一种槽钢组成的无栓钉韧性组合柱

本发明涉及结构工程，具体涉及一种槽钢组成的无栓钉韧性组合柱。

背景技术：

1、随着经济社会的发展和建筑技术的进步，大跨度、大开间建筑结构的需求不断增加。为满足建筑使用功能和结构承载力需求，结构柱的构造形式不断创新。传统混凝土柱自重较大，容易开裂，施工工期较长，施工时会受到天气和季节的约束，并且混凝土结构出现问题后的修复工作较为复杂，因此很多时候难以满足需要。相比传统混凝土柱，钢-混凝土组合柱能够同时发挥混凝土和钢结构的优点，可以更好满足对于高层、大跨、大载重建筑的需求。钢管可以防止管内砼的脆性破坏，在高层建筑中可以做到不限制轴压比，整体抗压抗剪性能明显提高。同时钢管混凝土的塑性和韧性性能好，抗震性能优异。由于钢管混凝土柱的承载力高，柱子截面减小，可应用于大柱网、大空间的框架结构体系。

2、然而，现有的传统钢-混凝土组合柱在力学性能和工程应用等方面仍存在一些问题：第一，传统钢-混凝土组合柱中箍筋的布置需要纵向钢筋做支架，绑接工序较为繁琐，施工质量不易保证；第二，传统钢-混凝土组合柱在受荷状态下由于钢和混凝土的弹性模量差异较大，连接界面易发生纵向相对滑移脱开，将削弱组合结构整体性，影响构件的整体承载能力、延性和耐久性；第三，连接界面设置栓钉抗剪键的传统钢-混凝土组合柱，保证了钢和混凝土的协同受力，但是无法解决箍筋布置问题，同时焊接位置多，抗震性能被削弱。第四、传统钢-混凝土组合柱钢管外露，在高腐蚀环境下的耐久性不足。

技术实现思路

1、为改善传统钢-混凝土组合柱存在的问题，本发明提出了一种槽钢组成的无栓钉韧性组合柱。

2、一种槽钢组成的无栓钉韧性组合柱，包括：

3、带肋方钢管；

4、箍筋；

5、带肋方钢管的外包混凝土。

6、进一步的，所述带肋方钢管由沿结构柱纵向布置的4个槽钢拼接而成，所述槽钢的材质为冷弯薄壁钢板，还可以是热轧型钢。

7、进一步的，在所述槽钢组成的无栓钉韧性组合柱中，所述槽钢包括两侧的翼板和中部的腹板。

8、进一步的，在所述槽钢中，所述两侧翼板均垂直于所述腹板。所述翼板宽度大于所述腹板宽度。

9、进一步的，在所述槽钢中，所述腹板拼接后作为钢管壁使用。

10、进一步的，在所述槽钢中，所述翼板拼接后作为加劲肋使用，沿所述带肋方钢管长度方向贯穿于所述翼板等间距地设置通孔或u型凹槽。

11、进一步的，所述的通孔为圆孔，所述圆孔的直径或u型凹槽的开口宽度为所述箍筋直径的2～4倍。

12、进一步的，所述的箍筋为螺纹钢筋首尾相接组成的矩形环。

13、进一步的，所述箍筋为多根，等间距地插设在所述通孔或u型凹槽中。

14、进一步的，所述箍筋和所述槽钢组成组合柱内部钢骨架。

15、进一步的，所述的外包混凝土为超高韧性混凝土。

16、进一步的，所述的混凝土厚度高于所述带肋方钢管的肋宽度，起到保护组合柱钢骨架的作用。所述混凝土要完全包裹住所述钢骨架。

17、进一步的，所述钢管内部可以浇筑混凝土；

18、进一步的，所述超高韧性混凝土，包括水泥、活性矿物掺合料、骨料、增强纤维和水，其中，水泥和活性矿物掺合料采用以下重量百分比的原料：

19、

20、最优选的，所述的混凝土采用以下重量百分比的原料：

21、

22、与现有技术相比，本发明的主要优点是：

23、本发明提出的一种槽钢组成的无栓钉韧性组合柱，通过将箍筋穿入带肋方钢管的肋板圆孔形成组合柱钢骨架，并浇筑混凝土。在所述槽钢组成的无栓钉韧性组合柱中，所述箍筋起到横向抗剪作用以及对混凝土的套箍作用，所述带肋方钢管的带孔肋板起到平面内纵向抗弯、抗剪以及孔内承压的作用，所述外包混凝土起到抗裂、防腐、防止钢管屈曲的作用，所述带孔肋板、穿在孔内的箍筋以及周围填充的混凝土共同组成了多个pbl剪力连接件，起到较好的纵向抗剪作用。与现有技术相比，本发明具备以下优点：

24、1)采用的超高韧性混凝土性能优越，在降低材料用量的同时可降低施工的复杂度，缩短工期，具体阐述如下：

25、超高韧性混凝土受压承载力高，受拉展现出应变硬化特征，极限拉应变可稳定达到3％以上，在极限拉应变下只出现致密分布的多条宽度在100微米以下的微裂纹。本发明提出采用超高韧性混凝土的方式提高混凝土层的抗裂能力，可有效阻隔钢材与外部环境的作用，显著改善组合柱的韧性、耐腐蚀性和耐久性。同时，超高韧性混凝土的受拉应变硬化特征使其能够有效约束内部钢管的屈曲。此外，超高韧性混凝土出色的抗裂性能可以进一步强化pbl剪力连接件的榫卯效应，增加界面连接性能。

26、2)钢-混凝土界面连接性能优越，组合柱整体性好。钢-混凝土界面产生相对滑移时肋板孔内的混凝土钢筋协同抗剪，带肋方钢管的8块带孔肋板、穿在孔内的箍筋以及周围填充的混凝土共同组成了带有贯穿钢筋的8个pbl剪力连接件，拥有较高的纵向抗剪能力，保证了钢和混凝土的界面连接性能。

27、3)采用槽钢拼接，大大减少焊接工作，保证焊接质量，提高抗震和耐久性能。所述带肋方钢管由沿结构柱纵向布置的4个槽钢拼接而成，相较于带栓钉组合柱和外焊肋板组合柱，简化施工工序并减少焊接部位。

28、4)箍筋布置更为简便，定位更为精准。传统组合柱中箍筋的布置需要纵向钢筋做支架，且绑接工作较为麻烦，定位可能存在偏差，施工质量不易保证。本发明提出的一种槽钢组成的无栓钉韧性组合柱，每个箍筋只需依次穿过8块肋板上相同高度处布置的8个圆孔即完成箍筋的定位。如采用所述u型凹槽，箍筋可直接由侧向伸入，进一步简化了箍筋布置操作。

29、5)海洋环境中的承重柱采用混凝土外包于空心钢管的形式，保护钢材的同时减轻结构自重。

技术特征：

1.一种槽钢组成的无栓钉韧性组合柱，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的槽钢组成的无栓钉韧性组合柱，其特征在于，所述的带肋方钢管由沿结构柱纵向布置的4个槽钢拼接而成，所述槽钢的材质为冷弯钢板。

3.根据权利要求2所述的槽钢组成的无栓钉韧性组合柱，其特征在于，所述槽钢包括两侧的翼板和中部的腹板。

4.根据权利要求3所述的槽钢组成的无栓钉韧性组合柱，其特征在于，所述两侧翼板均垂直于所述腹板，所述翼板宽度大于所述腹板宽度。

5.根据权利要求3所述的槽钢组成的无栓钉韧性组合柱，其特征在于，4个槽钢的腹板拼接后作为钢管壁使用。

6.根据权利要求3所述的槽钢组成的无栓钉韧性组合柱，其特征在于，所述的槽钢的翼板拼接后作为加劲肋使用，所述加劲肋沿所述带肋方钢管长度方向贯穿于所述翼板等间距地设置通孔或u型凹槽。

7.根据权利要求6所述的槽钢组成的无栓钉韧性组合柱，其特征在于，所述的通孔为圆孔，所述圆孔的直径或u型凹槽的开口宽度为所述箍筋直径的2～4倍。

8.根据权利要求6所述的槽钢组成的无栓钉韧性组合柱，其特征在于，所述的箍筋为螺纹钢筋首尾相接组成的矩形环。

9.根据权利要求8所述的槽钢组成的无栓钉韧性组合柱，其特征在于，所述箍筋为多根，等间距地插设在所述通孔或u型凹槽中。

10.根据权利要求1所述的槽钢组成的无栓钉韧性组合柱，其特征在于，所述的外包混凝土厚度高于所述带肋方钢管的肋宽度，所述混凝土完全包裹住所述钢骨架；

技术总结本发明公开了一种槽钢组成的无栓钉韧性组合柱，包括带肋方钢管、箍筋、超高韧性混凝土。其中带肋方钢管由槽钢拼接而成。带肋方钢管肋板上开有圆孔或U型凹槽，孔内穿有箍筋。超高韧性混凝土浇筑于带肋方钢管外侧，完全包裹带肋方钢管和箍筋。带肋方钢管由槽钢拼接而成，减少焊接部位，提升疲劳性能，同时其肋板、箍筋和周围填充混凝土形成多个PBL剪力键，提供较高的竖向抗剪能力，保证界面连接性能，简化箍筋的定位与绑扎工序。提出的外包超高韧性混凝土起到保护钢骨架、约束钢管屈曲的作用，提升结构的韧性和耐久性。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：2024/6/13