具有防火、防撞、防震功能的钢管混凝土结构及制作工艺的制作方法

1.本发明涉及钢管混凝土结构技术领域，具体涉及一种具有防火、防撞、防震功能的钢管混凝土结构及制作工艺。


背景技术：

2.钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成、且钢管及其核心混凝土能共同承受外荷载作用的结构构件。混凝土的抗压强度高，但抗弯能力很弱，而钢材，特别是型钢的抗弯能力强，具有良好的弹塑性，但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。而钢管混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起，共同发挥作用，从而大大地提高了承载能力。常规的钢管混凝土受力结构构件以各种柱、梁、板或组合结构为主，在大跨、重载以及轻型桥梁等结构中有着越来越广泛的应用。
3.然而，在实际使用过程中，现有的钢管混凝土结构存在以下不足：
4.1、由于常年经受动载荷作用，容易造成内层结构直接承受撞击作用，易发生局部屈曲，最终导致钢管混凝土结构被破坏；
5.2、在防护火灾、撞击、地址灾害等耦合灾害作用时候防护能力较弱且防护功能单一，易造成结构被迅速破坏而失稳，使得钢管混凝土结构的发展与应用受到限制。
6.因此，对现有钢管混凝土结构进行改进，设计一种具有防火、防撞、防震功能的钢管混凝土结构及其制作工艺是十分重要的。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种具有防火、防撞、防震功能的钢管混凝土结构及其制作工艺，以增强钢管混凝土结构遭遇火灾、撞击或突发地质灾害时的防火、防撞、抗震变形吸能能力，填补国内关于钢管混凝土结构在应对火灾、撞击或突发地质灾害等方面措施的空缺。
8.本发明是通过以下技术方案予以实现的：
9.一方面，本发明提供一种具有防火、防撞、防震功能的钢管混凝土结构，包括钢管混凝土结构主体和设置在其底部的支座，其中：
10.所述钢管混凝土结构主体包括钢管和套设在所述钢管外部的第一保护套，所述钢管的内腔中填充有混凝土层，所述钢管和第一保护套之间的夹层中填充有第一石棉板；
11.所述支座包括支座本体和用于支撑所述支座本体的支撑块，所述支座本体是由多层钢板和多层橡胶交错布置组成，其外缘轮廓形状与所述钢管相同，所述支座本体的外部套设有第二保护套，所述第二保护套与所述支座本体之间的夹层中填充有第二石棉板；
12.所述支撑块上开设有卡槽，所述第二保护套的底部插入所述卡槽中与所述支撑块连接。
13.上述技术方案中，所述第一保护套和第二保护套优选为一体结构，所述第一石棉板和第二石棉板优选为一体结构。
14.进一步地，所述钢管的上下两端沿外壁周向等距设置多个固定钉，所述第一保护套的上下两端沿内壁周向等距设置多个固定钉，所述钢管上的固定钉和所述第一保护套上的固定钉上下交错设置。
15.进一步地优选地，所述固定钉的长度小于所述钢管和第一保护套之间夹层厚度的一半。
16.上述技术方案中，所述钢管内腔中的混凝土层的底部预埋有上连接钢板，所述支座本体的上部设有上层加强钢板，所述上连接钢板通过高强螺栓与上层加强钢板连接。
17.所述支撑块内的上部预埋有下连接钢板，所述支座本体的下部设有下层加强钢板，所述下连接钢板通过高强螺栓与下层加强钢板连接。
18.另外，所述第一保护套和第二保护套的外表面均设有防护涂料层，所述钢管混凝土柱身、垫石与支座本体通过高粘结性环氧树脂砂浆结合为一体；所述钢管、第一保护套、第二保护套以及支座本体的横截面形状相对应，均为圆形、矩形、椭圆形、多边形或曲边形中的一种。
19.另一方面，本发明还提供一种具有防火、防撞、防震功能的钢管混凝土结构制作工艺，包括如下步骤：
20.步骤1，按设计要求的尺寸准备施工所需钢管，并在所述钢管内的底部预埋上连接钢板；
21.步骤2，在所述钢管内腔中浇灌混凝土形成混凝土层；
22.步骤3，待步骤2的混凝土固化产生一定强度后，在所述钢管上下两端的外壁上沿周向等距设置多个固定钉；
23.步骤4，待步骤2的混凝土完全固化后，将支座安装在其底部；
24.步骤5，在所述钢管和支座本体的外周包裹一圈石棉板；
25.步骤6，最后从所述钢管顶端向下套入保护套，所述保护套的底部插入所述支座的卡槽中，完成钢管混凝土结构的制作。
26.与现有技术相比，本发明具有如下优点：
27.1、本发明在原有技术的基础上在外周围设置了钢管保护套，起到防火作用，可防止火灾发生后火焰直接烧蚀内部的钢管混凝土结构，避免内部的结构过快升温导致混凝土开裂、结构失稳，同时对钢管混凝土结构主体本身的承载力及稳定性有所提高；
28.2、本发明本在钢管与保护套之间的夹层中填充了石棉板，石棉板具有很好的防火隔热效果，而且在撞击作用下可产生明显的塑性变形而吸收撞击能量，从而改善了现有钢管混凝土结构在遭遇侧向冲击时产生的局部变形问题，增强钢管混凝土柱耗能能力；
29.3、本发明在钢管混凝土结构主体的底部设有高阻尼隔震橡胶支座，将钢管混凝土结构所承受的竖向承载力、水平恢复力、阻尼(吸能)三位一体，支座滞回特点(载荷
‑
变形曲线)饱满、耗能显著；
30.4、本发明在高阻尼隔震橡胶支座外设有第二保护套，很好的保护了内部橡胶不受臭氧、紫外线影响，使其橡胶支座具有更好的耐老化性；同时第二保护套与支座本体之间的夹层填充石棉板，共同作用，使柱本身在收到撞击、地质灾害等情况时具有更好的恢复和耗能能力；
31.5、本发明加工简单，结构稳定，适用范围广，适用于地下停车场、桥梁、高架桥墩等
重要公共场所的建筑防撞结构；
32.6、本发明的钢管混凝土结构本体及支座都是采用工厂预制，加工工艺简单、标准化程度高、成本低；
33.7、本发明填补了国内关于钢管混凝土结构防火、防撞、防震吸能能力措施的空缺，提供了一种更先进的实用防护措施。
附图说明
34.图1为本发明钢管混凝土结构的整体结构示意图；
35.图2为图1中钢管混凝土结构主体的俯视图；
36.图3为图1中支座的结构示意图；
37.图4为本发明钢管混凝土结构的制作工艺流程图。
38.图中所示：
[0039]1‑
钢管，2
‑
第一保护套，3
‑
混凝土层，4
‑
第一石棉板，5
‑
支撑块，6
‑
钢板，7
‑
橡胶，8
‑
第二保护套，9
‑
第二石棉板，10
‑
卡槽，11
‑
固定钉，12
‑
上连接钢板，13
‑
上层加强钢板，14
‑
高强螺栓，15
‑
下连接钢板，16
‑
下层加强钢板。
具体实施方式
[0040]
以下将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
[0041]
请一并参阅图1
‑
3所示，本发明提供一种具有防火、防撞、防震功能的钢管混凝土结构，包括钢管混凝土结构主体和设置在其底部的支座，其中：
[0042]
所述钢管混凝土结构主体包括钢管1和套设在所述钢管1外部的第一保护套2，所述钢管1的内腔中填充有混凝土层3，所述钢管1和第一保护套2之间的夹层中填充有第一石棉板4；
[0043]
所述支座包括支座本体和用于支撑所述支座本体的支撑块5，所述支座本体是由多层钢板6和多层橡胶7交错布置组成，其外缘轮廓形状与所述钢管1相同，所述支座本体的外部套设有第二保护套8，所述第二保护套8与所述支座本体之间的夹层中填充有第二石棉板9；
[0044]
所述支撑块5上开设有卡槽10，所述第二保护套8的底部插入所述卡槽10中与所述支撑块5连接。
[0045]
上述实施例在具体实施时，所述第一保护套2和第二保护套8为一体结构，所述第一石棉板4和第二石棉板9为一体结构。
[0046]
上述实施例在具体实施时，优选的，所述钢管1的上下两端沿外壁周向等距设置多个固定钉11，所述第一保护套2的上下两端沿内壁周向等距设置多个固定钉11，所述钢管1上的固定钉11和所述第一保护套2上的固定钉11上下交错设置。
[0047]
进一步地优选的，所述固定钉11的长度小于所述钢管1和第一保护套2之间夹层厚度的一半。
[0048]
上述实施例中所述钢管1和支座本体的连接为：所述钢管1内腔中的混凝土层3的底部预埋有上连接钢板12，所述支座本体的上部设有上层加强钢板13，所述上连接钢板12通过高强螺栓14与上层加强钢板13连接。
[0049]
上述实施例中所述支座本体和支撑块5的连接为：所述支撑块5内的上部预埋有下连接钢板15，所述支座本体的下部设有下层加强钢板16，所述下连接钢板15通过高强螺栓14与下层加强钢板16连接。
[0050]
另外，所述第一保护套2和第二保护套8的外表面均设有防护涂料层；所述钢管混凝土柱身、垫石与支座本体通过高粘结性环氧树脂砂浆结合为一体。
[0051]
所述钢管1、第一保护套2、第二保护套8以及支座本体的横截面形状相对应，均为圆形、矩形、椭圆形、多边形或曲边形中的一种。
[0052]
同时，如图4所示，本发明提供一种具有防火、防撞、防震功能的钢管混凝土结构的制作工艺，具体步骤如下：
[0053]
步骤1，按设计要求的尺寸准备施工所需钢管1，并在所述钢管1内的底部预埋上连接钢板12；
[0054]
步骤2，在所述钢管1内腔中浇灌混凝土形成混凝土层3，此处浇筑的混凝土实体按实际荷载要求设计，但不限于常规混凝土，可以参入纤维或外掺剂形成高性能混凝土浇筑而成；
[0055]
步骤3，待步骤2的混凝土固化产生一定强度后，在所述钢管1上下两端的外壁上沿周向等距设置6根固定钉11；
[0056]
步骤4，待步骤2的混凝土完全固化后，将支座安装在其底部；
[0057]
进一步地，所述支座与钢管1的安装是通过设置在支座本体中上部的上层加强钢板13与预埋在钢管1底部的上连接钢板12经过高强螺栓14连接在一起；
[0058]
步骤5，在所述钢管1和支座本体的外周包裹一圈石棉板；
[0059]
步骤6，最后从所述钢管1顶端向下套入保护套，所述保护套的底部插入所述支座的卡槽10中，完成钢管混凝土结构的制作。
[0060]
在上述实施例中，在所述钢管1的外部设置第一保护套2起到防火作用，避免火焰直接烧蚀内部的钢管混凝土结构，导致内部的结构过快升温导致混凝土开裂、结构失稳，同时对钢管混凝土结构本身的承载力及稳定性有所提高；同时所述第一保护套2和第二保护套8的外壁均涂有防护涂料，防护涂料具有耐腐蚀、耐磨、耐高温、耐冲击等性能；钢管1和第一保护套2、及支座本体与第一保护套8中的夹层中填充有石棉板6，石棉板具有很好的防火隔热效果，而且在撞击作用下可产生明显的塑性变形而吸收撞击能量，从而改善了现有钢管混凝土柱在遭遇侧向冲击时产生的局部变形问题，增强钢管混凝土柱耗能能力。
[0061]
在上述实施例中，所述支座为高阻尼隔震橡胶支座，支座将钢管混凝土结构主体所承受的竖向承载力、水平恢复力、阻尼(吸能)三位一体，支座滞回特点(载荷
‑
变形曲线)饱满、耗能显著。
[0062]
在上述实施例中，钢管混凝土结构主体、支撑块5与支座本体通过高粘结性环氧树脂砂浆结合为一体；高粘结性环氧树脂砂浆具有很好的粘结性，它能将钢管混凝土结构主体、支撑块5与支座本体牢固的粘结在一起；硬化后抗压强度强，且具有一定的弹性，受压后不易破坏。高粘结性环氧树脂砂浆费用低廉，具有便用施工、快速凝结的特点。
[0063]
在上述实施例中，第二保护套8很好的保护了内部橡胶不受臭氧、紫外线影响，使其橡胶支座具有更好的耐老化性；同时第二保护套与支座本体之间的夹层填充石棉板，共同作用，使柱本身在收到撞击、地质灾害等情况时具有更好的恢复和耗能能力。
[0064]
综上所述，本发明提供的一种具有防火、防撞、防震功能的钢管混凝土结构及制作工艺，填补了国内关于钢管混凝土柱结构防火、防撞、防震吸能能力措施的空缺，提供了一种更先进的实用防护措施，适用于地下停车场、桥梁、高架桥墩等广泛重要公共场所的建筑防撞结构。
[0065]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0066]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0067]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例的技术方案。