高承载力的薄壁不锈钢管混凝土柱构件

　　

　　1.本实用新型涉及土木工程领域，具体为一种高承载力的薄壁不锈钢管混凝土柱构件。

　　背景技术：

　　2.薄壁不锈方钢管混凝土柱是在之前碳素薄壁钢管混凝土柱的基础上演变而来，其通过将外部碳素钢改变为不锈钢，从而让钢管混凝土柱获得更高的承载能力，变形能力，耐腐蚀性能、防火性能，同时减少壁厚达到降低造价和焊接容易的目的；方形钢管由于在节点连接方面比圆形钢管更有优势，所以其在建筑工程中应用广泛。

　　3.在薄壁方钢管混凝土柱中，由于薄壁方钢管四边中部约束的不足，导致方钢管中部非约束区域较大无法对核心混凝土提供较多的约束，从而导致柱在压力下钢管屈服过早；又由于在薄壁构件中混凝土是主要受力部分，在混凝土强度较低时，核心混凝土强度不高就会导致混凝土比较容易被压碎。其构件在荷载达到一定程度后钢管先过早发生屈服，之后由于核心混凝土自身强度不高同时外钢管无法提供比较多的约束从而被压碎，进而导致方钢管中部外鼓严重，严重降低构件承载能力，不能比较好的发挥钢管混凝土柱的承载潜能，很有可能危害建筑的安全。碳素钢管没有很好的抗腐蚀性能，在有较强腐蚀性的环境中时，需要在其表面涂抹防锈漆，从而会增加相应的成本。针对上述存在的技术问题，因此非常有必要设计一种高承载力的薄壁不锈钢管混凝土柱构件以解决上述问题。

　　技术实现要素：

　　4.本实用新型的目的是提供一种高承载力的薄壁不锈钢管混凝土柱构件，旨在解决现有的混凝土柱承载能力、防局部屈曲能力及抗腐蚀能力差及成本较高的技术问题。

　　5.本实用新型的技术方案为：一种高承载力的薄壁不锈钢管混凝土柱结构，包括外包方形钢管和加劲肋，所述外包方形钢管的四个内侧壁纵向上均设置有由两块槽型钢板围成的矩形框体，两块槽型钢板之间形成缺口；

　　6.所述加劲肋通过缺口与矩形框体插接，加劲肋为t形，加劲肋具有翼缘和腹板，翼缘插入矩形框体内腔，腹板位于矩形框体外，腹板侧边竖向开设若干等间距的卡槽，相邻两块腹板上的卡槽交错布置，相对的两块腹板之间通过卡槽用连接件连接。

　　7.由于上述结构的设置，用连接件将相对的两块加劲肋相连接，所以构件中不仅加劲肋能够通过增加与混凝土的接触面积加强外包方形钢管对核心混凝土的约束；当混凝土开始出现裂缝时，加劲肋与混凝土之间就会出现脱黏，承载力会在一定程度上下降，连接件可以通过拉结的方式补充一部分t形加劲肋与混凝土之间由于粘结力下降而下降的承载力以及构件的延性，但是t形加劲肋的腹板上有孔洞的存在，在中部连接件对腹板进行拉结时，可能会导致孔洞角部出现应力集中使角部变形过大，从而无法达到拉结的效果，所以需要在沿水平方向的第一卡槽两侧外壁均焊接矩形钢片，保证拉力可以通过矩形钢片尽可能将力均匀的分布在更多的钢材上防止应力集中，之后由于方钢管的中部增加了矩形框体，

　　增加了外包方形钢管非约束区的刚度，使构件的中部不容易发生屈服，并且使外包方形钢管中部受力较为均匀。由于矩形框体、加劲肋和连接件这三种措施的存在可以降低方钢管四边中部的屈曲高度，延缓局部屈服和混凝土压碎的发生，又由于高强度混凝土拥有较好的抗压承载力以及较好的粘结力，所以将高强混凝土作为混凝土填充物填充进不锈钢管中时，不仅可以进一步提高构件的承载能力及延迟混凝土压碎的出现，而且该可以增强钢管与混凝土之间的粘结强度，从而达到增强共同受力的目的。由于以上性能，所以该结构可以用于受压构件及处于周围有腐蚀介质的环境中，比如超高层的柱、桥墩等。

　　8.所述卡槽为倒l型，卡槽包括沿水平方向的第一卡槽以及沿竖直方向上的第二卡槽，所述连接件通过第一卡槽进入第二卡槽，第一卡槽两侧外壁均焊接矩形钢片，所述矩形钢片用于封住第一卡槽。

　　9.由于上述结构的设置，腹板侧边竖向开设的倒l型卡槽，便于倒l型卡槽中的第二卡槽与柱空心空间连接。复合材料放入卡槽后，把矩形钢片焊接到复合孔中横向孔洞的两边上。

　　10.相邻两个卡槽之间的竖向间距为第一卡槽长度的两倍，连接件的宽度小于或者等于第二卡槽的长边长度。

　　11.由于上述结构的设置，可以保证不同方向的连接件可以各自受力，并且可以尽量保证方钢管柱上的每个部位受力均匀。

　　12.所述外包方形钢管内腔填充混凝土，矩形框体内腔填充自密实混凝土。

　　13.所述加劲肋、矩形框体和外包方形钢管的高度均相等，加劲肋和矩形框体的轴心线与外包方形钢管的轴心线均重合。

　　14.外包方形钢管为ldx2101双相体不锈钢薄壁钢管，连接件为碳纤维布或扁钢，加劲肋为碳素钢。

　　15.由于上述结构的设置，ldx2101双相体不锈钢有很好的抗腐蚀性能、耐磨性能和机械强度，所以把双相不锈钢作为外包钢管，可有效的保护构件，减少外界因素对构件的影响，并且可以加强对核心混凝土的约束，提高构件的承载能力。

　　16.综上所述，本实用新型的有益效果在于：

　　17.1、本实用新型很好的继承了传统构件的优点，并且由于构件的强约束，所以在保证构件安全的前提下，可以适当降低外包不锈钢管的壁厚，从而达到降低成本的目的。

　　18.2、本实用新型的混凝土柱不仅外观美观且施工简单，且具有很好的承载能力、防局部屈曲能力及抗腐蚀能力，且建造成本低。

　　附图说明

　　19.图1为本实用新型俯视图。

　　20.图2为本实用新型加劲肋结构示意图。

　　21.图3为本实用连接件与加劲肋的连接顺序示意图。

　　22.图4为本实用新型连接件、加劲肋与钢片连接细节示意图。

　　23.图5为本实用新型扁钢与t型加劲肋腹板的连接示意图。

　　24.图中：1

　　?

　　外包方形钢管、2

　　?

　　加劲肋、201

　　?

　　翼缘、202

　　?

　　腹板、203

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　　卡槽、203a

　　?

　　第一卡槽、203b

　　?

　　第二卡槽、3

　　?

　　矩形框体、4

　　?

　　连接件、5

　　?

　　矩形钢片、6

　　?

　　槽型钢板、7

　　?

　　扁钢。

　　具体实施方式

　　25.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

　　26.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

　　27.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

　　28.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

　　29.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

　　30.实施例1；

　　31.本实用新型提供一种高承载力的薄壁不锈钢管混凝土柱构件，包括外包方形钢管1和加劲肋2，所述外包方形钢管1的四个内侧壁纵向上均设置有由两块槽型钢板6围成的矩形框体3，两块槽型钢板6之间形成缺口；

　　32.所述加劲肋2通过缺口与矩形框体3插接，加劲肋2为t形，加劲肋2具有翼缘201和腹板202，翼缘201插入矩形框体3内腔，腹板202位于矩形框体3外，腹板202侧边竖向开设若干等间距的卡槽203，相邻两块腹板202上的卡槽203交错布置，相对的两块腹板202之间通过卡槽203用连接件4连接。所述卡槽203为倒l型，卡槽203包括沿水平方向的第一卡槽203a以及沿竖直方向上的第二卡槽203b，所述连接件4通过第一卡槽203a进入第二卡槽203b，第一卡槽203a两侧外壁均焊接矩形钢片5，所述矩形钢片5用于封住第一卡槽203a。外包方形钢管1采用方形的ldx2101双相体不锈钢管，加劲肋2采用碳素钢板，连接件4为碳纤维布，卡槽203为倒l型复合卡槽，连接件4采用碳纤维布，构件组装好后外包方形钢管1内腔填充高强混凝土，矩形框体3内腔填充自密实混凝土。

　　33.外包方形钢管1应用四块等厚的不锈钢板通过全熔透坡口焊焊接在一起，槽型钢

　　板6与外包方形钢管1内侧采用角焊缝进行焊接，槽型钢板可以用钢板与l型钢焊接成槽形截面，这些材料可以用过剩的型钢，从而达到消耗过剩型钢产能的目的。

　　34.连接件4需在安装前应确定长度，主要是保证连接件4的碳纤维布尽可能是处于直线状态；在安装连接件4碳纤维布前应先确定其两端的接头部位的碳纤维浸渍胶已有足够的粘结强度，之后可直接将碳连接件4的纤维布通过卡槽203中的第一卡槽203a进入第二卡槽203b，之后将矩形钢片5焊接到第一卡槽203a的两侧面，封住第一卡槽203a，保证t形加劲肋腹板的受力性能，其中矩形钢片5只需要封住第一卡槽203a，其大小可以根据现场情况而定。

　　35.相邻两个卡槽203之间的竖向间距为第一卡槽203a长度的两倍，卡槽203距离加劲肋2端部应大于20mm，不同方向加劲肋上的卡槽203应该交错布置，这样布置可以保证不同方向的连接件4可以各自受力，并且可以尽量保证方钢管柱上的每个部位受力均匀。连接件4的宽度小于或者等于第二卡槽203b的长边长度，其主要是为了保证连接件4碳纤维布在受力时不会出现碳纤维布两两之间出现相互切割现象，碳纤维布4之间的距离及矩形孔的宽度可以根据实际情况进行设计确定，并且卡槽203应该沿着竖向方向布置在t形加劲肋2腹板的侧边，能够保证在碳纤维布4拉结t形加劲肋2时，t形加劲肋2的腹板不会出现受拉破坏。

　　36.外包方形钢管1内腔填充混凝土，矩形框体3内腔填充自密实混凝土。将连接好碳纤维布4的四块t形加劲肋2分别插入矩形框体3，之后浇筑高强混凝土时，应在柱的四个角进行浇筑并在混凝土浇筑完后将振捣器插入到柱的四角进行振捣。再将自密实混凝土浇筑进矩形框体3，由于矩形框体3内腔该空间不大，不容易插入振捣器，而自密实混凝土可以很好的解决这个问题，同时还可以一定程度增大非约束区域的刚度。

　　37.所述加劲肋2、矩形框体3和外包方形钢管1的高度均相等，加劲肋2和矩形框体3的轴心线与外包方形钢管1的轴心线均重合。在外包方形钢管1内填充高强混凝土，可以保证外包钢管只向外屈服，由于加劲肋2上有卡槽3，所以混凝土可以自动填充加劲肋上的卡槽3形成混凝土隼,从而可以进一步降低方钢管四边的屈服；由于高强混凝土本身有比较好的抗压性能，在较大的压力下不容易被压碎，从而一定程度上保证了钢管柱中各构件的共同工作能力，增加不锈钢管柱的承载能力。

　　38.由于ldx2101双相体不锈钢管具有很好的抗氯离子应力腐蚀开裂的能力，所以本构件中的槽钢和矩形刚片也可换成ldx2101，又由于碳纤维布本来就有很好的抗腐蚀能力，所以也可以将混凝土中的河沙换为海沙，从而达到让沿海城市就地取材的目的。

　　39.实施例2：

　　40.如图5所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：本实例是基于实例1所述连接件4，其特征在于：所述连接件为扁钢7，其中部扁钢7的焊接过程与焊接小钢片的过程基本相同，进一步，扁钢连接件的端部超过加劲肋202的中线，扁钢与t型加劲肋2的腹板采用焊缝进行连接。

　　41.以上仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的技术特征并不局限于此。任何以本实用新型为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出的简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本实用新型的保护范围之中。

　　技术特征：

　　1.一种高承载力的薄壁不锈钢管混凝土柱构件，其特征在于：包括外包方形钢管(1)和加劲肋(2)，所述外包方形钢管(1)的四个内侧壁纵向上均设置有由两块槽型钢板(6)围成的矩形框体(3)，两块槽型钢板(6)之间形成缺口；所述加劲肋(2)通过缺口与矩形框体(3)插接，加劲肋(2)为t形，加劲肋(2)具有翼缘(201)和腹板(202)，翼缘(201)插入矩形框体(3)内腔，腹板(202)位于矩形框体(3)外，腹板(202)侧边竖向开设若干等间距的卡槽(203)，相邻两块腹板(202)上的卡槽(203)交错布置，相对的两块腹板(202)之间通过卡槽(203)用连接件(4)连接。2.根据权利要求1所述的一种高承载力的薄壁不锈钢管混凝土柱构件，其特征在于：所述卡槽(203)为倒l型，卡槽(203)包括沿水平方向的第一卡槽(203a)以及沿竖直方向上的第二卡槽(203b)，所述连接件(4)通过第一卡槽(203a)进入第二卡槽(203b)，第一卡槽(203a)两侧外壁均焊接矩形钢片(5)，所述矩形钢片(5)用于封住第一卡槽(203a)。3.根据权利要求1所述的一种高承载力的薄壁不锈钢管混凝土柱构件，其特征在于：相邻两个卡槽(203)之间的竖向间距为第一卡槽(203a)长度的两倍，连接件(4)的宽度小于或者等于第二卡槽(203b)的长边长度。4.根据权利要求1所述的一种高承载力的薄壁不锈钢管混凝土柱构件，其特征在于：所述外包方形钢管(1)内腔填充混凝土，矩形框体(3)内腔填充自密实混凝土。5.根据权利要求1所述的一种高承载力的薄壁不锈钢管混凝土柱构件，其特征在于：所述加劲肋(2)、矩形框体(3)和外包方形钢管(1)的高度均相等，加劲肋(2)和矩形框体(3)的轴心线与外包方形钢管(1)的轴心线均重合。6.根据权利要求1所述的一种高承载力的薄壁不锈钢管混凝土柱构件，其特征在于：外包方形钢管(1)为ldx2101双相体不锈钢薄壁钢管，连接件(4)为碳纤维布或扁钢，加劲肋(2)为碳素钢。

　　技术总结

　　本实用新型公开了一种高承载力的薄壁不锈钢管混凝土柱构件，包括外包方形钢管和加劲肋，外包方形钢管的四个内侧壁纵向上均设置有由两块槽型钢板围成的矩形框体，两块槽型钢板之间形成缺口；加劲肋通过缺口与矩形框体插接，加劲肋为T形，加劲肋具有翼缘和腹板，翼缘插入矩形框体内腔，腹板位于矩形框体外，腹板侧边竖向开设若干等间距的卡槽，相邻两块腹板上的卡槽交错布置，相对的两块腹板之间通过卡槽用连接件连接。本实用新型的混凝土柱不仅外观美观且施工简单，且具有很好的承载能力、防局部屈曲能力及抗腐蚀能力，由于构件的强约束，所以在保证构件安全的前提下，可以适当降低外包不锈钢管的壁厚，从而达到降低成本的目的。的。的。

　　技术研发人员：陶忠 韩东吉 方维远 叶晋源 冼乐勇 裴玉磊

　　受保护的技术使用者：昆明理工大学

　　技术研发日：2021.06.18

　　技术公布日：2022/1/4