[发明专利]一种套管钢筋混凝土柱

说明书

技术领域

本发明主要涉及到土木工程中的建筑结构领域，特指一种可作结构柱使用的套管钢筋混凝土柱。

背景技术

随着社会的进步和经济的持续发展，现代建筑业对建筑材料和建筑结构的要求也越来越高，材料和结构必须能够适应现代工程结构向大跨、高耸、重载发展并满足承受恶劣使用环境及耐久性的需求，符合现代施工技术工业化要求，并且具有高承重能力、良好变形能力、耐火性能好以及良好的性能/费用比。在过去30年中，新型复合材料和组合结构的出现和发展，极大地推动了建筑业的发展。其中，高性能混凝土和钢管混凝土无疑最具代表性。

在可以预计的将来，水泥混凝土将仍然是最主要的建筑材料，无可替代。从这个角度出发，建筑业的可持续发展与混凝土的性能和耐久性密切相关。也就是混凝土必须以最小的材料消耗和环境影响来满足社会经济发展的要求。在这方面，超高性能混凝土的发展无疑是最有希望的解决方案。

活性粉末混凝土，是一种具有超高抗压强度、高耐久性以及高韧性的新型水泥基复合材料。活性粉末混凝土作为一类新型的超高性能混凝土，具有200MPa或800MPa两个抗压强度等级，且抗弯强度在30～60MPa，有效克服了高性能混凝土的高脆性，性能卓越。其中，200MPa强度等级的活性粉末混凝土工艺与普通混凝土类似，应用前景广泛。

活性粉末混凝土具有超高强度、优异的耐久性和良好的延性和耗能能力。这些优异的性能使得活性粉末混凝土构件及结构具有很高的强度/自重比、突出的耐久性和良好的抗震性能。作为一种高技术混凝土，目前，阻碍活性粉末混凝土大量应用的主要因素有两个：第一个是单方材料成本较高。活性粉末混凝土的水泥用量大，同时还需要掺入高效减水剂和钢纤维等，增加了材料成本；另一个是构件需要进行热养护。活性粉末混凝土材料的高活性必须在一定养护温度下才能快速、充分发挥，研究表明，活性粉末混凝土在90℃的热水中养护48h，其抗压强度比标准养护28d提高30％以上。因此，在现有条件下，活性粉末混凝土在土木工程领域应该是以预制构件的方式，与其他材料组成组合构件，充分发挥其超高的抗压性能和良好的延性，可考虑在合理的部位取代钢材使用，从而体现活性粉末混凝土的强度/费用比优势。

以钢管混凝土柱为代表的约束混凝土结构，在过去近五十年中，得到了深入研究和广泛应用。钢管混凝土柱是在钢管内部填充混凝土，形成钢-混凝土组合柱。这种组合柱的基本原理是利用钢管对核心区混凝土提供侧向约束，使混凝土处于三向受压的应力状态，从而提高其抗压强度和压缩变形的能力。此外，内部填充的混凝土为钢管提供了支撑作用，增强了钢管壁的几何稳定性，改变了钢管的失稳模态，提高了钢管的承载能力，同时，内部混凝土的存在，可以提高钢管的耐火极限。而且在施工中，钢管作为浇筑核心区混凝土的模板，便于施工。

目前，钢管混凝土柱在性能和使用方面存在一些不足，如钢管材料价格较高，加工要求高；钢管混凝土柱抗火性能较差，需要采取其他措施提高抗火极限；钢管与混凝土材料特性差别大，容易导致钢管与混凝土的脱空等。此外，钢管混凝土柱在使用中需要进行定期维护，增加了使用成本。因此，研制一种新型套管钢筋混凝土柱已为急需。

发明内容

本发明的目的在于提供一种套管钢筋混凝土柱，具有施工方便、成本低、轴向承载力高、抗震性能好、抗火性能突出、耐久性能优异等特点，同时更加节约资源和能源，符合可持续发展的要求。

本发明的解决方案为一种套管钢筋混凝土柱，其特征在于钢筋混凝土柱的套管为预制活性粉末混凝土套管。这样通过采用预制活性粉末混凝土套管与内部的钢筋混凝土柱组成组合柱。在施工过程中，活性粉末混凝土套管是内部混凝土的模板，也是施工支持体系的一部分；在施工完成后，套管与内部混凝土共同承担轴向荷载，在活性粉末混凝土套管开裂前，套管与为核心区混凝土提供横向约束，成形约束混凝土。在水平荷载作用下，活性粉末混凝土套管依靠自身材料所具有的较高抗弯强度和抗剪强度，可有效提高组合柱的抗弯性能、抗剪性能和延性；在使用过程中，活性粉末混凝土套管可为内部混凝土提供了性能极为优异的保护层，使组合柱具有突出的耐久性和抗火性能，并且活性粉末混凝土套管可以直接作为柱的外装饰层使用，降低装修成本。

本发明与钢管混凝土柱比较，活性粉末混凝土套管柱具有自身的性能，如施工方便、成本低、轴向承载力高、抗震性能好、抗火性能突出、耐久性能优异等。在一些关键技术方面(如成本较高、抗火性能和耐久性能不足等)弥补了现有钢管混凝土柱的缺陷，同时充分发挥了活性粉末混凝土的材料性能，并从性能/费用效率方面克服了其成本较高的问题。