CN110258923A - 基于单个波谷形式的波形钢管混凝土异形柱 - Google Patents

Abstract

本申请涉及建筑结构工程领域，公开一种基于单个波谷形式的波形钢管混凝土异形柱，包括波形钢管异形柱和内填混凝土；用于内填混凝土的波形钢管异形柱为L形或T形，由若干平钢板、若干波形钢板通过折弯和焊接而成；波形钢管异形柱的宽面波形为中央对称的单个波谷形式，波形包括梯形波折形、或矩形波折形、或三角形波折形、或波浪波折形。本申请波形钢板能够有效增强薄壁钢管的稳定性能，以解决应用高强钢的钢管易发生局部失稳的问题，并可进一步提高钢管混凝土异形柱结构性能的潜力；同时，单个波谷形式既有利于施工过程中的混凝土振捣，也减少了对建筑空间的占用；此外，本申请还具有构造简单、设计合理、力学性能优越、造价低及施工方便等优点。

Description

基于单个波谷形式的波形钢管混凝土异形柱

技术领域

本申请涉及建筑结构工程领域，具体涉及一种基于单个波谷形式的波形钢管混凝土异形柱。

背景技术

钢管混凝土结构是将薄壁钢管内填混凝土形成的钢-混组合结构，常用于轴向力偏心较小的受压构件。其基本原理：薄壁钢管对受压混凝土的侧向约束作用，使后者处于三向受力的复杂应力状态，延缓了混凝土纵向微裂缝的产生和发展，从而提高核心混凝土的抗压强度和韧性；内填混凝土对薄壁钢管起支撑作用，增强了钢管管壁的稳定性，改变了钢管的失稳模态并降低了用钢量，从而提高了结构的承载能力。此外，与钢筋混凝土柱相比，钢管混凝土柱的浇筑无需支模板，施工简单且节省成本，可提高施工效率。钢管混凝土结构具有承载力高、截面尺寸小及抗震性能优越等优点，还适应现代工业化施工的要求，从而广泛应用于高层建筑、工业厂房和大跨度桥梁等结构中。

由于轴对称的截面，截面形式规则的钢管混凝土柱的套箍作用更好，但是其几何形式无法满足对空间美观、布局灵活以及建筑内部空间利用率高等多样化的需求。例如，在住宅与办公建筑中，运用广泛的方形和矩形的柱子常在墙角处发生“露柱”现象，异形截面柱应运而生。然而，薄壁钢管容易产生局部失稳，这一现象制约了高强钢在钢管混凝土柱中应用。在异形钢管混凝土柱中，截面肢长方向的管壁宽厚比往往较大，且薄壁钢管的受压屈曲荷载随着管壁宽厚比的增大而减小。为避免结构失效，屈曲荷载不应小于钢材屈服强度，而这是高强钢应用于钢管混凝土结构的难点之一。

发明内容

本申请的目的在于，提供了一种基于单个波谷形式的波形钢管混凝土异形柱，以解决现有的高强钢管混凝土异形柱容易出现局部屈曲的问题，提高薄壁钢管的局部屈曲荷载，其应用高强钢材，还可进一步提高钢管混凝土异形柱承载能力的极限，具有很好的经济实用性。

为了实现上述目标，本申请提供了如下技术方案：

一种基于单个波谷形式的波形钢管混凝土异形柱，包括波形钢管异形柱和内填混凝土。其中，波形钢管异形柱由若干平钢板和若干波形钢板通过折弯和焊缝连接而成；内填混凝土浇筑于在波形钢管异形柱内部，包括素混凝土、钢筋混凝土、钢骨混凝土、钢骨-钢筋混凝土中的一种或多种。

进一步，平钢板和波形钢板的厚度相同、材料相同，且均由普通钢材或高强钢材制成。

进一步，波形钢管异形柱的截面轮廓为矩形、或Z字形、或十字形、或L形、或T形，且其各肢的截面分为肢长和肢宽；肢长为波形钢管异形柱各肢的柱肢截面长度，管壁宽厚比相对较大且容易发生局部失稳；肢宽为波形钢管异形柱各肢的柱肢截面宽度，管壁宽厚比相对较小且较难发生局部失稳。

在本申请中，肢长必须设计波形，而肢宽可以根据工程力学理论分析判断决定是否设计波形。

进一步，肢长由波形钢板构成，在转角处通过折弯或焊接与其余面相连，其波形采用单个波谷形式，其波形可以根据实际情况和理论分析调整位置和波长；肢宽由平钢板或波形钢板构成，在转角处通过折弯或焊接与其余面相连。

在本申请中，波形钢板的波形采用单个波谷形式，可以优先采用中央对称的波形。

进一步，波形钢板的波形为梯形波折形、或矩形波折形、或三角形波折形、或波浪波折形的单个波谷形式，且单个波谷形式的凸面朝向内侧并与内填混凝土接触，同时其波形方向与柱高的方向垂直。

进一步，波形钢板的波形可通过两种方式制成，分别为折弯成型或冲压模具成型。

与现有技术相比，本申请的有益效果在于：

(1)本申请可以解决高强钢管混凝土异形柱的宽面容易发生局部屈曲的问题。

(2)本申请中波形采用单个波谷形式，避免了结构对建筑空间的占用；同时，在满足局部稳定性要求的同时，这种中央对称的波形也有利于混凝土施工振捣。

(3)本申请具有设计合理、构造简单、施工便利、力学性能优越、造价低等优点。

附图说明

图1为一种基于单个波谷形式的波形钢管混凝土异形柱示意图；

图2为一种基于单个波谷形式的波形钢管混凝土L形柱示意图；

图3为基于单个波谷形式的波形钢管L形柱示意图；

图4为波形钢管L形柱中按设计要求折弯后的第一平钢板示意图；

图5为波形钢管L形柱中按设计要求折弯后的第一波形钢板示意图；

图6为一种基于单个波谷形式的波形钢管混凝土T形柱示意图；

图7为基于单个波谷形式的波形钢管T形柱示意图；

图8为波形钢管T形柱中按设计要求折弯后的第二平钢板示意图；

图9为波形钢管T形柱中按设计要求折弯后的第三平钢板示意图；

图10为波形钢管T形柱中按设计要求折弯后的第二波形钢板示意图。

附图标记说明

1-波形钢管异形柱、11-波形钢管L形柱、12-波形钢管T形柱、2-内填混凝土、31-第一平钢板、32-第二平钢板、33-第三平钢板、41-第一波形钢板、42-第二波形钢板、5-折弯、6-角焊缝、7-端焊缝。

具体实施方式

下面将结合具体实施例及其附图对本申请提供的技术方案作进一步说明。结合下面说明，本申请的优点和特征将更加清楚。

如图1至图10所示，基于单个波谷形式的波形钢管混凝土异形柱，包括波形钢管异形柱1和内填混凝土2；波形钢管异形柱1的截面轮廓可采用矩形、或Z字形、或十字形、或L形、或T形；内填混凝土2浇筑于在波形钢管异形柱1内部，可采用素混凝土、钢筋混凝土、钢骨混凝土、钢骨-钢筋混凝土中的一种或多种。

实施例1

在本实施例中，波形钢管异形柱1采用L形柱。

如图2所示，采用L形柱的基于单个波谷形式的波形钢管混凝土异形柱，包括波形钢管L形柱11和内填混凝土2；内填混凝土2浇筑于在波形钢管L形柱11的内部，包括素混凝土、钢筋混凝土、或钢骨混凝土、钢骨-钢筋混凝土中的一种或多种。

如图3所示，波形钢管L形柱11包括第一平钢板31和第一波形钢板41，第一平钢板31和第一波形钢板41分别设有多个折弯5，且第一平钢板31位于第一波形钢板41内侧，两者的侧边之间通过角焊缝6连接，共同构成截面为闭合L形的波形钢管L形柱11。

如图4所示，在本实施例中，第一平钢板31可以设置三个大的折弯5形成截面为连续双V形的结构。

如图5所示，第一波形钢板41可以设置一个大的折弯5形成截面为L形的结构，且L形的横部和竖部均设有梯形单个波谷形式；在优选的实施方式中，可以采用中央对称的梯形单个波谷形式。

在优选的实施方式中，第一平钢板31和第一波形钢板41的厚度相同、材料相同，且均由普通钢材或高强钢材制成。

在本实施例中，波形钢管L形柱11的截面为L形，且其各肢的截面分为肢长和肢宽；肢长为波形钢管L形柱11各肢的柱肢截面长度，管壁宽厚比相对较大且容易发生局部失稳；肢宽为波形钢管L形柱11各肢的柱肢截面宽度，管壁宽厚比相对较小且较难发生局部失稳。第一平钢板31和第一波形钢板41均按设计要求折弯，通过弯折角形成波形钢管L形柱11各个面，弯折角可分别通过折弯或冲压模具的方式成型。

在本实施例中，以第一平钢板的折弯为例对折弯成型进行说明。

折弯成型的方式为，根据设计尺寸的要求，通过折弯机将待加工的第一平钢板弯折成设计波形，具体过程如下：

步骤A1，将按设计波形制造的V形模具固定在工作台上；

步骤A2，待加工的第一平钢板安装在滑块下端，将折弯位置与滑块刀口对准；

步骤A3，控制滑块带动第一平钢板向下与模具闭合实现板料的折弯；

步骤A4，移动待加工的第一平钢板，将新的折弯位置对准滑块刀口；

步骤A5，控制滑块带动第一平钢板向下与模具闭合实现板料的折弯；

步骤A5，重复以上步骤，直至弯折出设计波形。

实施例2

在本实施例中，波形钢管异形柱1采用T形柱。

如图6所示，采用T形柱的基于单个波谷形式的波形钢管混凝土异形柱，包括波形钢管T形柱12和内填混凝土2；内填混凝土2浇筑于在波形钢管T形柱12内部，包括素混凝土、钢筋混凝土、钢骨混凝土、钢骨-钢筋混凝土中的一种或多种。

如图7所示，波形钢管T形柱12包括第二平钢板32、第三平钢板33和第二波形钢板42；第二平钢板32、第三平钢板33和第二波形钢板42分别设有多个折弯5。

如图8和图9所示，第二平钢板32和第三平钢板33各设有两个折弯5，且二者的截面均为Z字形，在优选的实施方式中，可以均为直角的Z字形。

如图10所示，第二波形钢板42也设有两个折弯5，且其截面为凵字形；同时其中间段设有梯形单个波谷形式；在优选的实施方式中，可以采用中央对称的梯形单个波谷形式。

在本实施例中，第二平钢板32和第三平钢板33互为镜像相对设置，两者之间通过各自的一条侧边采用端焊缝7连接，两者的的另一条侧边分别采用角焊缝6与第二波形钢板42的两侧边连接，三者共同构成截面为闭合T形的波形钢管T形柱12。

在优选的实施方式中，第二平钢板32、第三平钢板33、和第二波形钢板42的厚度相同、材料相同，且均由普通钢材或高强钢材制成。

在本实施例中，波形钢管T形柱12的截面为T形，且其各肢的截面分为肢长和肢宽；肢长为波形钢管T形柱12各肢的柱肢截面长度，管壁宽厚比相对较大且容易发生局部失稳；肢宽为波形钢管T形柱12各肢的柱肢截面宽度，管壁宽厚比相对较小且较难发生局部失稳。第二平钢板32、第三平钢板33、和第二波形钢板42均按设计要求折弯，通过弯折角组成波形钢管T形柱12各个面，弯折角可分别通过折弯或冲压模具的方式成型。

在本实施例中，以第二平钢板的折弯为例对冲压成型进行说明。

冲压模具成型的方式为，根据设计尺寸的要求，通过压力机和模具将待加工的第二平钢板冲压成设计波形，具体过程如下：

步骤B1，将按设计波形制造成型的凹模固定在工作台上；

步骤B2，待加工的第二平钢板安装到凹模上；

步骤B3，通过冲压车床，利用模具将待加工的第二平钢板冲压成设计波形。

以上仅为本申请的具体实施例，但本申请的技术特征并不局限于此，任何以本申请为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所做出的简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖本申请的保护范围中。

Claims (7)

1.一种基于单个波谷形式的波形钢管混凝土异形柱，包括波形钢管异形柱(1)和内填混凝土(2)，其特征在于：所述波形钢管异形柱(1)由若干平钢板(3)和若干波形钢板(4)通过折弯(5)和焊缝连接而成；所述内填混凝土(2)浇筑于在波形钢管异形柱(1)内部；

所述波形钢管异形柱(1)各肢的截面分为肢长和肢宽；所述肢长由所述波形钢板(4)构成，所述肢宽由所述平钢板(3)或所述波形钢板(4)构成，所述波形钢板(4)的波形采用单个波谷形式。

2.根据权利要求1所述的基于单个波谷形式的波形钢管混凝土异形柱，其特征在于：所述波形钢管异形柱(1)的截面轮廓为矩形、或Z字形、或十字形、或L形、或T形。

3.根据权利要求1所述的基于单个波谷形式的波形钢管混凝土异形柱，其特征在于：所述波形钢板(4)的波形为梯形波折形、或矩形波折形、或三角形波折形、或波浪波折形的单个波谷形式。

4.根据权利要求1所述的基于单个波谷形式的波形钢管混凝土异形柱，其特征在于：所述波形钢板(4)的单个波谷形式的凸面与所述内填混凝土(2)接触。

5.根据权利要求1所述的基于单个波谷形式的波形钢管混凝土异形柱，其特征在于：所述波形钢板(4)的单个波谷形式的波形方向与所述波形钢管异形柱(1)的高度方向垂直。

6.根据权利要求1所述的一种基于单个波谷形式的波形钢管混凝土异形柱，其特征在于：所述波形钢管异形柱(1)相邻面的弯折角和所述波形钢板(4)的波形可通过两种方式制成，分别为折弯成型和冲压模具成型。

7.根据权利要求1所述的一种基于单个波谷形式的波形钢管混凝土异形柱，其特征在于：所述平钢板(3)和所述波形钢板(4)的厚度相同、材料相同，且均由普通钢材或高强钢材制成。