一种减震防撞钢管混凝土柱的制作方法

本发明涉及建筑与桥梁工程技术领域，具体涉及一种减震防撞钢管混凝土柱。

背景技术：

随着我国汽车业和航运业的快速发展，汽车和轮船撞击桥梁和建筑的事故时有发生。目前建筑和桥梁结构防撞主要采用刚性防撞和柔性防撞两种方式。刚性防撞主要通过局部增大结构柱的面积来抵抗撞击，其通过事故车辆和船只的损伤变形来减少对结构的撞击力。柔性防撞主要通过给结构柱包裹柔性缓冲材料来吸能，从而减小结构的损伤。柔性防撞设计中柔性缓冲材料跟结构柱分离，不与结构柱共同承受撞击以外的荷载。另外，我国又是地震多发国家，很多结构都要进行抗震设计，而通过提高结构的阻尼可以有效地减少结构的地震响应。应该指出，撞击和罕遇地震在结构服役期间都是小概率事件，目前将防撞设计和减震设计分别设计具有不经济性，应该将防撞材料同时作为结构的减震材料。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种减震防撞钢管混凝土柱，将防撞设计和减震设计合为一体。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种减震防撞钢管混凝土柱，包括多边形钢管和由连接在所述多边形钢管外侧至少一个钢管面上的弧形波纹钢片形成的多腔钢管，所述弧形波纹钢片的波纹为环向波纹，弧形波纹钢片的圆心角不大于180度，弧形波纹钢片的弦长不大于所连接的多边形钢管面宽度，所述弧形波纹钢片的厚度不小于1.5mm，高度不大于多边形钢管的高度，所述多边形钢管内填充核心混凝土，弧形波纹钢片和多边形钢管形成的空腔内填充阻尼材料。

优选的，所述多边形钢管为热轧钢管、钢板或型钢焊接钢管中的一种，管壁厚度不小于6mm。

优选的，所述多边形钢管内填充的核心混凝土为普通混凝土、高强混凝土、高性能混凝土的一种，混凝土强度等级不等于c30。

优选的，所形成的多边形钢管混凝土为实心钢管混凝土或空心钢管混凝土。

优选的，所述阻尼材料为橡胶混凝土、泡沫金属、橡胶、轻骨料混凝土、普通混凝土、纤维增强混凝土或高分子聚合物的一种或多种。

优选的，所述多边形钢管和弧形波纹钢片的连接方式为焊接或端板螺栓连接。

优选的，所述多边形钢管和弧形波纹钢片的钢材材料采用碳素结构钢或低合金钢，质量等级不低于b级。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)本发明的多边形钢管和弧形波纹钢片连接形成整体多腔钢管，多边形钢管内填充混凝土，弧形波纹钢片和多边形钢管形成的空腔内填充阻尼材料，如此能有效保证弧形波纹钢片约束阻尼材料和多边形钢管混凝土协同工作，既能抵抗和减缓水平撞击，也能在地震作用增加多边形钢管混凝土的阻尼和承载力，约束多边形钢管的屈曲变形，提高多边形钢管混凝土的抗震延性。

2)波纹钢片一方面其本身受水平撞击后的变形能力强，能有效缓冲水平撞击；另一方面波纹钢片的环向刚度大，能够约束阻尼材料的横向变形，提高阻尼材料吸能能力。

3)本发明根据钢管混凝土柱各侧面遭遇撞击风险的不同，灵活布置弧形波纹钢片，在弧形波纹钢片和多边形钢管形成的空腔内填充不同的阻尼材料。

4)当弧形波纹钢片和多边形钢管采用端板螺栓连接时，波纹钢片和阻尼材料受撞击或地震损伤后方便更换。

附图说明

图1为本发明实施例1制作的减震防撞钢管混凝土柱示意图；

图2为本发明实施例2制作的减震防撞钢管混凝土柱示意图；

图3为本发明实施例3制作的减震防撞钢管混凝土柱示意图；

图中，1、八边形钢管；2、弧形波纹钢片；3、核心混凝土；4、阻尼材料；5、矩形钢管；6、端板螺栓。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，一种减震防撞钢管混凝土柱，包括由八块厚度为16mm钢板焊接组成的八边形钢管1和由对称焊接在八边形钢管1外侧六个钢管面上的弧形波纹钢片2形成的多腔钢管。所述八边形钢管1和弧形波纹钢片2的钢材材料均为低合金钢q345b。各弧形波纹钢片2的波纹为环向波纹，其中两块弧形波纹钢片2的圆心角为180度，其余四块弧形波纹钢片2的圆心角小于180度，六块弧形波纹钢片2的弦长均等于八边形钢管1所连接管面宽度。所述弧形波纹钢片2的厚度均为4mm，高度等于八边形钢管1的高度。所述八边形钢管1内填充核心混凝土3，所述核心混凝土3为高强混凝土，强度等级为c65；八边形钢管混凝土为空心钢管混凝土；所述弧形波纹钢片2和八边形钢管1形成的空腔内填充阻尼材料4，所述阻尼材料4分三类，分别为橡胶混凝土、泡沫金属和橡胶。

上述减震防撞钢管混凝土柱的制作步骤为：首先按照设计尺寸加工好六块弧形波纹钢片2和八边形钢管1，将六块弧形波纹钢片2分别两两对称焊接到八边钢管1外侧六个管面上形成多腔钢管，再在八边形钢管1内支撑圆形内模板后填充高强混凝土，在弧形波纹钢片2和八边形钢管1形成的六个空腔内分别填充橡胶混凝土、泡沫金属和橡胶即成。

实施例2

如图2所示，一种减震防撞钢管混凝土柱，包括厚度为10mm热轧矩形钢管5和由对称焊接在矩形钢管5外侧四个钢管面上的弧形波纹钢片2形成的多腔钢管。所述热轧矩形钢管和弧形波纹钢片的钢材材料均为碳素结构钢q235b。各弧形波纹钢片2的波纹为环向波纹，其中两块弧形波纹钢片2的圆心角为180度，另外两块弧形波纹钢片2的圆心角小于180度，四块弧形波纹钢片2的弦长均等于热轧矩形钢管所连接管面宽度。所述弧形波纹钢片2的厚度均为3mm，弧形波纹钢片焊接在矩形钢管中部至底部的范围内。所述矩形钢管5内填充核心混凝土3，所述核心混凝土3为普通混凝土，强度等级为c45；矩形钢管混凝土为实心钢管混凝土；所述弧形波纹钢片2和矩形钢管5形成的空腔内填充阻尼材料4，所述阻尼材料4分别为轻骨料混凝土和高分子聚合物。

上述减震防撞钢管混凝土柱的制作步骤为：首先按照设计尺寸加工好四块弧形波纹钢片2，将四块弧形波纹钢片2分别两两对称焊接到热轧矩形钢管5外侧四个管面上形成多腔钢管，再在矩形钢管5内填充普通混凝土，在弧形波纹钢片2和矩形钢管5形成的四个空腔内分别填充轻骨料混凝土和高分子聚合物即成。

实施例3

如图3所示，一种减震防撞钢管混凝土柱，包括厚度为12mm热轧矩形钢管5和通过端板螺栓6对称连接在矩形钢管5外侧两个钢管面上的弧形波纹钢片2形成的多腔钢管。所述弧形波纹钢片2和矩形钢管5的钢材材料均为低合金钢q345c。各弧形波纹钢片2的波纹为环向波纹，两块弧形波纹钢片2的圆心角均为180度，两块弧形波纹钢片2的弦长均等于矩形钢管5所连接管面宽度。所述弧形波纹钢片2的厚度为2mm，高度等于矩形钢管5的高度。所述矩形钢管5内填充核心混凝土3，所述核心混凝土3为高性能混凝土，强度等级为c80；矩形钢管混凝土为空心钢管混凝土；所述弧形波纹钢片2和矩形钢管5形成的空腔内填充阻尼材料4，所述阻尼材料4为橡胶混凝土。

上述减震防撞钢管混凝土柱的制作步骤为：首先按照设计尺寸加工好两块弧形波纹钢片2，弧形波纹钢片2和热轧矩形钢管5连接处分别焊有端板，再通过螺栓将两块弧形波纹钢片2和热轧矩形钢管5对称连接形成多腔钢管，再在矩形钢管5内支撑矩形内模板后填充高性能混凝土，在弧形波纹钢片2和矩形钢管5形成的两个空腔内分别填充橡胶混凝土即成。

弧形波纹钢片根据减震防撞钢管混凝土柱可能面临撞击的方向具体布置，再根据防撞力的大小选择填充不同的阻尼材料，所述阻尼材料为橡胶混凝土、泡沫金属、橡胶、轻骨料混凝土、普通混凝土、纤维增强混凝土或高分子聚合物的一种或多种。另外为增强阻尼材料的耗能和承载力，还可对阻尼材料进行配筋。