上设有螺栓孔，b型弧形脚连接件和c型弧形脚连接件还包括垂直连接在外伸钢板上的矩形连接脚，矩形连接脚上设有螺栓孔；主从柱耗能连接桥架包括耗能钢板和对称垂直连接在耗能钢板两侧的若干个矩形连接脚，矩形连接脚上设有螺栓孔，与弧形脚连接件上的矩形连接脚的螺栓孔相匹配，所述的弧形脚连接件的弧形连接脚上设有螺栓孔，与钢管柱柱面上的螺栓孔相匹配，通过螺栓与钢管柱相连；主柱与从属柱利用c型弧形脚连接件和全装配式连接总成通过主从柱耗能连接桥架相连，组成功能可恢复钢骨架混凝土组合柱；钢管柱内浇筑混凝土。
所述主柱和从属柱均为外包全装配式钢管柱，外包全装配式钢管柱由若干个弧形柱片拼接而成。
所述外包全装配式钢管柱片沿纵向一侧设有连接齿，另一侧设有与连接齿相匹配的滑道，连接齿和滑道相拼接，组成圆形钢管柱。
所述外加强环瓦片包括弧形端板和垂直连接在端板两侧和底侧的若干个连接板，底侧连接板下表面设有t形连接齿，所述b型弧形脚连接件和c型弧形脚连接件的弧形连接脚上下两面均设有与外加强环瓦片t型连接齿相匹配的t形滑道。
所述钢管柱内包含核心钢骨架，核心钢骨架包括圆形钢管和若干个外伸钢隔板，外伸钢隔板自由端沿纵向通长分布有楔形连接齿，所述外包全装配式柱片弧形中部内侧沿纵向设有与楔形连接齿相匹配的内楔形滑道。
所述主从柱耗能连接桥架的耗能钢板上设有通孔。
所述通孔形状为椭圆形。
所述主从柱耗能连接桥架的矩形连接脚分为上矩形连接脚、中矩形连接脚和下矩形连接脚，上矩形连接脚位于耗能钢板最上部两侧，设有2个螺栓孔，中矩形连接脚位于耗能钢板中部两侧，设有4个螺栓孔，下矩形连接脚位于耗能钢板最下部两侧，设有2个螺栓孔；所述弧形脚连接件的矩形连接脚上设有与主从柱耗能连接桥架的矩形连接脚相匹配的螺栓孔。
所述全装配式主柱和全装配式从属柱均包括核心钢骨架和外包全装配式钢管柱，从属柱横截面尺寸小于主柱。
所述从属柱数量为1—4组，可满足多种形式的需要。
所述外包全装配式钢管柱由4个柱片拼接而成，4个柱片成弧状，圆心角均为90度，4个柱片与核心钢骨架同心。
所述每个全装配式连接总成包括4个弧形脚连接件和4组外加强环瓦片，圆心角均为90度。弧形脚连接件之间的接缝与柱片之间的接缝相互错开。所述全装配式连接总成可以用来连接柱与桥架，也可以用来连接柱与钢梁。所述全装配式连接总成由4个弧形脚连接件、8外加强环瓦片组成，弧形脚连接件以及外加强环瓦片的圆心角均为90度，4个弧形脚连接件拼成一个圆环形，4个外加强环瓦片拼成一个圆形外加强环，均对全装配式钢管柱有紧箍作用，增大柱的承载能力，且外加强环还具有增强连接区域整体性的作用，极大增强连接区域的抗震性能。所述耗能钢板的通孔为椭圆形，避免了应力集中，提高了钢板的耗能能力。所述外加强环瓦片包括弧形端板和垂直连接在端板两侧的两个侧面连接板和连接在底侧的底侧连接板，相邻外加强环瓦片通过连接板相互连接，组成圆柱形外环板，起到增强连接区域整体性的作用，极大增强连接区域的抗震性能。
所述弧形脚连接件的弧形脚圆心角可根据弧形脚的数量调整，设弧形脚数量为n，圆心角为360°/n。
所述外加强环瓦片的圆心角可根据外加强环瓦片的数量调整，设外加强环瓦片数量为n，圆心角为360°/n。
所述钢管柱各柱片纵向长度分别为500mm、750mm、1000mm、1500mm。目的是使4个柱片在长度方向上在不同的位置错开，一方面防止形成断面不利于柱子的强度和整体性，一方面便于柱片的运输和施工。
所述核心钢骨的外伸钢隔板上设有圆形通孔，保证浇筑混凝土的密实，增大咬合力，提高单个主柱或从属柱的整体性。
所述主从柱耗能连接桥架包括4个矩形连接脚和1块耗能钢板。主从柱之间设有多层主从柱耗能连接桥架。每层主柱和从属柱之间由两个主从柱耗能连接桥架连接，使得主从柱耗能连接桥架长度小，便于施工运输；主从柱耗能连接桥架在地震作用下，强度远低于钢管柱，破坏吸收大量的能量，破坏后可以更换，修复成本低，使组合柱功能得到恢复。
所述外包全装配式钢管柱片预留有与弧形脚连接件相连的螺栓孔，在拼装柱片之前，先将螺栓放入孔内。
所述核心钢骨架钢管内和外包全装配式钢管柱之间的空间内，浇筑有纤维混凝土。
所述的弧形脚连接件有两种类型，一种是与梁相连的，由弧形连接脚和外伸钢板组成，称为a型弧形脚连接件；另外一种是与主从柱耗能连接桥架相连的，由弧形连接脚、外伸钢板以及矩形连接脚组成，称为b型弧形脚连接件；a型弧形脚连接件与b型弧形脚连接件外伸钢板上下两表面均设有t形滑道。
本发明还涉及一种装配式功能可恢复钢骨架混凝土组合柱的安装方法，包括以下步骤：
(1)定位主柱的核心钢骨架：将主柱的核心钢骨架定位；
(2)安装主柱：在主柱柱片上根据弧形脚连接件的螺栓孔对应位置预留的螺栓孔，将螺栓放入；将第一片主柱柱片放在核心钢骨架上方，使得主柱柱片的内楔形滑道位于核心钢骨架外伸钢隔板楔形连接齿的上方，对准楔形连接齿与内楔形滑道，将柱片沿内楔形滑道滑入到指定位置；将剩余的主柱柱片依照此方法，并保证各柱片之间连接齿与滑道对准，然后滑到指定位置，从而组成装配式主柱；
(3)定位从属柱的核心钢骨架：将从属柱的核心钢骨架定位；
(4)安装从属柱：采用与主柱相同的安装方法，从而组成装配式从属柱；
(5)安装主柱上的连接总成：将主柱上的b型弧形脚连接件和c型弧形脚连接件对准柱片上预留的螺栓，各围拼成若干个圆环形，并与主柱相连；将主柱上的外加强瓦片在b型弧形脚连接件的上下两侧，分别围拼成圆形的上下外加强环，相邻连接片螺栓连接；在需要设置梁的位置采用b型弧形脚连接件，在不设梁的柱中部采用c型弧形脚连接件，因无需外加强环，其上下平面无需设置t型槽。
(6)安装从属柱上的连接总成：将从属柱上的a型弧形脚连接件、b型弧形脚连接件和c型弧形脚连接件对准柱片上预留的螺栓，使之围拼成一个圆环形，并与从属柱相连；将从属柱上的外加强瓦片在a型弧形脚连接件、b型弧形脚连接件的上下两侧，分别围拼成圆形的上下外加强环，相邻连接片螺栓连接；在无需连接主从柱耗能连接桥架一侧采用a型弧形脚连接件，因此无需设置矩形连接脚。
(7)连接主从柱：将主柱和从属柱通过主从柱耗能连接桥架连接，耗能钢板与弧形脚连接件上的矩形连接脚螺栓连接；
(8)安装钢梁：将钢梁与从属柱上的a型弧形脚连接件通过螺栓相连；
(9)浇筑混凝土：在主柱和从属柱的核心钢骨架钢管内和钢管柱与核心钢骨架之间的空间内浇筑纤维混凝土，使各连接部位通过咬合作用紧固连接形成整体。
所述步骤(5)还包括将主柱上的外加强瓦片的t形连接齿对准b型弧形脚连接件的t形滑道，将加强瓦片滑入并紧贴钢管柱，形成圆形的外加强环；步骤(6)还包括将从属柱上的加强瓦片的t形连接齿对准a型弧形脚连接件、b型弧形脚连接件的t形滑道，将加强瓦片滑入并紧贴钢管柱，形成圆形的外加强环。
所述步骤(7)还包括，弧形脚连接件与主从柱耗能连接桥架连接时，相邻两块桥架的上、下矩形连接脚与同一块弧形脚连接件相连。
本发明的有益效果是：
(1)本发明提出的全装配式组合柱，所有构件全部工厂生产，现场装配，无需焊接操作，可避免现场焊接可能带来的质量问题，导致质量不统一，且装配简单，对施工人员技术要求低，大大提高了施工效率。
(2)本发明的构件经过严密合理的设计，体积适中，方便运输和搬运，方便修复更换，为工业化建筑提供了一种功能可恢复的技术方案。
(3)本发明提出的组合柱主柱和从属柱通过主从柱耗能连接桥架连接，最大程度了保证了组合柱的整体性。桥架上设有椭圆形通孔，使桥架在地震作用下避免应力集中的同时，具有优良的吸能能力，消耗了较多的地震能量，减小了主柱和从属柱在地震时受到的作用，实现了耗能构件耗能破坏，极大的提高了结构的抗震性能。且主从柱耗能连接桥架破坏后，更换方便，只需通过螺栓连接，即实现了整个组合柱的功能可恢复。
(4)本发明采用的主柱和从属柱均是完全装配式柱，从属柱截面可以根据需要适当减小，主柱和从属柱组合使用，既能满足承载力和抗震的需要，还可以节省空间，降低建造成本。且主柱和从属柱均使用圆形截面，提高了建筑结构的圆滑性和美观性。
(5)本发明采用的柱截面为圆形，提出了三种类型的弧形脚连接件，在实际使用时可根据需要，调整连接件之间的角度，分别位于梁、柱的不同位置，可以满足不同空间的需求以及梁之间不同角度的需求选择，使得该发明具有很大的普适性和实用性。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明整体结构俯视图；
图3是本发明钢管柱结构示意图；
图4是柱的核心钢骨架结构示意图；
图5是主从柱耗能连接桥架结构示意图；
图6是a型弧形脚连接件结构示意图；
图7是b型弧形脚连接件结构示意图；
图8是c型弧形脚连接件结构示意图；
图9是一种全装配式多功能连接总成结构示意图；
图10是节点部位加强环瓦片安装方法示意图；
图11是本发明组合柱安装过程示意图；
图12是本发明其他实现形式示意图；
图中：1、主柱；2、从属柱；3、主从柱耗能连接桥架；4、b型弧形脚连接件；5、a型弧形脚连接件；6、c型弧形脚连接件；7、钢梁；8、基础；9、圆形钢管；10、外伸钢隔板；11、楔形连接齿；12、内楔形滑道；13、柱片；14、核心钢骨架；15、滑道；16、连接齿；17、混凝土；18、主从柱耗能连接桥架的矩形连接脚；19、耗能钢板；20、弧形连接脚；21、外伸钢板；22、t形滑道；23、弧形脚连接件的矩形连接脚；24、上外加强环；25、下外加强环；26、外加强环瓦片；27、圆形通孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1-11所示，一种装配式功能可恢复钢骨架混凝土组合柱，位于基础8上，包括1组钢管主柱1、4组钢管从属柱2、16个主从柱耗能连接桥架3和10个全装配式连接总成；全装配式多功能连接总成可以用来连接柱与桥架，也可以用来连接柱与h型钢梁7。所述全装配式连接总成包括4个弧形脚连接件和4对外加强环瓦片26，圆心角均为90度。弧形脚连接件之间的接缝与柱片之间的接缝相互错开。外加强环瓦片围拼成圆形外加强环，紧箍钢管柱；所述弧形脚连接件包括a型弧形脚连接件5、b型弧形脚连接件4和c型弧形脚连接件6，弧形脚连接件包括弧形连接脚20和垂直连接在弧形连接脚上的外伸钢板21，a型弧形脚连接件的外伸钢板上设有螺栓孔，b型弧形脚连接件和c型弧形脚连接件还包括垂直连接在外伸钢板上的矩形连接脚，矩形连接脚上设有两排两列4个螺栓孔；主从柱耗能连接桥架包括耗能钢板19和对称垂直连接在耗能钢板两侧的3个矩形连接脚，矩形连接脚上设有两排两列4个螺栓孔，与弧形脚连接件上的矩形连接脚的螺栓孔相匹配，所述的弧形脚连接件的弧形连接脚上设有螺栓孔，与钢管柱柱面上的螺栓孔相匹配，通过螺栓与钢管柱相连；主从柱之间设有多层主从柱耗能连接桥架。每层主柱和从属柱之间由两个主从柱耗能连接桥架连接。主柱与从属柱利用c型弧形脚连接件和全装配式连接总成通过主从柱耗能连接桥架相连，组成功能可恢复钢骨架混凝土组合柱；钢管柱内浇筑混凝土17。
主柱和从属柱均为外包全装配式钢管柱，外包全装配式钢管柱由4个弧形柱片13拼接而成。4个柱片成弧状，圆心角均为90度。所述外包全装配式钢管柱片沿纵向一侧设有连接齿，另一侧设有与连接齿相匹配的滑道15，连接齿16和滑道相拼接，组成圆形钢管柱。所述全装配式主柱和全装配式从属柱均包括核心钢骨架14和外包全装配式钢管柱，从属柱横截面尺寸小于主柱。
外加强环瓦片包括弧形端板和垂直连接在端板两侧和底侧的3个连接板，底侧连接板下表面设有t形连接齿，所述b型弧形脚连接件和c型弧形脚连接件的弧形连接脚上下两面均设有与外加强环瓦片t型连接齿相匹配的t形滑道22。
钢管柱内包含核心钢骨架，核心钢骨架与钢管柱同心。核心钢骨架包括圆形钢管9和4个外伸钢隔板10，外伸钢隔板上设有圆形通孔27，外伸钢隔板自由端沿纵向通长分布有楔形连接齿11，所述外包全装配式柱片弧形中部内侧沿纵向设有与楔形连接齿相匹配的内楔形滑道12。所述主从柱耗能连接桥架的耗能钢板上设有椭圆形通孔。
实施例2
主从柱耗能连接桥架的矩形连接脚18分为上矩形连接脚、中矩形连接脚和下矩形连接脚，上矩形连接脚位于耗能钢板最上部两侧，设有横向2个螺栓孔，中矩形连接脚位于耗能钢板中部两侧，设有4个螺栓孔，下矩形连接脚位于耗能钢板最下部两侧，设有横向2个螺栓孔；所述弧形脚连接件的矩形连接脚23上设有与主从柱耗能连接桥架的矩形连接脚相匹配的螺栓孔。
钢管柱各柱片纵向长度分别为500mm、750mm、1000mm、1500mm。目的是使4个柱片在长度方向上在不同的位置错开，一方面防止形成断面不利于柱子的强度和整体性，一方面便于柱片的运输和施工。
其余技术特征同实施例1。
实施例3
如图12所示，本实施例与实施例2的区别在于，组成组合柱的主柱有1组，从属柱有2组，从连接主柱与从属柱的主从柱耗能连接桥架之间间隔角度为60度，外伸梁有2个。其余与实施例2相同。
实施例4
本发明还涉及一种装配式功能可恢复钢骨架混凝土组合柱的安装方法，包括以下步骤：
(1)定位主柱的核心钢骨架：将主柱的核心钢骨架定位；
(2)安装主柱：在主柱柱片上根据弧形脚连接件的螺栓孔对应位置预留的螺栓孔，将螺栓放入螺栓孔内；将第一片主柱柱片放在核心钢骨架上方，使得主柱柱片的内楔形滑道位于核心钢骨架外伸钢隔板楔形连接齿的上方，对准楔形连接齿与内楔形滑道，将柱片沿内楔形滑道滑入到指定位置；将剩余的主柱柱片依照此方法，并保证各柱片之间连接齿与滑道对准，然后滑到指定位置，从而组成装配式主柱；
(3)定位从属柱的核心钢骨架：将从属柱的核心钢骨架定位；
(4)安装从属柱：采用与主柱相同的安装方法，从而组成装配式从属柱；
(5)安装主柱上的连接总成：将主柱上的b型弧形脚连接件和c型弧形脚连接件对准柱片上预留的螺栓，各围拼成若干个圆环形，并与主柱相连；将主柱上的外加强瓦片在b型弧形脚连接件的上下两侧，分别围拼成圆形的上外加强环24和下外加强环25，相邻连接片螺栓连接；在需要设置梁的位置采用b型弧形脚连接件，在不设梁的柱中部采用c型弧形脚连接件，因无需外加强环，其上下平面无需设置t型槽。
(6)安装从属柱上的连接总成：将从属柱上的a型弧形脚连接件、b型弧形脚连接件和c型弧形脚连接件对准柱片上预留的螺栓，使之围拼成一个圆环形，并与从属柱相连；将从属柱上的外加强瓦片在a型弧形脚连接件、b型弧形脚连接件的上下两侧，分别围拼成圆形的上下外加强环，相邻连接片螺栓连接；在无需连接主从柱耗能连接桥架一侧采用a型弧形脚连接件，因此无需设置矩形连接脚。
(7)连接主从柱：将主柱和从属柱通过主从柱耗能连接桥架连接，耗能钢板与弧形脚连接件上的矩形连接脚螺栓连接；
(8)安装钢梁：将钢梁与从属柱上的a型弧形脚连接件通过螺栓相连；
(9)浇筑混凝土：在主柱和从属柱的核心钢骨架钢管内和钢管柱与核心钢骨架之间的空间内浇筑纤维混凝土，使各连接部位通过咬合作用紧固连接形成整体。
实施例5
所述步骤(5)还包括将主柱上的外加强瓦片的t形连接齿对准b型弧形脚连接件的t形滑道，将加强瓦片滑入并紧贴钢管柱，形成圆形的外加强环；步骤(6)还包括将从属柱上的加强瓦片的t形连接齿对准a型弧形脚连接件、b型弧形脚连接件的t形滑道，将加强瓦片滑入并紧贴钢管柱，形成圆形的外加强环。
其余技术特征同实施例4。
实施例6
所述步骤(7)还包括，弧形脚连接件与主从柱耗能连接桥架连接时，相邻两块桥架的上、下矩形连接脚与同一块弧形脚连接件相连。
其余技术特征同实施例5。
当然，上述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围内。