一种采用折边嵌固构造的装配式韧性组合柱

本发明涉及一种采用折边嵌固构造的装配式韧性组合柱，属于结构工程。

背景技术：

0、技术背景

1、近年来，随着国家加快推进住宅产业化、推动装配式建筑规模化、倡导建筑业向绿色节能方向转型，钢-混凝土组合结构因其可以利用钢材和混凝土两种建筑材料的受力性能优点，具有经济性佳、承载力高、抗震性能好等优点，这使得组合结构构件所处的外部工作环境逐渐扩展到工业大气、邻海水域、盐渍环境等，随着外部工作环境越来越复杂，构件乃至结构所面临的耐腐蚀性能的考验也越来越严峻。同时为了保证组合柱中钢与混凝土两种材料的共同作用，德国的leonhardt等人开发出一种开孔钢板连接件，德文称为perfobond leiste(pbl)。pbl连接件是由开孔钢板、混凝土榫以及贯穿钢筋组成的剪力连接件，通常布置在钢与混凝土组合柱的关键部位，将开孔钢板焊接于钢柱翼缘，不仅能够传递混凝土与钢柱之间的纵向剪切力，还能抵抗使两者分离的掀起作用。目前工程应用中使用最为广泛的连接件是栓钉，pbl剪力连接件以抗剪刚度大、承载力高、抗疲劳性能好、施工方便等优点成为一种十分具有前景的连接件。然而现有的钢与混凝土组合柱结构依然存在一些应用不足，包括：1)尺寸较大的矩形钢管需要通过四块平钢板焊接形成，平钢板与平钢板之间通过通长的全熔透焊连接。同时，对于采用传统pbl构造的组合柱，要求加劲肋需要焊接在矩形钢管上，两种构造导致了构件的焊缝多，焊接量大，热效应明显、残余应力和变形大，造成构件承载力下降、提前失稳、产生安装误差。2)钢管混凝土构件的外部钢管直接暴露在外部，容易受到环境介质的侵蚀，导致构件的耐久性和服役寿命大打折扣；3)普通混凝土外包组合柱外围混凝土易开裂，较早退出工作，导致构件延性差，同时内部钢构件易发生腐蚀。

2、鉴于上述问题，有必要设计一种采用折边嵌固构造的装配式韧性组合柱。利用冷弯型钢实现对钢柱的装配式建造，开孔的冷弯形成外伸弯折边可作为pbl连接件，提高施工的装配化程度，降低建设成本。外围采用的uhtcc(超高韧性混凝土)在提高结构的延性的同时，可以保证结构的耐久性、耐腐蚀性。

技术实现思路

1、为改善上述问题，提出了一种采用折边嵌固构造的装配式韧性组合柱。

2、所述采用折边嵌固构造的装配式韧性组合柱，包括：

3、冷弯型钢经过加工拼接成的闭口截面钢柱；

4、外部包裹混凝土；

5、环向箍筋；

6、所述冷弯型钢拼接方式为施加挤压的机械锚固连接。

7、所述闭口截面钢柱的冷弯型钢采用两端带有凹槽和折边的阶梯形钢。

8、所述闭口截面钢柱的冷弯型钢构造形式有三种：

9、(1)所述闭口截面钢柱的冷弯型钢采用四个构造一致的两端带有凹槽和折边的阶梯形钢组合而成。所述闭口截面钢柱采用第一种形式：构成所述闭口截面钢管的冷弯型钢采用阶梯形钢，所述阶梯形钢的一端带有凹槽，所述阶梯形钢的另一端带有折边。所述的阶梯形钢带有两个阶梯，所述的阶梯形钢为四个，相邻的两个阶梯形钢通过凹槽和折边配合形成机械锚固连接。

10、(2)所述闭口截面钢管采用第二种形式：构成所述闭口截面钢管的冷弯型钢采用腹板对折的型钢，所述腹板对折的型钢的腹板对折部分作为纵向钢筋的外伸段，所述的腹板对折的型钢的一端带有凹槽，所述的腹板对折的型钢的一端带有内凹的折边。所述腹板对折的型钢为4个，相邻的两个腹板对折的型钢通过凹槽和带有内凹的折边配合形成机械锚固连接。

11、(3)所述闭口截面钢柱的冷弯型钢采用若干个构造一致的腹板弧形弯折的卷边c形钢组合而成，腹板弧形弯折的卷边c形钢的数量等于360°除以弧形腹板的圆心角。所述闭口截面钢管采用第三种形式：构成所述闭口截面钢管的冷弯型钢采用腹板弧形弯折的卷边c形钢，所述的腹板弧形弯折的卷边c形钢包括腹板弧形弯折部分以及与所述腹板弧形弯折部分两侧连接的两个翼缘。所述腹板弧形弯折部分拼接后作为所述闭口截面钢柱的柱体，所述腹板弧形弯折的卷边c形钢的一个翼缘的端部设置有凹槽，所述腹板弧形弯折的卷边c形钢的另一个翼缘的端部设置有折边。

12、所述闭口截面钢柱垂直于边长的外围凸起板件用作pbl连接件，并沿垂直截面方向进行开孔，用作贯穿所述环向箍筋。

13、所述闭口截面钢柱内部，可以按照结构的承载能力需求，选择浇筑混凝土或不浇筑混凝土。

14、所述外部包裹混凝土按耐久性需求与承载力需求可以是uhtcc(超高韧性水泥基复合材料)，也可按需求选用普通混凝土、高强混凝土、轻骨料混凝土或自密实混凝土。

15、本发明提出的折边嵌固构造的装配式韧性组合柱，通过冷弯型钢拼接构成闭口钢柱截面，并在外围和内部分别浇筑uhtcc与混凝土，具备以下优点：

16、(1)装配化程度高。冷弯型钢构件在工厂加工，加工过程实现标准化、流水化作业，施工现场可直接拼装，一次可实现多层的建造。冷弯型钢之间的连接方式为施加挤压力的机械锚固连接形成闭口截面钢柱，便捷高效，大量缩短了建设工期，提高了施工的装配化程度，便于产业化。环向箍筋可直接贯穿冷弯形钢形成的闭口截面的外围凸起处，直接固定在钢柱上，便于现场的安装施工。

17、(2)耐久性能好。钢柱外围浇筑uhtcc，作为一种新技术水泥基材料，具有良好的耐腐蚀性、耐磨性和抗渗性，可以有效防止水分子的侵蚀，满足多工况下的环境条件。钢柱内部可根据竖向承载力要求的大小选择浇筑普通混凝土。

18、(3)抗震性能好。钢结构本就具备良好的延性，加上冷弯型钢之间的连接方式是机械锚固连接，避免了焊接产生残余应力和残余变形，保证了结构在地震作用下的承载能力和疲劳性能不会受到影响。同时，外围的uhtcc作为超高韧性水泥基材料，也提供了优秀的延性。

19、(4)工程质量优。冷弯型钢构件在工厂里由现代化设备生产加工，以毫米计算误差，质量稳定；施工过程中，箍筋位置通过钢柱上冷弯形成的pbl连接件固定，箍筋不会产生位移，施工误差小。

技术特征：

1.一种采用折边嵌固构造的装配式韧性组合柱，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的采用折边嵌固构造的装配式韧性组合柱，其特征在于，所述冷弯型钢拼接的方式为机械锚固连接。

3.根据权利要求1所述的采用折边嵌固构造的装配式韧性组合柱，其特征在于，所述闭口截面钢柱采用第一种形式：构成所述闭口截面钢管的冷弯型钢采用阶梯形钢，所述阶梯形钢的一端带有凹槽，所述阶梯形钢的另一端带有折边。

4.根据权利要求3所述的采用折边嵌固构造的装配式韧性组合柱，其特征在于，所述的阶梯形钢带有两个阶梯，所述的阶梯形钢为四个，相邻的两个阶梯形钢通过凹槽和折边配合形成机械锚固连接。

5.根据权利要求1所述的采用折边嵌固构造的装配式韧性组合柱，其特征在于，所述闭口截面钢管采用第二种形式：构成所述闭口截面钢管的冷弯型钢采用腹板对折的型钢，所述腹板对折的型钢的腹板对折部分作为纵向钢筋的外伸段，所述的腹板对折的型钢的一端带有凹槽，所述的腹板对折的型钢的一端带有内凹的折边。

6.根据权利要求1所述的采用折边嵌固构造的装配式韧性组合柱，其特征在于，所述腹板对折的型钢为4个，相邻的两个腹板对折的型钢通过凹槽和带有内凹的折边配合形成机械锚固连接。

7.根据权利要求1所述的采用折边嵌固构造的装配式韧性组合柱，其特征在于，所述闭口截面钢管采用第三种形式：构成所述闭口截面钢管的冷弯型钢采用腹板弧形弯折的卷边c形钢，所述的腹板弧形弯折的卷边c形钢包括腹板弧形弯折部分以及与所述腹板弧形弯折部分两侧连接的两个翼缘。

8.根据权利要求7所述的采用折边嵌固构造的装配式韧性组合柱，其特征在于，所述腹板弧形弯折部分拼接后作为所述闭口截面钢柱的柱体，所述腹板弧形弯折的卷边c形钢的一个翼缘的端部设置有凹槽，所述腹板弧形弯折的卷边c形钢的另一个翼缘的端部设置有折边。

技术总结本发明公开了一种采用折边嵌固构造的装配式韧性组合柱，属于结构工程技术领域。所述的采用折边嵌固构造的装配式韧性组合柱由内部折边嵌固形成的闭口截面钢柱与外部包围的UHTCC构成；所述的折边嵌固形成的闭口截面钢柱由冷弯型钢拼接而成。所述冷弯型钢拼接方式为机械锚固连接。所述闭口截面柱的冷弯型钢采用两端带有凹槽和折边的阶梯形钢。或则，采用腹板对折的卷边C形钢。或则，采用腹板弧形弯折的卷边C形钢。所述所有冷弯型钢在弯折前需在箍筋固定处开孔。所述UHTCC为超高韧性水泥基复合材料，作为韧性受力构件包裹在闭口截面柱外围。所述冷弯型钢的弯折部分可作为PBL抗剪连接件锚固在UHTCC外围层中。本发明提出的采用折边嵌固构造的装配式韧性组合柱，装配化程度高，韧性好，抗震性能好，耐腐蚀，管线布置方便，耐久性强。技术研发人员：童精中,李庆华,徐世烺受保护的技术使用者：浙江大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2