一种分段拼接式ECC模壳型钢混凝土巨柱及其施工方法

本发明属于土木工程，涉及一种分段拼接式ecc模壳型钢混凝土巨柱及其施工方法。

背景技术：

1、型钢混凝土巨柱多作为主要受力构件用在重载结构的底层或低层，例如超高层建筑、大跨桥梁墩柱等。型钢混凝土巨柱施工传统采用大面积支模拆模和钢筋绑扎的复杂工艺，施工工序繁琐，劳动密集程度大，耗时耗力，并且模板难以回收利用。此外，普通混凝土保护层受力性能差，耐久性差，极端荷载和恶劣环境下难以长期维持构件的正常服役。

2、近些年，在土木工程领域，纤维增强水泥基复合材料(engineered cementitiouscomposites,ecc)逐渐发展起来，这是一种特殊类型的高性能纤维增强混凝土复合材料，具有超高韧性、多缝开裂、自愈合等优点。但是，ecc材料成本高，大面积使用会大幅增加工程造价。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的第一目的是提供一种耐久性好、成本低的分段拼接式ecc模壳型钢混凝土巨柱；本发明的第二目的是提供一种效率高的分段拼接式ecc模壳型钢混凝土巨柱的施工方法。

2、技术方案：本发明所述的分段拼接式ecc模壳型钢混凝土巨柱，包括型钢芯柱，型钢芯柱外自下而上交替布设有ecc模壳和钢套筒，ecc模壳顶部和底部沿着周向锚固有若干螺杆，钢套筒截面呈槽钢形状，其顶部和底部设置有若干供螺杆穿过的螺栓孔，ecc模壳和钢套筒通过螺杆配合螺母固定；型钢芯柱的四个翼缘板外表面均设置有带孔钢板以及带合页可开合的钢筋桁架，ecc模壳内壁锚固有若干钢筋平钩，用于当钢筋桁架向外展开时，挂住相应的钢筋桁架，实现型钢芯柱与ecc模壳之间水平方向上的连接；钢套筒内壁对应于带孔钢板的位置设置有带孔连接板，带孔连接板与带孔钢板通过螺栓和螺母成对固定，实现型钢芯柱与钢套筒之间水平方向上的连接；型钢芯柱、ecc模壳和钢套筒围合形成的空腔内浇筑混凝土，ecc模壳及钢套筒作为永久模板；钢套筒的腹板与ecc模壳的外壁平齐，以使巨柱外立面平整。

3、进一步地，ecc模壳顶部和底部的螺杆为预埋螺杆。

4、进一步地，各翼缘板外表面设置的带孔钢板数量为多个，间隔设置。

5、进一步地，带孔钢板焊接固定在翼缘板外表面。

6、进一步地，钢筋桁架呈波浪形，通过多个合页竖向设置于翼缘板外表面，ecc模壳内壁对应于钢筋桁架每一个向外凸起的位置均锚固有钢筋平钩。

7、进一步地，钢筋平钩具有与钢筋桁架挂接位置相匹配的长度及角度。

8、进一步地，合页焊接固定在翼缘板外表面。

9、进一步地，钢套筒内部沿周向设置有若干加劲板，以增强钢套筒刚度。

10、本发明所述的分段拼接式ecc模壳型钢混凝土巨柱的施工方法，包括：

11、(1)在型钢芯柱各翼缘板外表面焊接带孔钢板以及带合页的钢筋桁架，钢筋桁架初始贴合翼缘板外表面，以便ecc模壳穿过型钢芯柱；

12、(2)将工厂预制的ecc模壳通过吊装设备自上而下穿过型钢芯柱，待吊装好后，将各翼缘板外表面的钢筋桁架向外展开，使得钢筋桁架与相应的钢筋平钩挂接，完成ecc模壳和型钢芯柱在水平方向上的连接；

13、(3)将工厂预制的钢套筒通过吊装设备自上而下穿过型钢芯柱，搭接在ecc模壳的顶部，ecc模壳顶部的螺杆穿过钢套筒底部的螺栓孔，拧紧螺杆端部的螺母，实现钢套筒和ecc模壳的连接；

14、再将钢套筒内壁的带孔连接板与带孔钢板通过螺栓和螺母成对固定，实现钢套筒和型钢芯柱的连接；

15、(4)将预制的ecc模壳通过吊装设备自上而下穿过型钢芯柱，ecc模壳底部的螺杆穿过钢套筒顶部的螺栓孔，拧紧螺杆端部的螺母，实现钢套筒和ecc模壳的连接；

16、(5)重复步骤(3)和(4)，直至ecc模壳和钢套筒的数量达到设计数量；最后浇筑混凝土，待混凝土凝固后完成施工。

17、进一步地，ecc模壳和钢套筒的数量及高度根据型钢混凝土巨柱的高度、实际施工条件及运输条件确定。

18、有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：

19、(1)在型钢混凝土巨柱受力最为薄弱的保护层采用ecc模壳和钢套筒，一方面整体式ecc模壳和钢套筒作为永久模板与内部型钢芯柱围成柱形空腔，方便浇筑混凝土；另一方面也作为柱子的保护层参与服役期的受力，ecc模壳能够充分发挥ecc材料的优越性能，克服普通混凝土保护层容易剥落、脆性显著的缺点，提高柱子在恶劣环境下的耐久性能及受力性能；因仅局部使用ecc材料，从而不会显著增加工程造价。

20、(2)ecc模壳和钢套筒由工厂预制并进行现场分段拼接，ecc模壳和钢套筒通过螺柱、螺母固定，ecc模壳和型钢芯柱通过钢筋平钩钩住带合页可开合的钢筋桁架，钢套筒和型钢芯柱通过带孔连接板与带孔钢板成对螺栓连接，从而现场无需支设任何模板，大大减少了现场施工过程中支模拆模的施工时间，提高了施工效率。

21、(3)本发明的型钢混凝土巨柱结构，截面方向保证了所有构件的有效连接，保证了各部分协同工作；长度方向保证了ecc模壳和钢套筒的有效连接，外立面平整，采用螺栓连接不会形成受力薄弱区，且连接处无任何湿作业，连接处和空腔内混凝土浇筑一体成型；翼缘上多个高度焊接带合页可开合的钢筋桁架，可以实现ecc模壳与型钢芯柱的多点连接，提高了构件的整体性。

22、(4)本发明可根据实际运输及安装条件，调整ecc模壳和钢套筒的数量及尺寸等，不受巨柱的高度限制。

技术特征：

1.一种分段拼接式ecc模壳型钢混凝土巨柱，其特征在于，包括型钢芯柱(1)，型钢芯柱(1)外自下而上交替布设有ecc模壳(2)和钢套筒(3)，ecc模壳(2)顶部和底部沿着周向锚固有若干螺杆(8)，钢套筒(3)截面呈槽钢形状，其顶部和底部设置有若干供螺杆(8)穿过的螺栓孔(10)，ecc模壳(2)和钢套筒(3)通过螺杆(8)配合螺母(9)固定；型钢芯柱(1)的四个翼缘板外表面均设置有带孔钢板(13)以及带合页(5)可开合的钢筋桁架(4)，ecc模壳(2)内壁锚固有若干钢筋平钩(6)，用于当钢筋桁架(4)向外展开时，挂住相应的钢筋桁架(4)，实现型钢芯柱(1)与ecc模壳(2)之间水平方向上的连接；钢套筒(3)内壁对应于带孔钢板(13)的位置设置有带孔连接板(11)，带孔连接板(11)与带孔钢板(13)通过螺栓(7)和螺母(9)成对固定，实现型钢芯柱(1)与钢套筒(3)之间水平方向上的连接；型钢芯柱(1)、ecc模壳(2)和钢套筒(3)围合形成的空腔内浇筑混凝土(14)，ecc模壳(2)及钢套筒(3)作为永久模板；钢套筒(3)的腹板与ecc模壳(2)的外壁平齐，以使巨柱外立面平整。

2.根据权利要求1所述的分段拼接式ecc模壳型钢混凝土巨柱，其特征在于，ecc模壳(2)顶部和底部的螺杆(8)为预埋螺杆。

3.根据权利要求1所述的分段拼接式ecc模壳型钢混凝土巨柱，其特征在于，各翼缘板外表面设置的带孔钢板(13)数量为多个，间隔设置。

4.根据权利要求1或3所述的分段拼接式ecc模壳型钢混凝土巨柱，其特征在于，带孔钢板(13)焊接固定在翼缘板外表面。

5.根据权利要求1所述的分段拼接式ecc模壳型钢混凝土巨柱，其特征在于，钢筋桁架(4)呈波浪形，通过多个合页(5)竖向设置于翼缘板外表面，ecc模壳(2)内壁对应于钢筋桁架(4)每一个向外凸起的位置均锚固有钢筋平钩(6)。

6.根据权利要求5所述的分段拼接式ecc模壳型钢混凝土巨柱，其特征在于，钢筋平钩(6)具有与钢筋桁架(4)挂接位置相匹配的长度及角度。

7.根据权利要求5所述的分段拼接式ecc模壳型钢混凝土巨柱，其特征在于，合页(5)焊接固定在翼缘板外表面。

8.根据权利要求1所述的分段拼接式ecc模壳型钢混凝土巨柱，其特征在于，钢套筒(3)内部沿周向设置有若干加劲板(12)。

9.一种权利要求1所述的分段拼接式ecc模壳型钢混凝土巨柱的施工方法，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的分段拼接式ecc模壳型钢混凝土巨柱的施工方法，其特征在于，ecc模壳(2)和钢套筒(3)的数量及高度根据型钢混凝土巨柱的高度、实际施工条件及运输条件确定。

技术总结本发明公开了一种分段拼接式ECC模壳型钢混凝土巨柱及其施工方法，所述型钢混凝土巨柱包括型钢芯柱，型钢芯柱外自下而上交替布设有ECC模壳和钢套筒；ECC模壳和钢套筒通过螺柱、螺母固定，ECC模壳和型钢芯柱通过钢筋平钩钩住带合页可开合的钢筋桁架，钢套筒和型钢芯柱通过带孔连接板与带孔钢板成对螺栓连接；ECC模壳和钢套筒作为型钢混凝土巨柱的永久模板，外立面平整，与型钢芯柱围合形成方形柱状空腔结构，空腔结构内浇筑混凝土，待混凝土凝固后完成施工，ECC模壳、钢套筒及现浇混凝土协同受力。本发明提供的型钢混凝土巨柱耐久性好、成本低，并且施工效率高。技术研发人员：赖柄霖,周翔,墨泽,范圣刚,张铭扬,杨一川,赵笑受保护的技术使用者：东南大学技术研发日：技术公布日：2025/1/6