專利名稱:四束狀超高性能混凝土約束普通混凝土矩形柱的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種四束狀超高性能混凝土約束普通混凝土矩形柱，包括矩形截面混凝土柱，混凝土柱的柱體骨架包括包覆在柱身外的外包板和分隔柱截面內部空間的內隔板，柱體骨架由超高性能混凝土(UHPC)澆筑成型外包板和內隔板將矩形柱截面分割成四個大小相同的且獨立的束狀矩形單元體，形成四個束狀的獨立分體柱；各分體柱內可澆筑普通強度等級的混凝土及配置構造需求的鋼筋籠骨架。本實用新型充分利用混凝土自約束功能，取代鋼材對混凝土的外包約束作用，節(jié)約鋼材并降低造價；基于UHPC優(yōu)良的密實性、可澆筑性以及高強度，截面分區(qū)后的四束狀能顯著提高混凝土柱的承載能力和耐久性能，具有結構簡單、材料新穎、性能優(yōu)越、適應建筑工業(yè)化生產等特點。
【專利說明】
四束狀超高性能混凝土約束普通混凝土矩形柱
技術領域
[0001]本實用新型屬于建筑工程技術領域，尤其涉及一種四束狀超高性能混凝土約束普通混凝土矩形柱。
【背景技術】
[0002]鋼筋混凝土結構柱作為一種量大面廣的豎向承重構件，其在各類建筑工程和橋梁工程中發(fā)揮了重要作用。然而面對高速發(fā)展的經濟需求，全球普遍出現人口聚集區(qū)域化、城市用地緊張等局面，這就向城市規(guī)劃者和建設者提出了更為苛刻的要求，即如何在有限的生存環(huán)境下提高人居生活質量并緊跟城市發(fā)展的步伐。因此，高層及超高層建筑、重載橋梁等重要生命線工程應運而生，這勢必對傳統鋼筋混凝土結構柱產生巨大的沖擊，其主要為鋼筋混凝土柱的承載能力有限、抗震性能較差、耐久性能不良等缺陷，如此便限制了這類構件在上述結構中的應用。
[0003]為了滿足結構承載能力的需求，諸多增強型措施被用于鋼筋混凝土柱，這些措施主要包括提高混凝土強度(如采用高強混凝土)、增加含鋼率(如采用型鋼混凝土)以及使用約束混凝土 (如鋼管混凝土)等。高強混凝土雖然能提高柱本身的承載能力，但高強混凝土的脆性對結構柱的抗震性能十分不利。當然內置的型鋼可以在這方面彌補高強混凝土的不足，然而另一個顯著問題也隨之而來，即在柱內布置較多的型鋼將導致施工階段混凝土的澆筑十分困難，不能保證混凝土的澆筑質量。顯然，采用約束混凝土技術能更好地避免上述現象的產生，鋼管混凝土柱秉承了鋼結構與混凝土結構的優(yōu)勢，但在鋼材使用量上則顯得不夠經濟，且鋼管與混凝土之間容易出現粘脫等現象，其可削弱鋼管對混凝土的約束作用，組合效果變差。雖然相應的構造措施(如設置加勁肋和約束拉桿)也被提出來用于改善鋼管混凝土柱的性能，但是這些措施會對鋼管造成較大的損傷，并且加工成本也大幅度增加。此夕卜，外包的鋼管在鋼管混凝土柱后期防腐、防火處理上也極為繁瑣，若處理不當，則十分不利于結構的耐久性能和防火性能。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型要解決的技術問題是提供一種構造簡單、施工便捷、性能優(yōu)良、經濟節(jié)約的四束狀超高性能混凝土約束普通混凝土矩形柱。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型采用以下技術方案:四束狀超高性能混凝土約束普通混凝土柱，包括矩形截面混凝土柱，矩形截面混凝土柱的柱體骨架包括包覆在柱外的外包板和分隔柱截面內部空間的內隔板，柱體骨架由超高性能混凝土澆筑成型，且構成骨架的外包板和內隔板相互貫通連接;外包板和內隔板將矩形柱截面分割成四個大小相同的矩形獨立單元體，形成四個束狀的獨立分體柱。
[0006]內隔板有兩道，分別位于矩形截面柱的正交中軸線上，并分別垂直于兩個方向的柱外包板。
[0007]在每個單元體內放置鋼筋籠骨架，并采用普通混凝土將各單元體澆筑密實。
[0008]鋼筋籠骨架為矩形，由縱向鋼筋和水平箍筋綁扎而成。
[0009]針對現有鋼筋混凝土柱存在的不足，發(fā)明人設計了一種四束狀超高性能混凝土約束普通混凝土柱，包括矩形截面混凝土柱，矩形截面混凝土柱的柱體骨架包括包覆在柱外的外包板和分隔柱截面內部空間的內隔板，柱體骨架由超高性能混凝土澆筑成型；外包板和內隔板將矩形柱截面分割成四個大小相同的矩形獨立單元體，形成四個束狀的獨立分體柱。
[0010]本實用新型通過三方面實現了鋼筋混凝土柱承載能力的大幅度提高:
[0011]〈1>使用高致密性和高強度的超高性能混凝土作為混凝土柱的外包板和內隔板，形成對內部普通混凝土的約束骨架，而這兩個“高”恰恰促使了超高性能混凝土可取代傳統鋼管對混凝土的約束材料，克服了外包鋼管抗腐蝕性差、抗火性不良等缺陷，也有利于節(jié)約鋼材并降低工程造價和后期維護所需的費用。
[0012]〈2>超高性能混凝土沿襲了混凝土可澆注性的特點，將其作為內隔板將矩形柱的內部空間進行分區(qū)，形成四個束狀的獨立分體柱，更小的柱體截面可發(fā)揮約束緊致的作用，有利于對混凝土材料更強的約束效應;通過在正交兩個方向設置內隔板，并將矩形截面均分為四等份，有利于柱截面均勻受力，發(fā)揮材料的承壓能力。
[0013]〈3>在各束獨立分體柱內可配置多種類型的加強措施，如鋼筋籠骨架、型鋼骨架、鋼管、PVC管以及高強混凝土等，方便滿足不同承載力需求的混凝土柱設計形式。
[0014]總之，本實用新型充分利用混凝土自約束功能(超高性能混凝土約束普通混凝土)，充分發(fā)揮混凝土材料間橫向變形系數相近的特色，以此取代鋼材對混凝土的外包約束作用，節(jié)約鋼材并降低造價;基于超高性能混凝土優(yōu)良的密實性、可澆筑性以及高強度，多束狀能顯著提高矩形柱的承載能力和耐久性能，具有結構簡單、材料新穎、性能優(yōu)越等特點。此外，通過預制超高性能混凝土柱體骨架可實現建筑工業(yè)化的要求，同時輕薄高強的超高性能混凝土有利于機械化吊裝，能有效加快施工進度。
【附圖說明】

[0015]圖1是本實用新型四束狀超高性能混凝土約束普通混凝土柱柱體骨架示意圖。
[0016]圖2是本實用新型四束狀超高性能混凝土約束普通混凝土柱空間立體示意圖。
[0017]圖1和圖2中:I內隔板一，2內隔板二，3外包板，4縱向鋼筋，5水平箍筋，6普通混凝土。
【具體實施方式】
[0018]基本結構
[0019]如圖1和圖2所示，本實用新型的四束狀超高性能混凝土約束普通混凝土柱，包括矩形截面混凝土柱，矩形截面混凝土柱的柱體骨架包括包覆在柱外的外包板和分隔柱截面內部空間的內隔板，柱體骨架是由超高性能混凝土一次性澆筑成型的預制構件，且構成骨架的外包板和內隔板相互貫通連接;在矩形柱截面正交兩個方向的中軸線上設置兩道內隔板，分別垂直于各邊外包板;外包板和內隔板將矩形柱截面分割成四個大小相同的矩形獨立單元體，形成四個束狀的獨立分體柱。在每個單元體內放置適度配筋的鋼筋籠骨架，并采用普通混凝土將各單元體澆筑密實。
[0020]設計原理
[0021 ]如圖1所示，在矩形截面柱的柱體骨架中，內隔板一和內隔板二分別位于矩形截面柱兩正交中軸線上，并分別垂直于柱各邊的外包板，由此將大的矩形截面分割成四個更小的矩形截面，且四個小矩形截面的面積相等;通過在矩形截面柱體外部設置外包板，形成外包約束內部的功能，并將內隔板和外包板相互貫通成為一個整體骨架;通過對矩形骨架支模并向其內澆筑超高性能混凝土，采用蒸汽養(yǎng)護后成型為矩形超高性能混凝土柱體骨架。該生產過程宜在較高規(guī)格的預制構件廠進行生產，保證構件質量。如圖2所示，在圖1柱體骨架的基礎上，根據需要通過配置相應的縱向鋼筋和水平箍筋，并將由兩者綁扎而成的矩形鋼筋籠骨架放置于各束狀分體柱內，進一步增強矩形柱的承載能力;之后，向其內空間澆筑普通混凝土，由此形成四束狀超高性能混凝土約束普通混凝土柱。
[0022]生產使用
[0023]I)首先在預制構件廠支模形成如圖1所示的矩形柱柱體骨架，在柱截面正交兩個方向的中軸線上設置兩道內隔板，分別垂直于各邊外包板，之后向外包板和內隔板中澆筑超高性能混凝土并采用蒸汽養(yǎng)護成型；
[0024]2)將矩形超高性能混凝土柱體骨架吊裝至框架結構中的特定位置，采用預埋連接件將柱體骨架與基礎或下部樓層進行連接；
[0025]3)按照一定的規(guī)格綁扎矩形鋼筋籠骨架，該鋼筋籠骨架由分布于矩形截面四個角點的縱向鋼筋和一定箍筋間距的水平箍筋構成；
[0026]4)將鋼筋籠骨架分別放入矩形柱柱體的各束分體柱內，并向其中澆筑普通混凝土即得。
[0027]綜上所述，本實用新型應用超高性能混凝土約束普通混凝土的四束狀矩形截面柱，與現有技術相比具有如下優(yōu)點:
[0028]I)對矩形截面分區(qū)后，每一個束狀單元可等效為一個分體柱，而各束狀分體柱又是通過外包和內隔的超高性能混凝土薄板聯系在一起，即連體內有分體，這樣便形成一個又獨立又統一的截面形式；
[0029]2)在各束狀截面內，可采用多種措施用于提高矩形柱的承載能力，其內的配置方式更加靈活，可為鋼筋籠骨架、型鋼骨架、鋼管、PVC管等，甚至在各分體柱僅采用普通混凝土或高強混凝土;若采用高強混凝土的增強方式，能有效克服高強混凝土所具有的脆性性質，實現優(yōu)優(yōu)組合；
[0030]3)超高性能混凝土 (UHPC)是一種高強度、高模量、高延性的超高性能纖維增強水泥復合材料，UHPC還具有相當高的致密性，抗?jié)B系數很高，水分基本不易透過UHPC進入內部普通混凝土。如果用UHPC代替普通混凝土結構，通?？梢圆捎幂^小的板厚，降低結構自重，從而降低工程造價。因此以超高性能混凝土取代鋼管，一方面超高性能混凝土良好的密實性并不輸于鋼材，且其抗壓強度也遠大于鋼材的強度，因此可節(jié)約鋼材并降低造價；另一方面能避免因鋼材銹蝕產生的耐久性能降低以及防火措施要求苛刻等后期維護所需要的人力、物力投入，實現一勞永逸的目的；
[0031]4)可將由超高性能混凝土澆筑而成的矩形柱柱體作為預制構件在工廠實現建筑工業(yè)化生產，保證超高性能混凝土的澆筑和養(yǎng)護質量，加快施工進度，有利于節(jié)約綜合費用；
[0032]5)超高性能混凝土擁有比普通混凝土更加優(yōu)越的抗拉強度、抗壓強度和耐久性能，能顯著提高矩形柱的承載能力和耐腐蝕性，在極端環(huán)境下采用此類構件也能保證其力學性能的發(fā)揮，對于實現混凝土自約束功能具有良好的應用前景。
【主權項】
1.一種四束狀超高性能混凝土約束普通混凝土矩形柱，包括矩形截面混凝土柱，其特征在于:所述矩形截面混凝土柱的柱體骨架包括包覆在柱外的外包板和分隔柱截面內部空間的內隔板，柱體骨架由超高性能混凝土澆筑成型，且構成骨架的外包板和內隔板相互貫通連接;所述外包板和內隔板將矩形柱截面分割成四個大小相同的矩形獨立單元體，形成四個束狀的獨立分體柱。2.根據權利要求1所述的四束狀超高性能混凝土約束普通混凝土矩形柱，其特征在于:所述內隔板有兩道，分別位于矩形截面柱的正交中軸線上，并分別垂直于兩個方向的柱外包板。3.根據權利要求1所述的四束狀超高性能混凝土約束普通混凝土矩形柱，其特征在于在每個所述單元體內放置鋼筋籠骨架，并采用普通混凝土將各單元體澆筑密實。4.根據權利要求3所述的四束狀超高性能混凝土約束普通混凝土矩形柱，其特征在于:所述鋼筋籠骨架為矩形，由縱向鋼筋和水平箍筋綁扎而成。
【文檔編號】E04C3/34GK205712740SQ201620346611
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月22日
【發(fā)明人】徐金俊, 陳宗平, 陳宇良, 經承貴, 陳俊睿
【申請人】廣西大學