一种薄壁钢管约束竹构件的制作方法与流程

本发明属于土木工程领域，具体涉及一种组合构件的制作方法，尤其是一种薄壁钢管约束竹构件的制作方法。

背景技术：

目前，我国大部分建筑结构采用砖混结构和钢筋混凝土结构，需要使用大量的粘土制品、水泥和钢材，这些建筑材料存在能耗高、污染大、废弃后难以降解，保温隔热性能差，抗震性能差等缺陷。在当前发展低碳经济的大环境下，绿色、生态、环保的新型建筑结构材料是土木工程科技发展的必然方向。竹材是当前绿色环保材料的品种之一，研究表明，竹结构具有绿色、生态、环保、低碳等优点，竹结构体系的发展具有重要意义。

竹质工程材料，如重组竹、竹材集成材、竹材层积材、竹帘胶合板等作为新型材料，被广泛用于人行桥、安居房、景观建筑等，且多作为受压构件用于结构柱、桥墩等竖向受力构件，研究表明，竹质工程材料的受压破坏模式表现为压屈破坏、减压破坏和劈裂破坏的脆性破坏，从而整个结构失去承载能力，由于普通竹材缺乏侧向约束，竹材优异的抗压性能往往得不到有效发挥。

钢管约束混凝土结构研究历史悠久，技术成熟，钢管对核心混凝土能够提供持续的环向约束力，使混凝土处于三向受压状态，提高其承载能力和变形能力，避免混凝土的脆性破坏，核心混凝土的存在也避免了钢管的内向屈曲，但混凝土存在自重大、能耗高等不足。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种薄壁钢管约束竹构件的制作方法，原理简单，易操作，核心竹材的楔形端头辅助下压，变截面套管和顶管可以反复拆装利用，且根据薄壁钢管和核心竹材的横截面形式可以更换配套的变截面套管和顶管，适用范围广，易于标准化、定型化，实现构件的工厂预制生产，提高生产效率，且压入的核心竹材能够主动受到薄壁钢管提供持续的环向约束力，提高了生产构件的承载能力和变形能力。

本发明的技术方案为：一种薄壁钢管约束竹构件的制作方法，通过对恒定截面竹材段与楔形端头对接形成核心竹材、安装顶管、放置薄壁钢管、安装变截面套管、嵌入核心竹材、下压千斤顶、拆除变截面套管和顶管、构件打磨，形成一种薄壁钢管约束竹构件，所述的静压装置由基座和千斤顶组成，核心竹材由恒定截面竹材段和楔形端头组成，楔形端头、薄壁钢管、变截面套管和顶管能够反复利用，其具体步骤如下：

a.准备工作：选择满足设计要求的薄壁钢管和核心竹材，且核心竹材的恒定截面竹材段的长度等于薄壁钢管的长度，核心竹材的截面尺寸大于薄壁钢管的内腔截面尺寸0.1～1.0mm，并对薄壁钢管的内外表面进行除锈处理，对核心竹材的外表面清洁干净。

b.对接形成核心竹材：对恒定截面竹材段与楔形端头对接形成核心竹材，楔形端头的截面沿着长度均匀变化，呈一端大一端小，较大一端的截面形状与尺寸与恒定截面竹材段的截面形状与尺寸相同，较小一端的截面尺寸小于薄壁钢管的截面尺寸。

c.安装顶管：将顶管安装在静压装置的基座上，保证顶管的中心线和千斤顶的中心线在同一直线上，所述的顶管的内腔截面尺寸大于等于薄壁钢管的内腔截面尺寸，顶管的高度大于等于核心竹材的楔形端头的长度。

d.放置薄壁钢管：将薄壁钢管置于顶管的端部，两者中心线保持在同一直线上。

e.安装变截面套管：在薄壁钢管的上部安装变截面套管，安装时两者的端部对齐，两者的中心线保持一致。

f.嵌入核心竹材：在变截面套管中嵌入核心竹材，核心竹材由恒定截面竹材段和楔形端头组成，其楔形端头的小端朝向变截面套管，恒定截面竹材段的一个端面紧接楔形端头的大端，且核心竹材的中心线与变截面钢管的中心线一致。

g.下压千斤顶：下压千斤顶，保证核心竹材轴心受压，待核心竹材的楔形端头的大端的端面露出薄壁钢管的端面，停止下压，关闭千斤顶。

h.拆除变截面套管和楔形端头：千斤顶回油复位，并拆除变截面套管和楔形端头，取下压入完毕的构件。

i.构件打磨：对构件的两端打磨平整，去除核心竹材的多余部分。

j.完成：打磨完毕后完成一种薄壁钢管约束竹构件的制作。

所述的基座为自平衡框架结构，核心竹材、薄壁钢管、变截面套管、顶管和千斤顶的中心线保持在同一直线，且设置于基座的自平衡框架结构内的中部位置。

所述的变截面套管的外表面截面尺寸恒定，内腔截面尺寸由一端向另一端由大向小变化，壁厚相应的由薄向厚变化，厚壁端处即变截面套管的最小内腔截面尺寸等于薄壁钢管的内腔截面尺寸，且厚壁端呈台阶卡口，台阶卡口的内腔截面尺寸与薄壁钢管的外表面截面尺寸相等，台阶卡口套插于薄壁钢管端部，变截面套管的横截面是圆形、椭圆形和倒圆角矩形中的一种。

所述的薄壁钢管的外表面截面直径、轴长或边长尺寸与壁厚的比值介于50～200。

所述的核心竹材、薄壁钢管及顶管的横截面是圆形、椭圆形和倒圆角矩形中的一种，且与变截面套管的截面形状一致。

所述的顶管的壁厚大于等于薄壁钢管的壁厚。

本发明提供了一种薄壁钢管约束竹构件的制作方法，在实施过程中，通过变截面套管和薄壁钢管的搭接，以及核心竹材的楔形端头的设置，以自平衡体系及千斤顶的加压，实现在薄壁钢管内部压入横截面尺寸略大于薄壁钢管内径的核心竹材，从而使核心竹材在横向预先获得薄壁钢管的环向约束力，变截面套管、顶管、楔形端头可以拆装反复利用，成本低，易于标准化、定型化，实现构件的工厂预制生产，生产效率高。本发明能够有效提高单一竹材在使用过程中的承载能力和变形能力，同时钢管的存在也避免了核心竹材的脆性破坏模式。

本发明的有益效果如下：

(1)通过在薄壁钢管的挤压端部安装变截面套管，变截面套管的管内尺寸由大到小均匀变化可以将横截面尺寸略大于薄壁钢管的核心竹材挤压入薄壁钢管内，实现薄壁钢管约束竹构件，而顶管的设置能够使核心竹材的楔形端头压出薄壁钢管，使核心竹材的恒定截面竹材段完全充满薄壁钢管内。

(2)核心竹材由恒定截面竹材段和楔形端头组成，楔形端头和薄壁钢管的配合能够辅助核心竹材下压，且能够更准确地对中，保证核心竹材轴心受压。

(3)薄壁钢管、顶管和楔形端头可以拆装反复利用，成本低，效率高。

(4)通过更换不同横截面形式的变截面套管、顶管和楔形端头，即可制作相应横截面形式的薄壁钢管约束竹构件，易于标准化、定型化，实现构件的工厂预制生产，能够用于不同形式的梁、柱结构等，通用性强，适用范围广。

(5)本发明所制作的一种薄壁钢管约束竹构件结构新颖，薄壁钢管能够主动地为核心竹材提供有效的环向约束力，提高结构的承载能力和变形能力。

附图说明：

图1是一种薄壁钢管约束竹构件的制作方法工艺流程图；

图2是一种薄壁钢管约束竹构件的核心竹材立体示意图；

图3是一种薄壁钢管约束竹构件的制作方法的安装顶管示意图；

图4是一种薄壁钢管约束竹构件的制作方法的放置薄壁钢管示意图；

图5是一种薄壁钢管约束竹构件的制作方法的安装变截面套管示意图；

图6是一种薄壁钢管约束竹构件的制作方法的嵌入核心竹材示意图；

图7是一种薄壁钢管约束竹构件的制作方法的下压千斤顶示意图；

图8是一种薄壁钢管约束竹构件的制作方法的下压千斤顶立面示意图；

图9是一种薄壁钢管约束竹构件的制作方法的楔形端头压入顶管立面示意图；

图10是核心竹材压入薄壁钢管完毕的立面示意图；

图11是打磨完成的一种薄壁钢管约束竹构件的立体示意图；

图12是一种薄壁钢管约束竹构件的制作方法的变截面套管立体示意图；

图13是一种薄壁钢管约束竹构件的制作方法的变截面套管立面示意图；

图14是一种圆形截面薄壁钢管约束竹构件的横截面示意图；

图15是一种倒圆角矩形截面薄壁钢管约束竹构件的横截面示意图；

图16是一种椭圆形截面薄壁钢管约束竹构件的横截面示意图；

在所有附图中，1为核心竹材；11为恒定截面竹材段；12为楔形端头；2为薄壁钢管；3为变截面套管；31为台阶卡口；4为顶管；5为静压装置；51为基座；52为千斤顶。

具体实施方式：

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。本发明提供一种薄壁钢管约束竹构件的制作方法，通过对恒定截面竹材段11与楔形端头12对接形成核心竹材1、安装顶管4、放置薄壁钢管2、安装变截面套管3、嵌入核心竹材1、下压千斤顶52、拆除变截面套管3和顶管4、构件打磨，形成一种薄壁钢管约束竹构件，所述的静压装置5由基座51和千斤顶52组成，核心竹材1由恒定截面竹材段11和楔形端头12组成，楔形端头12、薄壁钢管2、变截面套管3和顶管4能够反复利用，其具体步骤如下：

a.准备工作：选择满足设计要求的薄壁钢管2和核心竹材1，且核心竹材1的恒定截面竹材段11的长度等于薄壁钢管2的长度，核心竹材1的截面尺寸大于薄壁钢管2的内腔截面尺寸0.1～1.0mm，并对薄壁钢管2的内外表面进行除锈处理，对核心竹材1的外表面清洁干净。

b.对接形成核心竹材：对恒定截面竹材段11与楔形端头12对接形成核心竹材1，楔形端头12的截面沿着长度均匀变化，呈一端大一端小，较大一端的截面形状与尺寸与恒定截面竹材段11的截面形状与尺寸相同，较小一端的截面尺寸小于薄壁钢管2的截面尺寸。

c.安装顶管：将顶管4安装在静压装置5的基座51上，保证顶管4的中心线和千斤顶52的中心线在同一直线上，所述的顶管4的内腔截面尺寸大于等于薄壁钢管2的内腔截面尺寸，顶管4的高度大于等于核心竹材1的楔形端头12的长度。

d.放置薄壁钢管：将薄壁钢管2置于顶管4的端部，两者中心线保持在同一直线上。

e.安装变截面套管：在薄壁钢管2的上部安装变截面套管3，安装时两者的端部对齐，两者的中心线保持一致。

f.嵌入核心竹材：在变截面套管3中嵌入核心竹材1，核心竹材1由恒定截面竹材段11和楔形端头12组成，其楔形端头12的小端朝向变截面套管3，恒定截面竹材段11的一个端面紧接楔形端头12的大端，且核心竹材1的中心线与变截面钢管的中心线一致。

g.下压千斤顶：下压千斤顶52，保证核心竹材1轴心受压，待核心竹材1的楔形端头12的大端的端面露出薄壁钢管2的端面，停止下压，关闭千斤顶52。

h.拆除变截面套管和楔形端头：千斤顶52回油复位，并拆除变截面套管3和楔形端头12，取下压入完毕的构件。

i.构件打磨：对构件的两端打磨平整，去除核心竹材1的多余部分。

j.完成：打磨完毕后完成一种薄壁钢管约束竹构件的制作。

所述的基座51为自平衡框架结构，核心竹材1、薄壁钢管2、变截面套管3、顶管4和千斤顶52的中心线保持在同一直线，且设置于基座51的自平衡框架结构内的中部位置。

所述的变截面套管3的外表面截面尺寸恒定，内腔截面尺寸由一端向另一端由大向小变化，壁厚相应的由薄向厚变化，厚壁端处即变截面套管3的最小内腔截面尺寸等于薄壁钢管2的内腔截面尺寸，且厚壁端呈台阶卡口31，台阶卡口的内腔截面尺寸与薄壁钢管2的外表面截面尺寸相等，台阶卡口31套插于薄壁钢管2端部，变截面套管3的横截面是圆形、椭圆形和倒圆角矩形中的一种。

所述的薄壁钢管2的外表面截面直径、轴长或边长尺寸与壁厚的比值介于50～200。

所述的核心竹材1、薄壁钢管2及顶管4的横截面是圆形、椭圆形和倒圆角矩形中的一种，且与变截面套管3的截面形状一致。

所述的顶管4的壁厚大于等于薄壁钢管2的壁厚。