CN108412134A - 一种混合型灌浆套筒及其预制剪力墙 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合型灌浆套筒及其预制剪力墙，包括带有空腔的套筒筒体，套筒筒体上设置有灌浆口和排浆口，连接钢筋穿过套筒筒体封闭端并通过膨胀约束管和第一钢筋末端的膨胀头约束在套筒筒体内，被连接钢筋插入套筒筒体开放端内通过固定装置与被连接钢筋上的限位凸缘进行约束。本发明的被连接钢筋通过固定在套筒上的固定装置固定后再灌浆，结合灌浆连接与机械连接，形成受力的两道防线，提高了钢筋连接的整体性和可靠性，同时可缩短套筒长度，减小钢筋预留长度。另外，相对于传统的螺纹连接，连接钢筋通过其末端的膨胀头和膨胀约束管挤压灌浆料而产生摩擦握裹力，进一步提高了钢筋连接的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于装配式混凝土结构钢筋连接技术领域，涉及一种混合型灌浆套筒及其预制剪力墙。
背景技术
近几年来，随着建筑行业施工技术提高，人们对建筑的节能环保性能和施工速度提出了新要求，装配式混凝土结构可以循环利用，施工速度较传统现浇方式大大加快。预制构件在工厂批量生产，实现了建筑产业化，成为建筑行业的新发展方向。预制构件主要受力筋的可靠连接是保证装配式混凝土结构具有良好抗震性能的关键。目前装配式混凝土预制构件钢筋连接最常用的方式是灌浆套筒连接和浆锚搭接，此两种连接方式存在预留钢筋较长，灌浆质量较差，严重影响钢筋连接的力学性能等不足。
发明内容
针对现有制备技术的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种混合型灌浆套筒，增加连接钢筋与灌浆套筒之间的整体性，提高钢筋连接的可靠性，解决现有的灌浆套筒灌浆质量差的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种混合型灌浆套筒，包括带有空腔的套筒筒体，所述的套筒筒体上设置有灌浆口和排浆口，所述的套筒筒体内设置有用于固定剪力墙钢筋的固定装置，所述的固定装置沿套筒筒体周向对称设置有多个；
所述的固定装置包括L型卡位板、螺栓和螺帽，所述的L型卡位板的一边通过螺栓和螺帽固定在套筒筒体上，另一边倾斜指向套筒筒体的中心，多个L型卡位板的另一边环绕一周形成用于剪力墙钢筋插入的空隙。
进一步的，所述的螺帽包括限位端以及与螺栓连接的连接端，所述的限位端的直径大于连接端的直径；所述的连接端为多边形柱体，所述的L型卡位板上设置有用于连接端穿过且与之匹配的第一孔；所述的连接端开设有与螺栓匹配的螺纹孔；所述的套筒筒体上设置有用于螺栓穿过的第二孔。
进一步的，所述的L型卡位板弯折处的夹角为110°～140°。
进一步的，所述的L型卡位板指向套筒筒体的中心的端部光滑呈圆角。
进一步的，所述的套筒筒体的一端封闭，另一端开放，所述的灌浆口设置在靠近套筒筒体开放端的筒壁上，所述的排浆口设置在靠近套筒筒体封闭端的筒壁上。
进一步的，还包括钢骨架，所述的多个L型卡位板通过螺帽集成在钢骨架上，所述的钢骨架套接在套筒筒体内；所述的钢骨架与L型卡位板的接触面之间设置有橡胶垫圈，钢骨架与套筒筒体接触面之间也设置有橡胶垫圈。
一种预制剪力墙，包括连接墙体、被连接墙体和灌浆套筒，所述的连接墙体中设置有第一钢筋，所述的被连接墙体中设置有第二钢筋，所述的灌浆套筒设置在第一钢筋和第二钢筋之间，所述的灌浆套筒为本发明所述的灌浆套筒；
所述的套筒筒体的一端封闭，另一端开放；所述的第一钢筋穿过套筒筒体的封闭端并通过膨胀约束管和第一钢筋末端的膨胀头约束在套筒筒体内；所述的第二钢筋上沿其轴向间隔设置有多个限位凸缘，第二钢筋插入套筒筒体开放端内多个L型卡位板形成的空隙中，所述的L型卡位板抵顶在限位凸缘上。
进一步的，所述的膨胀头从第一钢筋末端向外扩散呈圆锥体形状；所述的膨胀约束管套设在膨胀头与套筒筒体封闭端之间的第一钢筋上；所述的膨胀约束管的一端设置有沿管体轴向深入的切口，所述的切口沿膨胀约束管周向均匀布设有多个，所述的膨胀约束管开设切口的一端位于膨胀头处。
进一步的，所述的凸缘为固定在第一钢筋上的螺母，所述的第二钢筋位于套筒筒体内的一端设置有用于连接螺母的直螺纹。
进一步的，所述的螺母沿第二钢筋进入套筒方向的一侧设置有圆角。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的被连接钢筋(即第二钢筋)通过固定在套筒上的L型卡位板进行固定后再灌浆，结合灌浆连接与机械连接，形成受力的两道防线，提高了钢筋连接的整体性和可靠性，同时可缩短套筒长度，减小钢筋预留长度。
另外，相对于传统的螺纹连接，连接钢筋(即第一钢筋)通过其末端的膨胀头和膨胀约束管挤压灌浆料而产生摩擦握裹力，进一步提高了钢筋连接的可靠性。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1为本发明的灌浆套筒的结构示意图。
图2为图1中C的局部放大图。
图3a为本发明的螺栓和螺帽的结构示意图。
图3b为本发明的L型卡位板的结构示意图。
图4为本发明的钢骨架的结构示意图。
图5a为本发明的第一钢筋的结构示意图。
图5b为膨胀约束管的结构示意图。
图6为第二钢筋的结构示意图。
图7为连接有第一钢筋和第二钢筋的灌浆套筒的结构示意图。
图8a为本发明的预制剪力墙未连接前的示意图。
图8b为本发明的预制剪力墙的整体结构示意图。
图9为实施例中传统预制剪力墙的结构示意图。
附图中各标号的含义：1-套筒筒体，2-固定装置，3-钢骨架，4-橡胶垫圈，5-第一钢筋，6-第二钢筋，7-膨胀约束管，8-把手，9-混凝土浆料；
11-灌浆口，12-排浆口，13-第二孔；
21-L型卡位板，22-螺栓，23-螺帽，
211-第一孔；231-限位端，232-连接端，233-螺纹孔；
31-第三孔，32-减重槽；51-膨胀头；61-限位凸缘，62-直螺纹；71-切口。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施方式，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指以相应附图的图面为基准定义的，“内、外”是指相应部件轮廓的内和外。
如图1所示，本发明公开了一种混合型灌浆套筒，包括带有空腔的套筒筒体1，套筒筒体1上设置有灌浆口11和排浆口12，套筒筒体1内设置有用于固定剪力墙钢筋的固定装置2，固定装置2沿套筒筒体1周向对称设置有多个；该固定装置2包括L型卡位板21、螺栓22和螺帽23，L型卡位板21的一边通过螺栓22和螺帽23固定在套筒筒体1上，另一边倾斜指向套筒筒体1的中心，多个L型卡位板21的另一边环绕一周形成用于剪力墙钢筋插入的空隙。被连接钢筋(即本发明中的第二钢筋)通过固定在套筒上的L型卡位板进行固定后再灌浆，结合灌浆连接与机械连接，形成受力的两道防线，提高了钢筋连接的整体性和可靠性，同时可缩短套筒长度，减小钢筋预留长度。
其中，套筒筒体1的一端封闭，另一端开放，灌浆口11设置在靠近套筒筒体开放端的筒壁上，排浆口12设置在靠近套筒筒体封闭端的筒壁上。从套筒灌浆口11灌入浆料，直到排浆口12有浆体排出表示套筒已灌满浆料。
在本发明的一个具体实施方式中，如图3a和3b所示，螺帽23包括限位端231以及与螺栓22连接的连接端232，限位端231的直径大于连接端232的直径，这样，可以限制螺帽在L型卡位板上移动。连接端232为多边形柱体，优选方形柱体；L型卡位板21上设置有用于连接端232穿过且与之匹配的第一孔211，将螺帽的连接端和L型卡位板上的第一孔形状设置为四边形结构，可以防止L型卡位板在螺帽连接端上转动。连接端232开设有与螺栓22匹配的螺纹孔233；套筒筒体1上设置有用于螺栓22穿过的第二孔13。优选的，连接端232为方形柱体，则与之匹配的第一孔211和第二孔13也为方形，其中套筒筒体1上的第二孔的个数与固定装置2的个数相匹配，沿筒体一圈周向均匀布置4～6个，沿筒体轴向均匀布置3～8排。
具体的，在本发明的一个具体实施例中，L型卡位板弯折处的夹角为钝角，优选为110°～140°，这样卡位板便于在其弯折处转动，使钢筋方便进入，且受力不易变形；若小于该角度，则钢筋插入时较困难，且卡位板对钢筋的卡位效果不明显，若大于这个角度，卡位板对钢筋的约束效果较弱，卡位板受力易变形。L型卡位板优选厚度为3～5mm、宽度为5～10mm的钢片。
在本发明的一个具体实施例中，L型卡位板21指向套筒筒体1的中心的端部光滑呈圆角。便于被连接钢筋(即本发明第二钢筋6)的插入，带有限位凸缘61的被连接钢筋插入之后即被固定，L型卡位板周围被灌浆料填实，被连接钢筋受到轴向力作用时，L型卡位板不易变形屈曲，能较好的固定钢筋。
进一步的，在本发明的一个具体实施方式中，如图1所示，为了提高结构安装的整体性，便于施工，多个L型卡位板21通过螺帽23集成在钢骨架3上，然后将钢骨架3作为一个整体套接在套筒筒体1内，再通过螺栓22与螺帽23的连接将钢骨架这一整体固定在套筒筒体上。其中，如图4所示，钢骨架上设置有与螺帽限位端231匹配的第三孔31，用于螺帽限位端231穿过。
优选的，钢骨架为一薄壁钢片，钢骨架厚度为1～2mm，直径比套筒筒体1的直径小3～6mm；优选的，如图4所示，在钢骨架上设置有减重槽32，减轻钢骨架的重量。为了方便移动钢骨架，在钢骨架端部设置把手8，把手8为薄钢板，其长度伸出套筒外3～5cm，宽度为1～2cm。钢骨架就位后把辅助安装把手折进去。
为了便于L型卡位板变形，产生一定的倾角，便于下部钢筋施工，在钢骨架3与L型卡位板21的接触面之间设置有橡胶垫圈4。另外，在钢骨架3与套筒筒体1接触面之间也设置橡胶垫圈4，一方面可绕避免制作误差引起的钢骨架3和套筒筒壁不能够完全贴合，另一方面固定钢骨架与卡位钢片形成整体。
本发明还公开了一种预制剪力墙，如图6所示，包括连接墙体、被连接墙体以及用于连接连接墙体上的第一钢筋5和被连接墙体上的第二钢筋6的灌浆套筒，该灌浆套筒为本发明所述灌浆套筒；如图7所示，包括带有空腔的套筒筒体1，套筒筒体1的一端封闭，另一端开放；第一钢筋5穿过套筒筒体1的封闭端并通过膨胀约束管7和第一钢筋末端的膨胀头51约束在套筒筒体内；如图6所示，第二钢筋6上沿其轴向间隔设置有多个限位凸缘61，其中，凸缘61的间距同套筒筒体上第二孔13的间距。第二钢筋6插入套筒筒体1开放端内多个L型卡位板21形成的空隙中，L型卡位板21抵顶在限位凸缘61上。需要注意的是，限位凸缘61的直径大于L型卡位板21环绕形成的空隙的直径。其中，第一钢筋和第二钢筋形状相同，均为一端设置有膨胀头另一端设置有限位凸缘的钢筋。
本发明的被连接钢筋(即第二钢筋6)通过固定在套筒上的L型卡位板进行固定后再灌浆，结合灌浆连接与机械连接，形成受力的两道防线，提高了钢筋连接的整体性和可靠性，同时可缩短套筒长度，减小钢筋预留长度。另外，相对于传统的连接钢筋与套筒之间通过螺纹进行连接的方式，本发明的连接钢筋(即第一钢筋5)通过其末端的膨胀头和膨胀约束管挤压灌浆料而产生摩擦握裹力，进一步提高了钢筋连接的可靠性。
具体的，如图5a、5b所示，膨胀头51从第一钢筋末端向外扩散呈圆锥体形状；膨胀约束管7套设在膨胀头51与套筒筒体封闭端之间的第一钢筋5上；膨胀约束管7的一端设置有沿管体轴向深入的切口71，切口71沿膨胀约束管周向均匀布设有多个，膨胀约束管开设切口71的一端位于膨胀头51处。优选的，切口长度占膨胀约束管长度的一半，膨胀约束管7内径比第一钢筋5直径大4～8mm，膨胀约束管长3～10cm。优选的，膨胀约束管上等间距设4个切口，切口宽度1～2mm。当连接钢筋受到拉力时，膨胀约束管膨胀，切口变大，挤压套筒内灌浆料产生摩擦握裹力。
具体的，在本发明的一个具体实施方式中，凸缘61为固定在第二钢筋6上的螺母，第二钢筋6位于套筒筒体1内的一端设置有用于连接螺母的直螺纹62。在第二钢筋的直螺纹上连接螺母形成凸缘，这样不需要对钢筋加工凸缘，可根据需要安装拆卸，节约成本。其中，直螺纹段长度根据套筒上的的第二孔间距及排数来确定，螺母内部刻丝数量根据第二钢筋的力学性能要求设计，优选的，螺母外径大于钢筋直径8～20mm。为了防止螺母滑丝，在每个定位螺母和第二钢筋连接处点焊将其临时固定，3～5个焊点即可。
优选的，螺母沿第二钢筋进入套筒方向的一侧设置有圆角。便于第二钢筋插入套筒筒体时凸缘穿过L型卡位板。
以下以图8所示预制剪力墙为例，对本发明装置的具体连接过程做详细说明：
首先，在工厂预制灌浆套筒，在套筒上预留灌浆口、排浆口以及螺栓连接孔，设计好连接孔的间距和布置。
将膨胀约束管7套在连接墙体(图8中的墙1)的第一钢筋5上，将第一钢筋5从套筒的开放段插入套筒筒体直至膨胀约束管7卡在套筒的封闭端为止；在被连接墙体(墙2)上的第二钢筋6上按设定间距拧上若干定位螺母，为了防止螺母滑丝，在每个定位螺母和钢筋连接处点焊将其临时固定。
依次将每一个L型卡位板21插在螺帽23的连接端232上，再套上橡胶垫圈4，将该结构插入钢骨架上的第三孔31中，再套一层橡胶垫圈，至此，钢骨架3和若干L型卡位板21、螺帽23连接成为一个整体。用钢骨架3底部的辅助安装把手8将这一整体推进套筒筒体1内，左右上下移动辅助安装把手8可以旋转和挪动钢骨架3，调整其在筒内的位置，使套筒上的第二孔13对准准钢骨架侧螺帽23，从套筒外侧将螺栓22拧入螺帽的螺纹孔233中，套筒安装完成。
在工厂完成预制剪力墙构件(墙1和墙2)，在施工现场下部墙体(墙2)已安装好，伸出第二钢筋6，将上部连接墙体(墙1)吊装就位好，此时的上部墙体(墙1)已与灌浆套筒连接，将下部墙体(墙2)伸出的第二钢筋6插入套筒的开放端，剪力墙墙1和墙2拼装完成；最后从套筒灌浆口11灌入浆料，直到排浆口12有浆体排出表示套筒已灌满浆料。
实施例
本实施例对本发明的剪力墙(图8b)和传统剪力墙(图9)的连接性能进行有限元模拟实验：
其中传统剪力墙的灌浆套筒筒壁为波纹状，连接钢筋(第一钢筋5)与套筒之间通过螺纹连接。
本发明剪力墙与传统剪力墙中的套筒长度均为10cm，墙体中的连接钢筋均选用HRB钢筋，直径为12cm。
一般剪力墙连接中最理想的破坏现象为在拉拔试验中被连接钢筋拉断，而连接套筒及其灌浆料未发生破坏，未产生钢筋在套筒中滑移而使连接失效。实验结果发现：传统剪力墙墙体在被连接钢筋(第一钢筋6)自身发生断裂之前就已经失效，墙1和墙2在连接界面处断开，套筒内的灌浆料和被连接钢筋一同被拉出，即剪力墙的破坏是由于灌浆套筒的失效引起的；而本发明的剪力墙结构在钢筋自身发生断裂之前依然没有失效。
传统剪力墙中的灌浆套筒长度为15cm左右时再进行模拟实验发现，在被连接钢筋自身发生断裂之前传统套筒连接才不会失效，即剪力墙的破坏是由于连接钢筋的断裂引起的。在套筒长度均为10cm的情况下，本发明的剪力墙中的连接钢筋直径为16cm时进行模拟实验发现，在被连接钢筋自身发生断裂之前本发明剪力墙的破坏是由于套筒连接失效引起的。
综上可以得出，在保证剪力墙连接达到理想的破坏现象，即连接钢筋自身断裂引起的破坏时，本发明的套筒的实际几何尺寸可以缩短至传统套筒长度的70％左右，缩短近30％，而套筒尺寸的缩短可以减小预制剪力墙端部钢筋预留长度，给施工带来很大的方便。
另外需要说明的是，在下述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种混合型灌浆套筒，包括带有空腔的套筒筒体(1)，所述的套筒筒体(1)上设置有灌浆口(11)和排浆口(12)，其特征在于，所述的套筒筒体(1)内设置有用于固定剪力墙钢筋的固定装置(2)，所述的固定装置(2)沿套筒筒体(1)周向对称设置有多个；
所述的固定装置(2)包括L型卡位板(21)、螺栓(22)和螺帽(23)，所述的L型卡位板(21)的一边通过螺栓(22)和螺帽(23)固定在套筒筒体(1)上，另一边倾斜指向套筒筒体(1)的中心，多个L型卡位板(21)的另一边环绕一周形成用于剪力墙钢筋插入的空隙。
2.如权利要求1所述的混合型灌浆套筒，其特征在于，所述的螺帽(23)包括限位端(231)以及与螺栓(22)连接的连接端(232)，所述的限位端(231)的直径大于连接端(232)的直径；所述的连接端(232)为多边形柱体，所述的L型卡位板(21)上设置有用于连接端(232)穿过且与之匹配的第一孔(211)；所述的连接端(232)开设有与螺栓(22)匹配的螺纹孔(233)；所述的套筒筒体(1)上设置有用于螺栓(22)穿过的第二孔(13)。
3.如权利要求1所述的混合型灌浆套筒，其特征在于，所述的L型卡位板(21)弯折处的夹角为110°～140°。
4.如权利要求1所述的混合型灌浆套筒，其特征在于，所述的L型卡位板(21)指向套筒筒体(1)的中心的端部光滑呈圆角。
5.如权利要求1所述的混合型灌浆套筒，其特征在于，所述的套筒筒体(1)的一端封闭，另一端开放，所述的灌浆口(11)设置在靠近套筒筒体开放端的筒壁上，所述的排浆口(12)设置在靠近套筒筒体封闭端的筒壁上。
6.如权利要求1所述的混合型灌浆套筒，其特征在于，还包括钢骨架(3)，所述的多个L型卡位板(21)通过螺帽(23)集成在钢骨架(3)上，所述的钢骨架(3)套接在套筒筒体(1)内；所述的钢骨架(3)与L型卡位板(21)的接触面之间设置有橡胶垫圈(4)，钢骨架(3)与套筒筒体(1)接触面之间也设置有橡胶垫圈(4)。
7.一种预制剪力墙，包括连接墙体、被连接墙体和灌浆套筒，所述的连接墙体中设置有第一钢筋(5)，所述的被连接墙体中设置有第二钢筋(6)，所述的灌浆套筒设置在第一钢筋(5)和第二钢筋(6)之间，其特征在于，所述的灌浆套筒为权利要求1至6任意一项所述的灌浆套筒；
所述的套筒筒体(1)的一端封闭，另一端开放；所述的第一钢筋(5)穿过套筒筒体(1)的封闭端并通过膨胀约束管(7)和第一钢筋末端的膨胀头(51)约束在套筒筒体内；所述的第二钢筋(6)上沿其轴向间隔设置有多个限位凸缘(61)，第二钢筋(6)插入套筒筒体(1)开放端内多个L型卡位板(21)形成的空隙中，所述的L型卡位板(21)抵顶在限位凸缘(61)上。
8.如权利要求7所述的预制剪力墙，其特征在于，所述的膨胀头(51)从第一钢筋末端向外扩散呈圆锥体形状；所述的膨胀约束管(7)套设在膨胀头(51)与套筒筒体封闭端之间的第一钢筋(5)上；所述的膨胀约束管(7)的一端设置有沿管体轴向深入的切口(71)，所述的切口(71)沿膨胀约束管周向均匀布设有多个，所述的膨胀约束管开设切口(71)的一端位于膨胀头(51)处。
9.如权利要求7所述的预制剪力墙，其特征在于，所述的凸缘(61)为固定在第二钢筋(6)上的螺母，所述的第二钢筋(6)位于套筒筒体(1)内的一端设置有用于连接螺母的直螺纹(62)。
10.如权利要求9所述的预制剪力墙，其特征在于，所述的螺母沿第二钢筋(6)进入套筒方向的一侧设置有圆角。
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