一种螺杆加强内管型中空夹层钢管混凝土装配式梁的制作方法

1.本发明涉及一种螺杆加强内管型中空夹层钢管混凝土装配式梁，主要运用于土木建筑工程中，属于钢
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混凝土组合结构技术领域。


背景技术：

2.随着许多装配式建筑及大跨度结构地涌现，而传统的钢筋混凝土结构、木结构、砌体结构等很难满足这些空间形式，钢管混凝土结构作为钢
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混凝土组合结构的代表结构之一，往往比传统的结构有更好的力学性能。钢管混凝土借助内填混凝土的支撑作用，增强钢管壁的几何稳定性，改变钢管的失稳模态，从而提高其承载力，大大高于组成钢管混凝土的钢管和核心混凝土单独承载力之和，产生所谓“1 1>2”的“组合”效果。由于混凝土的存在可以避免或延缓钢管发生局部屈曲，可以使其材料被充分地利用。另外，大量工程实际表明：采用钢管混凝土的承压构件比普通钢筋混凝土承压构件约可节约混凝土50%，减轻结构自重50%左右。钢材用量略高或约略相等；和钢结构相比，可节约钢材50%左右。总之，通过钢管和混凝土组合而成为钢管混凝土，不仅可以弥补两种材料各自的缺点，而且能够充分发挥二者的优点。
3.方钢管和矩形钢管对其核心混凝土的约束效果虽不如圆钢管显著，但仍有很好的效果，尤其可以有效地提高构件的延性，另外，节点处理也较容易。研究结果表明：方、矩形钢管混凝土的承载能力大大高于空钢管和混凝土单独承受外荷载能力,也高于二者承载力的叠加，构件的变形能力也很强。
4.螺杆加强内管型中空夹层钢管混凝土装配式梁截面形式采用中空夹层截面形式，选择中空夹层截面形式主要的原因是：核心区域的混凝土对构件的抗弯刚度提升并不明显，因此在保证抗弯刚度足够的情况下，选择中空夹层截面可以大幅度地减轻构件的自重，节省材料，使构件达到一个更为合理的形式。研究表明这种船体结构具有很大的刚度，可以避免在外压力作用下的失稳破坏。此后，人们开始探讨这种结构应用于海洋平台支架柱、建筑中的大直径柱以及遭受冰荷载作用的结构中的可能性，在这些情况下的夹层结构是作为建筑物或构筑物中的构件来使用，以承受轴力、剪力和弯矩的单独或联合作用。


技术实现要素：

5.中空夹层钢管混凝土梁较普通钢筋混凝土梁结构的主要优点：自身重力较轻，这对大跨度结构、高层建筑结构以及抗震较有优势，以及制作和施工吊装方便。与此同时，钢筋混凝土结构抗裂性较差，受拉和受弯等构件在正常使用时往往带裂缝工作，对一些不允许出现裂缝或对裂缝宽度有严格限制的结构，要满足这些要求就需要提高工程造价。此外，钢筋混凝土结构的隔热隔声性能也较差。因此中空夹层钢管混凝土与钢筋混凝土相比具有诸多优势。
6.本发明的目的是，针对普通矩形中空夹层钢管混凝土梁受力不均，在结构受力过程中，混凝土首先受拉破坏退出工作，其受拉区域的力由内钢管和外钢管共同承担，但达屈
服时内管较外管先出现局部屈服，内管屈服后就退出了工作，剩下拉应力全部由外管承担，此时，虽然中空夹层钢管梁比普通混凝土梁抗拉承载力提高许多，但钢管材料仍得不到充分利用，因此本发明特提出一种螺杆加强内管型中空夹层钢管混凝土装配式梁。
7.本发明的特点是通过螺杆链接将内管与外管形成联系，内外钢管所承受的拉应力可以通过螺杆传递，这样使内外钢管可以共同受力，并且受力更加均匀。在中空夹层钢管混凝土梁受力的过程中，通过螺杆传链接作用可以使内管钢管共同形变，内钢管承受的拉应力部分可以通过螺杆传递给外钢管，这样内钢管可以承受更大的拉应力，更晚达到屈服点。这种形式大大增大了内外钢管材料的利用率，结构形式更加合理。
8.本发明的技术方案如下：一种螺杆加强内管型中空夹层钢管混凝土装配式梁，包括方外钢管，方内钢管，商品混凝土，螺杆，螺帽。其中钢管使用q355无缝钢管，42.5普通硅酸盐水泥,所配置商品混凝土强度不宜过高，选择立方体抗压强度在50mpa左右即可。
9.本发明钢管模具的施工方式是通过螺杆将内管与外管连接，再使用螺帽将外伸螺杆固定至外钢管上。内管先进行攻丝工艺处理，内管与螺杆连接形式为螺纹连接。外钢管预留相应位置孔洞使螺杆能穿过，再用螺帽扭紧，螺栓连接能够加固内外钢管的连接紧密程度。连接紧密程度越高，拉应力就能够更好、更均匀地传递。
10.截面空心率不小于0.51的情况下, 螺杆加强内管型中空夹层钢管混凝土装配式梁构件的纯弯力学性能和普通方中空夹层钢管混凝土梁基本类似,构件的荷载
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变形关系不出现下降段,构件具有良好的截面曲率延性和抗弯承载力,截面空心率为大于0.77时,钢管的局部屈曲对构件的力学性能有一定的影响, 荷载
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变形关系出现较为明显的下降段。
11.通过有限元模拟可知试件均在加载后期构件纯弯段某一截面位置处形成塑性铰，此时截面受压区的钢管发生局部屈曲，且随着空心率的增大，塑性铰的出现越早并趋于明显。 因此由分析所得截面空心率选择为0.583，即外方钢管平面尺寸取600
×
600mm,内方钢管尺寸350
×
350mm。
12.通过非线性有限元计算分析,并与试验对比分析发现,螺杆加强内管型中空夹层钢管混凝土装配式梁纯弯性能及刚度比普通矩形中空夹层实心钢管混凝土梁有很大提高，整根梁屈服时间点更晚出现，达屈服后延性也不断变好。
13.本发明应用前景：一种螺杆加强内管型中空夹层钢管混凝土装配式梁抗弯承载力高、抗震性能好、施工方便、自重轻等特点，适合应用于大跨度桥梁结构、海洋平台结构、装配式建筑结构等结构中。内方钢管代替受拉区钢筋，可较大程度上提高抗拉承载力及抗弯刚度。并且受拉区中空区域无混凝土，自重轻、安装方便，该梁并可作为一种装配式建筑的预制构件，具有省人工、省时间优点，可广泛应用于装配式建筑。现如今装配式建筑的建造速度快，而且生产成本较低，迅速在世界各地推广开来。大量的建筑部品由车间生产加工完成，现场拼装即可。
附图说明
14.图1是本发明螺杆加强内管型中空夹层钢管混凝土装配式梁截面图。
15.图2是本发明螺杆加强内管型中空夹层钢管混凝土装配式梁边界条件示意图。
具体实施方式
16.下面结合附图对本发明进行详细说明：螺杆加强内管型中空夹层钢管混凝土装配式梁是一种制作简便、运用灵活的钢管混凝土梁，构件截面如图1所示，施工方式是通过螺杆3将内管2与外管1连接，再使用螺帽4将外伸螺杆固定至外钢管上。内管2与螺杆3连接形式为螺纹连接，外钢管1预留相应位置孔洞使螺杆能穿过，并且穿过的部位再以焊接连接，再用螺帽4扭紧，螺栓连接能够加固内外钢管的连接紧密程度。连接紧密程度越高，拉应力就能够更好、更均匀地传递。最后模具制作完成后灌注商品混凝土5即可，混凝土灌注过程中需要不断捣鼓，使混凝土能够填充密实钢管，降低构件性能的误差。
17.攻丝，指的是用一定的扭矩将丝锥旋入要钻的底孔中加工出内螺纹。内管2经过攻丝工艺加工出符合螺杆的内螺纹，将螺杆旋进内管采用螺纹连接。
18.外方钢管平面尺寸取600
×
600mm,内方钢管尺寸350
×
350mm,如截面图1所示，同一水平处两个螺杆并排设置，两根螺杆间隔220mm,距内钢管边缘50mm,螺杆直径选择15mm，每排螺杆之间的间距为1000mm。
19.中空夹层钢管方外钢管与方内钢管施工工艺均为冷弯再焊接，内外方钢管由4块钢板拼焊而成, 采用对接坡口焊缝形式，在进行试件加工时,首先将钢管端部在车床上刨平, 并严格控制内、外两层钢管长度的一致性。然后将内层钢管和试件下部端板进行焊接,再套装外层钢管并与下部端板焊接。浇筑混凝土时,先将试件竖立,从顶部灌入混凝土,并用振捣棒振捣使混凝土灌注均匀、密实。在混凝土浇注2周后,用高强环氧砂浆将试件顶部的混凝土(与钢管)抹平,并焊接顶部盖板。制作模具过程中焊缝按《钢结构设计规范》(gbj17
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88) 进行设计。在灌注混凝土后再将上盖板焊接至方外钢管上，焊接焊缝均满足规范要求。