专利名称：一种具有抗剪功能的scs钢管混凝土结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种钢管混凝土结构，尤其是涉及一种具有抗剪功能的SCS钢管混凝土结构。
背景技术：
钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土后形成的结构。钢和混凝土两种材料相互弥补彼此的弱点，充分发挥彼此的长处，使钢管混凝土具有很高的承载力，有优良的力学性能。现如今，钢管混凝土结构在海洋平台与大跨、重载、轻型桥梁等结构中有着越来越广泛的应用，且所采用的钢管混凝土结构主要有圆形、方形和矩形三种截面形式。但是，目前所使用的钢管混凝土结构普遍存在结构自重大等缺陷，因而在很大程度上限制了钢管混凝土结构的发展应用。另外，在钢管内布设开孔加劲肋(简称PBL加劲肋)后，不仅提高了核心混凝土的抗压强度，增强了钢管管壁的稳定性；同时开孔加劲肋充当了剪力件的作用，使钢管与混凝土连成整体，提高了钢与混凝土的组合作用。但实际使用时，钢管屈曲的早晚与PBL加劲肋的刚度有直接关系，因而不易控制，且结构自重很大。综上，现有的钢管混凝土结构普遍存在几个问题:第一、外侧钢管对混凝土的套箍作用较弱，易发生局部屈曲，且钢管与混凝土所形成组合结构的整体性不够;第二、自重偏大，限制了结构尺寸；第三、钢材的耐火性能较差。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种具有抗剪功能的SCS钢管混凝土结构，其结构简单、设计合理、施工方便且施工成本较低、力学性能优良、使用效果好，能有效解决现有钢管混凝土结构存在的自重大、外侧钢管与其内部混凝土之间的连接性能差、外侧钢管对内部混凝土的套箍作用小等问题。为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种具有抗剪功能的SCS钢管混凝土结构，其特征在于:包括外钢管、套装于外钢管内部的内钢管、布设于外钢管内侧壁上的抗剪结构和待所述抗剪结构布设完成后由填充于外钢管与内钢管之间空腔内的混凝土浇筑成型的混凝土结构，所述内钢管为圆形钢管且其布设于外钢管的内侧中部，所述外钢管和内钢管呈同轴布设；所述外钢管为外钢管一或外钢管二，所述外钢管一的横截面形状为圆形，且所述外钢管二的横截面形状为长方形或正多边形；所述外钢管一内侧壁上所设置的抗剪结构为抗剪结构一，且所述外钢管二内侧壁上所设置的抗剪结构为抗剪结构二 ；所述抗剪结构一包括多个沿圆周方向布设在所述外钢管内侧壁上的剪力钉组一，且多个所述剪力钉组一的布设方向均与外钢管和内钢管的中心轴线方向一致；所述抗剪结构二包括多个分别布设于外钢管的各内侧壁上的抗剪单元，每一个所述抗剪单元均包括一个剪力钉组二或多个呈平行布设的剪力钉组二，所述剪力钉组二的布设方向与外钢管和内钢管的中心轴线方向一致，所述外钢管各内侧壁上所设置抗剪单元的数量不大于I个，且所述抗剪单元的总数量不大于所述外钢管的侧壁数量；每一个所述剪力钉组一和每一个所述剪力钉组二均包括沿外钢管的中心轴线由上至下布设的多个剪力钉，每一个所述剪力钉均与外钢管的中心轴线呈垂直布设，且每一个所述剪力钉均与其所布设位置处外钢管的内侧壁呈垂直布设；所述抗剪结构一和所述抗剪结构二均与混凝土结构紧固连接为一体；所述外钢管和内钢管的纵向长度均相同，且二者的顶底端均相平齐。上述一种具有抗剪功能的SCS钢管混凝土结构，其特征是:每一个所述剪力钉的长度均小于其所布设位置处外钢管和内钢管之间的间距。上述一种具有抗剪功能的SCS钢管混凝土结构，其特征是:多个所述剪力钉组一沿内钢管的圆周方向进行均匀布设；。上述一种具有抗剪功能的SCS钢管混凝土结构，其特征是:所述内钢管的外径为Φ 102mm Φ2000mm,所述外钢管和内钢管的壁厚均为4mm 100mm,且Al: A2=l:(0.6 0.8)，其中八1=&1+131，al为外钢管的横截面积且bl为外钢管内侧中空部的横截面积，Α2=π *r2且r为内钢管的外径。上述一种具有抗剪功能的SCS钢管混凝土结构，其特征是:所述混凝土结构为碳纤维混凝土结构。上述一种具有抗剪功能的SCS钢管混凝土结构，其特征是:所述外钢管的横截面形状为圆形、方形或正多边形。上述一种具有抗剪功能的SCS钢管混凝土结构，其特征是:多个所述剪力钉组一中所有剪力钉的结构和尺寸均相同，且所述抗剪结构二中所有剪力钉的结构和尺寸均相同。上述一种具有抗剪功能的SCS钢管混凝土结构，其特征是:多个所述剪力钉组一的数量为4个 12个,每一个所述抗剪单元中所包括所述剪力钉组二的数量均为I个 4个。上述一种具有抗剪功能的SCS钢管混凝土结构，其特征是:多个所述剪力钉由上至下呈均匀布设；且多个所述剪力钉组中所包括剪力钉的数量和各剪力钉的布设位置均相同。上述一种具有抗剪功能的SCS钢管混凝土结构，其特征是:每一个所述剪力钉的长度，均为其所布设位置处外钢管和内钢管之间间距的(j ~士 )本实用新型与现有技术相比具有以下优点:1、结构简单、设计合理且施工成本较低。2、结构轻盈且抗震与抗扭性能良好。同时，使用方式灵活，可适用于墩柱、拱肋、横梁等结构中。3、施工方便且使用效果好，所施工成型的SCS钢管混凝柱形结构件的力学性能好且结构轻盈，内外两层钢管之间通过所浇注的混凝土连接成为一个整体。实际使用时，本实用新型能充分改善钢管混凝土结构自重大等缺陷，其利用外钢管较大的截面积来提供较大的截面抗扭与抗弯惯性矩，利用内钢管有效减小混凝土体积来减轻自重，并且夹层混凝土处于三向受压状态并将内外钢管连成整体。因而，本实用新型能充分发挥钢管混凝土节点所具有的形式简单、易于施工等优点，截面的相对惯性矩较大，抗震、抗扭性能好，能有效克服钢管与其内部混凝土之间的连接性能差、外侧钢管对内部混凝土的套箍作用小等缺点，本实用新型利用内置的圆钢管增强对混凝土的套箍作用，并利用内钢管有效混凝土体积来减轻自重的目的。4、内外钢管之间所浇注的混凝土既可以采用普通混凝土，也可以采用碳纤维混凝土。并且，所采用的碳纤维混凝土中所添加碳纤维的含量为质量百分含量在0.6%左右，可将混凝土的抗拉强度和抗拉延性分别提高30%和25%。碳纤维是由碳纤维长丝经过短切机械切制而成，长度一般以mm为单位，外形为一定长度的绒须，具有轻质、高强、高模、耐腐蚀、导电、屏蔽性能好、吸波性高等特点，且具有分散均匀，喂料方式多样，工艺简单的优点。混凝土中加入适量的短切碳纤维，可以提高混凝土的抗拉强度、抗强度和抗冲击性能，降低干缩，改善耐磨性能，且这种混凝土较普通混凝土质量轻，具有一定的隔热性能和减震性能。与内钢管内部以及内钢管与外钢管之间形成的空间内均填满混凝土的钢管混凝土结构相比，本实用新型能充分利用内置圆钢管的强度。5、所采用的剪力钉组对整个钢管混凝土结构起加强套箍作用，能有效防止外钢管的局部屈曲，即防止外钢管和混凝土脱离，剪力钉焊在外钢管上并深埋入浇筑成型的混凝土结构内部，因而所起的抗剪作用非常明显。也就是说，所采用的剪力钉组能有效增强外钢管的面外稳定性，并相应大幅度增强结构抗剪能力，同时将整个钢管混凝土结构的各组成部分紧密连成整。所设置的剪力钉组不仅提高了核心混凝土的抗压强度，增强管壁的稳定性；同时剪力钉组也充当了剪力件的作用，使钢管与混凝土连成整体，提高了钢与混凝土的组合作用。并且，本实用新型的可操作性强，能有效解决现如今钢管的曲弯时间因与开孔加劲肋刚度有关系而导致的不易控制的难题。综上所述，本实用新型结构简单、设计合理、施工方便且施工成本较低、力学性能优良、使用效果好，能有效解决现有钢管混凝土结构存在的自重大、外侧钢管与其内部混凝土之间的连接性能差、外侧钢管对内部混凝土的套箍作用小等多种问题。下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本实用新型实施例1的结构示意图。图2为本实用新型实施例1的内部结构示意图。图3为本实用新型实施例1中剪力钉组一的布设状态示意图。图4为本实用新型实施例2中剪力钉组一的布设状态示意图。图5为本实用新型实施例3中剪力钉组一的布设状态示意图。图6为本实用新型实施例8的结构示意图。图7为本实用新型实施例8的内部结构示意图。图8为本实用新型实施例8中剪力钉组二的布设状态示意图。图9为本实用新型实施例9中剪力钉组二的布设状态示意图。图10为本实用新型实施例10中剪力钉组二的布设状态示意图。图11为本实用新型实施例15中剪力钉组二的布设状态示意图。图12为本实用新型实施例16中剪力钉组二的布设状态示意图。图13为本实用新型实施例17中剪力钉组二的布设状态示意图。[0037]图14为本实用新型实施例18中剪力钉组二的布设状态示意图。附图标记说明:I一夕卜钢管；2—内钢管；3—到力钉；4 一混凝土结构。
具体实施方式
实施例1如图1、图2及图3所示，本实用新型包括外钢管1、套装于外钢管I内部的内钢管
2、布设于外钢管I内侧壁上的抗剪结构和待所述抗剪结构布设完成后由填充于外钢管I与内钢管2之间空腔内的混凝土浇筑成型的混凝土结构4，所述内钢管2为圆形钢管且其布设于外钢管I的内侧中部，所述外钢管I和内钢管2呈同轴布设。所述外钢管I为外钢管一，所述外钢管一的横截面 形状为圆形，所述外钢管一内侧壁上所设置的抗剪结构为抗剪结构一。所述抗剪结构一包括多个沿圆周方向布设在所述外钢管I内侧壁上的剪力钉组一，且多个所述剪力钉组一的布设方向均与外钢管I和内钢管2的中心轴线方向一致。每一个所述剪力钉组一均包括沿外钢管I的中心轴线由上至下布设的多个剪力钉3，每一个所述剪力钉3均与外钢管I的中心轴线呈垂直布设，且每一个所述剪力钉3均与其所布设位置处外钢管I的内侧壁呈垂直布设。所述抗剪结构一与混凝土结构4紧固连接为一体。所述外钢管I和内钢管2的纵向长度均相同，且二者的顶底端均相平齐。实际加工时，每一个所述剪力钉3的长度均小于其所布设位置处外钢管I和内钢管2之间的间距。具体加工时，每一个所述剪力钉3的长度，均为其所布设位置处外钢管I
和内钢管2之间间距的(士 ~ j )。本实施例中，每一个所述剪力钉3的长度，均为其所布设位置处外钢管I和内钢管2之间间距的
4本实施例中，多个所述剪力钉组一沿内钢管2的圆周方向进行均匀布设。多个所述剪力钉组一中所有剪力钉3的结构和尺寸均相同，且所述抗剪结构二中所有剪力钉3的结构和尺寸均相同。多个所述剪力钉组一的数量为4个 12个，多个所述剪力钉3由上至下呈均匀布设；且多个所述剪力钉组中所包括剪力钉3的数量和各剪力钉3的布设位置均相同。本实施例中，多个所述剪力钉组一的数量为12个。实际加工时，可根据具体需要，将多个所述剪力钉组一的数量在4个 12个的范围内进行相应调整。本实施例中，所述剪力钉3的直径为12mm 24_。每一个所述剪力钉3均以焊接方式固定在外钢管I的内侧壁上。实际加工时，所述内钢管2的外径为Φ 102mm 2000mm，所述外钢管I和内钢管2的壁厚均为4mm 100_，且Al: A2=l: (0.6 0.8)，其中Al=al+bl，al为外钢管I的横截面积且bl为外钢管I内侧中空部的横截面积，Α2=π *r2且r为内钢管2的外径。本实施例中，所述内钢管2的外径为Φ200πιπι且其壁厚为15mm。实际使用时，可根据具体需要，将所述内钢管2的外径在Φ 102mm Φ 2000mm的范围内进行相应调整，并将内钢管2的壁厚在4_ IOOmm的范围内进行相应调整。本实施例中，Al: A2=l: 0.7。实际使用时，可根据具体需要，将Al: A2的比例值在1: (0.6 0.8)的范围内进行相应调整。本实施例中，所述混凝土结构4为碳纤维混凝土结构。实际加工时，所述外钢管I和内钢管2的壁厚均优选为18mm 25mm,且Al优选为4m2 10m2。本实施例中，所述外钢管I的壁厚为20mm, Al=.R2=6m2,其中R为外钢管I的外径。实际使用时，可根据具体需要将Al在4m2 IOm2的范围内进行相应调整，并将外钢管I的壁厚在4_ IOOmm的范围内进行相应调整。实际施工时，当所施工的钢管混凝土结构用于房屋建筑、桥梁等领域时，所述内钢管2和外钢管I的壁厚优选在4_ 66_的范围内进行相应调整。当所施工的钢管混凝土结构用于海洋平台时，所述内钢管2和外钢管I的壁厚优选在12mm IOOmm的范围内进行相应调整。实施例2如图4所示，本实施例中，与实施例1不同的是:所述外钢管I的横截面为圆形，Al: A2=l: 0.6，所述外钢管I和内钢管2的壁厚均为25mm，Al=IOm2 ;多个所述剪力钉组一的数量为6个。本实施例中，其余部分的结构和连接关系均与实施例1相同。实施例3`[0061]如图5所示，本实施例中，与实施例1不同的是:所述外钢管I的横截面为正六边形，Al: A2=l: 0.8，所述外钢管I和内钢管2的壁厚均为25mm，Al=10m2，其中外钢管I内侧中空部的横截面为正六边形孔，且Al=所述外钢管I的横截面积+所述正六边形孔的横截面积；多个所述剪力钉组一的数量为4个。本实施例中，其余部分的结构和连接关系均与实施例1相同。实施例4本实施例中，与实施例1不同的是:每一个所述剪力钉3的长度，均为其所布设位
置处外钢管I和内钢管2之间间距的I所述内钢管2的外径为102mm，所述外钢管I和内
4
钢管2的壁厚均为4mm，Al=4m2。本实施例中，其余部分的结构和连接关系均与实施例1相同。实施例5本实施例中，与实施例1不同的是:每一个所述剪力钉3的长度，均为其所布设位置处外钢管I和内钢管2之间间距的I;所述内钢管2的外径为1000mm，所述外钢管I和内钢管2的壁厚均为40mm，Al=8m2。本实施例中，其余部分的结构和连接关系均与实施例1相同。实施例6本实施例中，与实施例1不同的是:每一个所述剪力钉3的长度，均为其所布设位置处外钢管I和内钢管2之间间距的I;所述内钢管2的外径为2000mm，所述外钢管I和内钢管2的壁厚均为66mm，Al=10m2。本实施例中，其余部分的结构和连接关系均与实施例1相同。实施例7本实施例中，与实施例1不同的是:每一个所述剪力钉3的长度，均为其所布设位置处外钢管I和内钢管2之间间距的I;所述内钢管2的外径为2000mm，所述外钢管I和内钢管2的壁厚均为100mm，Al=10m2。本实施例中，其余部分的结构和连接关系均与实施例1相同。实施例8如图6、图7及图8所示，本实施例中，与实施例1不同的是:所述外钢管I为外钢管二，且所述外钢管二的横截面为正方形；且所述外钢管二内侧壁上所设置的抗剪结构为抗剪结构二 ；所述抗剪结构二包括多个分别布设于外钢管I多个内侧壁上的抗剪单元，每一个所述抗剪单元均包括一个剪力钉组二或多个呈平行布设的剪力钉组二，所述剪力钉组二的布设方向与外钢管I和内钢管2的中心轴线方向一致，且每一个所述抗剪单元均与其所处外钢管I的内侧壁呈垂直布设，所述外钢管I各内侧壁上所设置抗剪单元的数量不大于I个，所述抗剪单元的总数量不大于外钢管I的侧壁数量；每一个所述剪力钉组二均包括沿外钢管I的中心轴线由上至下布设的多个剪力钉3，每一个所述剪力钉3均与外钢管I的中心轴线呈垂直布设，且 每一个所述剪力钉3均与其所布设位置处外钢管I的内侧壁呈垂直布设；所述抗剪结构二与混凝土结构4紧固连接为一体；所述外钢管I和内钢管2的纵向长度均相同，且二者的顶底端均相平齐；每一个所述抗剪单元中所包括所述剪力钉组二的数量均为I个 4个；每一个所述抗剪单元均布设在所述外钢管I的各内侧壁中部。本实施例中，Al: A2=l: 0.8，所述外钢管I和内钢管2的壁厚均为25mm，Al=D2=IOm2 ;其中D为所述外钢管I的外侧壁边长。所述抗剪单元的数量为4个,且每一个所述抗剪单元中所包括所述剪力钉组二的数量均为3个。实际使用时，所述外钢管I的横截面也可以为长方形或其它正多边形。本实施例中，其余部分的结构和连接关系均与实施例1相同。实施例9如图9所示,本实施例中，与实施例8不同的是:每一个所述抗剪单元中所包括所述剪力钉组二的数量均为4个;Al: A2=l: 0.6，所述外钢管I和内钢管2的壁厚均为25mm, Al=10m2。本实施例中，其余部分的结构和连接关系均与实施例8相同。实施例10如图10所示，本实施例中，与实施例8不同的是:所述外钢管I和内钢管2的壁厚均为25mm, Al=IOm2, Al: A2=l: 0.8,每一个所述抗剪单元中所包括所述剪力钉组二的数量均为2个。本实施例中，其余部分的结构和连接关系均与实施例8相同。实施例11本实施例中，与实施例8不同的是:每一个所述剪力钉3的长度，均为其所布设位
置处外钢管I和内钢管2之间间距的I;所述内钢管2的外径为Φ 102mm，所述外钢管I和
4内钢管2的壁厚均为4mm，Al=4m2。本实施例中，其余部分的结构和连接关系均与实施例8相同。实施例12本实施例中，与实施例8不同的是:每一个所述剪力钉3的长度，均为其所布设位
置处外钢管I和内钢管2之间间距的
权利要求1.一种具有抗剪功能的SCS钢管混凝土结构，其特征在于:包括外钢管(I)、套装于外钢管(I)内部的内钢管(2)、布设于外钢管(I)内侧壁上的抗剪结构和待所述抗剪结构布设完成后由填充于外钢管(I)与内钢管(2)之间空腔内的混凝土浇筑成型的混凝土结构(4)，所述内钢管(2)为圆形钢管且其布设于外钢管(I)的内侧中部，所述外钢管(I)和内钢管(2)呈同轴布设；所述外钢管(I)为外钢管一或外钢管二，所述外钢管一的横截面形状为圆形，且所述外钢管二的横截面形状为长方形或正多边形；所述外钢管一内侧壁上所设置的抗剪结构为抗剪结构一，且所述外钢管二内侧壁上所设置的抗剪结构为抗剪结构二；所述抗剪结构一包括多个沿圆周方向布设在所述外钢管(I)内侧壁上的剪力钉组一，且多个所述剪力钉组一的布设方向均与外钢管(I)和内钢管(2)的中心轴线方向一致；所述抗剪结构二包括多个分别布设于外钢管(I)多个内侧壁上的抗剪单元，每一个所述抗剪单元均包括一个剪力钉组二或多个呈平行布设的剪力钉组二，所述剪力钉组二的布设方向与外钢管(I)和内钢管(2)的中心轴线方向一致，所述外钢管(I)各内侧壁上所设置抗剪单元的数量不大于I个，且所述抗剪单元的总数量不大于所述外钢管(I)的侧壁数量；每一个所述剪力钉组一和每一个所述剪力钉组二均包括沿外钢管(I)的中心轴线由上至下布设的多个剪力钉(3)，每一个所述剪力钉(3)均与外钢管(I)的中心轴线呈垂直布设，且每一个所述剪力钉(3)均与其所布设位 置处外钢管(I)的内侧壁呈垂直布设；所述抗剪结构一和所述抗剪结构二均与混凝土结构(4)紧固连接为一体；所述外钢管(I)和内钢管(2)的纵向长度均相同，且二者的顶底端均相平齐。
2.按照权利要求1所述的一种具有抗剪功能的SCS钢管混凝土结构，其特征在于:每一个所述剪力钉(3)的长度均小于其所布设位置处外钢管(I)和内钢管(2)之间的间距。
3.按照权利要求1或2所述的一种具有抗剪功能的SCS钢管混凝土结构，其特征在于:多个所述剪力钉组一沿内钢管(2)的圆周方向进行均匀布设；。
4.按照权利要求1或2所述的一种具有抗剪功能的SCS钢管混凝土结构，其特征在于:所述内钢管(2)的外径为C>102mm Φ2000mm,所述外钢管(I)和内钢管(2)的壁厚均为4mm 100mm，且Al: A2=l: (0.6 0.8)，其中Al=al+bl，al为外钢管(I)的横截面积且bl为外钢管(I)内侧中空部的横截面积，Α2=π.γ2且!■为内钢管(2)的外径。
5.按照权利要求1或2所述的一种具有抗剪功能的SCS钢管混凝土结构，其特征在于:所述混凝土结构(4)为碳纤维混凝土结构。
6.按照权利要求1或2所述的一种具有抗剪功能的SCS钢管混凝土结构，其特征在于:所述外钢管(I)的横截面形状为圆形或方形。
7.按照权利要求1或2所述的一种具有抗剪功能的SCS钢管混凝土结构，其特征在于:多个所述剪力钉组一中所有剪力钉(3)的结构和尺寸均相同，且所述抗剪结构二中所有剪力钉(3)的结构和尺寸均相同。
8.按照权利要求1或2所述的一种具有抗剪功能的SCS钢管混凝土结构，其特征在于:多个所述剪力钉组一的数量为4个 12个,每一个所述抗剪单元中所包括所述剪力钉组二的数量均为I个 4个。
9.按照权利要求1或2所述的一种具有抗剪功能的SCS钢管混凝土结构，其特征在于:多个所述剪力钉(3)由上至下呈均匀布设；且多个所述剪力钉组中所包括剪力钉(3)的数量和各剪力钉(3)的布设位置均相同。
10.按照权利要求2所述的一种具有抗剪功能的SCS钢管混凝土结构，其特征在于:每一个所述剪力钉(3)的长度，均为其所布设位置处外钢管(I)和内钢管(2)之间间距的
专利摘要本实用新型公开了一种具有抗剪功能的SCS钢管混凝土结构，包括外钢管、内钢管、抗剪结构和混凝土结构，外钢管和内钢管呈同轴布设；外钢管为外钢管一或外钢管二，外钢管一的横截面形状为圆形，外钢管二的横截面形状为长方形或正多边形；外钢管一内侧壁上所设置的抗剪结构为抗剪结构一，外钢管二内侧壁上所设置的抗剪结构为抗剪结构二；抗剪结构一包括多个沿圆周方向布设的剪力钉组一；抗剪结构二包括多个分别布设于外钢管各内侧壁上的抗剪单元，每一个抗剪单元均包括一个或多个呈平行布设的剪力钉组二。本实用新型结构简单、设计合理、施工方便且施工成本较低、力学性能优良、使用效果好，能解决现有钢管混凝土结构存在的多种问题。
文档编号E01D19/00GK203065954SQ201220734698
公开日2013年7月17日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者杨光辉, 王旭, 高小育, 刘永健, 樊小林, 黄月超, 韩小宇, 李波, 王勇 申请人:长安大学