CN109594652B - 一种张拉锚固于柱牛腿的预应力装配框架结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种张拉锚固于柱牛腿的预应力装配框架结构，通过框架柱中部的框架柱牛腿实现框架梁与框架柱之间的水平连接，通过框架柱端部的柱端牛腿实现框架柱之间的竖向连接；适用于梁与柱、柱与柱更为简化且性能优越的连接结构，其中梁与柱通过柱中部四周鼓出的牛腿相接并在牛腿上张拉锚固预应力筋而实现相互连接，从而既方便了装配预应力筋的张拉锚固操作，又将受力钢筋与节点装配钢筋结合起来，节省了钢筋用量。柱与柱在楼层高度中部附近连接，连接上、下端的四周均鼓出牛腿，并在牛腿上张拉锚固斜向预应力连接钢筋，从而方便了柱与柱的连接，并可保证连接界面具有良好的抗剪性能和抗弯性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种张拉锚固于柱牛腿的预应力装配框架结构，是一种建筑工程领域中的预应力装配框架结构。
背景技术
预制装配体系在世界范围内已广泛使用近百年，期间出现了多种构成和性能各异的预制装配结构体系，其中预应力装配框架结构体系是一种高效预制装配结构体系。该体系采用局部无粘结筋将框架梁预压连接到框架柱上，简化了连接方式，保证了良好的抗震能力。其受力工作特征为：在常规荷载及较小烈度地震作用下，连接节点保持刚性水平而使结构处于弹性工作状态；而在较高烈度地震作用下，预压连接节点处梁柱界面往复张开和闭合，连接刚度也随之动态退化和恢复，结构的塑性变形主要发生在该界面处的混凝土挤压区，装配预应力筋始终保持弹性，结构恢复性能较好。因此，综合而言，预应力装配框架结构体系是一种既能实现建筑工业化生产方式、又具有更高抗震能力的高效结构体系。
然而，现有预应力装配框架结构体系的连接方法还存在一些不足，主要包括：
(1)传统预应力装配框架结构体系中的梁柱预压装配连接，为了便于后张预应力束两端的张拉及锚固操作，装配预应力束一般都是贯穿整个横向或纵向的多跨框架梁之后向两端伸出边柱而后进行张拉及锚固操作，这给穿束带来了很大困难，同时也导致张拉摩擦预应力损失过大。
(2)另一种既有预应力装配框架结构体系中的梁柱预压装配连接，为了便于穿束，将节点两侧局部范围内的梁段截面扩宽形成局部端面，然后在该范围内穿束并在局部端面上张拉锚固而形成局部预应力装配连接，但这样导致框架梁异形而给其预制及将来的的使用带来麻烦，另外，装配预应力筋与梁内钢筋部分叠加，造成钢筋浪费。
(3)传统装配式框架结构体系中的柱与柱的连接，往往采用基于灌浆套筒连接技术的插筋法，该方法施工过程麻烦且灌浆技术不易保证，且在连接界面上形成了抗剪薄弱部位。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种张拉锚固于柱牛腿的预应力装配框架结构，是一种适用于梁与柱、柱与柱的更为简化且性能优越的连接结构。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种张拉锚固于柱牛腿的预应力装配框架结构，通过框架柱中部的框架柱牛腿实现框架梁与框架柱之间的水平连接，通过框架柱端部的柱端牛腿实现框架柱之间的竖向连接；
框架柱与框架梁连接部位的四个侧面均向外鼓出，形成框架柱牛腿，框架梁端面与框架柱牛腿正面相接；每根框架梁沿其轴向设置有框架梁上部穿筋孔道和框架梁下部穿筋孔道，在相连接的框架柱牛腿上设置有框架柱上部穿筋孔道和框架柱下部穿筋孔道，框架梁上部穿筋孔道和框架柱上部穿筋孔道相贯通形成上部穿筋孔道，框架梁下部穿筋孔道和框架柱下部穿筋孔道相贯通形成下部穿筋孔道；在上部穿筋孔道和下部穿筋孔道内分别穿入预应力束，预应力束在张拉后其两端锚固在张拉锚固单元最两端的框架柱牛腿上；所述框架梁上部穿筋孔道为两侧直线型、中部曲线型孔道的组合，框架梁下部穿筋孔道为直线型孔道；
柱端牛腿通过上方框架柱的下部柱端牛腿和下方框架柱的上部柱端牛腿拼接而成，柱端牛腿内部设置有贯穿下部柱端牛腿和上部柱端牛腿的斜向直线型穿筋通道，在斜向直线型穿筋通道内穿入预应力束。
优选的，所述框架梁上部穿筋孔道的中部是下挠曲线型孔道，两端为直线型孔道，在下挠曲线型孔道和直线型孔道之间通过上挠曲线形孔道过渡。
优选的，所述下挠曲线型孔道的下挠顶点与框架梁的中轴线处于同一高度。
优选的，若框架柱为张拉锚固单元最两端的框架柱，则对应框架柱牛腿中的框架柱上部穿筋孔道和框架柱下部穿筋孔道均为曲线型孔道，将框架柱上部穿筋孔道引导至框架柱牛腿上部，将框架梁下部穿筋孔道引导至框架柱牛腿下部(便于预应力束穿过后从框架柱牛腿顶面或框架柱牛腿底面伸出而进行张拉锚固)；若框架柱为张拉锚固单元非端部的框架柱，则对应框架柱牛腿中的框架柱上部穿筋孔道和框架柱下部穿筋孔道均为直线型孔道(只需预应力束从内部穿过即可)。
预应力束可穿过一跨或若干跨框架梁及与其相接的框架柱的穿筋孔道后进行张拉锚固，此时，上部预应力束两端分别张拉锚固于一跨或若干跨中最两端的框架柱背侧框架柱牛腿的顶部；下部预应力束两端分别张拉锚固于一跨或若干跨中最两端的框架柱背侧框架柱牛腿的底部。
优选的，所述框架梁上部穿筋孔道两端部分、框架梁下部穿筋孔道两端部分、框架柱上部穿筋孔道和框架柱下部穿筋孔道的内壁与预应力束之间填充软质防锈材料(如黄油、石蜡等)而形成无粘结接触；其他区段内壁与预应力束之间填充硬质灌浆材料(如水泥浆、砂浆等)而形成有粘结接触。
优选的，所述框架柱牛腿由框架柱中部向外鼓出形成，其上边缘略高于与之接触的框架梁的顶面，下边缘略低于与之接触的框架梁的底面，从上、下边缘起始，向中部斜向平直鼓出至与框架梁的横截面相正对，鼓出的顶面及底面为两个斜平面，斜平面与穿筋孔道出口处切线垂直。
优选的，柱柱连接结构的连接界面一般处于楼层高度中部附近，所述柱端牛腿为上下方两个框架柱对接位置向外鼓出形成，上方框架柱的下端和下方框架柱的上端的设定竖向长度范围内向外平行鼓出形成下部柱端牛腿和上部柱端牛腿，下部柱端牛腿和上部柱端牛腿正对的两个端面水平，相背的两个端面为两个斜平面；斜向直线型穿筋通道的端口分别在上斜平面和下斜平面上，且斜向直线型穿筋通道与对应的上斜平面和下斜平面垂直；每个上斜平面上有两个斜向直线型穿筋通道的端口，于是一个柱端牛腿上共有8条斜向直线型穿筋通道；当某两个斜向直线型穿筋通道互相相交时，须要将其中一个斜向直线型穿筋通道进行位置平移以作避让，使得任意两个斜向直线型穿筋通道之间不干涉。
有益效果：本发明提供的适用于梁与柱、柱与柱的连接结构，是一种梁与柱、柱与柱更为简化且性能优越的连接结构，其中梁与柱的连接结构能将受力钢筋与节点装配钢筋结合起来，既节省了钢筋用量，又保证了梁形状规整；下部预应力束在梁内保持直线通长布置，上部预应力束在梁中部通过三段弧线过渡而下沉，最低点在梁横截面中和轴附近，从而既可避免不下沉带来的梁跨中附近截面上部预压应力不利于该处截面抵抗正弯矩的问题，也可避免下沉过多至梁底附近时带来的跨中附近截面抵抗正弯矩的超筋问题；柱与柱的连接结构能够方便地实现更为可靠的预应力连接，可以提高柱的抗剪性能，同时有效提高该类结构的抗震能力；更进一步，该发明技术的推广应用对提升建筑工业化水平、实现建筑结构低碳化、降低建筑结构全生命周期综合成本、实现社会经济可持续发展等具有推动作用。
附图说明
图1为单跨张拉锚固梁、柱连接结构示意图；
图2为多跨张拉锚固梁、柱连接结构示意图；
图3为柱、柱连接结构轮廓图；
图4为柱、柱连接结构立体示意图；
图5为柱、柱连接结构俯视图。
图中包括：1-框架梁；2-框架柱；3-框架柱牛腿；4-单跨上部预应力筋；5-单跨下部预应力筋；6-框架梁上部穿筋孔道；7-框架梁下部穿筋孔道；8-框架柱上部穿筋孔道；9-框架柱下部穿筋孔道；10-多跨上部预应力筋；11-多跨下部预应力筋；12-斜向直线型穿筋通道；13-柱端连接预应力筋；14-下部柱端牛腿；15-上部柱端牛腿。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
本发明针对预应力装配框架结构的两个关键连接部位提出了两种结构：一是预制内框架柱与周围多根预制框架梁的连接结构(简称梁柱连接结构)，二是预制框架柱与预制框架柱间的连接结构(简称柱柱连接结构)。具体如下的基本特征：
1、将梁内受力钢筋与节点装配钢筋结合起来，在梁段内作为梁的受力钢筋，在节点处作为装配连接钢筋，从而节省了钢筋，也保证了梁的形状规整。
2、通过改造节点处柱牛腿形式，并在柱节点内设置曲线孔道，将预应力筋引出梁顶面或底面以外而在柱牛腿顶部或底部进行张拉和锚固，从而实现在内柱上进行张拉锚固操作，给穿束和减小摩擦预应力损失带来便利。
3、梁内上部预应力束在梁中部通过三段弧线过渡而下沉，最低点在梁横截面中和轴附近，从而既可避免不下沉带来的梁跨中附近截面上部预压应力不利于该处截面抵抗正弯矩的问题，也可避免下沉过多至梁底附近时带来的跨中附近截面抵抗正弯矩的超筋问题。
4、柱柱连接中，通过改造柱中段的连接方式，上柱四个侧面在下端面均向外斜下鼓出一定距离后再竖直向下沿伸，下柱四个侧面在上端面均向外斜上鼓出一定距离后再竖直向上沿伸，上下柱端面平缝企合。在鼓出部分设置穿筋孔道并在斜面上进行张拉锚固，提高柱的抗剪能力，同时可以提高结构的抗震性能。
图1为本发明单跨张拉锚固梁柱连接结构示意图。框架梁1上部的单跨上部预应力筋4在框架梁上部穿筋孔道6中部弯曲下沉，在梁两端平直，在水平直线型孔道与下挠曲线型孔道之间是上挠曲线形孔道过渡，进入框架柱2后沿框架柱上部穿筋孔道8弯曲直至到达框架柱牛腿3上斜面顶部并进行张拉锚固。框架梁1下部的单跨下部预应力筋5在梁内沿框架梁下部穿筋孔道7进入框架柱2，在柱内沿框架柱下部穿筋孔道9弯曲直至到达框架柱牛腿3下斜面底部并进行张拉锚固。
图2为本发明多跨张拉锚固梁柱连接结构示意图。框架梁1上部的多跨上部预应力筋10在框架梁上部穿筋孔道6中部弯曲下沉，在梁两端平直，在水平直线型孔道与下挠曲线型孔道之间是上挠曲线形孔道过渡，一端进入框架柱2后沿弯曲型的框架柱上部穿筋孔道8直至到达框架柱牛腿3上斜面顶部并进行张拉锚固，另一端沿直线型的框架柱上部穿筋孔道8穿过框架柱2后沿框架梁上部穿筋孔道6到达框架柱2，然后沿弯曲型的框架柱上部穿筋孔道8直至到达框架柱牛腿3上斜面顶部并进行张拉锚固。框架梁1下部的多跨下部预应力筋11一端进入柱2后沿框架柱下部穿筋孔道9弯曲直至到达框架柱牛腿3下斜面底部并进行张拉锚固，另一端沿框架梁下部穿筋孔道7进入另一个框架柱2，在框架柱2中沿框架柱下部穿筋孔道9进入另一个框架梁1，在框架梁1中沿框架梁下部穿筋孔道7进入再一个框架柱2，在柱内沿框架柱下部穿筋孔道9弯曲直至到达框架柱牛腿3下斜面底部并进行张拉锚固。
图3、图4、图5分别为本发明柱柱连接结构轮廓图、立体示意图、俯视图。八根柱端连接预应力筋13分别贯穿斜向直线型穿筋通道12到达柱端牛腿的上下两个倾斜面并进行张拉锚固。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种张拉锚固于柱牛腿的预应力装配框架结构，其特征在于：通过框架柱(2)中部的框架柱牛腿(3)实现框架梁(1)与框架柱(2)之间的水平连接，通过框架柱(2)端部的柱端牛腿实现框架柱(2)之间的竖向连接；
框架柱(2)与框架梁(1)连接部位的四个侧面均向外鼓出，形成框架柱牛腿(3)，框架梁(1)端面与框架柱牛腿(3)正面相接；每根框架梁(1)沿其轴向设置有框架梁上部穿筋孔道(6)和框架梁下部穿筋孔道(7)，在相连接的框架柱牛腿(3)上设置有框架柱上部穿筋孔道(8)和框架柱下部穿筋孔道(9)，框架梁上部穿筋孔道(6)和框架柱上部穿筋孔道(8)相贯通形成上部穿筋孔道，框架梁下部穿筋孔道(7)和框架柱下部穿筋孔道(9)相贯通形成下部穿筋孔道；在上部穿筋孔道和下部穿筋孔道内分别穿入预应力束，预应力束在张拉后其两端锚固在张拉锚固单元最两端的框架柱牛腿(3)上；所述框架梁上部穿筋孔道(6)为两侧直线型、中部曲线型孔道的组合，框架梁下部穿筋孔道(7)为直线型孔道；所述框架梁上部穿筋孔道(6)的中部是下挠曲线型孔道，两端为直线型孔道，在下挠曲线型孔道和直线型孔道之间通过上挠曲线形孔道过渡；
柱端牛腿通过上方框架柱(2)的下部柱端牛腿(14)和下方框架柱(2)的上部柱端牛腿(15)拼接而成，柱端牛腿内部设置有贯穿下部柱端牛腿(14)和上部柱端牛腿(15)的斜向直线型穿筋通道(12)，在斜向直线型穿筋通道(12)内穿入预应力束；
若框架柱(2)为张拉锚固单元最两端的框架柱(2)，则对应框架柱牛腿(3)中的框架柱上部穿筋孔道(8)和框架柱下部穿筋孔道(9)均为曲线型孔道，将框架柱上部穿筋孔道(6)引导至框架柱牛腿(3)上部，将框架梁下部穿筋孔道(7)引导至框架柱牛腿(3)下部；
若框架柱(2)为张拉锚固单元非端部的框架柱，则对应框架柱牛腿(3)中的框架柱上部穿筋孔道(8)和框架柱下部穿筋孔道(9)均为直线型孔道。
2.根据权利要求1所述的张拉锚固于柱牛腿的预应力装配框架结构，其特征在于：所述下挠曲线型孔道的下挠顶点与框架梁(1)的中轴线处于同一高度。
3.根据权利要求1所述的张拉锚固于柱牛腿的预应力装配框架结构，其特征在于：所述框架梁上部穿筋孔道(6)两端部分、框架梁下部穿筋孔道(7)两端部分、框架柱上部穿筋孔道(8)和框架柱下部穿筋孔道(9)的内壁与预应力束之间填充软质防锈材料而形成无粘结接触；其他区段内壁与预应力束之间填充硬质灌浆材料而形成有粘结接触。
4.根据权利要求1所述的张拉锚固于柱牛腿的预应力装配框架结构，其特征在于：所述框架柱牛腿(3)由框架柱(2)中部向外鼓出形成，其上边缘高于与之接触的框架梁(1)的顶面，下边缘低于与之接触的框架梁(1)的底面，从上、下边缘起始，向中部斜向平直鼓出至与框架梁(1)的横截面相正对，鼓出的顶面及底面为两个斜平面，斜平面与穿筋孔道出口处切线垂直。
5.根据权利要求1所述的张拉锚固于柱牛腿的预应力装配框架结构，其特征在于：所述柱端牛腿为上下方两个框架柱(2)对接位置向外鼓出形成，上方框架柱(2)的下端和下方框架柱(2)的上端的设定竖向长度范围内向外平行鼓出形成下部柱端牛腿(14)和上部柱端牛腿(15)，下部柱端牛腿(14)和上部柱端牛腿(15)正对的两个端面水平，相背的两个端面为两个斜平面；斜向直线型穿筋通道(12)的端口分别在上斜平面和下斜平面上，且斜向直线型穿筋通道与对应的上斜平面和下斜平面垂直；每个上斜平面上有两个斜向直线型穿筋通道(12)的端口，任意两个斜向直线型穿筋通道(12)之间不干涉。
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