專(zhuān)利名稱(chēng)：外包預(yù)應(yīng)力緊固式鋼管混凝土矩形柱或圓柱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種混凝土柱結(jié)構(gòu)，尤其是一種外包預(yù)應(yīng)力緊固式鋼管混凝土矩形柱或 圓柱，屬于建筑結(jié)構(gòu)的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，對(duì)于高層建筑的鋼管混凝土柱子在制作時(shí)，通常先制作鋼管，然后往鋼管里澆灌 混凝土，這種柱子存在的問(wèn)題是混凝土在高溫定形時(shí)會(huì)發(fā)生收縮，使混凝土與鋼管存在間隙 ，難以融為一體。對(duì)于現(xiàn)成建筑的加層，為增加柱子的強(qiáng)度、剛度，往往需要對(duì)柱子進(jìn)行加 固，目前通常采用在現(xiàn)有的柱子外面包角鋼加綴板方式進(jìn)行加固，這種方法很難保證鋼板與 原混凝土傳遞剪力共同工作，而只能考慮鋼構(gòu)架與原混凝土分開(kāi)承擔(dān)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，其 主要原因在于鋼板面與混凝土面之間無(wú)正壓力，即不能傳遞剪力，無(wú)共同工作的基本前提。 還有一種就是直接在現(xiàn)有的混凝土柱四周澆注鋼筋混凝土，使柱截面增大，若不采用植筋等 方法，仍然不能保證兩者共同工作，此加固方法俗稱(chēng)"穿棉襖"，不但費(fèi)工費(fèi)時(shí)，施工難度 大，造價(jià)也偏高。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種外包預(yù)應(yīng)力緊固式鋼管混凝土矩形柱 或圓柱的結(jié)構(gòu)形式。該結(jié)構(gòu)可將被加固的混凝土柱與外包鋼板通過(guò)預(yù)應(yīng)力緊貼為一體，從而 共同工作提高混凝土柱的剛度和強(qiáng)度，滿(mǎn)足使用需求。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案外包預(yù)應(yīng)力緊固式鋼管混凝土矩 形柱。包括矩形的鋼筋混凝土柱，在矩形的鋼筋混凝土柱每一段的四角外表面包有4塊角鋼 狀鋼板，在角鋼狀鋼板之間裝有與角鋼狀鋼板等高的矩形鋼板；在鋼筋混凝土柱每一段的每 個(gè)表面有兩條豎直縫，豎直縫之間設(shè)有扭剪型高強(qiáng)螺栓支托架，在扭剪型高強(qiáng)螺栓支托架上 穿有扭剪型高強(qiáng)螺栓，每一段的角鋼狀鋼板和矩形鋼板按鋼筋混凝土柱的植筋位置開(kāi)有孔， 并通過(guò)該孔掛在矩形鋼筋混凝土柱表面，矩形鋼板與角鋼狀鋼板之間用扭剪型高強(qiáng)螺栓固定 連接為一體。
所述的角鋼狀鋼板是L形的等肢角鋼型截面，矩形鋼板為一字型截面。 在矩形鋼板的外表層點(diǎn)焊有鋼絲網(wǎng)片，并刷有加防火粉的高標(biāo)號(hào)水泥防火砂漿，其厚度 按防火等級(jí)確定。
外包預(yù)應(yīng)力緊固式鋼管混凝土圓柱。包括圓形的鋼筋混凝土柱，在圓形的鋼筋混凝土柱 表面根據(jù)柱直徑的大小緊貼有4 8塊圓弧狀截面鋼板，圓弧狀截面鋼板根據(jù)柱高分為若干段 ，在接縫處端部設(shè)置有扭剪型高強(qiáng)螺栓支托架，在扭剪型高強(qiáng)螺栓支托架上穿有扭剪型高強(qiáng) 螺栓，每一段的圓弧狀截面鋼板按鋼筋混凝土柱的植筋位置開(kāi)有孔，并通過(guò)該孔掛在鋼筋混 凝土柱表面，圓弧狀截面鋼板之間通過(guò)扭剪型高強(qiáng)螺栓固定連接為一體。
所述的圓弧狀截面鋼板是1/4圓弧形或1/8圓弧形截面。
在圓弧狀截面鋼板的外表層點(diǎn)焊有鋼絲網(wǎng)片，并刷有加防火粉的高標(biāo)號(hào)水泥防火砂漿， 其厚度按防火等級(jí)確定。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型使用緊固鋼板外包在混凝土柱的表面，并采用扭剪型高強(qiáng) 度螺栓進(jìn)行緊固連接，扭剪型高強(qiáng)度螺栓施加預(yù)應(yīng)力的方法為用擰斷螺栓梅花頭切口處截面 來(lái)控制預(yù)應(yīng)力數(shù)值，這種螺栓施加預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確。通過(guò)扭剪型高強(qiáng)度螺栓從四周向中間 產(chǎn)生擠壓力和預(yù)緊力，使被加固的混凝土柱表面與外包的緊固鋼板緊貼在一起，并產(chǎn)生正壓 力，通過(guò)接觸面的抗剪承載力，使兩者共同工作，不但加固效果好，施工難度小且省時(shí)、省 力、造價(jià)較低。它的基本原理是使外加于矩形或圓形鋼筋混凝土柱表面的緊固鋼板，通過(guò)扭 剪型高強(qiáng)螺栓擰緊后建立橫向預(yù)拉力，其合力作用于鋼筋混凝土柱表面，根據(jù)作用力等于反 作用力原理，鋼筋混凝土柱表面亦對(duì)緊固鋼板內(nèi)壁產(chǎn)生反作用力(正壓力)，從而使混凝土 表面與緊固鋼板內(nèi)側(cè)面具有與正壓力相應(yīng)的摩擦力，即工程中的抗剪承載力，達(dá)到現(xiàn)行先有 鋼管再澆注混凝土的鋼管混凝土柱的受力效果。由于橫向預(yù)應(yīng)力的存在，其力學(xué)效果比前者 更佳。在外包鋼板外側(cè)，利用植筋頭和扭剪型高強(qiáng)螺栓支托架作固定點(diǎn)，點(diǎn)焊鋼絲網(wǎng)片后， 再刷摻有防火粉的耐火砂漿，其厚度按防火等級(jí)確定。本實(shí)用新型主要應(yīng)用于單層、多層與 高層框架柱因強(qiáng)度、剛度或軸壓比限值超限后的加固補(bǔ)強(qiáng)。


圖l是本實(shí)用新型外包預(yù)應(yīng)力緊固式鋼管混凝土矩形柱的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖2是本實(shí)用新型外包預(yù)應(yīng)力緊固式鋼管混凝土矩形柱的截面構(gòu)造示意圖3是本實(shí)用新型外包預(yù)應(yīng)力緊固式鋼管混凝土矩形柱表面作用力(橫向預(yù)應(yīng)力)與反
作用力(柱對(duì)鋼板的反作用力)相等形成力的自平衡體系；
圖4是本實(shí)用新型外包預(yù)應(yīng)力緊固式圓形鋼管混凝土柱的截面構(gòu)造示意圖； 圖5是本實(shí)用新型外包預(yù)應(yīng)力緊固式圓形鋼管混凝土柱截面作用力(環(huán)向預(yù)拉力)與反
作用力(柱對(duì)鋼板徑向的反作用力)相等形成力的自平衡體系。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的實(shí)施例l:外包預(yù)應(yīng)力緊固式鋼管混凝土矩形柱。如附圖l、 2所示，首先 將矩形的鋼筋混凝土柱l外表面進(jìn)行檢査和修整，將表面打磨、清理平整，按設(shè)計(jì)要求在鋼 筋混凝土柱l上鉆孔、植鋼筋；植入的鋼筋直徑為16 25mm，植入深度為160 250mm，鋼筋 頭露出鋼筋混凝土柱l的表面30 40mm，并對(duì)植筋位置分別給8塊緊固鋼板開(kāi)孔，孔徑應(yīng)大于 植筋直徑，以利調(diào)整鋼板位置。8塊緊固鋼板(鋼筋混凝土柱1四角的4塊角鋼狀鋼板2和中間 的4塊矩形鋼板3，角鋼狀鋼板2是L形的等肢角鋼型截面，矩形鋼板3為一字型截面)沿鋼筋 混凝土柱l的高度方向分若干段，每段l 2m，在每一段的每個(gè)表面有兩條豎直縫，豎直縫之 間設(shè)有扭剪型高強(qiáng)螺栓支托架4，在扭剪型高強(qiáng)螺栓支托架4上穿有扭剪型高強(qiáng)螺栓5。分段 在鋼筋混凝土柱l表面涂刷耐高溫結(jié)構(gòu)膠，按植筋位置分別對(duì)應(yīng)掛上8塊緊固鋼板。將扭剪型 高強(qiáng)螺栓支托架4上的扭剪型高強(qiáng)螺栓5擰緊(梅花頭剪斷即擰緊)，使8塊緊固鋼板橫向產(chǎn) 生預(yù)拉力P (如圖3所示)，預(yù)拉力P的合力P1=2x1.414P=2.828P，由柱四角作用于原鋼筋 混凝土柱1上，根據(jù)作用力等于反作用力原理(如圖3所示，P1=P1)，則P1的合力P2=2x2.828P=5.656P反作用于緊固鋼板內(nèi)側(cè)面，亦鋼筋混凝土柱l表面與緊固鋼板內(nèi)表面之間產(chǎn)生正壓力，這是確保緊固鋼板與鋼筋混凝土柱l共同工作的剪力(Nv=αRημP)來(lái)源 ，然后將鋼板的所有接縫采用坡口對(duì)焊，使所有鋼板連為封閉整體，分別將植筋頭鋼筋與鋼 板圍焊焊牢；然后在矩形鋼板3的外表層點(diǎn)焊鋼絲網(wǎng)片，并刷加防火粉的高標(biāo)號(hào)水泥防火砂漿即可，防火砂漿的厚度按防火等級(jí)確定。
本實(shí)用新型實(shí)施例2:外包預(yù)應(yīng)力緊固式鋼管混凝土圓柱。如附圖4、 5所示，首先將圓 形的鋼筋混凝土柱l外表面進(jìn)行檢査和修整，將表面打磨、清理平整；按設(shè)計(jì)要求在鋼筋混 凝土柱l上鉆孔、植鋼筋；植入的鋼筋直徑為16 25mm，植入深度為160 250mm，鋼筋頭露出鋼筋混凝土柱l的表面30 40mm，并對(duì)植筋位置分別給4塊(D≤800mm )或8塊( D>800mm)圓弧狀截面鋼板6 (圓弧狀截面的鋼板6是l/4圓弧形或l/8圓弧形截面)開(kāi)孔， 孔徑應(yīng)大于植筋直徑，以利調(diào)整鋼板位置。4塊或8塊圓弧狀截面鋼板6沿鋼筋混凝土柱1的高 度方向分若干段，每段l 2m。在鋼筋混凝土柱l表面涂耐高溫結(jié)構(gòu)膠后，馬上分段掛上圓弧 狀截面鋼板6，在扭剪型高強(qiáng)螺栓支托架4上穿有扭剪型高強(qiáng)螺栓5。擰緊扭剪型高強(qiáng)螺栓5，使圓弧狀截面鋼板6環(huán)向產(chǎn)生預(yù)拉力P1 ，預(yù)拉力P1使圓弧狀截面鋼板6對(duì)鋼筋混凝土柱1表面 產(chǎn)生預(yù)壓力，如圖5所示，即鋼筋混凝土柱1表面與圓弧狀截面鋼板6之間產(chǎn)生正壓應(yīng)力，從 而保證圓弧狀截面鋼板6與鋼筋混凝土柱1表面?zhèn)鬟f剪應(yīng)力而共同工作。當(dāng)扭剪型高強(qiáng)螺栓5 達(dá)到設(shè)計(jì)要求的緊固力時(shí)，梅花頭處被剪斷，亦達(dá)到緊固產(chǎn)生的橫向預(yù)拉力，整個(gè)圓周長(zhǎng)在 預(yù)拉力作用下對(duì)圓形的鋼筋混凝土柱l表面產(chǎn)生反作用力，根據(jù)作用力等于反作用力原理，
則鋼筋混凝土柱l表面對(duì)圓弧狀截面鋼板6內(nèi)側(cè)產(chǎn)生反作用應(yīng)力u ，如圖5所示，從而形成自 平衡結(jié)構(gòu)體系。分段將植筋頭鋼筋與圓弧狀截面鋼板6塞焊焊牢，然后將圓弧狀截面鋼板6的 所有接縫采用坡口對(duì)焊，使所有圓弧狀截面鋼板6連為封閉整體，在植筋頭和扭剪型高強(qiáng)螺 栓支托架4上固定鋼絲網(wǎng)片，將摻有防火粉的高標(biāo)號(hào)水泥防火砂漿分層抹上，防火砂漿厚度 由結(jié)構(gòu)防火等級(jí)確定。
權(quán)利要求1.一種外包預(yù)應(yīng)力緊固式鋼管混凝土矩形柱，包括矩形的鋼筋混凝土柱(1)，其特征在于在矩形的鋼筋混凝土柱(1)每一段的四角外表面包有4塊角鋼狀鋼板(2)，在角鋼狀鋼板(2)之間裝有與角鋼狀鋼板(2)等高的矩形鋼板(3)；在鋼筋混凝土柱(1)每一段的每個(gè)表面有兩條豎直縫，豎直縫之間設(shè)有扭剪型高強(qiáng)螺栓支托架(4)，在扭剪型高強(qiáng)螺栓支托架(4)上穿有扭剪型高強(qiáng)螺栓(5)，每一段的角鋼狀鋼板(2)和矩形鋼板(3)按鋼筋混凝土柱(1)的植筋位置開(kāi)有孔，并通過(guò)該孔掛在矩形鋼筋混凝土柱(1)表面，矩形鋼板(3)與角鋼狀鋼板(2)之間用扭剪型高強(qiáng)螺栓(5)固定連接為一體。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種外包預(yù)應(yīng)力緊固式鋼管混凝土矩形柱或圓柱結(jié)構(gòu)，它的基本原理是使外加于矩形或圓形鋼筋混凝土柱表面的鋼板，通過(guò)扭剪型高強(qiáng)螺栓擰緊后建立橫向預(yù)拉力，其合力作用于鋼筋混凝土柱表面，根據(jù)作用力等于反作用力原理，鋼筋混凝土柱表面亦對(duì)鋼板內(nèi)壁產(chǎn)生反作用力(正壓力)，從而使混凝土表面與鋼板內(nèi)側(cè)面具有與正壓力相應(yīng)的摩擦力，即工程中的抗剪承載力，達(dá)到現(xiàn)行先有鋼管再澆注混凝土的鋼管混凝土柱的受力效果。本實(shí)用新型主要應(yīng)用于單層、多層與高層框架柱因強(qiáng)度、剛度或軸壓比限值超限后的加固補(bǔ)強(qiáng)。
文檔編號(hào)E04G23/02GK201180376SQ200820300129
公開(kāi)日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月23日
發(fā)明者盧亞琴, 李華平, 段渝忠, 田子?xùn)|, 丹 蘇, 云 董, 亮 覃, 覃士杰, 華 馬, 馬克儉, 魏艷輝 申請(qǐng)人:貴州大學(xué);貴陽(yáng)市建筑設(shè)計(jì)院有限公司;李華平