鋼筋增強ecc-鋼管混凝土組合柱的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種建筑物承重混凝土構(gòu)件，具體為一種鋼筋增強ECC-鋼管混凝土組合柱。
【背景技術(shù)】
[0002]近十幾年以來，鋼管混凝土以承載力高、自重輕、抗震性能好、施工便捷等優(yōu)點，在高層建筑和橋梁工程中得到了廣泛應(yīng)用，并取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。然而在在實際工程中，鋼管混凝土仍存在易于局部屈曲、耐久性較差、抗火能力不足等缺陷。為了提升鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和抗火性能，有學(xué)者提出了鋼管混凝土疊合柱結(jié)構(gòu)，并在近幾年得到了一定的應(yīng)用和發(fā)展。鋼管混凝土疊合柱由外部鋼筋混凝土和內(nèi)部鋼管混凝土疊合而成，相比普通鋼管混凝土，鋼管混凝土疊合柱具有更好的抗屈曲能力和更高的承載力。然而，試驗研宄和工程實踐表明，鋼管混凝土疊合柱外層混凝土延性遠小于中部鋼管混凝土，兩者協(xié)同變形能力較差，外層混凝土容易發(fā)生剝離，且核心鋼管混凝土的峰值荷載滯后于外層鋼筋混凝土，降低了疊合柱的極限承載力。同時，混凝土是一種準脆性材料，抗拉強度低，容易開裂。鋼管混凝土疊合柱在地震水平反復(fù)荷載作用下，外層混凝土受拉易發(fā)生開裂，并引起其與鋼筋和鋼管的粘結(jié)強度的迅速退化而發(fā)生剝離破壞，降低了結(jié)構(gòu)的抗震性能、耐久性和抗火性能，制約了鋼管混凝土疊合柱在實際工程中的推廣應(yīng)用。
[0003]中國專利文獻CN201627136U公開了一種PVC管鋼筋混凝土 -鋼管混凝土疊合構(gòu)件，構(gòu)件外層采用PVC管，內(nèi)層采用鋼管，在內(nèi)鋼管內(nèi)填充混凝土，外PVC管和內(nèi)鋼管之間為鋼筋混凝土。該構(gòu)件具有普通鋼管混凝土疊合柱的優(yōu)點，外層PVA管可提高構(gòu)件的抗腐蝕性能和耐久性，但是該構(gòu)件的抗火性能以及耐高溫性能較差。
[0004]中國專利文獻CN203905298U公開了一種FRP管鋼筋混凝土 -鋼管混凝土疊合構(gòu)件，該構(gòu)件包括鋼管和箍筋，鋼管內(nèi)填充有混凝土，鋼管外包裹有鋼筋混凝土，鋼筋混凝土內(nèi)設(shè)置有若干鋼筋，箍筋綁扎在鋼筋外側(cè)，鋼筋包括若干縱向設(shè)置的鋼筋和若干橫向設(shè)置的鋼筋，鋼筋混凝土外側(cè)設(shè)置有FRP管。該構(gòu)件可以提高構(gòu)件的承載能力及耐久性，但同樣也存在抗火性能和耐高溫性能較差的缺點。
[0005]中國專利文獻CN201635260U公開了一種中空鋼管-鋼筋混凝土疊合構(gòu)件，該疊合構(gòu)件由外鋼筋混凝土包裹鋼管構(gòu)成，是在鋼管中不填充混凝土的新型鋼管混凝土疊合構(gòu)件；外層采用鋼筋混凝土，內(nèi)層采用普通鋼管。該構(gòu)件具有較好的抗火性能，自重較輕，但仍存在外層混凝土與內(nèi)層鋼管協(xié)同性能較差、耐久性不足等缺點。
[0006]綜上，現(xiàn)有的疊合柱的耐久性、抗震性能、抗火性能還有待提高，如何結(jié)合新材料全方面提高疊合柱的安全性、適用性和耐久性，這正是本發(fā)明的出發(fā)點所在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有疊合柱中存在的不足，本發(fā)明提出一種全面提高疊合柱耐久性、抗震性能、抗火性能的鋼筋增強ECC-鋼管混凝土組合柱。
[0008]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的鋼筋增強ECC-鋼管混凝土組合柱，包括水泥基材料、鋼管、縱筋和箍筋，所述縱筋和箍筋連接成鋼筋籠，所述鋼筋籠與水泥基材料形成柱體，所述水泥基材料包括核心混凝土和外部ECC，所述鋼筋籠內(nèi)穿設(shè)有鋼管，所述核心混凝土填充于鋼管內(nèi)，所述外部ECC澆筑于鋼管外及鋼筋籠上。
[0009]作為優(yōu)選，為了克服柱體中不同材料在集中受力時的相對變形，所述鋼管的軸心與柱體的軸心相重合。
[0010]作為優(yōu)選，所述鋼管為圓鋼管，所述柱體為圓柱或棱柱。
[0011 ] 作為優(yōu)選，所述鋼管為方鋼管，所述柱體為圓柱或棱柱。
[0012]作為優(yōu)選，為了達到鋼材的最佳利用率，所述鋼管是外徑與鋼管壁厚比值為40-150的薄壁鋼管。
[0013]作為優(yōu)選，所述核心混凝土是具有自密實和微膨脹特性的高性能混凝土。
[0014]作為優(yōu)選，所述鋼管及核心混凝土與外部混凝土的端面相平齊。
[0015]作為優(yōu)選，所述柱體的端面為圓形、方形、矩形、多邊形或橢圓形，所述核心混凝土的端面為圓形、方形、矩形、多邊形或橢圓形。
[0016]本發(fā)明所采用的ECC為高延性水泥基復(fù)合材料(Engineered Cementit1usComposite, ECC)是經(jīng)系統(tǒng)的微觀力學(xué)設(shè)計，在拉伸和剪切荷載下呈現(xiàn)高延展性的一種纖維增強水泥基復(fù)合材料。通常是以水泥加填料或者粒徑不大于5_的細集料作為基體，用纖維(如聚乙烯纖維做增強材料，在僅使用體積率小于2%纖維(主要是合成纖維，如，PVA，PE等)的摻量下便可獲得3%以上拉應(yīng)變能力，且飽和狀態(tài)的多點開裂裂縫寬度小于3mm宏觀極限拉應(yīng)變可達到3%以上，是普通混凝土的300倍以上。
[0017]有益效果:本發(fā)明的有益效果為:
(I)承載力較高。由于ECC極限變形能力強，可與鋼管混凝土協(xié)同變形，兩者幾乎同時達到峰值荷載，鋼筋增強ECC-鋼管混凝土組合柱相比普通鋼管混凝土疊合柱具有更高的承載力。
[0018](2)防止鋼管屈曲能力強。ECC可有效控制裂縫的擴展，外部配筋ECC對中部鋼管混凝土約束作用比普通鋼筋混凝土強，可避免或延緩鋼管向外發(fā)生屈曲，提高了組合柱的極限承載力和延性。
[0019](3)抗震性能優(yōu)越。外層ECC的極限拉應(yīng)變可達3%以上，在地震作用下，鋼筋增強ECC-鋼管混凝土組合柱的外層ECC可更好地控制裂縫的開展，避免外層ECC的剝落，使得組合柱具有更高的殘余強度、剛度和變形能力，抗震性能優(yōu)越。
[0020](4)耐久性高。外層高延性ECC具有優(yōu)越的控制裂縫的能力，裂縫寬度可控制在60微米以下，有害介質(zhì)很難達到核心鋼管表面引起其發(fā)生銹蝕。
[0021](5)抗火性能好。ECC材料具有良好的抗火性能，基體中的PVA纖維在火災(zāi)高溫下逐漸融熔為基體中高溫高壓氣體向外釋放提供通道，不易發(fā)生爆裂，殘余強度較高，外包ECC可兼作組合柱的永久防火層，降低結(jié)構(gòu)防火構(gòu)造成本。
[0022]除了上面所述的本發(fā)明解決的技術(shù)問題、構(gòu)成技術(shù)方案的技術(shù)特征以及由這些技術(shù)方案的技術(shù)特征所帶來的優(yōu)點外，本發(fā)明的鋼筋增強ECC-鋼管混凝土組合柱所能解決的其他技術(shù)問題、技術(shù)方案中包含的其他技術(shù)特征以及這些技術(shù)特征帶來的優(yōu)點，將結(jié)合附圖做出進一步詳細的說明。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1的剖面圖；
圖3是本發(fā)明實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是圖3的剖面圖；
圖5是本發(fā)明實施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6是圖5的剖面圖；
圖7是本發(fā)明實施例4的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8是圖7的剖面圖；
圖9是本發(fā)明實施例5的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖10是圖9的剖面圖；
圖11是本發(fā)明實施例6的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖12是圖11的剖面圖；
圖13是本發(fā)明實施例7的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖14是圖13的剖面圖；
圖15是本發(fā)明實施例8的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖16是圖15的剖面圖；
圖17是本發(fā)明實施例9的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖18是圖17的剖面圖；
圖19是本發(fā)明實施例10的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖20是圖19的剖面圖；
圖21是本發(fā)明實施例11的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖22是圖21的剖面圖；
圖中:1-核心混凝土 ；2_鋼管；3-外部ECC ； 4-縱筋；5-箍筋。
【具體實施方式】
[0024]實施例1:
本實施例的鋼筋增強ECC-鋼管混凝土組合柱如圖1和圖2所示，由外層鋼筋增強ECC以及內(nèi)層鋼管混凝土而構(gòu)成，內(nèi)層鋼管混凝土是在鋼管2中填充核心混凝土 I ;外鋼筋增強ECC是由縱筋4和圓形的箍筋5構(gòu)成鋼筋骨架，并澆筑外部E