CN109235637A - 一种大跨度装配式结构自平衡榫-预应力组合连接节点 - Google Patents

一种大跨度装配式结构自平衡榫-预应力组合连接节点 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大跨度装配式结构自平衡榫‑预应力组合连接节点,属于工程结构工业化建造技术领域;该节点包括两个首尾相连的预制混凝土构件A和B。预制混凝土构件A和预制混凝土构件B设置有预制榫型构件,预留预应力孔道,二者之间的装配式接缝通过榫型构件、预应力筋和胶接剂连接。本发明构造简单,节点受力能够实现自平衡,可解决单一预应力筋连接方式的抗剪能力不足、单榫连接方式的抗弯能力不足等装配式节点的常见问题,避免整体式预应力构造需要多余操作空间的现象,可提供有效的初始预压力方便胶接,并有效地提高节点的抗震性能和防水性能。适用于抗震性能和防水性能要求高的装配式建筑结构与桥梁结构的预制梁、板、柱等构件。

Description

一种大跨度装配式结构自平衡榫-预应力组合连接节点
技术领域
本发明涉及一种用于大跨度装配式结构的具有自平衡功能、抗震性能好和防水能力优异的榫-预应力组合连接节点,属于工业化建造技术领域。
背景技术
现浇混凝土施工存在诸多问题,如粉尘难以控制,噪音污染;模板材料消耗大;施工人员多,手工劳动多,劳动强度大;施工速度慢,建设周期长,受自然条件影响大;混凝土外观及质量控制难;现场的建筑材料浪费严重等。
与现浇方式相比,装配式结构大部分构件采用预制,提高了工厂化生产,具有混凝土质量可控,噪声污染和环境污染小,现场施工模板使用少,现场建筑材料浪费少,劳动力需求小,施工进度快,不影响地上使用空间等优点。
鉴于装配式结构的技术优点,许多国家都把构件预制化作为技术发展的一个重要标志。构件预制化的程度越高,技术水平也越高。同时构件预制化也是施工工厂化技术发展的必然趋势,是提高工程质量和加快修建速度、降低工程成本的主要方法。装配式地下结构也成为地下工程结构的重要选择,目前已经成规模实施和应用的地下结构包括装配式地下管廊、装配式地下通道、装配式地铁隧道和站台、装配式建筑结构地下层等。
我国现行的装配式混凝土建筑施工工艺存在许多问题。例如对预制块之间的连接处理研究还不完善,现行的装配式连接节点主要传递剪力,抗弯、抗震性能较差,仅适用于中小跨径结构、梁板搭接处及弯应力较小处,且不适用于大跨度预制混凝土桥梁结构和建筑结构,特别是抗震性能和防水性能要求高,维修养护困难的大跨度装配式地下结构(包括地下通道、地下管廊、隧道、城市轨道交通等)。因此,提出具有良好耐久性、优异抗震性能的新型装配式连接节点具有显著的理论意义和实际应用价值。
发明内容
为了解决装配式结构,特别是大跨度装配式结构连接节点耐久性差,抗震性、防水性不足等问题,本发明专利提供了一种构造简单、施工方便而可靠、具有自平衡功能,抗弯、抗扭、抗剪性能好、尤其适用于大跨度装配式结构的自平衡榫-预应力组合连接节点。
为了实现上述目的,本发明采取了如下技术方案。
一种大跨度装配式结构自平衡榫-预应力组合连接节点,包括预制混凝土构件A和预制混凝土构件B,预制混凝土构件A和预制混凝土构件B首尾相连;预制混凝土构件A和预制混凝土构件B设置有预制榫型构件(1),并预留预应力孔道(3),预制混凝土构件A和预制混凝土构件B之间的装配式接缝(2)通过榫型构件(1)、预应力筋(5)和胶接剂(6)连接。胶接剂(6)填涂在装配式接缝(2)中。预制混凝土构件A和预制混凝土构件B中设置有若干条沿斜向从预制混凝土构件A的上表面贯穿至预制混凝土构件B的下表面的预应力孔道(3)。预应力筋(5)设置于预应力孔道(3)中,采用后张法施工,根据施工截面要求采用单向张拉或者双向张拉。预应力筋(5)沿斜向将预制混凝土构件A和预制混凝土构件B连接。预应力筋锚固齿板(4)设置于预制混凝土构件A和预制混凝土构B中并与预应力筋(5)的端部连接,用混凝土或其它密封材料封闭。
榫型构件(1)能够平衡预应力筋(5)的张拉所引起的不平衡剪力,避免传统预应力连接节点抗剪切变形能力差的缺点;同时预应力筋(5)能够为装配式接缝(2)中的胶接剂(6)提供一定的正压力,作为施工过程中胶接剂(6)连接预制混凝土构件A和预制混凝土构件B所需的正压力,提高胶接剂(6)的连接性能;在榫型构件(1)、预应力筋(5)和装配式接缝(2)的组合连接条件下,所述的一种大跨度装配式结构自平衡榫-预应力组合连接节点具有优异的防水性能和抗震性能。
预制混凝土构件A和预制混凝土构B均包含榫型构件(1)、预应力孔道(3)、预应力筋(5)。榫型构件(1)包含榫型拼接齿和榫型凹槽,预制混凝土构件A的榫型拼接齿与预制混凝土构B的榫型凹槽一一对应。
预应力孔道(3)的位置、数量和间距通过节点所处位置及其实际受力大小来确定,并错开主筋位置;预应力筋(5)沿预制混凝土构件A和预制混凝土构B的几何中心对称布置和对称张拉。
预应力筋(5)的张拉控制力和预应力孔道(3)的倾斜角度根据所需的预压应力大小和施工界面确定,当榫型构件(1)的截面尺寸较大时(榫型构件抗剪能力较强时)增大倾斜角度和提高张拉控制力,以缩减预应力施工所需的操作空间;
所述的榫型构件(1),榫型构件(1)的截面形式为矩形、三角形或圆弧形,榫型构件(1)内设置有抗弯钢筋(1-1)、抗剪钢筋(1-2)和箍筋(1-3),榫型拼接齿处抗弯钢筋(1-1)的混凝土保护层厚度不低于30mm,抗弯钢筋(1-1)上等间距分布有箍筋(1-3);榫型拼接齿处布置有与预应力孔道倾角相同的抗剪钢筋(1-2),用以提高榫型构件平衡预应力的能力;榫型拼接齿对应的凹槽内部配有抗弯钢筋(1-4),抗弯钢筋(1-4)处的混凝土保护层厚度不低于30mm。
所述的装配式接缝(2)宽度为5mm~30mm,胶接剂(6)采用建筑砂浆、高级脂肪酸类防水剂等材料混合制成。
此种组合连接节点适用于纵、横向连接,不仅适用于大跨度装配式地下通道、管廊、沉管隧道等地下结构,也可适用于装配式建筑结构与桥梁结构的梁、板、柱等构件。
与现有技术相比,本发明的优点如下:
(1)本发明将预应力连接、榫卯连接、胶接相结合,在外荷载作用下,通过榫型构件与预应力筋的共同受力,节点连接处可以达到自平衡状态,可解决单一预应力筋连接方式的抗剪能力不足、单榫连接方式的抗弯能力不足等装配式节点的常见问题,并显著提高连接节点的抗震性能和防水性能;
(2)本发明使用的预应力连接可以实现在局部张拉预应力,可以有效地降低张拉操作界面,进而可以避免因扩大操作面引起的工程造价的提高;
(3)张拉预应力筋可以在构件接触面提供初始预压力,方便梁段之间胶接,且在某种程度上避免在使用过程中接头处出现拉应力现象,提高耐久性和防渗漏性能;
(4)此种组合连接节点纵、横向连接均可使用,不仅适用于中小跨径和大跨径装配式地下通道、管廊、沉管隧道结构等,同时适用于对防水、抗震有较高要求的装配式建筑结构与桥梁结构的梁、板、柱等构件。
附图说明
图1为一种大跨度装配式结构自平衡榫-预应力组合连接节点的切面示意图;
图2为一种大跨度装配式结构自平衡榫-预应力组合连接节点的平面示意图;
图3为预制混凝土构件的切面示意图;
图4为预应力筋锚固齿板隐蔽处理后的组合连接节点切面示意图;
图5为一种装配式混凝土柱榫-预应力组合连接节点的切面示意图;
图6为预应力筋锚固齿板隐蔽处理的一种装配式混凝土柱榫-预应力组合连接节点的切面示意图;
图中:预制混凝土构件A、预制混凝土构件B、1—榫型构件、1-1—榫型拼接齿处抗弯钢筋、1-2—榫型拼接齿处抗剪钢筋、1-3—榫型拼接齿处箍筋、1-4—榫型构件凹槽处抗弯钢筋、2—装配式接缝、3—预应力孔道、4—预应力筋锚固齿板、5—预应力筋、6—胶接剂。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
实施例1:
如图1~图3所示,用于大跨度地下通道的一种装配式自平衡榫-预应力组合连接节点,包括顶板预制混凝土构件A、顶板预制混凝土构件B、榫型构件(1)、装配式接缝(2)、预应力孔道(3)、预应力筋锚固齿板(4)、预应力筋(5)、胶接剂(6)。
顶板预制混凝土构件A和顶板预制混凝土构件B尺寸均为2m(横向)×1m(高度)×15m(跨度方向);榫型构件(1)拼接齿尺寸为0.3m×0.3m×2m(横向),考虑到装配式接缝(2)宽度影响,榫型构件(1)榫型凹槽尺寸为0.32m×0.32m×2m(横向),同一预制混凝土构件上的榫型拼接齿与榫型凹槽间距为0.2m;装配式接缝(2)宽度为10mm;预应力孔道(3)从构件A的上表面贯穿至构件B的下表面,沿构件横向以0.3m间距对称布置,共设置6组,孔道倾角为45°;十二个预应力筋锚固齿板(4)分别设置于构件A和构件B的顶板上、下表面;构件A和构件B吊装到位后首先完成预应力筋(5)的设置(穿束),并在装配式接缝(2)处涂抹胶接剂(6);胶接剂(6)涂抹完毕后进行榫型结构对接;对接完成后对称张拉屈服应力为1860MPa的1×7Φs15.2预应力筋(5),张拉控制应力为0.75fpk=1395Mpa;张拉完成后进行预应力孔道注浆、封锚工作;最后在接缝外部补充填注胶接剂(6),胶接剂(6)采用建筑砂浆、高级脂肪酸类防水剂等材料混合制成。
如图4所示,对于截面尺寸较大的预制构件,预应力筋锚固齿板(4)可以采用隐蔽处理设置于预制构件顶、底板中,并用混凝土或密封材料封闭。
实施例2:
如图5所示,用于装配式建筑结构柱的一种装配式自平衡榫-预应力组合连接节点,包括预制混凝土构件A、预制混凝土构件B、榫型构件(1)、装配式接缝(2)、预应力孔道(3)、预应力筋锚固齿板(4)、预应力筋(5)、胶接剂(6)。
预制混凝土构件A和预制混凝土构件B尺寸均为0.6m(长)×0.6m(宽)×5m(高);榫型构件(1)包括直径0.18m的圆弧形拼接齿和直径为0.19m的圆弧形凹槽,同一构件上的榫型拼接齿与榫型凹槽间距为0.2m,构件A和构件B的榫型拼接齿和榫型凹槽一一对应;装配式接缝(2)宽度为5mm;预应力孔道(3)从构件A的左表面贯穿至构件B的右表面,沿构件宽度方向以0.2m间距对称布置,共设置2组,孔道倾角为30°(与柱高度方向夹角);四个预应力筋锚固齿板(4)分别设置于预制混凝土构件的左、右表面;预应力筋(5)在构件装配式接缝(2)涂抹胶接剂(6)前预先设置,胶接剂(6)涂抹完毕后采用后张法对预应力筋(5)进行对称张拉,预应力筋(5)为屈服应力为1670MPa的1×7Φs12.7预应力钢绞线,张拉控制应力为0.5fpk=835Mpa;张拉完成后进行预应力孔道注浆、封锚工作;最后在接缝外部补充填注胶接剂(6),胶接剂(6)采用建筑砂浆、高级脂肪酸类防水剂等材料混合制成。
如图6所示,对于截面尺寸较大的预制柱构件,预应力筋锚固齿板(4)可以采用隐蔽处理设置于预制构件中,并用混凝土或密封材料封闭。
以上所述仅是本发明专利的优选实施方式,但本发明专利的实施不限于此。

Claims (6)

1.一种大跨度装配式结构自平衡榫-预应力组合连接节点,其特征在于:包括预制混凝土构件A和预制混凝土构件B,预制混凝土构件A和预制混凝土构件B首尾相连;预制混凝土构件A和预制混凝土构件B设置有预制榫型构件(1),并预留预应力孔道(3),预制混凝土构件A和预制混凝土构件B之间的装配式接缝(2)通过榫型构件(1)、预应力筋(5)和胶接剂(6)连接;胶接剂(6)填涂在装配式接缝(2)中;预制混凝土构件A和预制混凝土构件B中设置有若干条沿斜向从预制混凝土构件A的上表面贯穿至预制混凝土构件B的下表面的预应力孔道(3);预应力筋(5)设置于预应力孔道(3)中,采用后张法施工,根据施工截面要求采用单向张拉或者双向张拉;预应力筋(5)沿斜向将预制混凝土构件A和预制混凝土构件B连接;预应力筋锚固齿板(4)设置于预制混凝土构件A和预制混凝土构B中并与预应力筋(5)的端部连接,用混凝土封闭。
2.根据权利要求1所述的一种大跨度装配式结构自平衡榫-预应力组合连接节点,其特征在于:榫型构件(1)包含榫型拼接齿和榫型凹槽,预制混凝土构件A的榫型拼接齿与预制混凝土构B的榫型凹槽一一对应。
3.根据权利要求1所述的一种大跨度装配式结构自平衡榫-预应力组合连接节点,其特征在于:预应力筋(5)沿预制混凝土构件A和预制混凝土构B的几何中心对称布置和对称张拉。
4.根据权利要求1所述的一种大跨度装配式结构自平衡榫-预应力组合连接节点,其特征在于:所述的榫型构件(1),榫型构件(1)的截面形式为矩形、三角形或圆弧形。
5.根据权利要求1所述的一种大跨度装配式结构自平衡榫-预应力组合连接节点,其特征在于:榫型构件(1)内设置有抗弯钢筋(1-1)、抗剪钢筋(1-2)和箍筋(1-3),榫型拼接齿处抗弯钢筋(1-1)的混凝土保护层厚度不低于30mm,抗弯钢筋(1-1)上等间距分布有箍筋(1-3);榫型拼接齿处布置有与预应力孔道倾角相同的抗剪钢筋(1-2);榫型拼接齿对应的凹槽内部配有抗弯钢筋(1-4),抗弯钢筋(1-4)处混凝土的保护层厚度不低于30mm。
6.根据权利要求2所述的一种大跨度装配式结构自平衡榫-预应力组合连接节点,其特征在于:所述的装配式接缝(2)宽度为5mm~30mm。
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