内置灌浆管的压力灌浆预填集料钢管混凝土柱及制备方法

1.本发明涉及钢管混凝土柱技术领域，特别涉及了一种内置灌浆管的压力灌浆预填集料钢管混凝土柱及制备方法。


背景技术：

2.钢管混凝土组合结构具有承载力高、抗震性能好、施工简便、经济效益显著等优点，在复杂山区桥梁建设中具有广阔应用前景。钢管混凝土良好力学性能的关键在于钢管与管内混凝土紧密结合，由于管内混凝土的收缩特性以及现有灌注工艺原因，管内混凝土与钢管之间往往存在脱粘脱空问题。
3.另一方面，双壁空心柱是由外钢管、内钢管以及二者之间填充的混凝土共同构成的空心钢管混凝土柱，具有自重轻、抗弯刚度大、强度高、耐久性能好、延性和抗震性能好以及施工便捷等优点。双壁空心柱的空心率(空心面积/外钢管内径截面面积)越小，其延性和承载能力越大。已有文献表明，当双壁空心柱的空心率不超过0.2时，空心部分对柱的承载力无影响，即此时内钢管中是否有填充材料对双壁空心柱的承载力影响可忽略。因此，可以利用空心率不超过0.2的带孔内钢管作为预填集料的灌浆管，形成内置灌浆管的压力灌浆预填集料钢管混凝土柱。
4.众所周知，预填集料混凝土是先预填粗集料，再灌注高流动性浆体而形成的混凝土。其粗集料体积含量高，骨料尖对尖接触，相互嵌锁，可充分发挥粗集料的骨架作用，体积稳定性能较常规混凝土有显著改善。且胶材用量少，收缩量少，减少和避免了传统钢管混凝土柱存在的钢管与混凝土脱粘问题。以预填集料混凝土代替钢管管内混凝土，极大的提高了混凝土的体积稳定性，保障钢管与管内混凝土共同工作，充分发挥钢管混凝土与预填集料混凝土的优势，促进了钢管混凝土组合结构的发展与应用。


技术实现要素：

5.基于上述技术问题，本发明提出内置灌浆管的压力灌浆预填集料钢管混凝土柱及制备方法。
6.内置灌浆管的压力灌浆预填集料钢管混凝土柱，主要由外钢管、内置灌浆管、粗集料和浆体材料构成。
7.优选的内置灌浆管周身开孔，且布置于外钢管的中心位置，有利于浆体材料经内置灌浆管孔洞渗出，在灌浆机压力作用下均匀填充集料空隙；内置灌浆管上下端分别设置输出管、输入管，所述的输出管、输入管分别设有阀门，输出管、输入管均穿到外钢管的外部；所述的输入管连接灌浆机；
8.优选的内置灌浆管孔径小于粗集料最小粒径，防止集料卡在孔洞内造成堵塞；
9.优选的内置灌浆管通过底部端板焊接与外钢管固定，且待填充完粗集料后，再焊接上部端板固定在外钢管上，同时封住内置灌浆管；
10.优选的所述粗集料是一定间断级配的粗集料，所述浆体材料为高性能净浆。
11.内置灌浆管的压力灌浆预填集料钢管混凝土柱的制备方法，包括如下步骤：
12.焊接底部端板固定内置灌浆管与外钢管，将粗集料混合均匀后置于外钢管与内置灌浆管之间空隙内，采用振捣棒振捣粗集料达到密实，补足粗集料填平至外钢管高度，焊接顶部端板固定外钢管，同时可以封住内置灌浆管，底部输入管连接灌浆机，打开输入管、输出管上的阀门，将浆体材料泵入内置灌浆管，直到浆体材料通过内置灌浆管孔洞渗透到集料空隙中，并从输出管流出，停止灌浆并关闭两个阀门。
13.综上所述，本发明的技术效果和优点是：
14.1、本发明采用泵送方式，通过周身开孔的内置灌浆管进行灌浆。将搅拌好的浆体材料通过底部输入管泵入灌浆管，浆体材料在泵送压力下从灌浆管孔洞渗出，迅速填充集料空隙并汇集到钢管顶部，并通过输出管溢出。整个过程操作简单。
15.2、当双壁空心管的空心率不超过0.2时，空心部分对柱的承载力影响可忽略，即此时内钢管中是否有填充材料对双壁空心柱的承载力影响甚微。本发明利用该技术要点，控制内置灌浆管内径截面面积与外钢管内径截面面积的比值不超过0.2，此时内置灌浆管中的浆体材料对柱的承载能力影响可忽略，内置灌浆管与外钢管、粗集料和浆体材料形成双壁钢管混凝土柱，具有自重轻、抗弯刚度大、强度高、耐久性能好、延性和抗震性能好以及施工便捷等优点。
16.3、本发明采用高性能的浆体材料，使粗集料与浆体材料较好的形成整体，共同承担外荷载，从而更好地发挥粗集料的机械咬合作用和密实骨架作用，显著提高预填集料混凝土的抗压强度。
附图说明
17.图1为实施例的内圆外方形钢管混凝土柱；
18.图2为实施例的内圆外圆形钢管混凝土柱。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
20.内置灌浆管的压力灌浆预填集料钢管混凝土柱，包括外钢管1、内置灌浆管2、底部端板6、顶部端板7、粗集料3和浆体材料4；所述内置灌浆管2周身开孔，内置灌浆管2垂直设在外钢管1内中心位置，通过底部端板6焊接固定在一起，内置灌浆管2上下端分别设置输出管21、输入管22，所述的输出管21、输入管22分别设有阀门，输出管21、输入管22均穿到外钢管1的外部；所述的输入管22连接灌浆机5；外钢管1内填充粗集料3；浆体材料4由灌浆机5注入经过内置灌浆管2的孔洞渗透到粗集料3空隙中。
21.所述内置灌浆管2开孔的孔径小于粗集料3最小粒径。
22.所述顶部端板7，待内置灌浆管2与外钢管1之间填充粗集料后焊接，封住内置灌浆管2和外钢管1的顶部。
23.内置灌浆管的压力灌浆预填集料钢管混凝土柱的制备方法，包括如下步骤：
24.内置灌浆管2垂直设在外钢管1内，焊接底部端板6；
25.将粗集料3混合均匀后置于外钢管1与内置灌浆管2之间空隙内，采用振捣棒振捣粗集料3达到密实，补足粗集料3填平外钢管1，焊接顶部端板7；
26.输入管22连接灌浆机5，打开输入管22、输出管21上的阀门，将浆体材料4泵入内置灌浆管2，直到浆体材料4通过内置灌浆管2孔洞渗透到集料空隙中并从输出管21流出，停止灌浆并关闭两个阀门。
27.所述粗集料3为间断级配的粗集料3，所述浆体材料4为高性能净浆。
28.如图1，外钢管1为方形、内置灌浆管2为圆形，形成内圆外方形钢管混凝土柱；如图2所示，外钢管1、内置灌浆管2均为圆形，形成内圆外圆形钢管混凝土柱。


技术特征：
1.内置灌浆管的压力灌浆预填集料钢管混凝土柱，其特征在于：包括外钢管(1)、内置灌浆管(2)、粗集料(3)、浆体材料(4)、底部端板(6)和顶部端板(7)；所述内置灌浆管(2)周身开孔，内置灌浆管(2)垂直设在外钢管(1)内中心位置，内置灌浆管(2)上下端分别设置输出管(21)、输入管(22)，所述的输出管(21)、输入管(22)分别设有阀门，输出管(21)、输入管(22)均穿到外钢管(1)的外部；所述的输入管(22)连接灌浆机(5)；外钢管(1)内填充粗集料(3)；浆体材料(4)由灌浆机(5)注入经过内置灌浆管(2)的孔洞渗透到粗集料(3)空隙中。2.根据权利要求1所述的内置灌浆管的压力灌浆预填集料钢管混凝土柱，其特征在于：所述内置灌浆管(2)开孔的孔径小于粗集料(3)最小粒径。3.根据权利要求1所述的内置灌浆管的压力灌浆预填集料钢管混凝土柱，其特征在于：所述内置灌浆管(2)和外钢管(1)待粗集料填充后，焊接顶部端板(7)，封住内置灌浆管(2)和外钢管(1)。4.权利要求1到3任一项所述的内置灌浆管的压力灌浆预填集料钢管混凝土柱的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：内置灌浆管(2)垂直设在外钢管(1)内，通过底部端板(6)焊接固定；将粗集料(3)混合均匀后置于外钢管(1)与内置灌浆管(2)之间空隙内，采用振捣棒振捣粗集料(3)达到密实，补足粗集料(3)填平外钢管(1)，焊接顶部端板(7)；输入管(22)连接灌浆机(5)，打开输出管(21)、输入管(22)上的阀门，将浆体材料(4)泵入内置灌浆管(2)，直到浆体材料(4)通过内置灌浆管(2)孔洞渗透到集料空隙中并从输出管(21)流出，停止灌浆并关闭两个阀门。5.根据权利要求4所述的内置灌浆管的压力灌浆预填集料钢管混凝土柱的制备方法，其特征在于：所述粗集料(3)为间断级配的粗集料，所述浆体材料(4)为高性能净浆。

技术总结
本发明公开了内置灌浆管的压力灌浆预填集料钢管混凝土柱及其制备方法。将粗集料混合均匀后置于外钢管与灌浆管之间空隙内，采用振捣棒振捣粗集料达到密实，从而形成粗集料尖对尖接触，相互嵌锁，然后补足粗集料填平至外钢管高度，之后焊接上部端板固定外钢管，同时上部端板自然封住内置灌浆管。然后由灌浆机通过输入管注入浆体材料，经过内置灌浆管的圆孔渗透到粗集料空隙中。直到浆体材料透过灌浆管圆孔填充完粗集料空隙，并溢出输出管。本发明制备操作简单、改变了传统的钢管混凝土制备方式，同时，由于粗集料相互嵌锁且尖对尖接触，有效避免了传统钢管混凝土因内部混凝土收缩造成的易脱空脱粘技术难题，且该型钢管混凝土柱具有自重轻和抗震性能好等优点。具有自重轻和抗震性能好等优点。具有自重轻和抗震性能好等优点。


技术研发人员：唐红元 洪端 唐泓彬
受保护的技术使用者：西华大学
技术研发日：2023.07.05
技术公布日：2023/10/6