一种双钢板混凝土结构及其制备方法

本发明涉及建筑材料，尤其涉及一种双钢板混凝土结构及其制备方法。

背景技术：

1、钢板混凝土结构由于其优秀的性能、较低的成本、宽泛的工作环境，是目前在建筑、轮船建造、大型海上浮箱等众多领域应用较广泛的一种结构。钢板混凝土结构由钢骨架和填充在钢骨架之间的混凝土组成，其中钢骨架包括钢板和设置在钢板上的固定结构(如栓钉)。根据钢骨架与混凝土之间的相对位置关系，钢板混凝土结构可分为如图1所示的内嵌单层钢板混凝土结构，如图2所示的单层钢板混凝土结构和如图3所示的双层钢板混凝土结构。

2、研究表明，上述三种结构的钢板混凝土结构的受力分析图如图4所示，从图4可以看出：埋在混凝土中的单个栓钉受拉拔出时，混凝土破坏呈一个锥体，破坏锥面与栓钉夹角为45°。显然，此类在钢板内增加辅助结构，提高整体结构强度的措施，根本上都是提高混凝土与钢板之间的结合强度。

3、在面对愈加严酷复杂的荷载和环境考验时，上述三种结构的钢板混凝土结构在受力及施工性能方面尚存在一些不足。比如，在有大变形的情况下，混凝土可能会发生开裂剥落现象，对钢板的约束作用大大减弱，使钢板混凝土结构的延性、耗能能力大幅降低。与此同时，不论是内嵌单层钢板混凝土结构、单层钢板混凝土结构还是双层钢板混凝土结构都需现场实施支模板、绑钢筋等工序，施工相对比较困难。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供了一种双钢板混凝土结构及其制备方法。本发明提供的双钢板混凝土结构具有优异的强度、稳定性、抗冲击和抗爆炸性能。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种双钢板混凝土结构，包括钢骨架和填充在所述钢骨架中的混凝土，所述钢骨架包括两层钢板和焊接在所述两层钢板之间的增强钢结构；

4、所述增强钢结构包括若干个层层设置的增强层；

5、所述增强层由若干个增强单元构成；

6、所述增强单元由两个钢胞构成；

7、所述钢胞具有金字塔点阵结构；

8、一个增强单元中的两个具有金字塔点阵结构的钢胞共用一个顶点，且两个具有金字塔点阵结构的钢胞呈180°放置。

9、优选地，所述钢骨架的材质为奥氏体不锈钢。

10、优选地，所述奥氏体不锈钢为316l不锈钢或304l不锈钢。

11、优选地，所述钢板的厚度独立地为10mm～15mm。

12、优选地，所述混凝土包括普通混凝土；所述普通混凝土的型号优选包括c20、c25、c30或c35。

13、本发明还提供了上述技术方案所述的双钢板混凝土结构的制备方法，包括以下步骤：

14、采用热丝辅助电弧增材制造法制备钢骨架；

15、在所述钢骨架中填充混凝土，进行养护，得到所述双钢板混凝土结构。

16、优选地，所述采用热丝辅助电弧增材制造法制备钢骨架包括以下步骤：

17、将两层钢板中的一层钢板作为基板，与焊枪和送丝管分别固定在数控机床上，将待制备增强钢结构的几何参数转换为数控机床的行进代码，将所述行进代码输入至所述数控机床中；

18、在使用焊枪、不送丝的情况下，对所述基板进行预热，得到预热基板；

19、启动热丝电源、送丝机和数控机床，通过所述送丝机将焊丝经所述送丝管输送到所述焊枪下方，根据所述行进代码，使所述数控机床按照x方向、y方向、z方向的行进路径进给，采用所述焊枪和热丝电源对所述焊丝进行加热，使熔化后的焊丝按照所述行进路径逐步形成熔池、凝固、再形成熔池，堆积形成增强钢结构；

20、在所述增强钢结构与基板形成的组合结构的增强钢结构一侧焊接第二层钢板，得到所述钢骨架。

21、优选地，所述焊枪与数控机床的水平工作台的角度为90°，所述送丝管与数控机床的水平工作台的角度为40～50°。

22、优选地，所述预热的参数包括：所述焊枪的钨极与基板的距离为2.5～4.5mm，保持停留时间为8～12s；所述焊枪的峰值电流为90～150a，峰值时间为30～40％，基值电流为20～50a；所述焊枪采用脉冲电流，所述脉冲电流的脉冲频率为0.5～1hz，保持停留时间为8～12s。

23、优选地，所述加热的参数包括：送丝速度为1000～3000mm/min；所述热丝电源为直流热丝电源，所述热丝电源的电流为120～150a；所述焊枪的钨极与基板的距离为4.5～6.5mm；所述焊枪的峰值电流为50～120a，峰值时间为10～20％，基值电流为8～12a；所述焊枪采用脉冲电流，所述脉冲电流的脉冲频率为0.5～1hz。

24、本发明提供了一种双钢板混凝土结构，包括钢骨架和填充在所述钢骨架中的混凝土，所述钢骨架包括两层钢板和焊接在所述两层钢板之间的增强钢结构；所述增强钢结构包括若干个层层设置的增强层；所述增强层由若干个增强单元构成；所述增强单元由两个钢胞构成；所述钢胞具有金字塔点阵结构；一个增强单元中的两个具有金字塔点阵结构的钢胞共用一个顶点，且两个具有金字塔点阵结构的钢胞呈180°放置。本发明的双钢板混凝土结构以两个具有金字塔点阵结构的钢胞作为增强单元，本发明增强钢结构中的金字塔点阵结构排布是紧密的，布满双层钢板之间的，表现为增大同种材料(混凝土)的粘结强度的同时，还实现了双钢板混凝土结构中绝大部分的混凝土多次与钢骨架之间的加强固定效果，使得整体双钢板混凝土结构的强度进一步增加。在宏观上表现为双钢板混凝土结构的抗爆性、强度、稳定性、抗冲击性增强。

25、本发明还提供了上述技术方案所述的双钢板混凝土结构的制备方法，包括以下步骤：采用热丝辅助电弧增材制造法制备钢骨架；在所述钢骨架中填充混凝土，进行养护，得到所述双钢板混凝土结构。本发明提供的制备方法成本低、效率高和技术难度小。

技术特征：

1.一种双钢板混凝土结构，其特征在于，包括钢骨架和填充在所述钢骨架中的混凝土，所述钢骨架包括两层钢板和焊接在所述两层钢板之间的增强钢结构；

2.根据权利要求1所述的双钢板混凝土结构，其特征在于，所述钢骨架的材质为奥氏体不锈钢。

3.根据权利要求2所述的双钢板混凝土结构，其特征在于，所述奥氏体不锈钢为316l不锈钢或304l不锈钢。

4.根据权利要求1～3任一项所述的双钢板混凝土结构，其特征在于，所述钢板的厚度独立地为10mm～15mm。

5.根据权利要求1所述的双钢板混凝土结构，其特征在于，所述混凝土包括普通混凝土；所述普通混凝土的型号包括c20、c25、c30或c35。

6.权利要求1～5任一项所述的双钢板混凝土结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述采用热丝辅助电弧增材制造法制备钢骨架包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述焊枪与数控机床的水平工作台的角度为90°，所述送丝管与数控机床的水平工作台的角度为40～50°。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述预热的参数包括：所述焊枪的钨极与基板的距离为2.5～4.5mm，保持停留时间为8～12s；所述焊枪的峰值电流为90～150a，峰值时间为30～40％，基值电流为20～50a；所述焊枪采用脉冲电流，所述脉冲电流的脉冲频率为0.5～1hz，保持停留时间为8～12s。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述加热的参数包括：送丝速度为1000～3000mm/min；所述热丝电源为直流热丝电源，所述热丝电源的电流为120～150a；所述焊枪的钨极与基板的距离为4.5～6.5mm；所述焊枪的峰值电流为50～120a，峰值时间为10～20％，基值电流为8～12a；所述焊枪采用脉冲电流，所述脉冲电流的脉冲频率为0.5～1hz。

技术总结
本发明属于建筑材料技术领域，尤其涉及一种双钢板混凝土结构及其制备方法。本发明的双钢板混凝土结构包括钢骨架和填充在所述钢骨架中的混凝土，所述钢骨架包括两层钢板和焊接在所述两层钢板之间的增强钢结构；所述增强钢结构包括若干个层层设置的增强层；所述增强层由若干个增强单元构成；所述增强单元由两个钢胞构成；所述钢胞具有金字塔点阵结构；一个增强单元中的两个具有金字塔点阵结构的钢胞共用一个顶点，且两个具有金字塔点阵结构的钢胞呈180°放置。本发明的双钢板混凝土结构以两个具有金字塔点阵结构的钢胞作为增强单元，提高了双钢板混凝土结构的强度、稳定性、抗冲击和抗爆炸性能。

技术研发人员：刘长猛,许瀚文,毛昊,沙昊
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13