一種三角型截面鋼管再生混凝土墩柱的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三角型截面鋼管再生混凝土墩柱，主要由鋼管（1）和U形鋼槽（2）構(gòu)成；其中，所述的鋼管（1）和U形鋼槽相互焊接在一起，形成三角型墩柱；所述的U形鋼槽（2）由外包鋼板焊接而成；所述鋼管（1）和U形鋼槽（2）的內(nèi)部均分別設(shè)有抗剪鋼栓（3），并且在鋼管（1）的內(nèi)部澆筑再生骨料混凝土（4），在U形鋼槽（2）的內(nèi)部澆筑普通骨料混凝土（5）。本發(fā)明承載力高、整體穩(wěn)定性好、抗震性能好、施工工藝簡單、造價低有利于推廣、低碳環(huán)保等；可應(yīng)用于受力多變和有較大抗扭要求的橋梁下部構(gòu)件中，適用于抗震要求較高或者工程材料難以運達(dá)的區(qū)域，有利于再生混凝土在橋梁工程中的推廣應(yīng)用和建筑垃圾資源化。
【專利說明】—種三角型截面鋼管再生混凝土墩柱

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)的橋梁工程【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及橋梁下構(gòu)墩柱，尤其是一種三角型截面鋼管再生混凝土墩柱；可應(yīng)用于受力多變和有較大抗扭要求的橋梁下部構(gòu)件中，有利于再生混凝土在橋梁工程中的推廣應(yīng)用和建筑垃圾資源化。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的進(jìn)步與發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷推進(jìn)，如今我國已成為全世界最大的建筑市場，巨大的市場需求使得砂石供不應(yīng)求日趨嚴(yán)重，隨著天然砂石的不斷快速開采，天然骨材資源漸趨于枯竭，對生態(tài)環(huán)境造成了不可逆的破壞。與此同時，近年來，我國每年拆除和新建工程產(chǎn)生的廢棄混凝土數(shù)量巨大，并呈逐年上升趨勢，對環(huán)境產(chǎn)生了巨大的負(fù)面影響，如何處理廢棄混凝土碎塊的問題更趨嚴(yán)峻。
[0003]一般將廢棄混凝土經(jīng)過破碎、清洗和篩分分級，按一定比例相互配合后得到的骨料稱為“再生骨料”，而把利用再生骨料作為部分或全部代替砂石等天然骨料配制而成的混凝土稱為再生骨料混凝土，簡稱再生混凝土。再生混凝土技術(shù)既能解決廢舊混凝土的處置問題，又能節(jié)省天然砂石，帶來顯著的社會效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益，被認(rèn)為是發(fā)展綠色混凝土，符合建筑和交通行業(yè)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式和國家提倡的低碳經(jīng)濟(jì)政策要求，也是資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要措施，大力開展再生混凝土的技術(shù)應(yīng)用研究是非常必要的。
[0004]然而，由于再生骨料的內(nèi)在損傷和表面吸附了一定量的老水泥砂漿，對其某些性能如堆積密度、表觀密度、吸水率等產(chǎn)生很大的影響，并進(jìn)一步影響到再生混凝土的性能，極大地限制了其推廣應(yīng)用。
[0005]因此，如何充分的將再生骨料應(yīng)用到橋梁構(gòu)件中也成了本領(lǐng)域技術(shù)人員研究的一個方向。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的一些不足，提供了一種三角型截面鋼管再生混凝土墩柱，該墩柱具有承載力高、整體穩(wěn)定性好、抗震性能好、施工工藝簡單、造價低有利于推廣、低碳環(huán)保等優(yōu)點，有利于再生混凝土在橋梁工程中的推廣應(yīng)用。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
一種三角型截面鋼管再生混凝土墩柱，主要由鋼管和U形鋼槽構(gòu)成；其中，所述的鋼管和U形鋼槽相互焊接在一起，形成三角型墩柱；所述的U形鋼槽由外包鋼板焊接而成；所述鋼管和U形鋼槽的內(nèi)部均分別設(shè)有抗剪鋼栓，并且在鋼管的內(nèi)部澆筑再生骨料混凝土，在U形鋼槽的內(nèi)部澆筑普通骨料混凝土。
[0008]在本發(fā)明中，針對再生骨料混凝土應(yīng)用存在的問題，發(fā)明人設(shè)計了一種三角型截面鋼管再生混凝土墩柱，主要由鋼管、U形鋼槽、普通骨料混凝土、再生骨料混凝土構(gòu)成。鋼管墩柱與U形鋼槽組成穩(wěn)定的三角型；u形鋼槽由外包鋼板焊接而成；圓形鋼管內(nèi)部澆筑再生骨料混凝土，U形鋼槽內(nèi)部澆筑普通骨料混凝土 ；圓形鋼管及U形鋼槽內(nèi)部均焊接梅花布置的抗剪鋼栓。由于外包鋼管的約束作用，使核心區(qū)再生骨料混凝土處于三向受壓狀態(tài)，產(chǎn)生了套箍效應(yīng)，在受壓狀態(tài)下，提高了再生骨料混凝土的強(qiáng)度，進(jìn)而提高再生骨料混凝土的耗能能力和抗震性能。另外，灌注了普通混凝土的U形槽鋼與灌注了再生骨料混凝土的鋼管焊接形成三角型穩(wěn)定截面，加強(qiáng)了墩柱的水平方向聯(lián)系，可以有效地防止鋼管發(fā)生局部屈曲，結(jié)構(gòu)的延性性能、耗能能力和抗震性能得以明顯改善。此外，由于鋼管使再生骨料混凝土與大氣環(huán)境相隔絕，其耐久性差的問題得以解決，同時外包U形鋼槽和鋼管起到了施工模板的作用，有利于加快施工速度，降低施工成本，產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)效益。因此，本發(fā)明的三角型截面鋼管再生混凝土墩柱可應(yīng)用于受力多變和有較大抗扭要求的橋梁下部構(gòu)件中，適用于抗震要求較高或者工程材料難以運達(dá)的區(qū)域，擴(kuò)展了再生混凝土應(yīng)用范圍。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步說明，以上所述的U形鋼槽的寬度B與鋼管的直徑D的比值在0.4?0.5之間。采用這樣的比值不僅可以加強(qiáng)U形鋼槽與鋼管之間的連接，同時又避免U形鋼槽端部相重疊，可靠省材，保證了安全又避免了浪費。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步說明，以上所述的U形鋼槽的長度L1、L2、L3分別與鋼管的直徑D的比值在1.5?3.5之間。U形鋼槽的長度設(shè)置考慮到為各墩柱提供足夠強(qiáng)度的水平方向的聯(lián)系，同時應(yīng)避免各墩柱過近對基礎(chǔ)產(chǎn)生不利影響；經(jīng)發(fā)明人多次反復(fù)驗證，上述的比值可以保證墩柱的達(dá)到相應(yīng)的指標(biāo)要求。
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步說明，以上所述的U形鋼槽在三角型墩柱的豎直方向每隔5?Sm設(shè)置一組。這樣可以加強(qiáng)各墩柱水平方向的連接，提高結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性和抗震性，可在豎直方向設(shè)置多組U形鋼槽。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步說明，以上所述的抗剪鋼栓為梅花布置并焊接在鋼管和U形鋼槽的內(nèi)部。
[0013]作為本發(fā)明的進(jìn)一步說明，以上所述的抗剪鋼栓在鋼管內(nèi)設(shè)置的間距小于0.5倍鋼管的直徑D ;抗剪鋼栓在U形鋼槽內(nèi)設(shè)置的間距小于U形鋼槽的寬度B。主要考慮到鋼管內(nèi)再生混凝土需采用豎向分層澆筑及外包鋼板已有的套箍作用，鋼管內(nèi)抗剪鋼栓的間距設(shè)置不宜過小，但應(yīng)小于0.5倍鋼管的直徑D。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步說明，以上所述的三角型墩柱的三角形內(nèi)角α 1、α2、α3均在30°?120°范圍內(nèi)取值?？梢愿纳聘魇芰?jié)點的受力狀態(tài)，并加強(qiáng)三角型截面的穩(wěn)定性，提高墩柱的安全可靠性。
[0015]作為本發(fā)明的進(jìn)一步說明，以上所述的三角型墩柱的含鋼率為0.06?0.2。參照《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ138-2001)規(guī)定對異形柱的含鋼率的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)置，保證墩柱安全可靠。
[0016]作為本發(fā)明的進(jìn)一步說明，以上所述的再生骨料混凝土由新砂漿和再生骨料組成，并且再生骨料摻入量占再生骨料混凝土重量不大于50% (優(yōu)選30%?50%)，具體摻入量應(yīng)根據(jù)再生骨料混凝土強(qiáng)度要求經(jīng)試驗確定；所述的再生骨料由原始天然骨料和附著老砂漿組成。
[0017]作為本發(fā)明的進(jìn)一步說明，以上所述的再生骨料混凝土強(qiáng)度等級不低于C35 ;所述的普通骨料混凝土強(qiáng)度等級不低于C50，并且普通骨料混凝土的強(qiáng)度等級大于再生骨料混凝土。
[0018]本發(fā)明的設(shè)計原理: 鋼管再生混凝土墩柱通過設(shè)置U形鋼槽組成穩(wěn)定的三角型截面，增強(qiáng)各墩柱間水平方向的聯(lián)系，以增強(qiáng)墩柱的抗側(cè)剛度、承載能力及變形能力。由于外包鋼管的“套箍”約束，再生混凝土的承載力和抗震性得到了極大的增強(qiáng)，其具體的工作原理是:當(dāng)處于軸向受壓時，混凝土?xí)l(fā)生橫向變形，橫向變形受到外包鋼管約束情況下，混凝土微裂縫的擴(kuò)展會受到制約，變形性能相應(yīng)增強(qiáng)，從而提高了承載力；由于核心混凝土受到鋼管約束，在地震作用下混凝土內(nèi)部微裂紋也不容易擴(kuò)展，從而提高了抗震能力。U形鋼槽外包鋼板與普通混凝土、外包鋼管與再生混凝土通過抗剪鋼栓緊密連接，有利于混凝土和鋼板(鋼管)協(xié)同工作。同時，外包鋼管使再生混凝土與大氣環(huán)境相隔絕，其耐久性較差的問題得以解決。由于外包U形鋼槽和鋼管起到了施工模板的作用，有利于加快施工速度，降低施工成本，產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)效益。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點:
1.本發(fā)明的三角型截面鋼管再生混凝土墩柱具有承載力高、整體穩(wěn)定性好、抗震性能好、施工工藝簡單、低碳環(huán)保等優(yōu)點，有利于再生骨料混凝土在橋梁工程中的推廣應(yīng)用。
[0020]2.本發(fā)明的三角型截面鋼管再生混凝土墩柱經(jīng)濟(jì)環(huán)保，有利于推廣。本發(fā)明采用鋼管再生混凝土結(jié)構(gòu)，在滿足再生混凝土強(qiáng)度要求的前提下，再生骨料摻入量比例較高，經(jīng)濟(jì)環(huán)保，有利于再生骨料混凝土的推廣應(yīng)用。
[0021]3.U形槽鋼與鋼管焊接形成三角型穩(wěn)定截面，加強(qiáng)了墩柱的水平方向聯(lián)系，可以有效地防止鋼管發(fā)生局部屈曲，結(jié)構(gòu)的延性性能、耗能能力和抗震性能得以明顯改善。
[0022]4.再生骨料混凝土澆筑在鋼管內(nèi)部，使再生骨料混凝土與大氣環(huán)境相隔絕，其耐久性差的問題得以解決，同時由于外包鋼管的約束作用，使核心區(qū)再生骨料混凝土處于三向受壓狀態(tài)，產(chǎn)生了套箍效應(yīng)，在受壓狀態(tài)下，提高了再生骨料混凝土的強(qiáng)度，進(jìn)而提高再生骨料混凝土的耗能能力和抗震性能。
[0023]5.U形鋼槽和鋼管起到了施工模板的作用，有利于加快施工速度，降低施工成本，產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明一實施例中U形鋼槽和鋼管連接的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2是本發(fā)明另一實施例中U形鋼槽和鋼管連接的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖3是本發(fā)明再一實施例中U形鋼槽和鋼管連接的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖4是本發(fā)明又一實施例中U形鋼槽和鋼管連接的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]附圖標(biāo)記:1_鋼管，2 -U形鋼槽，3-抗剪鋼栓，4-再生骨料混凝土，5-普通骨料混凝土。

【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0030]實施例1:
如圖1所示，一種三角型截面鋼管再生混凝土墩柱，主要由鋼管1和u形鋼槽2構(gòu)成；其中，所述的鋼管1和U形鋼槽相互焊接在一起，形成三角型墩柱；所述的U形鋼槽2由外包鋼板焊接而成；所述鋼管1和U形鋼槽2的內(nèi)部均分別設(shè)有抗剪鋼栓3，并且在鋼管1的內(nèi)部澆筑再生骨料混凝土 4，在U形鋼槽2的內(nèi)部澆筑普通骨料混凝土 5。
[0031]所述的U形鋼槽2的寬度B與鋼管I的直徑D的比值為0.4。所述的U形鋼槽2的長度L1、L2、L3分別與鋼管I的直徑D的比值均為2。所述的U形鋼槽2在三角型墩柱的豎直方向每隔5m設(shè)置一組。
[0032]所述的抗剪鋼栓3為梅花布置并焊接在鋼管I和U形鋼槽2的內(nèi)部。所述的抗剪鋼栓3在鋼管I內(nèi)設(shè)置的間距為鋼管I的直徑D的0.3倍；抗剪鋼栓3在U形鋼槽2內(nèi)設(shè)置的間距為U形鋼槽2的寬度B的0.7倍。
[0033]所述的三角型墩柱的三角形內(nèi)角α?、α2、α 3均為60°范圍內(nèi)取值。所述的三角型墩柱的含鋼率為0.2。
[0034]所述的再生骨料混凝土 4由新砂漿和再生骨料組成，并且再生骨料摻入量占再生骨料混凝土 4重量的30% ;所述的再生骨料由原始天然骨料和附著老砂漿組成。所述的再生骨料混凝土 4強(qiáng)度等級不低于C35 ;所述的普通骨料混凝土 5強(qiáng)度等級不低于C50，并且普通骨料混凝土 5的強(qiáng)度等級大于再生骨料混凝土 4。
[0035]實施例2:
一種三角型截面鋼管再生混凝土墩柱，主要由鋼管I和U形鋼槽2構(gòu)成；其中，所述的鋼管I和U形鋼槽相互焊接在一起，形成三角型墩柱；所述的U形鋼槽2由外包鋼板焊接而成；所述鋼管I和U形鋼槽2的內(nèi)部均分別設(shè)有抗剪鋼栓3，并且在鋼管I的內(nèi)部澆筑再生骨料混凝土 4，在U形鋼槽2的內(nèi)部澆筑普通骨料混凝土 5。
[0036]所述的U形鋼槽2的寬度B與鋼管I的直徑D的比值為0.45。所述的U形鋼槽2的長度LI與鋼管I的直徑D的比值為1.5，L2與鋼管I的直徑D的比值為2.5，L3與鋼管I的直徑D的比值為2。所述的U形鋼槽2在三角型墩柱的豎直方向每隔6m設(shè)置一組。
[0037]所述的抗剪鋼栓3為梅花布置并焊接在鋼管I和U形鋼槽2的內(nèi)部。所述的抗剪鋼栓3在鋼管I內(nèi)設(shè)置的間距為鋼管I的直徑D的0.5倍；抗剪鋼栓3在U形鋼槽2內(nèi)設(shè)置的間距約為U形鋼槽2的寬度B。
[0038]所述的三角型墩柱的含鋼率為0.1。
[0039]所述的再生骨料混凝土 4由新砂漿和再生骨料組成，并且再生骨料摻入量占再生骨料混凝土 4重量的40% ;所述的再生骨料由原始天然骨料和附著老砂漿組成。所述的再生骨料混凝土 4強(qiáng)度等級不低于C35 ;所述的普通骨料混凝土 5強(qiáng)度等級不低于C50，并且普通骨料混凝土 5的強(qiáng)度等級大于再生骨料混凝土 4。
[0040]實施例3:
一種三角型截面鋼管再生混凝土墩柱，主要由鋼管I和U形鋼槽2構(gòu)成；其中，所述的鋼管I和U形鋼槽相互焊接在一起，形成三角型墩柱；所述的U形鋼槽2由外包鋼板焊接而成；所述鋼管I和U形鋼槽2的內(nèi)部均分別設(shè)有抗剪鋼栓3，并且在鋼管I的內(nèi)部澆筑再生骨料混凝土 4，在U形鋼槽2的內(nèi)部澆筑普通骨料混凝土 5。
[0041]所述的U形鋼槽2的寬度B與鋼管I的直徑D的比值為0.5。所述的U形鋼槽2的長度LI與鋼管I的直徑D的比值為2，L2與鋼管I的直徑D的比值為2.5，L3與鋼管I的直徑D的比值為3.5。所述的U形鋼槽2在三角型墩柱的豎直方向每隔Sm設(shè)置一組。
[0042]所述的抗剪鋼栓3為梅花布置并焊接在鋼管I和U形鋼槽2的內(nèi)部。所述的抗剪鋼栓3在鋼管I內(nèi)設(shè)置的間距為鋼管I的直徑D的0.4倍；抗剪鋼栓3在U形鋼槽2內(nèi)設(shè)置的間距為U形鋼槽2的寬度B的0.5。
[0043]所述的三角型墩柱的含鋼率為0.06。
[0044]所述的再生骨料混凝土 4由新砂漿和再生骨料組成，并且再生骨料摻入量占再生骨料混凝土 4重量的50% ;所述的再生骨料由原始天然骨料和附著老砂漿組成。所述的再生骨料混凝土 4強(qiáng)度等級不低于C35 ;所述的普通骨料混凝土 5強(qiáng)度等級不低于C50，并且普通骨料混凝土 5的強(qiáng)度等級大于再生骨料混凝土 4。
[0045]上述實施例的三角型截面鋼管再生混凝土墩柱既可以滿足承載力要求，又具有良好抗震性能和整體穩(wěn)定性，并能顯著提高再生混凝土耐久性，擴(kuò)大再生混凝土應(yīng)用范圍，此夕卜，該結(jié)構(gòu)施工方便，造價低廉環(huán)保。其制作過程為:
首先將若干排抗剪鋼栓連接件按梅花布置焊接在鋼板上，然后再將鋼板通過焊接組合成U形鋼槽(開口朝上)，然后把U形鋼槽焊接在圓形鋼管上形成三角型截面墩柱，隨后在圓形鋼管內(nèi)部澆筑再生混凝土，在U形鋼槽內(nèi)部澆筑普通混凝土。
[0046]需要說明的是，在本發(fā)明的工程實際應(yīng)用過程中，可根據(jù)工程實際要求，以三角形為“單元”進(jìn)行擴(kuò)展組合形成多行多列墩柱，諸如，圖2為兩排兩列墩柱，圖3為兩排三列墩柱，圖4為三排三列墩柱，以此類推，即本發(fā)明的實施不限于以上實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種三角型截面鋼管再生混凝土墩柱，主要由鋼管(1)和U形鋼槽(2)構(gòu)成；其特征在于:所述的鋼管(1)和u形鋼槽相互焊接在一起，形成三角型墩柱；所述的U形鋼槽(2)由外包鋼板焊接而成；所述鋼管(1)和U形鋼槽(2)的內(nèi)部均分別設(shè)有抗剪鋼栓(3)，并且在鋼管(1)的內(nèi)部澆筑再生骨料混凝土(4)，在U形鋼槽(2)的內(nèi)部澆筑普通骨料混凝土( 5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三角型截面鋼管再生混凝土墩柱，其特征在于:所述的U形鋼槽(2)的寬度B與鋼管(1)的直徑D的比值在0.4?0.5之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三角型截面鋼管再生混凝土墩柱，其特征在于:所述的U形鋼槽(2)的長度L1、L2、L3分別與鋼管(1)的直徑D的比值在1.5?3.5之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三角型截面鋼管再生混凝土墩柱，其特征在于:所述的U形鋼槽(2)在三角型墩柱的豎直方向每隔5?8m設(shè)置一組。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三角型截面鋼管再生混凝土墩柱，其特征在于:所述的抗剪鋼栓(3)為梅花布置并焊接在鋼管(1)和U形鋼槽(2)的內(nèi)部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三角型截面鋼管再生混凝土墩柱，其特征在于:所述的抗剪鋼栓(3)在鋼管(1)內(nèi)設(shè)置的間距小于0.5倍鋼管(1)的直徑D ;抗剪鋼栓(3)在U形鋼槽(2)內(nèi)設(shè)置的間距小于U形鋼槽(2)的寬度B。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三角型截面鋼管再生混凝土墩柱，其特征在于:所述的三角型墩柱的三角形內(nèi)角α 1、α 2、α 3均在30°?120°范圍內(nèi)取值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三角型截面鋼管再生混凝土墩柱，其特征在于:所述的三角型墩柱的含鋼率為0.06?0.2。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三角型截面鋼管再生混凝土墩柱，其特征在于:所述的再生骨料混凝土(4)由新砂漿和再生骨料組成，并且再生骨料摻入量占再生骨料混凝土(4)重量的30%?50% ;所述的再生骨料由原始天然骨料和附著老砂漿組成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的三角型截面鋼管再生混凝土墩柱，其特征在于:所述的再生骨料混凝土(4)強(qiáng)度等級不低于C35 ;所述的普通骨料混凝土(5)強(qiáng)度等級不低于C50，并且普通骨料混凝土(5)的強(qiáng)度等級大于再生骨料混凝土(4)。
【文檔編號】E01D19/02GK104264580SQ201410548527
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】向桂兵, 謝肖禮, 施智, 邱波, 何子仁, 莫利君, 賈艷領(lǐng), 農(nóng)紀(jì)源, 涂世倫, 胡斯亮, 鐘志欽, 張戈強(qiáng), 覃耀柳 申請人:廣西交通科學(xué)研究院