CN108005250A - 一种可更换装配式高延性混凝土连梁及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可更换装配式高延性混凝土连梁及其施工方法，属于装配式混凝土结构技术领域。所述可更换装配式高延性混凝土连梁包括两端非消能梁段和位于两者之间的跨中消能梁段、传力板、耗能板、高强螺栓、预制高延性混凝土梁段部分伸出的纵向钢筋、抗剪键槽、纵筋端头焊接锚固板和高延性混凝土现浇节点。该连梁使高层或超高层建筑需具备震后功能可快速恢复的能力，综合使用低损伤构件和可更换构件是提升高层建筑结构震后功能可快速恢复能力的一种有效途径。本发明的可更换装配式高延性混凝土连梁在强烈地震作用下，若消能梁段的耗能板受到严重破坏，直接拆除并更换新的耗能板即可，便于建筑物震后的维修。

Description

一种可更换装配式高延性混凝土连梁及其施工方法

技术领域

本发明属于装配式混凝土结构技术领域，具体涉及一种可更换装配式高延性混凝土连梁及其施工方法。

背景技术

从传统的“建造”房子转向“制造”房子，在绿色发展的今天，装配式建筑格外引人瞩目。尤其是“十三五”时期，国家大力推广装配式建筑的发展，装配式结构能否顺利推广应用主要取决于其抗震性能是否满足要求。

联肢剪力墙是高层建筑结构中广泛采用的抗侧力结构体系，而连梁是联肢剪力墙结构中重要的耗能构件。在强烈水平地震荷载作用下，传统钢筋混凝土连梁易发生脆性的剪切破坏，且耗能差、抗剪承载力低，不论是传统的钢筋混凝土连梁还是钢连梁或型钢混凝土组合连梁破坏后修复或更换都比较困难，代价昂贵。

发明内容

本发明的目的是克服现有连梁抗震性能差和遭到破坏后难以修复或更换的问题。

为此，本发明提供了一种可更换装配式高延性混凝土连梁，包括两端的非消能梁段和跨中消能梁段，所述非消能梁段由预制的高延性混凝土梁段、连接板、纵向钢筋组成，若干根纵向钢筋沿长度方向预埋在高延性混凝土梁段内，高延性混凝土梁段的四个侧面分别预埋一块连接板；

所述跨中消能梁段由耗能板和传力板组成，传力板有两块分别搭接在两个高延性混凝土梁段上下相对两面连接板的外表面，传力板和连接板通过高强螺栓固定在高延性混凝土梁段上；耗能板有两块分别搭接在两个高延性混凝土梁段前后相对两面连接板的外表面，耗能板和连接板通过对穿高强螺栓固定在高延性混凝土梁段上。

所述高延性混凝土梁段远离跨中消能梁段的端部均开设抗剪键槽；纵向钢筋伸出高延性混凝土梁段的一端设有锚固板，且纵向钢筋的外侧绑有箍筋。

所述耗能板跨中部分沿水平方向开设有长圆孔。

所述耗能板与连接板接触面采用喷砂处理或者喷丸后生赤锈处理。

所述耗能板采用LY225或Q235B钢板，其厚度为5～10mm，高度为0.75H，H为截面高度，相邻长圆孔间距为80～150mm，长圆孔宽度为2～6mm，长度为0.95L，L为两块高延性混凝土梁段的拼接间距。

所述传力板采用屈服强度≥390MPa，厚度为35～50mm的钢板。

一种可更换装配式高延性混凝土连梁的施工方法，包括以下步骤：

步骤一，预制若干高延性混凝土梁段，每两个为一组，在每一个高延性混凝土梁段内预埋多根纵向钢筋并绑扎箍筋，纵向钢筋伸出高延性混凝土梁段的一端安装锚固板，每一组高延性混凝土梁段相对的端部的四个侧面分别预埋连接板，在每一个高延性混凝土梁段远离跨中消能梁段的端部均开设抗剪键槽，完成非消能梁段的预制；

步骤二，制作传力板和耗能板，并将耗能板与连接板接触面采用喷砂处理或者喷丸后生赤锈处理；

步骤三，取两块传力板，将两块传力板分别搭接在两个高延性混凝土梁段上下相对两面连接板的外表面，通过高强螺栓将传力板和连接板固定在高延性混凝土梁段上；取两块耗能板，将两块耗能板分别搭接在两个高延性混凝土梁段前后相对两面连接板的外表面，通过对穿高强螺栓将耗能板和连接板固定在高延性混凝土梁段上，完成可更换装配式高延性混凝土连梁的制备；

步骤四，预制两个下层剪力墙和两个上层剪力墙，将可更换装配式高延性混凝土连梁横跨置于两个下层剪力墙之间，纵向钢筋伸入下层剪力墙内，抗剪键槽所在一端与下层剪力墙形成高延性混凝土现浇节点，在高延性混凝土现浇节点处浇筑高延性混凝土使下层剪力墙与可更换装配式高延性混凝土连梁连接为一体，并在两个下层剪力墙上方安装两个上层剪力墙，完成可更换装配式高延性混凝土连梁的施工。

步骤四中高延性混凝土的组分为水泥、粉煤灰、硅灰、砂、PE纤维、钢纤维和水，其中，按质量比计，水泥：粉煤灰：硅灰：砂：水=1：（0～0.3）：（0.1～0.4）：0.76：（0.22～0.32），以水泥、粉煤灰、硅灰、砂和水混合均匀后的总体积为基数，PE纤维的体积掺量为1%～1.5%，钢纤维的体积掺量为0.5%～2%。

所述水泥为硅酸盐水泥；粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；硅灰的烧失量小于6%、二氧化硅含量大于85%、比表面积大于15000m²/kg；砂的最大粒径为1.26mm；PE纤维的长度为6～12mm、直径为20µm以上、抗拉强度为3000MPa以上、弹性模量为85GPa以上；钢纤维采用带钩镀铜钢纤维、直径0.22 mm、长度13mm、抗拉强度2800MPa。

步骤四中纵向钢筋伸入下层剪力墙墙肢长度大于等于且不小于600mm，为抗震设计时基本锚固长度。

本发明的有益效果：

（1）本发明提供的可更换装配式高延性混凝土连梁应用在实际工程后，在受到较低烈度地震作用时，该连梁仍处于弹性阶段，无明显变化；当受到较高烈度地震作用时连梁的非消能梁段及连梁与墙肢节点区域仅出现细密裂缝，在震后无需修补即可继续使用，消能梁段的耗能板出现不同程度损伤和破坏，连梁无明显软化现象，刚度、强度退化缓慢，且具有良好的塑性变形能力，作为第一道抗震防线可以提供装配式剪力墙结构在地震作用下的能量吸收能力，保护剪力墙墙肢免受破坏。

（2）在强烈地震作用下，若连梁的消能梁段的耗能板受到严重破坏，直接拆除并更换新的耗能板即可，便于建筑物震后的维修。

（3）可有效减少连梁及连梁与剪力墙墙肢节点区域的横向钢筋用量，为浇筑施工提供方便，保证施工质量的同时显著提高该区域的剪切变形能力、延性以及耗能能力。

（4）高强高延性混凝土具有高强度、高韧性、高耐损伤能力，塑性变形能力和耗能能力强，与耗能板在地震作用下能协同工作，持续耗能，减轻建筑物在较大地震作用下的损伤。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是可更换装配式高延性混凝土连梁的结构示意图。

图2是可更换装配式高延性混凝土连梁的断面示意图。

附图标记说明：Ⅰ.非消能梁段；Ⅱ.跨中消能梁段；1.高延性混凝土梁段；2.传力板；3.耗能板；4.高强螺栓；5.对穿高强螺栓；6.连接板；7.抗剪键槽；8.下层剪力墙；9.纵向钢筋；10.锚固板；11.高延性混凝土现浇节点；12.上层剪力墙。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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。

实施例1：

如图1和图2所示，本实施例提供了一种可更换装配式高延性混凝土连梁，包括两端的非消能梁段Ⅰ和跨中消能梁段Ⅱ，所述非消能梁段Ⅰ由预制的高延性混凝土梁段1、连接板6、纵向钢筋9组成，若干根纵向钢筋9沿长度方向预埋在高延性混凝土梁段1内，高延性混凝土梁段1的四个侧面分别预埋一块连接板6；所述跨中消能梁段Ⅱ由耗能板3和传力板2组成，传力板2有两块分别搭接在两个高延性混凝土梁段1上下相对两面连接板6的外表面，传力板2和连接板6通过高强螺栓4固定在高延性混凝土梁段1上；耗能板3有两块分别搭接在两个高延性混凝土梁段1前后相对两面连接板6的外表面，耗能板3和连接板6通过对穿高强螺栓5固定在高延性混凝土梁段1上。

可更换装配式高延性混凝土连梁的施工方法：预制若干高延性混凝土梁段1，每两个为一组，在每一个高延性混凝土梁段1内预埋多根纵向钢筋9并绑扎箍筋，纵向钢筋9伸出高延性混凝土梁段1的一端安装锚固板10，每一组高延性混凝土梁段1相对的端部的四个侧面分别预埋连接板6，完成非消能梁段Ⅰ的预制；制作传力板2和耗能板3，并将耗能板3与连接板6接触面采用喷砂处理或者喷丸后生赤锈处理；将传力板2和耗能板3通过高强螺栓5跨中固定在高延性混凝土梁段1上，两个非消能梁段Ⅰ端部相对而设，跨中消能梁段Ⅱ位于两者之间，非消能梁段Ⅰ、跨中消能梁段Ⅱ、非消能梁段Ⅰ呈一字型（如图1），完成可更换装配式高延性混凝土连梁的制备；预制两个上层剪力墙12和两个下层剪力墙8，将可更换装配式高延性混凝土连梁横跨置于两个下层剪力墙8之间，纵向钢筋9伸入下层剪力墙8内，抗剪键槽7所在一端与下层剪力墙8形成高延性混凝土现浇节点11，在高延性混凝土现浇节点11处浇筑高延性混凝土使下层剪力墙8与可更换装配式高延性混凝土连梁连接为一体，并在两个下层剪力墙8上方安装两个上层剪力墙12，完成可更换装配式高延性混凝土连梁的施工。

本发明提供的可更换装配式高延性混凝土连梁应用在实际工程后，在受到较低烈度地震作用时，该连梁仍处于弹性阶段，无明显变化；当受到较高烈度地震作用时连梁的非消能梁段及连梁与墙肢节点区域仅出现细密裂缝，在震后无需修补即可继续使用，消能梁段的耗能板出现不同程度损伤和破坏，连梁无明显软化现象，刚度、强度退化缓慢，且具有良好的塑性变形能力，作为第一道抗震防线可以提供装配式剪力墙结构在地震作用下的能量吸收能力，保护剪力墙墙肢免受破坏。

实施例2：

在实施例1的基础上，为了保证预制连梁与现浇节点可靠连接，所述高延性混凝土梁段1远离跨中消能梁段Ⅱ的端部均开设抗剪键槽7；纵向钢筋9伸出高延性混凝土梁段1的一端设有锚固板10，且纵向钢筋9的外侧绑有箍筋。所述耗能板3跨中部分沿水平方向开设有长圆孔进行削弱。所述耗能板3与连接板6接触面采用喷砂处理或者喷丸后生赤锈处理。所述耗能板3采用LY225（屈服强度为225MPa的抗震钢）或Q235B钢板（屈服强度为235MPa的B级钢板），其厚度为5～10mm，高度为0.75H，H为截面高度，相邻长圆孔间距为80～150mm，长圆孔宽度为2～6mm，长度为0.95L，L为两块高延性混凝土梁段1的拼接间距。所述传力板2采用屈服强度≥390MPa，厚度为35～50mm的钢板。

实施例3：

本实施例预制的可更换装配式高延性混凝土连梁的截面尺寸500×200mm；连梁预制部分和连梁与墙肢现浇节点采用高强高延性混凝土；传力板2采用Q390，厚度为35mm；连梁顶面、底面预埋螺栓直径为30mm，间距为100mm；耗能板3采用Q235，厚度为6mm；耗能板3缝隙宽度为3mm，缝隙间距为100mm；连梁侧面预埋螺栓直径为30mm，竖向间距为200mm，水平间距为100mm；纵向钢筋9直径为25mm。

如图1所示，本实施例提供了一种可更换装配式高延性混凝土连梁的施工方法，包括以下步骤：

步骤一，预制若干高延性混凝土梁段1，每两个为一组，在每一个高延性混凝土梁段1内预埋多根纵向钢筋9并绑扎箍筋，纵向钢筋9伸出高延性混凝土梁段1的一端安装锚固板10，每一组高延性混凝土梁段1相对的端部的四个侧面分别预埋连接板6，在每一个高延性混凝土梁段1远离跨中消能梁段Ⅱ的端部均开设抗剪键槽7，完成非消能梁段Ⅰ的预制；

步骤二，制作传力板2和耗能板3，并将耗能板3与连接板6接触面采用喷砂处理或者喷丸后生赤锈处理；

步骤三，取两块传力板2，将两块传力板2分别搭接在两个高延性混凝土梁段1上下相对两面连接板6的外表面，通过高强螺栓4将传力板2和连接板6固定在高延性混凝土梁段1上；取两块耗能板3，将两块耗能板3分别搭接在两个高延性混凝土梁段1前后相对两面连接板6的外表面，通过对穿高强螺栓5将耗能板3和连接板6固定在高延性混凝土梁段1上，完成可更换装配式高延性混凝土连梁的制备；

步骤四，预制两个下层剪力墙8和两个上层剪力墙12，将可更换装配式高延性混凝土连梁横跨置于两个下层剪力墙8之间，纵向钢筋9伸入下层剪力墙8内，抗剪键槽7所在一端与下层剪力墙8形成高延性混凝土现浇节点11，在高延性混凝土现浇节点11处浇筑高延性混凝土使下层剪力墙8与可更换装配式高延性混凝土连梁连接为一体，并在两个下层剪力墙8上方安装两个上层剪力墙12，完成可更换装配式高延性混凝土连梁的施工。

实施例4：

在实施例7的基础上，步骤四中高延性混凝土的组分为水泥、粉煤灰、硅灰、砂、PE纤维、钢纤维和水，其中，按质量比计，水泥：粉煤灰：硅灰：砂：水=1：0～0.3：0.1～0.4：0.76：0.22～0.32，以水泥、粉煤灰、硅灰、砂和水混合均匀后的总体积为基数，PE纤维的体积掺量为1%～1.5%，钢纤维的体积掺量为0.5%～2%。所述水泥为P.O.52.5R硅酸盐水泥；粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；硅灰的烧失量小于6%、二氧化硅含量大于85%、比表面积大于15000m²/kg；砂的最大粒径为1.26mm；PE纤维的长度为6～12mm、直径为20µm以上、抗拉强度为3000MPa以上、弹性模量为85GPa以上；钢纤维采用带钩镀铜钢纤维、直径0.22 mm、长度13mm、抗拉强度2800MPa。

步骤四中纵向钢筋9伸入下层剪力墙8墙肢长度大于等于且不小于600mm，为抗震设计时基本锚固长度。

本发明的可更换装配式高延性混凝土连梁可用于高层剪力墙结构或框架剪力墙结构，不仅构造简单、施工方便，而且可以提高连梁的承载力，变形能力和耗能能力。且连梁的耗能板在受损后易于修复或更换，减小连梁修复费用。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (10)

1.一种可更换装配式高延性混凝土连梁，包括两端的非消能梁段（Ⅰ）和跨中消能梁段（Ⅱ），其特征在于：所述非消能梁段（Ⅰ）由预制的高延性混凝土梁段（1）、连接板（6）、纵向钢筋（9）组成，若干根纵向钢筋（9）沿长度方向预埋在高延性混凝土梁段（1）内，高延性混凝土梁段（1）的四个侧面分别预埋一块连接板（6）；

所述跨中消能梁段（Ⅱ）由耗能板（3）和传力板（2）组成，传力板（2）有两块分别搭接在两个高延性混凝土梁段（1）上下相对两面连接板（6）的外表面，传力板（2）和连接板（6）通过高强螺栓（4）固定在高延性混凝土梁段（1）上；耗能板（3）有两块分别搭接在两个高延性混凝土梁段（1）前后相对两面连接板（6）的外表面，耗能板（3）和连接板（6）通过对穿高强螺栓（5）固定在高延性混凝土梁段（1）上。

2.如权利要求1所述的可更换装配式高延性混凝土连梁，其特征在于：所述高延性混凝土梁段（1）远离跨中消能梁段（Ⅱ）的端部均开设抗剪键槽（7）；纵向钢筋（9）伸出高延性混凝土梁段（1）的一端设有锚固板（10），且纵向钢筋（9）的外侧绑有箍筋。

3.如权利要求1所述的可更换装配式高延性混凝土连梁，其特征在于：所述耗能板（3）跨中部分沿水平方向开设有长圆孔。

4.如权利要求1所述的可更换装配式高延性混凝土连梁，其特征在于：所述耗能板（3）与连接板（6）接触面采用喷砂处理或者喷丸后生赤锈处理。

5.如权利要求3所述的可更换装配式高延性混凝土连梁，其特征在于：所述耗能板（3）采用LY225或Q235B钢板，其厚度为5～10mm，高度为0.75H，H为截面高度，相邻长圆孔间距为80～150mm，长圆孔宽度为2～6mm，长度为0.95L，L为两块高延性混凝土梁段（1）的拼接间距。

6.如权利要求1所述的可更换装配式高延性混凝土连梁，其特征在于：所述传力板（2）采用屈服强度≥390MPa，厚度为35～50mm的钢板。

7.一种可更换装配式高延性混凝土连梁的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，预制若干高延性混凝土梁段（1），每两个为一组，在每一个高延性混凝土梁段（1）内预埋多根纵向钢筋（9）并绑扎箍筋，纵向钢筋（9）伸出高延性混凝土梁段（1）的一端安装锚固板（10），每一组高延性混凝土梁段（1）相对的端部的四个侧面分别预埋连接板（6），在每一个高延性混凝土梁段（1）远离跨中消能梁段（Ⅱ）的端部均开设抗剪键槽（7），完成非消能梁段（Ⅰ）的预制；

步骤二，制作传力板（2）和耗能板（3），并将耗能板（3）与连接板（6）接触面采用喷砂处理或者喷丸后生赤锈处理；

步骤三，取两块传力板（2），将两块传力板（2）分别搭接在两个高延性混凝土梁段（1）上下相对两面连接板（6）的外表面，通过高强螺栓（4）将传力板（2）和连接板（6）固定在高延性混凝土梁段（1）上；取两块耗能板（3），将两块耗能板（3）分别搭接在两个高延性混凝土梁段（1）前后相对两面连接板（6）的外表面，通过对穿高强螺栓（5）将耗能板（3）和连接板（6）固定在高延性混凝土梁段（1）上，完成可更换装配式高延性混凝土连梁的制备；

步骤四，预制两个下层剪力墙（8）和两个上层剪力墙（12），将可更换装配式高延性混凝土连梁横跨置于两个下层剪力墙（8）之间，纵向钢筋（9）伸入下层剪力墙（8）内，抗剪键槽（7）所在一端与下层剪力墙（8）形成高延性混凝土现浇节点（11），在高延性混凝土现浇节点（11）处浇筑高延性混凝土使下层剪力墙（8）与可更换装配式高延性混凝土连梁连接为一体，并在两个下层剪力墙（8）上方安装两个上层剪力墙（12），完成可更换装配式高延性混凝土连梁的施工。

8.如权利要求7所述的可更换装配式高延性混凝土连梁的施工方法，其特征在于：步骤四中高延性混凝土的组分为水泥、粉煤灰、硅灰、砂、PE纤维、钢纤维和水，其中，按质量比计，水泥：粉煤灰：硅灰：砂：水=1：（0～0.3）：（0.1～0.4）：0.76：（0.22～0.32），以水泥、粉煤灰、硅灰、砂和水混合均匀后的总体积为基数，PE纤维的体积掺量为1%～1.5%，钢纤维的体积掺量为0.5%～2%。

9.如权利要求8所述的可更换装配式高延性混凝土连梁的施工方法，其特征在于：所述水泥为硅酸盐水泥；粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；硅灰的烧失量小于6%、二氧化硅含量大于85%、比表面积大于15000m²/kg；砂的最大粒径为1.26mm；PE纤维的长度为6～12mm、直径为20µm以上、抗拉强度为3000MPa以上、弹性模量为85GPa以上；钢纤维采用带钩镀铜钢纤维、直径0.22 mm、长度13mm、抗拉强度2800MPa。

10.如权利要求7所述的可更换装配式高延性混凝土连梁的施工方法，其特征在于：步骤四中纵向钢筋（9）伸入下层剪力墙（8）墙肢长度大于等于且不小于600mm，为抗震设计时基本锚固长度。