仿竹外约束支撑管混凝土柱

技术领域

本发明提供一种仿竹外约束支撑管混凝土柱，属于新型混凝土支撑结构。

背景技术

随着环境污染问题的加剧，人们越来越深刻地认识到保护环境的重要性，国家也大力推行绿色建筑理念的实施。然而在建筑行业，大量难以降解的固体废弃物逐年累积，固体废弃物的利用率低导致大量的固体废弃物得不到重复利用。

外约束支撑管混凝土结构是一种结合了混凝土抗压强度高和外约束支撑管抗弯能力强的新型建筑结构形式，两者共同发挥作用，极大地提高了建筑结构的承载能力，这种建筑结构形式得到了越来越广泛的应用。作为混凝土柱的外约束支撑管，比较常见的包括钢管、碳纤维管、高性能合金管等，其中钢管是最为常见的一种外约束支撑管。但是，外约束支撑管混凝土结构的混凝土使用量多，结构自重大。因此，在充分发挥混凝土和外约束支撑管两种材料的性能优势的同时，如何进一步提高外约束支撑管混凝土结构的力学性能，减轻结构自重，并提高建筑经济效益成为实现外约束支撑管混凝土结构推广应用的技术难题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有的钢管混凝土结构自重大的问题，提供一种仿竹外约束支撑管混凝土柱。

本发明采用如下技术方案实现：

仿竹外约束支撑管混凝土柱，包括外约束支撑管1以及内部浇筑的混凝土5，所述外约束支撑管1以节段形式拼接固定，其相邻节段之间设有竹节钢筋2于管内，每个外约束支撑管1节段的内部设有整体填充块4，所述混凝土5浇筑于整体填充块4外表面与外约束支撑管1内壁之间的空腔内，所述整体填充块4侧表面和外约束支撑管1内壁之间的混凝土为竹筒空心结构，所述外约束支撑管1相邻节段间的混凝土与竹节钢筋共同组成竹节实心结构。

在本发明的仿竹外约束支撑管混凝土柱中，进一步的，每一节段内沿轴向设有至少一个整体填充块4，所述整体填充块4与外约束支撑管节段两端的竹节钢筋2连接固定。

在本发明的仿竹外约束支撑管混凝土柱中，进一步的，所述整体填充块4可以采用固体废弃物制成的圆柱体、球体或椭球体形状的块状结构，采用的固体废弃物包括但不限于塑料、碎玻璃、陶瓷碎片、砖瓦、碎石、渣土、混凝土碎块、废钢铁等。

在本发明的仿竹外约束支撑管混凝土柱中，进一步的，所述整体填充块4在外表面折角处设置圆滑曲面倒角，以避免混凝土5包裹整体填充块4而形成尖角，减小混凝土成型后的应力集中现象。

在本发明的仿竹外约束支撑管混凝土柱中，进一步的，所述整体填充块4采用熔化粘结成型、整体压缩成型或包裹固定成型等方式。

在本发明的仿竹外约束支撑管混凝土柱中，进一步的，所述整体填充块4通过固定连接件3与竹节钢筋2连接固定，所述固定连接件3一端设有埋入整体填充块4内部的锚固件31，另一端与竹节钢筋2的中心连接固定。

在本发明的仿竹外约束支撑管混凝土柱中，进一步的，所述竹节钢筋2采用若干等长钢筋焊接成中心对称钢筋架固定在外约束支撑管1内壁，竹节钢筋2在混凝土浇筑过程中支撑固定整体填充块4，在混凝土凝固后参与结构受力。

在本发明的仿竹外约束支撑管混凝土柱中，进一步的，所述混凝土5为高流态混凝土，沿外约束支撑管竖向浇筑，自动填充外约束支撑管内部空腔，无需振捣即可密实。

在本发明的仿竹外约束支撑管混凝土柱中，进一步的，所述外约束支撑管1采用钢管、碳纤维管或高性能合金管。

在本发明的仿竹外约束支撑管混凝土柱中，进一步的，所述外约束支撑管1内壁采用螺纹粗糙表面处理，以提高外约束支撑管内壁和混凝土5的粘结能力，进而提高结构整体的力学性能。

在上述仿竹外约束支撑管混凝土柱方案中，在整体填充块和外约束支撑管围成的环形浇筑空间内，整体填充块侧表面和外约束支撑管内壁之间的混凝土为竹筒空心结构，所述外约束支撑管相邻节段间的混凝土与竹节钢筋共同组成竹节实心结构，整个外约束支撑管混凝土结构形成仿竹结构，结合其内部填充的固体废弃物，构成了本发明仿竹外约束支撑管混凝土柱的主体技术方案。

与现有技术相比，本发明的上述技术方案有益效果在于：

将固体废弃物作为整体填充块，能够有效吸纳大自然难以降解的塑料、碎玻璃、陶瓷碎片、砖瓦、碎石、渣土、混凝土碎块、废钢铁等，可以实现废物利用，利于环保；外约束支撑管内壁和固体废弃物外表面等形成了浇筑混凝土时的模具，可以实现混凝土浇筑免模板，降低建造成本，提高其经济性，有利于绿色建筑理念的实施；浇筑混凝土后，竹节钢筋及其附近混凝土形成的竹节实心结构能够提高结构的局部抗屈曲能力，进而提高整体承载力，有利于提高外约束支撑管混凝土柱的整体性能。

综上所述，本发明的仿竹外约束支撑管混凝土柱充分发挥外约束支撑管和混凝土的性能优势，同时更好地处理和回收利用固体废弃物，减少混凝土使用量，降低建造成本，提高建筑经济效益，践行绿色建筑的理念，实现建筑可持续发展的目标。

以下结合附图和具体实施方案对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为实施例的仿竹外约束支撑管混凝土柱的立体示意图。

图2为实施例的仿竹外约束支撑管混凝土柱的纵向内部视图。

图3为实施例的仿竹外约束支撑管混凝土柱的横向内部视图。

图中标号：1-外约束支撑管，2-竹节钢筋，3-固定连接件，31-锚固件，4-整体填充块，5-混凝土。

具体实施方式

实施例

为使本发明专利实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图及具体实施方式，进一步阐述本发明专利。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明专利，并不用于限定本发明专利。

参见图1、图2和图3，图示中的仿竹外约束支撑管混凝土柱为本发明的一种具体实施方案，具体包括外约束支撑管1、竹节钢筋2、固定连接件3、整体填充块4和混凝土5，其中外约束支撑管1一般采用钢管，结构主体为钢管混凝土结构。钢管以节段形式拼接固定，钢管节段的每一节段长度可以根据设计或施工确定，一般推荐不小于3m。在相邻的钢管节段之间的内侧，通过焊接固定有竹节钢筋2。每个钢管节段的内部设有整体填充块4，整体填充块4并非离散的颗粒，而是沿钢管轴线布置的整体块状结构。混凝土5浇筑于整体填充块4外表面与钢管内壁之间的空腔内，其中，在整体填充块4侧表面和钢管内壁之间成型的混凝土结构为竹筒空心结构，钢管节段间成型的混凝土结构与埋设的竹节钢筋共同组成竹节实心结构，整体形成本实施例的仿竹外约束支撑管混凝土柱。

在本实施例的仿竹外约束支撑管混凝土柱方案中，结合外部的钢管结构和内部填充的混凝土，保证了钢管混凝土的结构强度，同时空心结构减少了混凝土的使用量。为方便钢管内部构件的安装设置，结构采用分节段焊接固定的形式施工。钢管完成内部构件的组装之后，先通过固定连接件3和锚固件31逐一将若干钢管节段连接，再焊接各钢管节段以固定形成整体，并且钢管外侧进行抛光打磨上漆处理，最后将其竖直放置形成柱体，一次性浇筑混凝土。也可以采用分段浇筑混凝土的方式，以保证混凝土5的流动性。

进一步的，本实施例在每个钢管节段内沿钢管轴向设有至少一个整体填充块4，整体填充块4的横截面最大直径可以根据实际情况进行调整，使得施工时混凝土5可以顺利到达空腔内。当钢管长度过长时可以采用多个整体填充块4沿钢管轴向串接，整体填充块4与钢管节段两端的竹节钢筋2连接固定。

整体填充块4由固体废弃物制成，其形状可以采用圆柱体、球体或椭球体等形式。实际应用中可以采用的固体废弃物包括但不限于塑料、碎玻璃、陶瓷碎片、砖瓦、碎石、渣土、混凝土碎块、废钢铁等。针对上述这些固体废弃物，可以采用熔化粘结成型、整体压缩成型或包裹固定成型等方式来制成整体填充块4。其中，熔化粘结成型适用于含有特定的可熔化的固体废弃物，如金属等，这些材料熔化后具有一定的粘结力，可以将其他固体废弃物粘结成块；整体压缩成型是指通过机械设备将固体废弃物压缩成一个块状整体，而不易散落，适用于具有一定塑性的固体废弃物；包裹固定成型是指利用网格材料包裹固体废弃物使其成为一个整体，网格材料可以采用网眼大小合适的网格布或网袋，使其包裹住的固体废弃物不至于漏出，适用于粒径较大的固体废弃物。

在制备整体填充块4的过程中，在整体填充块4的外表折角处设置圆滑曲面倒角，以避免混凝土5包裹整体填充块4而形成尖角，减小混凝土5成型后的应力集中现象。如本实施例中的整体填充块4采用圆柱体，圆柱体的纵截面为矩形，如果直接浇筑混凝土5会在矩形顶角处形成直角凹陷，因此，本实施例在圆柱体侧表面和端圆面之间设置圆弧过渡，如图2中所示。

具体的，整体填充块4通过固定连接件3与竹节钢筋2连接固定，固定连接件3一端设有埋入整体填充块4内部的锚固件31，另一端与竹节钢筋2的中心连接固定。

本实施例中的固定连接件3可以采用金属链条、钢索或钢条等形式，与竹节钢筋2采用螺栓连接或焊接固定，采用金属链条作为固定连接件3时需要在链条两端设置固定座耳。锚固件31根据整体填充块4的密实程度采用膨胀螺钉或带倒钩的刺型铆钉，较密实的整体填充块4采用膨胀螺钉，空隙较大的采用带倒钩的刺型铆钉。实际应用中，根据钢管节段的长度沿轴向串接多个整体填充块4，相邻整体填充块4之间也通过固定连接件3串接固定，固定连接件3两端分别设置埋入整体填充块4内部的锚固件31。

具体的，竹节钢筋2采用若干等长钢筋焊接成中心对称钢筋架固定在钢管内壁，所有钢筋穿过钢管的中心焊接固定成整体，端部分别与钢管的内壁焊接固定。钢筋之间等夹角焊接固定，形成十字形、*形或米字形等中心对称结构钢筋框架，钢筋中心与固定连接件3焊接固定。

在本实施例中，竹节钢筋2附近的混凝土的厚度在满足承载力要求的前提下尽量做薄，以节省混凝土用量，可根据承载的要求增加整体填充块4的轴向高度来实现。竹节钢筋2的不同型号和层数的组合形成的钢筋网，其孔隙大小须大于3倍混凝土5中粗骨料粒径以满足浇筑要求，确保混凝土5能够顺利流通钢筋网。竹节钢筋2对于大型钢管结构，应根据承载力要求选用多支型、多层、粗钢筋的组合方式以形成空间网架结构，例如米字型、双层、Ф32钢筋网，以满足承载力要求。

实际应用中外约束支撑管1还可以采用碳纤维布制成的碳纤维管，相较于合金材料的金属管，碳纤维管具有较好的强度，同时具备更轻的质量，可以根据实际承载力需求来选择。外约束支撑管1对其内壁处理形成螺纹粗糙表面，以提高钢管内壁和混凝土5的粘结能力，进而提高结构整体的力学性能。外约束支撑管1和混凝土5之间的粘结程度还需要协调两者的高温形变参数，考虑膨胀系数及膨胀应力等，以保证结构整体力学性能。

在本发明的仿竹外约束支撑管混凝土柱中，进一步的，混凝土5为高流态混凝土，在经济性要求不高而对力学性能要求高的前提下，可以采用自密实混凝土，沿钢管竖向浇筑，自动填充钢管内部空腔，无需振捣密实。

在本文中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”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，仅是为了表达技术方案的清楚及描述方便，因此不能理解为对本发明的限制。

在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。