CN110130580B - 钢管约束式预制混凝土柱连接结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钢管约束式预制混凝土柱连接结构及施工方法，其特征在于：其中钢管约束式预制混凝土柱连接结构，其特征在于：包括相对设置的上预制柱、下预制柱，箍设在上预制柱与下预制柱对接处外围的约束钢管3和浇筑在对接处的后浇混凝土；所述上预制柱包括上柱纵筋、垂直箍设在上柱纵筋上的上柱箍筋、上柱预制混凝土和上柱预埋钢管；所述上柱纵筋下部伸出上预制柱，上柱预制混凝土在中空区域为空心，本发明钢管约束式预制混凝土柱连接结构及施工方法设计合理、连接可靠、施工方便、施工质量好、连接承载力高、抗震延性好和整体性好。

Description

钢管约束式预制混凝土柱连接结构及施工方法

技术领域：

本发明属于土木工程中预制装配式结构的技术领域，具体涉及一种钢管约束式预制混凝土柱连接结构及施工方法。

背景技术：

预制装配式结构具有环保和节省劳动力等一系列优点，受到了工程设计人员和研究人员的青睐，预制混凝土框架结构和预制混凝土框架-剪力墙结构是工程中的重要结构，在工程中已经有一些应用，其施工涉及预制混凝土柱之间的连接问题，连接的可靠性直接影响工程质量和安全。

目前预制混凝土柱连接的做法是：下预制混凝土柱的纵筋伸出楼板，上预制混凝土柱预埋钢筋套筒，然后吊装上柱，钢筋套筒对准下柱纵筋放入，然后封堵后往套筒灌入高强浆料。这种方法形式单一，所有接头都在同一个截面处，现场施工麻烦，而且对施工要求非常高，没有很好的检测手段判断施工质量，在地震作用下的性能缺乏可靠保障。

如果柱预留纵筋出来在现场连接，这样必须在外部设置模板，混凝土难以浇筑，如果在模板上开混凝土浇筑口，施工质量不佳，且连接处容易形成薄弱环节，影响结构受力性能。因此，必须寻求更为有效的连接形式。

本发明提供一种连接可靠、施工方便、施工质量好、连接承载力高、抗震延性好、整体性好、连接处混凝土受约束的钢管约束式预制混凝土柱连接结构和施工方法。

发明内容：

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种钢管约束式预制混凝土柱连接结构及施工方法，该钢管约束式预制混凝土柱连接结构设计合理，连接可靠、施工方便和抗震延性好。

本发明钢管约束式预制混凝土柱连接结构，其特征在于：包括相对设置的上预制柱、下预制柱，箍设在上预制柱与下预制柱对接处外围的约束钢管和浇筑在对接处的后浇混凝土；所述上预制柱包括上柱纵筋、垂直箍设在上柱纵筋上的上柱箍筋、上柱预制混凝土和上柱预埋钢管；所述上柱纵筋下部伸出上预制柱，上柱预制混凝土在中空区域为空心，上柱预制混凝土包裹预制部分的上柱纵筋和上柱箍筋，上柱预埋钢管上部伸入上柱预制混凝土中，下部伸出上柱预制混凝土，上柱预埋钢管下部伸出上柱预制混凝土的钢管表面至少有一个开孔，以便于后期混凝土浇筑；

所述下预制柱包括下柱纵筋、垂直箍设在下柱纵筋上的下柱箍筋、下柱混凝土和下柱预埋钢管；所述下柱纵筋上部伸出下预制柱，下柱混凝土包裹预制的下柱纵筋和下柱箍筋，下柱预埋钢管下部伸入下柱混凝土，上部伸出下柱混凝土，下柱预埋钢管上部伸出下柱混凝土的钢管表面至少有一个开孔，以便于后期混凝土浇筑。

进一步的，上述约束钢管包括钢管和预先固定排布在钢管内表面的复数个栓钉。

进一步的，上述钢管由对称的两半体拼装焊接形成的一个钢管，钢管内壁面与上预制柱、下预制柱外壁面的形状和尺寸一致，约束钢管上部包住部分上预制柱表面，下部包住部分下预制柱表面。

进一步的，上述上预制柱伸出的上柱纵筋和下预制柱伸出的下柱纵筋通过钢筋接头连接，所述上预制柱伸出的上柱预埋钢管和下预制柱伸出的下柱预埋钢管在连接处采用焊接连接。

进一步的，上述后浇混凝土从上预制柱1中空区域顶部浇筑，后浇混凝土通过上柱预埋钢管、下柱预埋钢管的开孔流入约束钢管内填充满内部区域，将栓钉、上柱纵筋伸出上预制柱部分、下柱纵筋伸出下预制柱部分、上柱预埋钢管伸出上预制柱部分、下柱预埋钢管伸出下预制柱部分、对应的上柱箍筋和下柱箍筋、钢筋接头和连接处都包裹，并填充满整个中空区域。

进一步的，上述上预制柱、下预制柱、上柱预埋钢管和下柱预埋钢管的截面形状为圆形、方形、矩形、多边形或者异形截面，上柱预埋钢管和下柱预埋钢管的截面形状和尺寸一致。

进一步的，上述中空区域4的截面尺寸小于或等于上柱预埋钢管的截面内尺寸，以保证上柱预埋钢管外表面能够包覆并固定在上柱预制混凝土内。

进一步的，上述下柱混凝土的混凝土全部预制好，或与上预制柱一样先预制部分外圈混凝土，内部中空区域在现场浇筑后形成整体。

进一步的，上述上柱预制混凝土、下柱混凝土、后浇混凝土的混凝土采用普通混凝土、高性能混凝土、轻骨料混凝土、再生骨料混凝土、地聚合物混凝土或其它新型混凝土材料。

本发明钢管约束式预制混凝土柱连接结构的施工方法，其特征在于：按照以下步骤进行：

（1）事先预制好上预制柱、下预制柱和约束钢管；

（2）安装好下预制柱，吊起上预制柱，将上预制柱1的上柱预埋钢管、上柱纵筋和下预制柱的下柱预埋钢管、下柱纵筋对准并连接好形成连接处和钢筋接头；

（3）将两半体组成的约束钢管包覆在上预制柱的下部和下预制柱的上部，并焊接形成整体；

（4）往上预制柱的中空区域顶部浇筑后浇混凝土，后浇混凝土通过上柱预埋钢管、下柱预埋钢管的开孔流入约束钢管内填充满内部区域，将栓钉、上柱纵筋伸出上预制柱部分、下柱纵筋伸出下预制柱部分、上柱预埋钢管伸出上预制柱部分、下柱预埋钢管伸出下预制柱部分、对应的上柱箍筋和下柱箍筋、钢筋接头和连接处都包裹，并填充满整个中空区域。

本发明通过外伸出上预制柱和下预制柱的纵筋、预埋钢管连接，外部便于施工，施工质量好，尽管接头位于同一个截面，但是外包了约束钢管，对内部混凝土形成有效约束，连接处实际上形成了双钢管约束混凝土的结构，大大提高了连接处承载力和抗震延性，而且约束钢管没有直接承受竖向荷载，钢管不出现局部屈曲，充分发挥了材料作用，连接非常可靠。上预制柱为中空结构，其中空区域和预埋钢管的开孔可作用后浇混凝土8的浇筑通道，构思巧妙，解决了钢管外包后混凝土浇筑困难的问题，施工方便且施工质量好。约束钢管内表面带有栓钉，加强了后浇混凝土和约束钢管的粘结作用，防止了混凝土与约束钢管的脱开，加强了约束作用，整体性好。

因此，本发明钢管约束式预制混凝土柱连接结构及施工方法设计合理、连接可靠、施工方便、施工质量好、连接承载力高、抗震延性好和整体性好。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明：

图1是本发明钢管约束式预制混凝土柱连接结构示意图；

图2是图1的 A-A剖面图；

图3 是本发明上预制柱的示意图；

图4 是本发明下预制柱的示意图；

图5是本发明钢管的俯视图；

图6 是本发明钢管的主视剖面图；

图7 是本发明拼装及后浇混凝土浇筑后柱连接结构示意图；

图8是图7的 B-B剖面图；

图9 是另一种实施例带浇筑口钢管约束式预制混凝土柱连接结构示意图；

图中：1—上预制柱；11—上柱纵筋；12—上柱箍筋；13—上柱预制混凝土；14—上柱预埋钢管；2—下预制柱；21—下柱纵筋；22—下柱箍筋；23—下柱混凝土；24—下柱预埋钢管；3—约束钢管；31—钢管；32—栓钉；4—中空区域；5—开孔；6—连接处；7—钢筋接头；8—后浇混凝土；9—浇筑口。

具体实施方式：

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

本发明钢管约束式预制混凝土柱连接结构包括相对设置的上预制柱1、下预制柱2，箍设在上预制柱1与下预制柱2对接处外围的约束钢管3和浇筑在对接处的后浇混凝土8；所述上预制柱1包括上柱纵筋11、垂直箍设在上柱纵筋11上的上柱箍筋12、上柱预制混凝土13和上柱预埋钢管14；所述上柱纵筋11下部伸出上预制柱1，伸出的部分同样箍有上柱箍筋12，上柱预制混凝土13在中空区域4为空心，该中心区域4为了后续浇筑后浇混凝土8使用，上柱预制混凝土13包裹预制部分的上柱纵筋11和上柱箍筋12，包裹上柱纵筋11和上柱箍筋12部分的高度可以为10-30厘米，上柱预埋钢管14上部伸入上柱预制混凝土13中，下部伸出上柱预制混凝土13，上柱预埋钢管14下部伸出上柱预制混凝土13的钢管表面至少有一个开孔5，该开孔用于后期浇筑浇混凝土8；

所述下预制柱2包括下柱纵筋21、垂直箍设在下柱纵筋21上的下柱箍筋22、下柱混凝土23和下柱预埋钢管24；所述下柱纵筋21上部伸出下预制柱2，下柱混凝土23包裹预制的下柱纵筋21和下柱箍筋22，下柱预埋钢管24下部伸入下柱混凝土23，上部伸出下柱混凝土23，下柱预埋钢管24上部伸出下柱混凝土23的钢管表面至少有一个开孔5，以便于后期混凝土浇筑。

进一步的，为了连接牢固，使上预制柱1、下预制柱2与约束钢管3的连接的强度高，上述约束钢管3包括钢管31和预先固定排布在钢管内表面的复数个栓钉32，该栓钉32可以是螺栓，其螺杆端焊接在钢管的内壁面，钢管31的形状可以是圆形或方形等，预先是制成其一半的形状，如图5所示为两半体的分开状态的俯视图，图6为两半体拼合后的剖面图。

进一步的，为了设计合理，方便安装，上述钢管31由对称的两半体拼装焊接形成的一个钢管，钢管31内壁面与上预制柱1、下预制柱2外壁面的形状和尺寸一致，约束钢管3上部包住部分上预制柱1表面，下部包住部分下预制柱2表面。

进一步的，为了连接牢靠，上述上预制柱1伸出的上柱纵筋11和下预制柱2伸出的下柱纵筋21通过钢筋接头7连接，所述上预制柱1伸出的上柱预埋钢管14和下预制柱2伸出的下柱预埋钢管24在连接处6采用焊接连接。

进一步的，为了便于浇筑，上述后浇混凝土8从上预制柱1中空区域4顶部浇筑，后浇混凝土8通过上柱预埋钢管14、下柱预埋钢管24的开孔5流入约束钢管3内填充满内部区域，将栓钉32、上柱纵筋11伸出上预制柱1部分、下柱纵筋21伸出下预制柱2部分、上柱预埋钢管14伸出上预制柱1部分、下柱预埋钢管24伸出下预制柱2部分、对应的上柱箍筋12和下柱箍筋22、钢筋接头7和连接处6都包裹，并填充满整个中空区域4。

进一步的，为了满足不同需要，上述上预制柱1、下预制柱2、上柱预埋钢管14和下柱预埋钢管24的截面形状为圆形、方形、矩形、多边形或者其它的异形截面，上柱预埋钢管14和下柱预埋钢管24的截面形状和尺寸一致。

进一步的，为了设计合理，上述中空区域4的截面尺寸小于或等于上柱预埋钢管14的截面内尺寸，以保证上柱预埋钢管14外表面能够包覆并固定在上柱预制混凝土13内。

进一步的，为了设计合理，满足不同需要，上述下柱混凝土23的混凝土全部预制好，或与上预制柱1一样先预制部分外圈混凝土，内部中空区域4在现场浇筑后形成整体。

进一步的，为了设计合理，满足不同需要，上述上柱预制混凝土13、下柱混凝土23、后浇混凝土8的混凝土采用普通混凝土、高性能混凝土、轻骨料混凝土、再生骨料混凝土、地聚合物混凝土或其它新型混凝土材料。

本发明钢管约束式预制混凝土柱连接结构的施工方法，按照以下步骤进行：

（1）事先预制好上预制柱1、下预制柱2和约束钢管3；

（2）安装好下预制柱2，吊起上预制柱1，将上预制柱1的上柱预埋钢管14、上柱纵筋11和下预制柱2的下柱预埋钢管24、下柱纵筋21对准并连接好形成连接处6和钢筋接头7；

（3）将两半体组成的约束钢管3包覆在上预制柱1的下部和下预制柱2的上部，并焊接形成整体；

（4）往上预制柱1的中空区域4顶部浇筑后浇混凝土8，后浇混凝土8通过上柱预埋钢管14、下柱预埋钢管24的开孔5流入约束钢管3内填充满内部区域，将栓钉32、上柱纵筋11伸出上预制柱1部分、下柱纵筋21伸出下预制柱2部分、上柱预埋钢管14伸出上预制柱1部分、下柱预埋钢管24伸出下预制柱2部分、对应的上柱箍筋12和下柱箍筋22、钢筋接头7和连接处6都包裹，并填充满整个中空区域4。

本发明通过外伸出上预制柱1和下预制柱2的纵筋、预埋钢管连接，外部便于施工，施工质量好，尽管接头位于同一个截面，但是外包了约束钢管3，对内部混凝土形成有效约束，连接处实际上形成了双钢管约束混凝土的结构，大大提高了连接处承载力和抗震延性，而且约束钢管3没有直接承受竖向荷载，钢管不出现局部屈曲，充分发挥了材料作用，连接非常可靠。上预制柱1为中空结构，其中空区域4和预埋钢管的开孔5可作用后浇混凝土8的浇筑通道，构思巧妙，解决了钢管外包后混凝土浇筑困难的问题，施工方便且施工质量好。约束钢管3内表面带有栓钉，加强了后浇混凝土8和约束钢管3的粘结作用，防止了混凝土与约束钢管3的脱开，加强了约束作用，整体性好。

因此，本发明钢管约束式预制混凝土柱连接结构及施工方法设计合理、连接可靠、施工方便、施工质量好、连接承载力高、抗震延性好和整体性好。

此外，图9所示为带浇筑口钢管约束式预制混凝土柱连接结构示意图；

上预制柱1还可以不采用中空结构，无需设置中空区域4，而是实心结构，但是将上预埋钢管14改为带有斜管并直接从上预制柱1侧面引出，如图9所示，后浇混凝土8的浇筑口9设置在侧面。上预制柱1和下预制柱2的纵筋、预埋钢管连接后，施工约束钢管3，然后从浇筑口9浇筑后浇混凝土8，后浇混凝土8通过斜管和开孔5后，填充满约束钢管3的内部区域，并将斜管填满。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值，由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (7)

1.一种钢管约束式预制混凝土柱连接结构，其特征在于：包括相对设置的上预制柱（1）、下预制柱（2），箍设在上预制柱（1）与下预制柱（2）对接处外围的约束钢管（3）和浇筑在对接处的后浇混凝土（8）；所述上预制柱（1）包括上柱纵筋（11）、垂直箍设在上柱纵筋（11）上的上柱箍筋（12）、上柱预制混凝土（13）和上柱预埋钢管（14）；所述上柱纵筋（11）下部伸出上预制柱（1），上柱预制混凝土（13）在中空区域（4）为空心，上柱预制混凝土（13）包裹预制部分的上柱纵筋（11）和上柱箍筋（12），上柱预埋钢管（14）上部伸入上柱预制混凝土（13）中，下部伸出上柱预制混凝土（13），上柱预埋钢管（14）下部伸出上柱预制混凝土（13）的钢管表面至少有一个开孔（5），以便于后期混凝土浇筑；

所述下预制柱（2）包括下柱纵筋（21）、垂直箍设在下柱纵筋（21）上的下柱箍筋（22）、下柱混凝土（23）和下柱预埋钢管（24）；所述下柱纵筋（21）上部伸出下预制柱（2），下柱混凝土（23）包裹预制的下柱纵筋（21）和下柱箍筋（22），下柱预埋钢管（24）下部伸入下柱混凝土（23），上部伸出下柱混凝土（23），下柱预埋钢管（24）上部伸出下柱混凝土（23）的钢管表面至少有一个开孔（5），以便于后期混凝土浇筑；所述约束钢管（3）包括钢管（31）和预先固定排布在钢管内表面的复数个栓钉（32）；所述钢管（31）由对称的两半体拼装焊接形成的一个钢管，钢管（31）内壁面与上预制柱（1）、下预制柱（2）外壁面的形状和尺寸一致，约束钢管（3）上部包住部分上预制柱（1）表面，下部包住部分下预制柱（2）表面；所述上预制柱（1）伸出的上柱纵筋（11）和下预制柱（2）伸出的下柱纵筋（21）通过钢筋接头（7）连接，所述上预制柱（1）伸出的上柱预埋钢管（14）和下预制柱（2）伸出的下柱预埋钢管（24）在连接处（6）采用焊接连接。

2.根据权利要求1所述的钢管约束式预制混凝土柱连接结构，其特征在于：所述后浇混凝土（8）从上预制柱（1）中空区域（4）顶部浇筑，后浇混凝土（8）通过上柱预埋钢管（14）、下柱预埋钢管（24）的开孔（5）流入约束钢管（3）内填充满内部区域，将栓钉（32）、上柱纵筋（11）伸出上预制柱（1）部分、下柱纵筋（21）伸出下预制柱（2）部分、上柱预埋钢管（14）伸出上预制柱（1）部分、下柱预埋钢管（24）伸出下预制柱（2）部分、对应的上柱箍筋（12）和下柱箍筋（22）、钢筋接头（7）和连接处（6）都包裹，并填充满整个中空区域（4）。

3.根据权利要求1所述的钢管约束式预制混凝土柱连接结构，其特征在于：所述上预制柱（1）、下预制柱（2）、上柱预埋钢管（14）和下柱预埋钢管（24）的截面形状为圆形、方形、矩形、多边形或者异形截面，上柱预埋钢管（14）和下柱预埋钢管（24）的截面形状和尺寸一致。

4.根据权利要求1所述的钢管约束式预制混凝土柱连接结构，其特征在于：所述中空区域（4）的截面尺寸小于或等于上柱预埋钢管（14）的截面内尺寸，以保证上柱预埋钢管（14）外表面能够包覆并固定在上柱预制混凝土（13）内。

5.根据权利要求1所述的钢管约束式预制混凝土柱连接结构，其特征在于：所述下柱混凝土（23）的混凝土全部预制好，或与上预制柱（1）一样先预制部分外圈混凝土，内部中空区域（4）在现场浇筑后形成整体。

6.根据权利要求1所述的钢管约束式预制混凝土柱连接结构，其特征在于：所述上柱预制混凝土（13）、下柱混凝土（23）、后浇混凝土（8）的混凝土采用普通混凝土、高性能混凝土、轻骨料混凝土、再生骨料混凝土或地聚合物混凝土。

7.一种如权利要求1所述钢管约束式预制混凝土柱连接结构的施工方法，其特征在于：按照以下步骤进行：

（1）事先预制好上预制柱（1）、下预制柱（2）和约束钢管（3）；

（2）安装好下预制柱（2），吊起上预制柱（1），将上预制柱（1）的上柱预埋钢管（14）、上柱纵筋（11）和下预制柱（2）的下柱预埋钢管（24）、下柱纵筋（21）对准并连接好形成连接处（6）和钢筋接头（7）；

（3）将两半体组成的约束钢管（3）包覆在上预制柱（1）的下部和下预制柱（2）的上部，并焊接形成整体；

（4）往上预制柱（1）的中空区域（4）顶部浇筑后浇混凝土（8），后浇混凝土（8）通过上柱预埋钢管（14）、下柱预埋钢管（24）的开孔（5）流入约束钢管（3）内填充满内部区域，将栓钉（32）、上柱纵筋（11）伸出上预制柱（1）部分、下柱纵筋（21）伸出下预制柱（2）部分、上柱预埋钢管（14）伸出上预制柱（1）部分、下柱预埋钢管（24）伸出下预制柱（2）部分、对应的上柱箍筋（12）和下柱箍筋（22）、钢筋接头（7）和连接处（6）都包裹，并填充满整个中空区域（4）。