CN109235733B - 一种采用预应力钢棒和内芯弯曲式防屈曲支撑的装配式板柱体系 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用预应力钢棒和内芯弯曲式防屈曲支撑的装配式板柱体系，属于建筑结构技术和结构抗震减震领域。该体系主要包括预制柱，预制楼板，预制墙板，预应力混凝土用钢棒，预应力锚具，内芯弯曲式防屈曲支撑，保温隔音墙板，外墙板，内芯弯曲式防屈曲支撑和保温隔音墙板之间的空隙，柱‑墙连接件等。预应力锚具设置在柱角，预应力混凝土用钢棒在预制楼板内的预应力孔道中，板柱节点通过预应力混凝土用钢棒和预应力锚具连接。预制墙板内设置内芯弯曲式防屈曲支撑，提高结构抗侧刚度和承载力，同时增强体系耗能能力。本发明实现了全干式施工，省去湿法作业，施工简便，预制率高，板柱节点稳定可靠，而且结构体系抗震性能良好。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用预应力钢棒和内芯弯曲式防屈曲支撑的装配式板柱体系，利用预制楼板中的预应力混凝土用钢棒为结构施加预应力，并实现板柱干式连接，在地震作用下，内芯弯曲式防屈曲支撑可以有效耗散能量，显著改善传统预应力装配式板柱结构的施工效率和抗震性能。属于新型建筑结构技术和结构抗震减震领域。
背景技术
近年来，随着建筑工业化和住宅产业化的推进，装配式混凝土结构在我国取得了较快发展和广泛的应用。预应力装配式板柱结构可以有效降低层高，经济效益较好，布局灵活，便于分隔建筑空间，有利于向大开间方向发展，预应力可以有效延缓楼板裂缝出现，减小裂缝宽度和结构在使用阶段出现的挠度，同时施工工期短，节能环保，符合国家绿色建筑和建筑节能减排的要求。
装配式板柱节点连接方法是限制该结构进一步推广的关键问题和核心难题。地震发生时，板柱节点需要传递不平衡弯矩，因此板柱节点在地震作用下容易发生节点开裂及冲切破坏，甚至造成结构倒塌。传统预应力装配式板柱节点通过设置贯穿柱和楼板的预应力筋及后浇细石混凝土的方式实现连接，在板柱之间形成摩擦节点，当遭遇强烈地震时，预制柱与板之间会发生相对转动，使板柱节点接触界面发生不平衡接触，混凝土预制柱在节点处所受的水平压力不在同一作用面上，产生截面上的不平衡弯矩，从而导致节点开裂甚至退出工作，因此传统预应力装配式板柱节点连接方式传力稳定性较差，存在安全隐患。
为了改进传统装配式板柱节点的不足，本发明提出采用预应力混凝土用钢棒进行装配式板柱构件连接。预应力混凝土用钢棒（简称PC钢棒）是由日本于20世纪60年代开发的一种技术含量很高的预应力钢材。由于它具有高强度韧性、低松弛性、与混凝土握裹力强，良好的可焊接性、镦锻性、节省材料（如φ11mmPC钢棒可代替φ20mm热轧钢筋）等特点，在国外已被广泛应用于60m以下高层房屋建筑立柱、桥基立柱、高强的与应力或凝土离心管桩、电杆、高架桥墩、铁路轨枕等预应力构件中。本发明提出的体系在预制柱中设置锚具，与楼板预应力孔道中的预应力混凝土用钢棒进行连接，并为结构施加预应力，充分发挥预应力混凝土用钢棒的优良性能，保证节点传力稳定。
对于板柱结构，设置斜向支撑是增强结构的抗侧刚度和承载力的有效手段。普通支撑在受压时容易发生屈曲，刚度和承载力急剧下降，实际工程中多使用防屈曲支撑。传统防屈曲支撑能保证支撑在受压与受拉时不屈曲，与传统支撑相比具有更稳定的力学性能，经过合理设计的防屈曲支撑可具有高刚度和良好的滞回耗能能力，但这种防屈曲支撑往往屈服力较高，在设计地震（小震或中震）下只提供刚度而不耗能，有必要提出新型耗能防屈曲支撑。
有鉴于此，本发明提出的一种采用预应力钢棒和内芯弯曲式防屈曲支撑的装配式板柱体系，设置内芯弯曲式防屈曲支撑，钢支撑沿长度方向呈曲线型，面外有微弯曲，外裹砂浆，支撑屈服力低，容易屈服耗能，综合利用砂浆和保温隔音板实现支撑防屈曲失稳，保证支撑耗能能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用预应力钢棒和内芯弯曲式防屈曲支撑的装配式板柱体系，保证板柱节点传力稳定，同时采用干法施工，省去混凝土养护时间，缩短工期，防屈曲支撑提高结构抗侧刚度和承载力，在地震作用下，支撑耗散大量能量，从而提高体系的抗震性能。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
一种采用预应力钢棒和内芯弯曲式防屈曲支撑的装配式板柱体系，该体系主要包括预制柱，预制楼板，预制墙板，预应力混凝土用钢棒，预应力锚具，内芯弯曲式防屈曲支撑，保温隔音墙板，外墙板，空隙，外裹砂浆和柱-墙连接件。空隙为内芯弯曲式防屈曲支撑和保温隔音墙板之间的结构。预制楼板顶面和底面各设置有两条交叉的预应力孔道，预应力孔道内藏有螺旋状的预应力混凝土用钢棒，预应力锚具带有锚筋，锚筋锚固在预制柱的柱角处，与板角的预应力混凝土用钢棒连接。预制墙板的核心层是内芯弯曲式防屈曲支撑，内芯弯曲式防屈曲支撑的外部设有外裹砂浆。预制墙板与预制柱之间通过柱-墙连接件进行连接。
内芯弯曲式防屈曲支撑与保温隔音墙板之间留有空隙，保温隔音墙板的外层是外墙板。
内芯弯曲式防屈曲支撑沿长度方向呈曲线状，带有面外弯曲，目的在于使其受压时向平面外屈曲失稳，内芯弯曲式防屈曲支撑的外部裹有外裹砂浆，外裹砂浆与保温隔音墙板共同防止支撑进一步屈曲，从而使内芯弯曲式防屈曲支撑具有屈服力低的特点，容易在地震作用下耗能，预制墙板内设有一个斜向内芯弯曲式防屈曲支撑。预制墙板厚度小于预制柱截面边长，柱-墙连接件呈L形，通过锚筋锚固在预制柱内，预制墙板和柱-墙连接件留有对应的螺栓孔，通过螺栓连接。
现场施工时，先将预制柱吊装就位，再架设楼板临时支撑，将预制楼板吊装就位后张拉预应力混凝土用钢棒，与预制柱内的预应力锚具连接，最后安装预制墙板，该层安装完毕后无需养护混凝土，直接拆除临时支撑进行下一层安装。
预制楼板四角留有与预制柱相对应的凹口，以便与预制柱进行连接。预制楼板内设置预应力孔道，孔道内藏有预应力混凝土用钢棒，每个板角处留有沿板厚方向凹口，将预应力混凝土用钢棒露出，用于现场施工预应力张拉并与预应力锚具连接，连接后将凹口浇筑混凝土填平。
预应力混凝土用钢棒采用经过热处理强韧化的高强度预应力钢棒，呈螺旋状，直径不小于12mm，屈服强度不应低于1080MPa，预应力混凝土用钢棒的初始应力控制在200MPa-400MPa。
预应力锚具通过两根锚筋锚固在预制柱1内，锚筋长度200mm-400mm，锚筋端部有弯钩，屈服强度不低于400MPa，直径不小于14mm。
内芯弯曲式防屈曲支撑所采用钢板沿长度方向呈曲线状，带有面外弯曲，目的是实现面外定向屈曲，保温隔音墙板对支撑面外屈曲起约束作用，从而使支撑具有屈服力低的特点。钢板所采用钢材屈服强度不高于200MPa，每个面外弯曲的曲率半径10mm-500mm，弯曲数量不少于两个，外裹砂浆强度等级不低于M5，保护层厚度不小于5mm，钢板与保温隔音墙板之间的空隙范围在5mm-20mm。
柱-墙连接件由L形钢板和锚筋组成，锚筋在预制柱内，钢板设置在柱和墙形成的夹角上，锚筋长度150mm-300mm，所用钢材屈服强度不低于400MPa，L形钢板宽度不小于130mm，总长度不小于300mm，所用钢材屈服强度不低于400MPa，L形钢板和预制墙板留有对应的螺栓孔。
有益效果：本发明具有以下优点：
（1）本发明涉及的结构体系各构件之间采用全干式连接，施工简便快捷，显著减少现场湿作业，省去混凝土的养护时间，大幅缩短工期，带来更好的经济效益，有效避免现场湿作业带来的污染，充分满足绿色建筑和节能减排的要求。
（2）传统预应力装配式板柱节点属于摩擦节点，在地震作用下，预制柱与板之间会发生相对转动，产生截面上的不平衡弯矩，导致节点开裂甚至退出工作。采用预应力混凝土用钢棒连接的板柱节点强化了整体性，保证节点稳定传力，避免传统装配式板柱节点由于接缝容易破坏导致的结构失效。
（3）体系中的预应力混凝土用钢棒给结构施加预应力，同时实现了板柱节点连接，充分利用了该材料强度高、延性好和松弛性低的特点。
（4）内芯弯曲式防屈曲支撑沿长度方向呈曲线形，带有面外弯曲，目的在于使支撑受压时向平面外屈曲失稳，支撑外部裹有砂浆，与保温隔音墙板共同限制支撑进一步屈曲，从而使支撑具有屈服力低的特点，容易在地震作用下耗能，进而增强结构体系抗震性能。
（5）预制墙板核心层是带有外裹砂浆的内芯弯曲式防屈曲支撑，核心层与保温隔音墙板之间留有空隙，最外层是外墙板，有效减小预制墙板的厚度，带来更好的经济效益。
附图说明
图1为本发明的立体示意图。
图2为本发明中的预制楼板平面图。
图3为本发明中的装配式板柱节点立面图。
图4为本发明中的预应力混凝土用钢棒侧视图。
图5为本发明中的预制墙板立面图。
图6为本发明中的预制墙板平面图。
图中：1－预制柱、2－预制楼板、3－预制墙板、4－预应力混凝土用钢棒、5－预应力锚具、6－内芯弯曲式防屈曲支撑、7－保温隔音墙板、8－外墙板、9－空隙、10－外裹砂浆、11－柱-墙连接件。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
一种采用预应力钢棒和内芯弯曲式防屈曲支撑的装配式板柱体系，该体系主要包括预制柱1，预制楼板2，预制墙板3，预应力混凝土用钢棒4，预应力锚具5，内芯弯曲式防屈曲支撑6，保温隔音墙板7，外墙板8，空隙9，外裹砂浆10和柱-墙连接件11。空隙9为内芯弯曲式防屈曲支撑6和保温隔音墙板7之间的结构。预制楼板2顶面和底面各设置有两条交叉的预应力孔道，预应力孔道内藏有螺旋状的预应力混凝土用钢棒4，预应力锚具5带有锚筋，锚筋锚固在预制柱1的柱角处，与板角的预应力混凝土用钢棒4连接。预制墙板3的核心层是内芯弯曲式防屈曲支撑6，内芯弯曲式防屈曲支撑6的外部设有外裹砂浆10。预制墙板3与预制柱1之间通过柱-墙连接件11进行连接。
内芯弯曲式防屈曲支撑6与保温隔音墙板7之间留有空隙9，保温隔音墙板7的外层是外墙板8。
内芯弯曲式防屈曲支撑6沿长度方向呈曲线状，带有面外弯曲，目的在于使其受压时向平面外屈曲失稳，内芯弯曲式防屈曲支撑6的外部裹有外裹砂浆10，外裹砂浆10与保温隔音墙板7共同防止支撑进一步屈曲，从而使内芯弯曲式防屈曲支撑6具有屈服力低的特点，容易在地震作用下耗能，预制墙板3内设有一个斜向内芯弯曲式防屈曲支撑6。预制墙板3厚度小于预制柱1截面边长，柱-墙连接件11呈L形，通过锚筋锚固在预制柱1内，预制墙板3和柱-墙连接件11留有对应的螺栓孔，通过螺栓连接。
现场施工时，先将预制柱1吊装就位，再架设楼板临时支撑，将预制楼板2吊装就位后张拉预应力混凝土用钢棒4，与预制柱1内的预应力锚具5连接，最后安装预制墙板3，该层安装完毕后无需养护混凝土，直接拆除临时支撑进行下一层安装。
预制楼板2四角留有与预制柱1相对应的凹口，以便与预制柱1进行连接。预制楼板2内设置预应力孔道，孔道内藏有预应力混凝土用钢棒4，每个板角处留有沿板厚方向凹口，将预应力混凝土用钢棒4露出，用于现场施工预应力张拉并与预应力锚具5连接，连接后将凹口浇筑混凝土填平。
预应力混凝土用钢棒4采用经过热处理强韧化的高强度预应力钢棒，呈螺旋状，直径不小于12mm，屈服强度不应低于1080MPa，预应力混凝土用钢棒4的初始应力控制在200MPa-400MPa。
预应力锚具5通过两根锚筋锚固在预制柱1内，锚筋长度200mm-400mm，锚筋端部有弯钩，屈服强度不低于400MPa，直径不小于14mm。
内芯弯曲式防屈曲支撑6所采用钢板沿长度方向呈曲线状，带有面外弯曲，目的是实现面外定向屈曲，保温隔音墙板7对支撑面外屈曲起约束作用，从而使支撑具有屈服力低的特点。钢板所采用钢材屈服强度不高于200MPa，每个面外弯曲的曲率半径10mm-500mm，弯曲数量不少于两个，外裹砂浆10强度等级不低于M5，保护层厚度不小于5mm，钢板与保温隔音墙板7之间的空隙9范围在5mm-20mm。
柱-墙连接件11由L形钢板和锚筋组成，锚筋在预制柱1内，钢板设置在柱和墙形成的夹角上，锚筋长度150mm-300mm，所用钢材屈服强度不低于400MPa，L形钢板宽度不小于130mm，总长度不小于300mm，所用钢材屈服强度不低于400MPa，L形钢板和预制墙板3留有对应的螺栓孔。
一种采用预应力钢棒和内芯弯曲式防屈曲支撑的装配式板柱体系，各构件全部预制，预制柱1和预制楼板2之间通过预应力混凝土用钢棒4和预应力锚具5进行连接，预应力混凝土用钢棒4呈螺旋状，结构可以施加预应力，同时板柱节点传力稳定，预制柱1和预制墙板3之间通过柱-墙连接件11相连，节点施工简便。该体系实现了全干式连接，省去湿式连接的混凝土养护时间，避免湿作业带来的污染，大幅缩短工期。
预制墙板3的核心层为内芯弯曲式防屈曲支撑6，支撑沿长度方向呈曲线型，带有面外弯曲，目的在于使支撑受压时向平面外屈曲失稳，支撑外部裹有砂浆10，与保温隔音墙板7共同限制支撑进一步屈曲，从而使支撑具有屈服力低的特点，容易在地震作用下耗能，与预制楼板2共同发挥耗能的作用，从而提高结构体系的抗震性能。
对于某预应力装配式板柱结构，共4层，每层层高为3.5米，柱网纵向为各7.3米的5跨，横向为各5.2米的三跨，单跨如图1所示，预制柱1截面尺寸为500mm×500mm，各构件采用C30混凝土整体浇筑，预应力锚具5的箍筋长300mm，屈服强度400MPa，预制楼板2尺寸为7300mm×5200mm×140mm，板角预留250mm×250mm凹口，选用的预应力混凝土用钢棒4直径13mm，屈服强度1420MPa，内芯弯曲式防屈曲支撑6所采用钢材屈服强度200MPa，共有34个弯曲，每个弯曲曲率半径110mm，支撑外裹砂浆强度等级M10，保护层厚度10mm，支撑和保温隔音墙板之间的空隙9宽度10mm，柱-墙连接件11的L形钢板宽度150mm，总长度300mm，屈服强度400MPa，锚筋长度300mm，屈服强度400MPa。
本发明的全干式预制装配混凝土板柱结构体系施工工序为：首先将预制柱1吊装就位，设置楼板临时支撑，之后安装预制楼板2，最后吊装预制墙板3进行连接，安装完毕后无需养护即可拆除临时支撑进行下一层安装。
以上为本发明的一个典型实施例，但本发明的实施不限于此。
Claims (6)
1.一种采用预应力钢棒和内芯弯曲式防屈曲支撑的装配式板柱体系，其特征在于：该体系主要包括预制柱（1），预制楼板（2），预制墙板（3），预应力混凝土用钢棒（4），预应力锚具（5），内芯弯曲式防屈曲支撑（6），保温隔音墙板（7），外墙板（8），空隙（9），外裹砂浆（10）和柱-墙连接件（11）；空隙（9）为内芯弯曲式防屈曲支撑（6）和保温隔音墙板（7）之间的结构；预制楼板（2）顶面和底面各设置有两条交叉的预应力孔道，预应力孔道内藏有螺旋状的预应力混凝土用钢棒（4），预应力锚具（5）带有锚筋，锚筋锚固在预制柱（1）的柱角处，与板角的预应力混凝土用钢棒（4）连接；预制墙板（3）的核心层是内芯弯曲式防屈曲支撑（6），内芯弯曲式防屈曲支撑（6）的外部设有外裹砂浆（10）；预制墙板（3）与预制柱（1）之间通过柱-墙连接件（11）进行连接；
内芯弯曲式防屈曲支撑（6）与保温隔音墙板（7）之间留有空隙（9），保温隔音墙板（7）的外层是外墙板（8）；
内芯弯曲式防屈曲支撑（6）沿长度方向呈曲线状，带有面外弯曲，目的在于使其受压时向平面外屈曲失稳，内芯弯曲式防屈曲支撑（6）的外部裹有外裹砂浆（10），外裹砂浆（10）与保温隔音墙板（7）共同防止支撑进一步屈曲，从而使内芯弯曲式防屈曲支撑（6）具有屈服力低的特点，容易在地震作用下耗能，预制墙板（3）内设有一个斜向内芯弯曲式防屈曲支撑（6）；预制墙板（3）厚度小于预制柱（1）截面边长，柱-墙连接件（11）呈L形，通过锚筋锚固在预制柱（1）内，预制墙板（3）和柱-墙连接件（11）留有对应的螺栓孔，通过螺栓连接；
现场施工时，先将预制柱（1）吊装就位，再架设楼板临时支撑，将预制楼板（2）吊装就位后张拉预应力混凝土用钢棒（4），与预制柱（1）内的预应力锚具（5）连接，最后安装预制墙板（3），该层安装完毕后无需养护混凝土，直接拆除临时支撑进行下一层安装。
2.根据权利要求1所述的一种采用预应力钢棒和内芯弯曲式防屈曲支撑的装配式板柱体系，其特征在于：预制楼板（2）四角留有与预制柱（1）相对应的凹口，以便与预制柱（1）进行连接；预制楼板（2）内设置预应力孔道，孔道内藏有预应力混凝土用钢棒（4），每个板角处留有沿板厚方向凹口，将预应力混凝土用钢棒（4）露出，用于现场施工预应力张拉并与预应力锚具（5）连接，连接后将凹口浇筑混凝土填平。
3.根据权利要求1所述的一种采用预应力钢棒和内芯弯曲式防屈曲支撑的装配式板柱体系，其特征在于：预应力混凝土用钢棒（4）采用经过热处理强韧化的高强度预应力钢棒，呈螺旋状，直径不小于12mm，屈服强度不应低于1080MPa，预应力混凝土用钢棒（4）的初始应力控制在200MPa-400MPa。
4.根据权利要求1所述的一种采用预应力钢棒和内芯弯曲式防屈曲支撑的装配式板柱体系，其特征在于：预应力锚具（5）通过两根锚筋锚固在预制柱（1）内，锚筋长度200mm-400mm，锚筋端部有弯钩，屈服强度不低于400MPa，直径不小于14mm。
5.根据权利要求1所述的一种采用预应力钢棒和内芯弯曲式防屈曲支撑的装配式板柱体系，其特征在于：内芯弯曲式防屈曲支撑（6）所采用钢板沿长度方向呈曲线状，带有面外弯曲，目的是实现面外定向屈曲，保温隔音墙板（7）对支撑面外屈曲起约束作用，从而使支撑具有屈服力低的特点；钢板所采用钢材屈服强度不高于200MPa，每个面外弯曲的曲率半径10mm-500mm，弯曲数量不少于两个，外裹砂浆（10）强度等级不低于M5，保护层厚度不小于5mm，钢板与保温隔音墙板（7）之间的空隙（9）范围在5mm-20mm。
6.根据权利要求1所述的一种采用预应力钢棒和内芯弯曲式防屈曲支撑的装配式板柱体系，其特征在于：柱-墙连接件（11）由L形钢板和锚筋组成，锚筋在预制柱（1）内，钢板设置在柱和墙形成的夹角上，锚筋长度150mm-300mm，所用钢材屈服强度不低于400MPa，L形钢板宽度不小于130mm，总长度不小于300mm，所用钢材屈服强度不低于400MPa，L形钢板和预制墙板（3）留有对应的螺栓孔。
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