一种方钢管混凝土柱及其制造方法

1.本发明涉及建筑工程技术领域，尤其是涉及一种方钢管混凝土柱及其制造方法。


背景技术：

2.在钢管混凝土结构中，外部的钢管对核心混凝土的变形起到了约束作用，使得钢管混凝土结构具有强度高、塑性好以及抗震性能好的优点，被广泛应用于建筑领域。实际工程中有大量的钢管混凝土柱采用方形截面的结构形式，由于方钢管周向对核心混凝土的约束力不均匀，方钢管的侧壁面容易在竖向应力的作用下产生向外局部屈曲而使承载力降低的问题，而方钢管的棱边处则不容易向外局部屈曲。为了缓解方钢管侧壁面产生向外局部屈曲的问题，现有技术在钢管外表面切槽以增强对核心混凝土的约束作用，但槽口处的钢管形成薄弱截面，其局部约束力变小，会提前产生屈曲；且切槽的加工难度大，生产成本高。


技术实现要素：

3.本发明的第一个目的是提供一种方钢管混凝土柱，以解决现有技术中存在的方钢管的侧壁面容易产生向外局部屈曲而使承载力降低的问题，且该方钢管混凝土柱还具有加工方便以及成本低的优势。
4.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
5.一种方钢管混凝土柱，包括方钢管、纤维增强复合材料布以及内填混凝土，所述方钢管内部填充有所述内填混凝土；
6.所述方钢管的每一个侧面通过冲压形成多个向内凹陷的压槽，且所述压槽的延伸方向与所述方钢管的轴向相垂直；任意一个所述方钢管侧面的多个所述压槽沿着所述方钢管的轴向平行间隔分布；所述方钢管轴向上任意相邻的两个压槽之间包裹有所述纤维增强复合材料布。
7.进一步地，所述压槽的截面轮廓形状为弧形、v形、多边形中的一种。
8.进一步地，所述压槽的深度不小于所述方钢管板厚的1/2；所述压槽的宽度为所述压槽深度的2倍；轴向上相邻的两个所述压槽之间的间距介于所述方钢管横截面外轮廓边长的0.5-1倍的范围内。
9.进一步地，所述方钢管由两个相同的折弯钢板拼接而成；所述折弯钢板包括首尾依次相连的第一钢板、第二钢板以及第三钢板，所述第一钢板和所述第三钢板平行设置，所述第二钢板垂直于所述第一钢板和所述第三钢板。
10.进一步地，所述折弯钢板还包括第四钢板，所述第四钢板的一侧连接于所述第三钢板远离所述第二钢板的一侧，且所述第三钢板和所述第四钢板之间的角度为锐角。
11.进一步地，所述第四钢板上通过激光切割出多个沿竖直方向分布的孔洞。
12.进一步地，任意一个所述压槽的两端分别焊接有一个栓钉。
13.进一步地，所述方钢管的内表面焊接有多个纵向筋，所述纵向筋与所述压槽相交设置，所述纵向筋对应于所述压槽的位置设置有避让槽。
14.进一步地，所述方钢管和所述纤维增强复合材料布之间通过环氧树脂胶粘结。
15.本发明的第二个目的是提供一种方钢管混凝土柱的制造方法，采用该方法制造的方钢管混凝土柱，一方面能够避免方钢管侧壁面产生向外局部屈曲的问题，另一方面可以阻碍内填混凝土在硬化收缩过程中与钢管内壁脱离，还具有方便快捷、可规模化生产的优势。
16.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
17.一种方钢管混凝土柱的制造方法，包括如下步骤：
18.(1)下料工序：利用激光切割出合适大小的钢板，利用激光在钢板的设定位置上切割出孔洞，并切割出多组缝隙，每组缝隙包括两个平行间隔设置的缝隙；
19.(2)冲压工序：预先制作冲压模具，包括下模具和上模具，下模具设置有多个平行间隔设置的凹槽，上模具设置有对应于凹槽的多条凸模；通过冲压模具在钢板上每组缝隙的两个缝隙之间冲压出一个压槽；
20.(3)折弯工序：将钢板折弯，折弯后的钢板包括首尾依次相连的第一钢板、第二钢板、第三钢板以及第四钢板，第一钢板和第三钢板平行设置，第二钢板垂直于第一钢板和第三钢板，第三钢板和第四钢板之间的折弯角度为锐角；第一钢板和第二钢板上分别沿纵向分布有多条平行且间隔设置的压槽，且压槽朝钢板的折弯方向凹陷；孔洞设置于第四钢板；
21.(4)焊接纵向筋和栓钉工序：将纵向筋焊接固定于方钢管的内表面；在每一个压槽的两端分别敲入一个栓钉，并焊接固定；
22.(5)焊接方钢管工序：使其中一个折弯钢板的第三钢板的外表面与另一个折弯钢板的第一钢板的内表面相抵接，沿高度方向对两个折弯钢板进行焊接固定；
23.(6)浇筑工序：在方钢管内浇筑混凝土，并进行充分振捣；
24.(7)包裹纤维增强复合材料布工序：对方钢管的外壁进行打磨、清洁，通过环氧树脂胶将纤维增强复合材料布缠绕固定在方钢管轴向上任意相邻的两个压槽之间以及方钢管的两端。
25.本发明的有益效果：
26.本发明提供了一种方钢管混凝土柱及其制造方法，包括方钢管、纤维增强复合材料布以及内填混凝土，方钢管内部填充有内填混凝土；方钢管的每一个侧面通过冲压形成多个向内凹陷的压槽，且压槽的延伸方向与方钢管的轴向相垂直；任意一个方钢管侧面的多个压槽沿着方钢管的轴向平行间隔分布；方钢管轴向上任意相邻的两个压槽之间包裹有纤维增强复合材料布。浇筑混凝土时，压槽处的钢管受到内填混凝土的上下挤压，避免此处钢管产生向外屈曲；压槽的位置处因轴向应力的传递被阻断，当内填混凝土的膨胀变形量较大时，会在压槽附近产生向外屈曲，而包裹于方钢管周部的纤维增强复合材料布可以有效抑制两个压槽之间的钢管发生向外屈曲。本实施例通过压槽和纤维增强复合材料布相结合，增强了对内填混凝土的约束效果，提高方钢管的承载力和延性；并且，压槽可以阻碍内填混凝土在硬化收缩过程中与钢管内壁脱离，提高钢管混凝土柱的承载力和刚度；此外，纤维增强复合材料布具有耐腐蚀的优点，可以减缓钢管在恶劣环境下的锈蚀劣化问题，提高了构件的耐久性。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明实施例一提供的方钢管混凝土柱的三维结构示意图；
29.图2为本发明实施例一提供的方钢管混凝土柱中方钢管的三维结构示意图；
30.图3为本发明实施例一提供的方钢管混凝土柱的局部剖视图；
31.图4为本发明实施例二提供的方钢管混凝土柱的制造方法中所用冲压模具的三维结构示意图；
32.图5为本发明实施例二提供的方钢管混凝土柱的制造方法中压槽的加工示意图。
33.图标：
34.1-方钢管；11-压槽；111-栓钉；112-缝隙；12-第一钢板；13-第二钢板；14-第三钢板；15-第四钢板；151-孔洞；
35.2-纤维增强复合材料布；
36.3-内填混凝土；
37.4-纵向筋；
38.51-下模具；52-上模具。
具体实施方式
39.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.需要说明的是，在本发明的描述中，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
41.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“连接”和“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介相连；可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
42.实施例一
43.参照图1，本实施例一提供了一种方钢管混凝土柱，包括方钢管1、纤维增强复合材料布2以及内填混凝土3，方钢管1内部填充有内填混凝土3；方钢管1的每一个侧面通过冲压形成多个向内凹陷的压槽11，且压槽11的延伸方向与方钢管1的轴向相垂直；任意一个方钢管1侧面的多个压槽11沿着方钢管1的轴向平行间隔分布；方钢管1轴向上任意相邻的两个压槽11之间包裹有纤维增强复合材料布2。浇筑混凝土时，压槽11阻断了钢管上轴向应力的
传递，压槽11处的钢管受到内填混凝土3的上下挤压，避免此处钢管产生向外屈曲；压槽11的位置处因轴向应力的传递被阻断，当内填混凝土3的膨胀变形量较大时，会在压槽11附近产生向外屈曲，而包裹于方钢管1周部的纤维增强复合材料布2可以有效抑制两个压槽11之间的钢管发生向外屈曲。本实施例通过压槽11和纤维增强复合材料布2相结合，增强了对内填混凝土的约束效果，提高方钢管的承载力和延性；并且，压槽11可以阻碍内填混凝土3在硬化收缩过程中与钢管内壁脱离，提高钢管混凝土柱的承载力和刚度；此外，纤维增强复合材料布2具有耐腐蚀的优点，可以减缓钢管在恶劣环境下的锈蚀劣化问题，提高了构件的耐久性。
44.内填混凝土3由普通混凝土、自密实混凝土、纤维混凝土、高强混凝土和再生混凝土中的任一种浇筑而成；浇筑时，将方钢管1布置到指定位置充当模板，向其内倒入混凝土，同时对混凝土进行充分振捣。
45.可选地，压槽11的截面轮廓形状为弧形、v形、多边形中的一种。
46.本实施例中，压槽11的深度不小于方钢管1板厚的1/2；压槽11的宽度为压槽11深度的2倍，其长度介于方钢管1横截面外轮廓边长的0.5-0.8倍的范围内，轴向上相邻的两个压槽11的间距介于方钢管1横截面外轮廓边长的0.5-1倍的范围内。若压槽11的长度过短或者轴向上相邻的两个压槽11之间的间距过大，则无法有效地约束混凝土；而若压槽11的长度过长或者相压槽11的间距过小，则提高了加工难度；本实施例合理的设置了压槽11的尺寸范围，在保证对内填混凝土3的约束强度的同时，降低加工难度。
47.进一步地，方钢管1和纤维增强复合材料布2之间通过环氧树脂胶粘结。安装时，用环氧树脂胶将纤维增强复合材料布2充分浸润后，沿方钢管1的环向将纤维增强复合材料布2包裹在方钢管1上；可选地，纤维增强复合材料布2的包裹层数为1至3层；包裹完成后，用特制的辊子压实使其粘贴牢靠。
48.可选地，纤维增强复合材料布2为玻璃纤维布、碳纤维布、芳纶纤维布中的一种。当所用纤维增强复合材料布2为单向纤维布时，应注意使纤维方向沿柱环向设置。
49.进一步地，任意一个压槽11的两端分别焊接有一个栓钉111，以提高压槽11处的纵向承载力。可选地，压槽11的深度大于方钢管1的板厚，从而在压槽11的两端形成孔洞，便于栓钉111的敲入；栓钉111与压槽11焊接设置，封堵压槽11两端的孔洞，避免施工时在压槽11的两端处产生漏浆的问题，施工时方钢管1可以作为模板直接使用。
50.参照图2，方钢管1由两个相同的折弯钢板拼接而成；折弯钢板包括首尾依次相连的第一钢板12、第二钢板13以及第三钢板14，第一钢板12和第三钢板14平行设置，第二钢板13垂直于第一钢板12和第三钢板14。第三钢板14的长度应小于第一钢板12远离第二钢板13的侧壁面距离压槽11端部的距离，以避免其中一个折弯钢板的第一钢板12和另一个折弯钢板的第三钢板14接触时产生干涉。
51.进一步地，折弯钢板还包括第四钢板15，第四钢板15的一侧连接于第三钢板14远离第二钢板13的一侧，且第三钢板14和第四钢板15之间的角度为锐角。可选地，第四钢板15上通过激光切割出多个沿竖直方向分布的孔洞151。上述设置能够减少方钢管1相对设置的两条棱边附近与内填混凝土3之间的脱黏现象，阻碍内填混凝土3在硬化收缩过程中与钢管内壁脱离；并且，由于孔洞151在钢板下料时激光切割成型，无需另外加工，加工过程方便简单。
52.参照图3，方钢管1的内表面焊接有多个纵向筋4，纵向筋4与压槽11相交设置，纵向筋4对应于压槽11的位置设置有避让槽；本实施例中，方钢管1每个侧面的内表面设置有两个纵向筋4，每一条压槽11的长度方向间隔设置有两个纵向筋4。上述结构，一方面，纵向筋4能够提高方钢管1和内填混凝土3之间的粘合力，阻碍内填混凝土3在硬化收缩过程中与钢管内壁脱离，提高方钢管混凝土柱的承载力和刚度；另一方面，由于压槽11处轴向应力的传递被阻断，向外屈曲的力集中在压槽11的附近，而纵向筋4能够加强了此处方钢管1的强度，避免其产生向外屈曲。
53.为了进一步提高方钢管1和内填混凝土3之间的粘合力，纵向筋4上设置有多个沿着纵向筋4长度方向分布的通孔。
54.实施例二
55.本实施例二提供了一种方钢管混凝土柱的制造方法，参照图4和图5，该制造方法包括如下步骤：
56.1、下料工序：利用激光切割出合适大小的钢板，利用激光在钢板的设定位置上切割出多个孔洞151，并切割出多组缝隙，每组缝隙包括两个平行间隔设置的缝隙112；
57.2、冲压工序：预先制作冲压模具，包括下模具51和上模具52，下模具51设置有多个平行间隔设置的凹槽，上模具52设置有对应于凹槽的多条凸模；通过冲压模具在钢板上每组缝隙的两个缝隙112之间冲压出一个压槽11；
58.3、折弯工序：将钢板折弯，折弯后的钢板包括首尾依次相连的第一钢板12、第二钢板13、第三钢板14以及第四钢板15，第一钢板12和第三钢板14平行设置，第二钢板13垂直于第一钢板12和第三钢板14，第三钢板14和第四钢板15之间的折弯角度为锐角；第一钢板12和第二钢板13上分别沿纵向分布有多条平行且间隔设置的压槽11，且压槽11朝钢板的折弯方向凹陷；孔洞151设置于第四钢板15；
59.4、焊接纵向筋和栓钉工序；将纵向筋4焊接固定于方钢管1的内表面；在每一个压槽11的两端分别敲入一个栓钉111，并焊接固定；
60.5、焊接方钢管工序：使其中一个折弯钢板的第三钢板14的外表面与另一个折弯钢板的第一钢板12的内表面相抵接，沿高度方向对两个折弯钢板进行焊接固定；
61.6、浇筑工序：在方钢管1内浇筑混凝土，并进行充分振捣；
62.7、包裹纤维增强复合材料布工序：对方钢管1的外壁进行打磨、清洁，通过环氧树脂胶将纤维增强复合材料布2缠绕固定在方钢管1轴向上任意相邻的两个压槽11之间以及方钢管1的两端。
63.本发明提供的方钢管混凝土柱及其制造方法，一方面，通过压槽11和纤维增强复合材料布2相结合，增强了对内填混凝土3的约束效果，避免方钢管1的侧壁面产生向外局部屈曲的问题，提高方钢管1的承载力和延性；另一方面，压槽11、第四钢板15以及纵向筋4的设置，可以阻碍内填混凝土3在硬化收缩过程中与钢管内壁脱离，提高钢管混凝土柱的承载力和刚度；此外，本实施例提供的方钢管混凝土柱还具有加工过程方便快捷的优势，可规模化生产，针对不同的工程需求，可以快速更换加工设备，完成生产线的转换。
64.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各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各实施例技术方案的范围。