技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件領(lǐng)域，尤其涉及一種鋼管約束的鋼管混凝土新型構(gòu)件及其加工方法。

背景技術(shù)

鋼管混凝土指在鋼管中填充混凝土而形成的組合構(gòu)件。鋼管混凝土構(gòu)件在受力過程中，鋼管對混凝土的約束作用使混凝土處于三向受壓的應(yīng)力狀態(tài)，從而使鋼管中核心混凝土的強(qiáng)度得以提高，延性得到顯著改善；同時，核心混凝土的存在可避免或延緩鋼管發(fā)生局部屈曲，從而保證其材料性能得到充分發(fā)揮。與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，在鋼管混凝土施工過程中，鋼管可以作為澆筑其核心混凝土的模板，可節(jié)省模板費(fèi)用，加快施工進(jìn)度；與鋼結(jié)構(gòu)相比，核心混凝土的存在使構(gòu)件的耐火性能更好，節(jié)約防火涂料，降低工程造價。將鋼管與混凝土組合為鋼管混凝土，通過鋼管與核心混凝土的相互作用，不僅可以彌補(bǔ)兩種材料各自的缺點(diǎn)，而且能充分發(fā)揮二者的優(yōu)點(diǎn)，使鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有一系列優(yōu)越的力學(xué)性能。近年來，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)因其優(yōu)越的力學(xué)性能受到工程界的青睞，在高層建筑和大跨度橋梁中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

但鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程中應(yīng)用中也存在著不足之處，具體包括：

（1）鋼管混凝土柱在軸向荷載作用下，鋼管與核心混凝土同時承擔(dān)縱向荷載，因此鋼管對核心混凝土的約束效果未能得到充分發(fā)揮，特別是對于鋼管高強(qiáng)混凝土柱，鋼管對核心混凝土的約束效果不顯著，核心高強(qiáng)混凝土在受力過程中易產(chǎn)生剪切壓潰破壞；

（2）鋼管混凝土構(gòu)件在軸向荷載作用下，鋼管一般處于縱向受壓橫向受拉的應(yīng)力狀態(tài)，這使鋼管的縱向屈服強(qiáng)度低于鋼管單向受拉屈服強(qiáng)度；隨著變形的增加，鋼管對核心混凝土的橫向約束作用逐漸增強(qiáng)，特別是當(dāng)鋼管屈服后，鋼管的縱向應(yīng)力隨其橫向應(yīng)力的增加而逐漸降低，即鋼管對構(gòu)件縱向承載力的貢獻(xiàn)也隨之減弱；

（3）鋼管混凝土構(gòu)件在遭遇相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的設(shè)防地震影響時，構(gòu)件可能發(fā)生損壞，其鋼管可能達(dá)到屈服或產(chǎn)生屈曲，構(gòu)件需進(jìn)行修復(fù)加固才可繼續(xù)使用；

（4）鋼管混凝土構(gòu)件在軸向荷載作用下，在加載初期，鋼管與核心混凝土均處于彈性階段，由于鋼管的泊松比大于核心混凝土，鋼管的橫向變形比核心混凝土的橫向變形大，這導(dǎo)致鋼管與核心混凝土之間產(chǎn)生脫開現(xiàn)象，特別對于薄壁鋼管高強(qiáng)混凝土構(gòu)件，高強(qiáng)核心混凝土在加載初期橫向變形小，薄壁鋼管與核心混凝土脫開現(xiàn)象更為顯著；此外，實(shí)際工程中由于核心混凝土的澆筑、養(yǎng)護(hù)方式不當(dāng)或核心混凝土產(chǎn)生收縮、徐變和溫度變形可導(dǎo)致鋼管與核心混凝土之間產(chǎn)生脫空現(xiàn)象，以上現(xiàn)象均可影響鋼管與核心混凝土的相互作用，使鋼管在加載初期可產(chǎn)生較大初應(yīng)力，從而影響構(gòu)件的力學(xué)性能；

（5）實(shí)際鋼管混凝土構(gòu)件中，鋼管因其耐腐蝕性能差需定期進(jìn)行嚴(yán)格的防腐處理，否則容易發(fā)生銹蝕，影響構(gòu)件的耐久性和力學(xué)性能，限制了此類構(gòu)件在某些特殊環(huán)境中的使用，如超大跨徑鋼管混凝土拱橋因外層鋼管的耐腐性差導(dǎo)致其在沿海地區(qū)的發(fā)展與應(yīng)用受到限制；

為此，有必要設(shè)計一種新型的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，能夠增強(qiáng)構(gòu)件鋼管對核心混凝土的約束作用，提高構(gòu)件的承載力和延性，改善構(gòu)件的破壞模式，增強(qiáng)構(gòu)件的抗震和耐腐蝕性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鋼管約束的鋼管混凝土新型構(gòu)件，旨在解決現(xiàn)有鋼管混凝土構(gòu)件技術(shù)的不足，用以增強(qiáng)核心構(gòu)件鋼管與核心混凝土之間的共同工作性能，提高構(gòu)件的承載力和延性，改善構(gòu)件的破壞模式，增強(qiáng)構(gòu)件的抗震和耐腐蝕性能。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種鋼管約束的鋼管混凝土新型構(gòu)件，由空心柱體結(jié)構(gòu)的核心組件和空心柱體結(jié)構(gòu)的外層組件嵌套組成，所述核心組件內(nèi)部填充有內(nèi)層材料，所述內(nèi)層材料長度與所述核心組件相同；所述核心組件和所述外層組件的橫截面圖形均為圓柱形，所述核心組件和所述外層組件的橫截面的圓心重合；所述外層組件的內(nèi)壁寬度等于所述核心組件的外壁寬度；所述外層組件的長度小于所述核心組件。由于核心組件的長度要長于所述外層組件，且實(shí)際工程中外層組件不與核心組件的梁柱節(jié)點(diǎn)連接，所以本方案中外層組件實(shí)質(zhì)上是不承受縱向力作用，只是對核心組件與混凝土提供橫向約束的作用。

這與現(xiàn)有技術(shù)中普通的雙層嵌套鋼管具有很大的不同，現(xiàn)有技術(shù)中的雙層鋼管雖然從構(gòu)件中部的橫截面結(jié)構(gòu)上來說與本方案是一樣的，但是由于其外層結(jié)構(gòu)的長度于內(nèi)層結(jié)構(gòu)相同，所以受力時兩者是同時承受縱向力作用，使外層結(jié)構(gòu)鋼管對內(nèi)層結(jié)構(gòu)的約束作用不能充分發(fā)揮。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述核心組件和所述外層組件的制造材料為碳素鋼、不銹鋼和高強(qiáng)鋼中的一種。這些材料容易獲得，成本低廉。