[发明专利]一种波纹钢板约束混凝土组合柱及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种建筑构件形式，特别涉及一种应用于土木工程领域的波纹钢板约束混凝土组合柱及其制作方法。

背景技术

钢管约束混凝土柱即钢管混凝土柱是指在钢管空腔内填充混凝土而形成的组合结构构件。其基本原理在于：1)利用钢管对钢管内部填充的混凝土产生的约束效应使核心混凝土处于三向受压状态，从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和压缩变形能力；2)借助内部混凝土的支撑作用，增强钢管壁的几何稳定性，改变空腔钢管的失稳模态，从而提高钢管的抗压承载力。另外，钢管混凝土柱的浇筑不需要模版，从而节省了施工成本，提高了施工效率。钢管混凝土由于充分利用了钢材和混凝土各自的受力优势而具有强度高、质量轻、塑性好、耐疲劳和耐冲击等优越的力学性能，从而广泛应用于土木工程各领域。传统钢管混凝土柱中的钢管是由平钢板加工而成，其在使用中通常处于双向受力状态，一方面承受轴力产生的轴向应力；另一方面承受核心混凝土横向变形而产生的环向应力。根据蔡绍怀等相关学者的研究表明当钢管主要提供混凝土的环向约束时钢管混凝土柱可以获得更高抗压承载力。另外对于多边形钢管混凝土由于各边长上的钢板的平面外刚度较小，使得其容易在核心混凝土横向作用下产生鼓曲而降低其对核心混凝土的环向约束力，从而降低钢管的约束效应。

发明内容

本发明的目的是克服传统采用平钢板加工而成的钢管易发生鼓曲而对核心混凝土约束效果不佳等问题，利用波纹钢板对核心混凝土的环向约束效应强以及波纹钢板平面外刚度大等优点提出一种波纹钢板约束混凝土组合柱。

本发明的技术方案：

一种波纹钢板约束混凝土组合柱，由若干波纹钢板为侧面和若干钢管为转角而组成的多边形管，波纹钢板的波纹方向和多边形管的长度方向相同，再在多边形管和转角处钢管内填充混凝土即成。

所述的波纹钢板约束混凝土组合柱，所述转角处钢管为圆形钢管或矩形钢管或正方形钢管。

波纹钢板约束混凝土组合柱，所述多边形管的断面根据工程需要为任意多边形。

所述的波纹钢板约束混凝土组合柱的制作方法，按照设计尺寸加工好波纹钢板和钢管；以钢管为转角并以波纹钢板为侧面焊接组成多边形管；波纹钢板的波纹方向和多边形管的长度方向相同；在多边形管以及转角处钢管内填充混凝土。

有益效果：本发明除了具有现有钢管混凝土所具有的强度高、质量轻、塑性好、抗震性能好、耐疲劳和耐冲击等优越的力学性能之外，还具有现有钢管混凝土所不具有的如下明显优点：

1)波纹钢板沿波纹方向所承受的荷载小，根据Von Mises屈服准则可知，这样可以使得波纹钢板的强度主要为核心混凝土提供环向约束，从而大大提高核心混凝土的抗压承载力，使得组合柱的抗压承载力大幅度提高，进而节约材料，降低工程造价。

2)波纹钢板的平面外刚度大，这样波纹钢板在核心混凝土的横向膨胀变形作用下不易鼓曲，从而增加了波纹钢板对核心混凝土的环向有效约束，进一步提高了组合柱的抗压承载力。

3)波纹钢板约束混凝土组合柱的外表面是波浪形的，具有很好的美学效果。

附图说明

图1本发明的实例一结构示意图；

图2本发明的实例二结构示意图；

图3本发明的实例三结构示意图；

图中：1-波纹钢板；2-钢管；3-混凝土；

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1所示为一种波纹钢板约束混凝土组合柱。该组合柱是由四块波纹钢板1和四个截面为方形的钢管2焊接组成四边形管，其中，四个截面为方形的钢管2位于四边形的四个顶点，再在四边形管和四个方形(或者矩形)的钢管2内填充混凝土3而形成的。

其制作方法如下：

1)按照设计尺寸加工好波纹钢板1和方钢管2；

2)以方形的钢管2为转角并以波纹钢板1为侧面焊接组成四边形管，波纹钢板1的波纹方向和四边形管的长度方向相同；

3)在四边形管以及转角处方钢管1内填充混凝土3。

实施例2

如图2所示为另一种波纹钢板约束混凝土组合柱。该组合柱是由四块波纹钢板1和四个圆形的钢管2焊接组成四边形管，其中，四个圆形的钢管2位于四边形的四个顶点(即转角)，再在四边形管和四个圆形的钢管2内填充混凝土3而形成的。其制作方法如下：

1)按照设计尺寸加工好波纹钢板1和圆形的钢管2；