CN106760204A - 一种提高抗扭承载力的混凝土梁或柱及其施工方法 - Google Patents

一种提高抗扭承载力的混凝土梁或柱及其施工方法 Download PDF

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Abstract

一种提高抗扭承载力的混凝土梁或柱，沿混凝土梁或柱的纵向方向通长方向埋设有型钢增强构件，所述型钢增强构件包括：基础型钢、U型槽钢；所述基础型钢包括上翼缘、下翼缘、腹板，所述U型槽钢固定在基础型钢的翼缘的角上且沿基础型钢通长布置；U形槽钢与翼缘之间形成有穿设预应力筋的孔道，在孔道内设置有预应力筋。采用本发明的混凝土梁或柱结构及其施工方法，可以同时提高梁/柱的抗弯/压承载力和抗扭承载力，对于加固钢结构边柱、边梁的抗扭承载力具有良好的效果。

Description

一种提高抗扭承载力的混凝土梁或柱及其施工方法
技术领域
本发明专利属于建筑工程领域，具体涉及一种提高抗扭承载力的混凝土梁或柱及其施工方法。
背景技术
申请号“2016100206893”一种预应力装配式框架节点结构及其施工方法公开了：预制钢筋混凝梁端部预埋有工字钢，工字钢翼缘和/或腹板中设置有孔道一，所述孔道用于所述埋设无粘结预应力筋，工字钢表面还设置有伸出混凝土梁的突起物；预制混凝土柱在相对与梁的一面设置有钢板，钢板上设置有通过无粘结预应力筋的孔道二和与所述突起物配合的插孔，所述孔道二与孔道一的位置相互对应，柱混凝土中还设置有与孔道二相对应的用于埋设无粘结预应力筋的通道。上述文献中混凝土结构+钢绞线的结合能够提高梁的受弯承载力。对于梁而言，很少考虑抗扭破坏，一般仅仅需要设置抗扭钢筋即可。只有在大跨结构的边梁、边柱、或者是受抗扭较大的构件才需要考虑抗扭承载力的增强。但是现有技术中还没有涉及混凝土结构中如何提高抗扭承载力的技术方案。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷而提供一种提高混凝土梁或柱抗扭承载力的方法，其目的是在边梁/边柱的抗扭承载力。
本发明的技术方案是：一种提高抗扭承载力的混凝土梁或柱，沿混凝土梁或柱的纵向方向通长方向埋设有型钢增强构件，所述型钢增强构件包括：基础型钢、U型槽钢；所述基础型钢包括上翼缘、下翼缘、腹板，所述U型槽钢固定在基础型钢的翼缘的角上且沿基础型钢通长布置；U形槽钢与翼缘之间形成有穿设预应力筋的孔道，在孔道内设置有预应力筋。
进一步，在基础型钢的上翼缘和下翼缘的4个角上均设置U型槽钢，预应力筋设置在预应力筋孔道中。
进一步，所述预应力筋采用预应力钢绞线。
进一步，U形槽钢和基础型钢的翼缘之间均预设有螺栓孔，U形槽钢与基础型钢的翼缘的螺栓孔对齐，两者通过螺栓螺母组件固定。
进一步，基础型钢的上翼缘、下翼缘的左右两侧分别固定有竖向钢管，竖向钢管的两端突出翼缘，竖向钢管的高度大于翼缘的厚度，竖向钢管为中空；竖向钢管的间距为15-50cm；上、下翼缘的两边侧面有突起，与竖向钢管突出于翼缘的部分相互配合以便定位U形槽钢与翼缘的相互位置；U形槽钢的上、下表面与竖向钢管相对应的部分有孔，通过螺栓螺母组件固定两者。
进一步，还包括：上外侧板、下外侧板、上内侧板、下内侧板、左侧板和右侧板，上外侧板设置在上翼缘的2个U形槽钢的翼缘外侧；下外侧板设置在上翼缘的2个U形槽钢的翼缘外侧；上内侧板、下内侧板分别设置在上翼缘、下翼缘的U形槽钢的翼缘内侧的一端和腹板之间；左侧板和右侧板与腹板平行，基础型钢腹板两侧的U形槽钢分别通过左侧板和右侧板连接，上外侧板和下外侧板和左侧板和右侧边使得4角的U形槽钢连接形成“口”字形。
一种提高抗扭承载力的混凝土梁或柱的施工方法，在混凝土梁和柱中埋设有型钢增强构件，施工步骤包括：第一，制备以下构件：型钢增强构件，型钢增强构件包括4个U形槽钢和基础型钢；所述基础型钢由上翼缘、下翼缘、腹板组成；第二，安装U型槽钢：将4个U形槽钢分别插入基础型钢的上翼缘、下翼缘的四角中，U形槽钢沿基础型钢通长布置，U形槽钢和基础型钢固定，U形槽钢与翼缘之间形成有穿设预应力筋的孔道；第三，型钢增强构件完成后，然后施工梁或柱的钢筋笼；第四，浇筑混凝土；第五，预制梁或柱装配完成后，穿设预应力筋，施加预应力。
进一步，在第一步，制备构件时，在基础型钢的上翼缘、下翼缘的左右两侧分别焊接竖向钢管，竖向钢管的两端突出翼缘，竖向钢管的高度大于翼缘的厚度，竖向钢管为中空；竖向钢管的间距为15-50cm；第二步，按照U型槽钢时，U形槽钢从基础型钢的正面插入，其插入翼缘的两边侧面有突起，与竖向钢管突出于翼缘的部分相互配合以便定位U形槽钢与翼缘的相互位置；U形槽钢的上下表面与竖向钢管相对应的部分有孔，通过螺栓螺母组件固定两者。
进一步，在第二步，安装U型槽钢中，还包括：安装上外侧板和下外侧板，上外侧板设置在上翼缘的2个U形槽钢的翼缘外侧；下外侧板设置在上翼缘的2个U形槽钢的翼缘外侧。
进一步，在第二步，安装U型槽钢中，还包括：安装上内侧板和下内侧板，上内侧板、下内侧板分别设置在上翼缘、下翼缘的U形槽钢的翼缘内侧的一端和腹板之间。
进一步，4块内侧板与腹板均采用斜撑的方式连接。
进一步，在第二步，安装U型槽钢中，还包括：安装左侧板和右侧板，左侧板和右侧板与腹板平行，基础型钢腹板两侧的U形槽钢分别通过左侧板和右侧板连接，上外侧板和下外侧板和左侧板和右侧边使得4角的U形槽钢连接形成“口”字形。
进一步，所述基础型钢为工字钢，上翼缘和下翼缘的结构相同，所述预应力筋采用预应力钢绞线，所述梁或柱为边梁或边柱。
采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果为：1.与2016100206893的方案相比，混凝土梁/柱中的基础型钢的翼缘采用组合式的方法形成：基础型钢+槽钢的方式来形成，方便预应力筋的安装；2.与2016100206893的方案相比，在型钢的4角设置预应力筋，通过改变预应力筋的设置位置，能够在提高抗弯/压承载力的同时，提高抗扭承载力；3.本申请是利用梁、柱扭转时，预应力筋长度拉伸，预应力筋在受拉的同时，额外产生的拉力使得预应力筋在径向会对槽钢作用力，槽钢与基础型钢翼缘连接在一起，进而抑制梁/柱的扭住；4.本发明的组合式翼缘采用基础型钢外接螺栓钢管的方式，方便槽钢与翼缘的定位连接，保证两者的稳定性；5.此外，梁柱的扭转破坏在空间上表现为以主拉应力为主的破坏，与抗扭钢筋相比，采用高强预应力钢绞线能够承担更大的拉应力。
附图说明：
图1：实施例一的结构设计图。
图2：实施例一的螺栓螺母组件与U形槽钢安装详图。
图3：实施例三的型钢增强构件的安装示意图。
图4：实施例四的型钢增强构件的安装示意图。
图5：受扭时钢绞线变形示意图。
图6：本申请中的钢绞线与基础型钢受力示意图。
具体实施方式
实施例1：如图1-2所示，一种预制混凝土梁或柱，在混凝土梁和柱中埋设有型钢增强构件，其制作方法，包括：
第一，制备构件：型钢增强构件，型钢增强构件包括基础型钢和4个U形槽钢1-1、1-2、1-3、1-4；基础型钢采用工字钢，由上翼缘2-1、下翼缘2-2、腹板3组成，上翼缘2-1和下翼缘2-2的结构相同；
第二，将4个U形槽钢插入基础型钢的上翼缘、下翼缘的四角中，U形槽钢和基础型钢的翼缘之间均预设有螺栓孔，U形槽钢与基础型钢的翼缘的螺栓孔对齐，两者通过螺栓螺母组件1-5固定；U形槽钢与翼缘之间形成有穿设预应力筋的孔道4；
第三，型钢增强构件完成后，然后施工梁或柱的钢筋笼；
第四，浇筑梁或柱的混凝土。
第五，在所述基础型钢的4角的孔道中穿过预应力筋，施加预应力；所述预应力筋采用预应力钢绞线，即采用后张法施工预应力。
实施例2，与实施例1的不同之处在于：所述的基础型钢采用“II”型钢。
实施例3：如图3所示，一种预制混凝土梁或柱，梁或柱中埋设基础型钢，其施工步骤如下：
第一，制备构件：型钢增强构件，其包括基础型钢和4个U形槽钢1-1、1-2、1-3、1-4；基础型钢采用工字钢，由上翼缘2-1、下翼缘2-2、腹板3组成，上翼缘2-1和下翼缘2-2的结构相同；在基础型钢的上翼缘、下翼缘的左右两侧分别焊接竖向钢管1-7，竖向钢管的两端突出翼缘，竖向钢管的高度大于翼缘的厚度，竖向钢管为中空；竖向钢管的间距为15-50cm；
第二，将4个U形槽钢插入基础型钢的上翼缘、下翼缘的四角中，U形槽钢和基础型钢的翼缘之间均预设有螺栓孔，U形槽钢与基础型钢的翼缘的螺栓孔对齐，两者通过螺栓螺母组件1-6固定；U形槽钢与翼缘之间形成有穿设预应力筋的孔道4；
U形槽钢从基础型钢的正面插入，其插入翼缘的两边侧面有突起，与竖向钢管突出于翼缘的部分相互配合以便定位U形槽钢与翼缘的相互位置；U形槽钢的上下表面与竖向钢管相对应的部分有孔，通过螺栓螺母组件固定两者；
焊接上、下外侧板2-1-2、上、下内侧板2-1-3，上外侧板设置在上翼缘的2个U形槽钢的翼缘外侧；下外侧板设置在上翼缘的2个U形槽钢的翼缘外侧；上内侧板、下内侧板分别设置在上翼缘、下翼缘的U形槽钢的翼缘内侧的一端和腹板之间。
第三，型钢增强构件完成后，然后施工梁或柱的钢筋笼；
第四，浇筑梁或柱的混凝土。
第五，在所述基础型钢的4角的孔道中穿过预应力筋，施加预应力；所述预应力筋采用预应力钢绞线，即采用后张法施工预应力。
实施例4：与实施例3的不同之处在于：在U形槽钢通过与腹板平行的左侧板和右侧板2-1-4连接；使得4角的U形槽钢连接形成“口”字形，进一步提高梁/柱的抗扭承载力。
实施例5：与实施例3的不同之处在于：上、下内侧板采用斜撑的方式与腹板连接，4块内侧板与腹板均采用斜撑，能够更加有利于U形槽钢与基础型钢的整体性，有利于抗扭承载力的提高。
下面从力学角度对加固原理进行阐述，第一，U形槽钢和上、下外侧板以及左、右侧板形成的口字形，口字形能够提高抗扭承载力，这一设计从力学上很容易理解，相当于是在工字钢上又增加了一个抗扭构件，并且，U形槽钢设置在基础型钢的四角上，此处的抗扭形变最大，因而在此处设置“口字形”能够最大限度的提高抗扭承载力；第二，对于预应力钢绞线而言，如果其纵向不设置在U形槽钢中，其效果仅仅是钢绞线的长度伸长，钢绞线之间为直线；但是，将其设置在U形槽钢中，在扭矩的作用下，钢绞线随着U形槽钢一起扭转，与不设置U形槽钢的情况不同，此时的钢绞线为曲线，对于预应力钢绞线而言，当其受径向作用力时才变成曲线时，且钢绞线的变形程度与径向力大小有关。如图6所示，上述径向力作用于基础型钢F1、F2、F3、F4，提高了抗扭承载力。
以上已详细描述了本方面的较佳实施例，但应理解到，在阅读了本发明的上述讲授内容后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。这些等价形式同样落入本申请所附权利要求书的保护范围中。

Claims (10)

1.一种提高抗扭承载力的混凝土梁或柱，沿混凝土梁或柱的纵向方向通长方向埋设有型钢增强构件，其特征在于：所述型钢增强构件包括：基础型钢、U型槽钢；所述基础型钢包括上翼缘、下翼缘、腹板，所述U型槽钢固定在基础型钢的翼缘的角上且沿基础型钢通长布置；U形槽钢与翼缘之间形成有穿设预应力筋的孔道，在孔道内设置有预应力筋。
2.根据权利要求1所述的一种提高抗扭承载力的混凝土梁或柱，其特征在于，在基础型钢的上翼缘和下翼缘的4个角上均设置U型槽钢，预应力筋设置在预应力筋孔道中。
3.根据权利要求1所述的一种提高抗扭承载力的混凝土梁或柱，其特征在于，U形槽钢和基础型钢的翼缘之间均预设有螺栓孔，U形槽钢与基础型钢的翼缘的螺栓孔对齐，两者通过螺栓螺母组件固定。
4.根据权利要求1所述的一种提高抗扭承载力的混凝土梁或柱，其特征在于，基础型钢的上翼缘、下翼缘的左右两侧分别固定有竖向钢管，竖向钢管的两端突出翼缘，竖向钢管的高度大于翼缘的厚度，竖向钢管为中空；竖向钢管的间距为15-50cm；上、下翼缘的两边侧面有突起，与竖向钢管突出于翼缘的部分相互配合以便定位U形槽钢与翼缘的相互位置；U形槽钢的上、下表面与竖向钢管相对应的部分有孔，通过螺栓螺母组件固定两者。
5.根据权利要求1所述的一种提高抗扭承载力的混凝土梁或柱，其特征在于，还包括：上外侧板、下外侧板、上内侧板、下内侧板、左侧板和右侧板，上外侧板设置在上翼缘的2个U形槽钢的翼缘外侧；下外侧板设置在上翼缘的2个U形槽钢的翼缘外侧；上内侧板、下内侧板分别设置在上翼缘、下翼缘的U形槽钢的翼缘内侧的一端和腹板之间；左侧板和右侧板与腹板平行，基础型钢腹板两侧的U形槽钢分别通过左侧板和右侧板连接，上外侧板和下外侧板和左侧板和右侧边使得4角的U形槽钢连接形成“口”字形。
6.一种提高抗扭承载力的混凝土梁或柱的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一，制备以下构件：型钢增强构件，型钢增强构件包括4个U形槽钢和基础型钢；所述基础型钢由上翼缘、下翼缘、腹板组成；
第二，安装U型槽钢：将4个U形槽钢分别插入基础型钢的上翼缘、下翼缘的四角中，U形槽钢沿基础型钢通长布置，U形槽钢和基础型钢固定，U形槽钢与翼缘之间形成有穿设预应力筋的孔道；
第三，型钢增强构件完成后，然后施工梁或柱的钢筋笼；
第四，浇筑混凝土；
第五，预制梁或柱装配完成后，穿设预应力筋，施加预应力。
7.根据权利要求6所述的一种提高抗扭承载力的混凝土梁或柱的施工方法，其特征在于：
在第一步，制备构件时，在基础型钢的上翼缘、下翼缘的左右两侧分别焊接竖向钢管，竖向钢管的两端突出翼缘，竖向钢管的高度大于翼缘的厚度，竖向钢管为中空；竖向钢管的间距为15-50cm；
在第二步，按照U型槽钢时， U形槽钢从基础型钢的正面插入，其插入翼缘的两边侧面有突起，与竖向钢管突出于翼缘的部分相互配合以便定位U形槽钢与翼缘的相互位置；U形槽钢的上下表面与竖向钢管相对应的部分有孔，通过螺栓螺母组件固定两者。
8.根据权利要求7所述的一种提高抗扭承载力的混凝土梁或柱的施工方法，其特征在于：
在第二步，安装U型槽钢中，还包括：安装上外侧板和下外侧板，上外侧板设置在上翼缘的2个U形槽钢的翼缘外侧；下外侧板设置在上翼缘的2个U形槽钢的翼缘外侧；
还包括：安装上内侧板和下内侧板，上内侧板、下内侧板分别设置在上翼缘、下翼缘的U形槽钢的翼缘内侧的一端和腹板之间；
还包括：安装左侧板和右侧板，左侧板和右侧板与腹板平行，基础型钢腹板两侧的U形槽钢分别通过左侧板和右侧板连接，上外侧板和下外侧板和左侧板和右侧边使得4角的U形槽钢连接形成“口”字形。
9.根据权利要求6-8任一项所述的一种提高抗扭承载力的混凝土梁或柱的施工方法，其特征在于：
所述基础型钢为工字钢，上翼缘和下翼缘的结构相同；所述预应力筋采用预应力钢绞线。
10.根据权利要求6-8任一项所述的一种提高抗扭承载力的混凝土梁或柱的施工方法，其特征在于：所述梁或柱为边梁或边柱。
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