CN110284589B - 轮毂式预制混凝土梁柱装配式自复位系统及施工方法 - Google Patents

Abstract

一种轮毂式预制混凝土梁柱装配式自复位系统及施工方法，该系统包括设置在梁与柱体连接处的连接装置，柱体在与需要连接的梁平行的水平高度处设置有与相应的梁平行的伸臂，伸臂面向梁的面为弧面，相应的梁与伸臂对接处面的形状与伸臂契合，从而实现相应的梁与伸臂之间相对转动；连接装置还包括用于支撑梁且可使梁与伸臂之间在设定范围内转动的套接件，套接件套在伸臂与相应的梁契合处。该发明的优点在于：通过伸臂与梁可在设定范围内实现转动，伸臂和梁连接部位为相互匹配的弧形截面，使其在接触面能够形成一个转动面，在地震作用下能够保证节点的转动能力。

Description

轮毂式预制混凝土梁柱装配式自复位系统及施工方法

技术领域

本发明涉及土木工程施工领域，尤其涉及轮毂式预制混凝土梁柱装配式自复位系统及施工方法。

背景技术

装配式混凝土结构是实现建筑产业现代化的重要结构体系之一，装配式建造方式能够适应社会发展的要求，以低能耗、低污染、高效率为特点，同时有利于提高建筑质量和施工效率。装配式混凝土框架结构因其明确的传力模式成为了一种建构筑物常用的结构形式，在装配式建筑结构中应用最多。

现有混凝土框架结构设计普遍基于延性设计理论，在“三水准”设防理念的基础上控制结构承载力和层间位移。然而这种方式常常导致结构在震后产生较大的塑性破坏，需要较为繁杂的工序进行维修加固，使得其不能迅速恢复功能。

发明内容

本发明提出一种新型的自复位系统，使应用该系统的建筑具有良好的抗震韧性，能够实现结构的自复位，使结构在地震后仍能继续使用。为此，本发明提供轮毂式预制混凝土梁柱装配式自复位系统及施工方法。

本发明采用以下技术方案：

轮毂式预制混凝土梁柱装配式自复位系统，所述混凝土梁柱包括水平的梁和垂直于地面的柱体，所述系统包括设置在梁与柱体连接处的连接装置，所述柱体在与需要连接的梁平行的水平高度处设置有与相应的梁平行的伸臂，伸臂面向梁的面为弧面，相应的梁与伸臂对接处面的形状与伸臂契合，从而实现相应的梁与伸臂之间相对转动；连接装置还包括用于支撑梁且可使梁与伸臂在设定范围内相对转动的套接件，套接件套在伸臂与相应的梁契合处。

优化的，所述套接件为T型套筒，T型套筒的竖直部分固定在柱体上，伸臂和相应的梁部分位于T型套筒的水平部分内，所述T型套筒的水平部分设置有金属连接件穿过的第一金属连接件孔组，金属连接件穿过第一金属连接件孔组和相应的梁上的纵向孔道，所述梁相对于相应的伸臂在设定的角度范围内转动，所述纵向孔道垂直于相应的梁的长度方向。

优化的，所述第一金属连接件孔组的直径比穿过其的金属连接件的直径大设定值，所述T型套筒的水平套筒的内径尺寸大于伸臂和相应的梁的外径尺寸。

优化的，梁相对于对应的伸臂的弧面在垂直于地面的方向转动。

优化的，系统还包括若干根预应力筋，预应力筋依次穿过柱体、伸臂、相应的梁的横向孔道，预应力筋的长度方向与伸臂、相应的梁的长度方向相同，所述横向孔道平行于相应的梁的长度方向。

优化的，所述柱体在固定T型套筒处设置有固定组件，所述固定组件包括钢套，设置有伸臂的柱体上均套有第一钢套、第二钢套，所述第一钢套和第二钢套分别用于将T型套筒竖直部分的上端部和下端部固定在柱体上。

优化的，所述第一钢套和第二钢套的结构相同，钢套中两相邻的侧面上均设置有钢套金属连接件孔组，钢套金属连接件孔组与相对位置处的T型套筒竖直部分上的第二金属连接件孔组对应设置，柱体未设置伸臂的侧面上设置有锚固板，金属连接件组穿过T型套筒的竖直部分上的第二金属连接件孔组、钢套金属连接件孔组、柱体、锚固板后固定；当柱体相对的两侧面上均设置有伸臂时，相应的金属连接件穿过两侧边的T型套筒竖直部分上的第二金属连接件孔组、夹在两T型套筒水平部分中间的钢套上的钢套金属连接件孔组、柱体固定。

优化的，所述横向孔道和纵向孔道之间相互错开。

优化的，所述钢套上相对面的钢套金属连接件孔组通过钢管对应焊接，钢套内的钢管相互错开。

生产上述的轮毂式预制混凝土梁柱装配式自复位系统的施工方法，包括以下步骤：

S1、制作T型套筒、钢套、锚固板，所述钢套、锚固板、T型套筒的竖直部分三者连接的相对面上设置有孔，所述钢套上相对面的钢套金属连接件孔组通过钢管对应焊接；预制带伸臂的梁、柱体的钢结构，在柱体的钢结构上预埋钢套，在梁上及其上方的伸臂上预留纵向孔道和横向孔道，然后浇筑混凝土制作梁和柱体；

S2、安装浇筑后的柱体；

S3、将浇筑后的梁吊装至相应的伸臂水平方向的一侧，使将T型套筒的水平部分套在相应的梁上，且竖直部分朝外设置，然后将梁水平移动使其与两侧的伸臂平齐，直至梁与伸臂拼接吻合；

S4、将梁两端的T型套筒向柱体方向移动使其套在相应的伸臂上，当设置有该伸臂的相背面上未设置伸臂时，在未设置伸臂的柱体的侧面上设置锚固板，金属连接件穿过T型套筒的竖直部分、钢套内的钢管、锚固板将锚固板和T型套筒固定在柱体上；如果该伸臂的相背面上设置有伸臂时，将相背面上的伸臂与对应的梁拼接，并将对应的T型套筒移动到相背面处，金属连接件穿过柱体两侧的T型套筒的竖直部分和两者中间的钢套内的钢管，使两侧的T型套筒通过钢套固定在柱体上；另外的，金属连接件穿过T型套筒水平部分上的第一金属连接件孔组和相应梁上预留的纵向孔道，且使梁在T型套筒的水平部分内容许有设定角度的转动空间；

S5、当同一水平高度上的梁均安装到柱体上后，预应力筋穿过最两边的锚固板、同一直线上的柱体、伸臂、梁，两端张紧后锚固。

本发明的优点在于：

（1）该系统中伸臂和梁连接部位为相互匹配的弧形截面，使其在接触面能够形成一个转动面，在地震作用下能够保证节点的转动能力。

（2）现有技术中装配式混凝土框架的梁、柱体连接多采用节点现浇等形式，导致施工现场必须有一定的现浇工作，使其工序繁杂、施工周期长，干法连接能够有效避免湿作业，保证施工进度和效率。本发明采用带伸臂的预制混凝土柱和预制混凝土梁，运输至现场可以快速安装，在保证质量的前提下，简化了现场施工工序，节约施工工时。

（3）T形套筒与钢套的连接方式能够有效的将梁与柱体连接固定，T形套筒的水平部分能够将预制混凝土梁和伸臂包在一起，保证两者在同一界面。并且第一金属连接件孔组的直径比穿过其的金属连接件的直径大设定值，所述T型套筒的水平套筒的内直径大于伸臂和相应的梁的直径，在梁和柱体连接固定的前提下为梁相对伸臂转动提供空间。

（4）梁相对于伸臂的弧面在在框架平面内转动，这样与柱体均垂直的横梁和纵梁上的连接装置可允许建筑物在适当的程度下发生水平侧移。

（5）预应力筋的布置能够增强预制构件之间连接的牢固性和延性，使结构在地震作用发生后自动恢复至震前位置，减少对结构的损伤，从而达到继续承载的目的。

（6）钢套的设置方便T型套筒的固定并且起到保护柱体的作用。

（7）第一钢套和第二钢套的结构相同，这样方便批量加工。由于柱体根据位置不同分成位于建筑物四个角处的角柱、位于四个角柱中间连线处的边柱、位于建筑物中部的中柱，角柱与高度方向平行的四个面中的两个设置伸臂，另外两个面设置锚固板，边柱靠外侧面上设置锚固板，其他的三个面上设置伸臂，中柱与长度方向平行的四个面上均设置伸臂。这样的设置方式使得每层梁柱之间的传力路径明确，可有效的传递或承担梁端剪力和弯矩。设计有相互匹配的锚固板、固定钢套和T形连接钢套，三者的结合能够满足高效安装。

（8）横向孔道和纵向孔道之间相互错开，这样预应力筋和为了固定T型套筒和横梁的金属连接件之间相互错开，比如横梁中两条预应力筋水平设置，纵向孔道分成上下两组，上方组的纵向螺纹孔位于两条预应力筋的上方，下方组的纵向螺纹孔位于两条预应力筋的下方。由于预应力筋需要穿过柱体，柱体上侧面上需要安装横梁和纵梁，即纵梁内的两条预应力筋垂直设置，且分别位于横梁内的两条预应力筋的上下两侧。

（9）由于每个T型套筒所在高度相同，并且为了加工方便，固定在横梁上的T型套筒的竖直部分处的螺纹孔位置和固定在纵梁上的T型套筒的竖直部分处的螺纹孔位置上下位置不同，安装后刚好在三维空间内错开。

（10）本发明的施工方法不需要现场浇筑，运输至现场即可快速安装，在保证质量的前提下，简化了现场施工工序，还能够实现防震。

本发明通过预应力钢绞线提供恢复力，不仅可以保持结构的完整性、震后的易修复性，还能使结构采用更符合建筑工业化的方式建造。按照先预制、后组装、再张拉的顺序，预制混凝土梁柱装配式自复位系统提高了建筑质量和施工效率，也更能适应社会发展的要求。

附图说明

图1为装配式系统中由柱体和梁装配成的建筑框架的俯视图。

图2A为角柱上伸臂的主视图。

图2B为角柱上伸臂的俯视图。

图2C为边柱上伸臂的主视图。

图2D为边柱上伸臂的俯视图。

图2E为中柱上伸臂的主视图。

图2F为中柱上伸臂的俯视图。

图3为角柱的结构侧视图。

图4和图5分别是中柱垂直于横梁和垂直于纵梁方向的视图。

图6为T型套筒的立体图。

图7为钢套的结构立体图。

图中标注符号的含义如下：

101-角柱 102-边柱 103-中柱 2-横梁 3-纵梁

4-伸臂 41-弧面 5-钢套 51-第一钢套 52-第二钢套

501-横向钢套螺栓孔组 502-纵向钢套螺栓孔组 503-钢管

6-T型套筒 61-水平部分 62-竖直部分 63-加劲肋

601-第一金属连接件孔组 602-第二金属连接件孔组

71-横向孔道 72-纵向孔道 8-锚固板

具体实施方式

实施例1

如图1所示，轮毂式预制混凝土梁柱装配式自复位系统，所述混凝土梁柱包括水平的梁和垂直于地面的柱体。所述柱体包括设置在建筑四个边角的角柱101、四边中部的边柱102、建筑中部的中柱103，水平的梁包括横梁2和纵梁3。

如图2A-5所示，所述系统包括设置在梁与柱体连接处的连接装置，所述柱体在与需要连接的梁平行的水平高度处设置有与相应的梁平行的伸臂4，伸臂4面向梁的一侧为弧面41，所述相应的梁与伸臂4对接处面的形状与伸臂4契合，相应的梁与伸臂4之间相对转动，在该实施例中，伸臂4面向梁的一侧为凸弧面，梁面向伸臂4的面为凹弧面。所述梁相对于伸臂4的弧面41在垂直于地面的方向转动。其中图2A-图2F分别为角柱101、边柱102、中柱103上伸臂4的安装方式。

连接装置还包括用于支撑梁且可使梁与伸臂4在设定范围内相对转动的套接件，套接件套在伸臂4与相应的梁契合处。在该实施例中，所述套接件为T型套筒6，所述柱体在固定T型套筒6处设置有固定组件，所述固定组件包括钢套5。T型套筒6包括相互垂直形成T字型的水平部分61和竖直部分62，水平部分61为套筒结构，竖直部分62为板状结构。在该步骤中T型套筒6的水平部分61的外表面和竖直部分62通过加劲肋63加强连接。T型套筒6的竖直部分62通过钢套5固定在柱体上，伸臂4和相应的梁部分位于T型套筒6的水平部分61内。设置有伸臂4的柱体上均套有第一钢套51、第二钢套52，所述第一钢套51和第二钢套52分别用于将T型套筒6竖直部分62的上端部和下端部固定在柱体上。

如图6所示，所述T型套筒6的水平部分61设置有金属连接件穿过的第一金属连接件孔组601，竖直部分62上设置有第二金属连接件孔组602。在该实施例中，金属连接件均使用螺栓。螺栓穿过第一金属连接件孔组601和相应的梁上的纵向孔道72，所述梁相对于相应的伸臂4在设定的角度范围内转动，所述纵向孔道72垂直于相应的梁的长度方向。所述第一金属连接件孔组601的直径比穿过其的螺栓的直径大设定值，所述T型套筒6的水平套筒的内径尺寸大于伸臂4和相应梁的外径尺寸。

系统还包括若干根预应力筋，预应力筋依次穿过柱体、伸臂4、相应的梁的横向孔道71，预应力筋的长度方向与伸臂4、相应的梁的长度方向相同，所述横向孔道71平行于相应的梁的长度方向。在该实施例中，横梁2内设置有两根预应力筋穿过横向孔道71，纵梁3内设置的两根预应力筋穿过横向孔道71，横梁2内的两个横向孔道71形成的面与水平面平行，纵梁3内的两个横向孔道71形成的面与水平面垂直，四根横向孔道71在柱体内错开设置。横梁2和纵梁3上的横向孔道71和与其上的纵向孔道72之间相互错开。这样用于固定T型套筒6水平部分61和梁之间的螺栓与预应力筋之间相互错开。

如图3-5所示，所述第一钢套5和第二钢套5的结构相同，钢套5的两相邻的侧面上均设置有钢套金属连接件孔组，在该实施例中，分别为横向钢套螺栓孔组501和纵向钢套螺栓孔组502，横向钢套螺栓孔组501和纵向钢套螺栓孔组502与相对位置处的T型套筒6竖直部分62上的第二金属连接件孔组602对应设置，柱体未设置伸臂4的侧面上设置有锚固板8，螺栓组穿过T型套筒6竖直部分62上的第二金属连接件孔组602、钢套金属连接件孔组、柱体、锚固板8后固定。柱体相对的两侧面上均设置有伸臂4时，螺栓组穿过两侧边的T型套筒6竖直部分62上的第二金属连接件孔组602、夹在两T型套筒6水平部分61中间的钢套5上的钢套金属连接件孔组、柱体固定。

如图7所示，所述钢套5上相对面的钢套金属连接件孔组通过钢管503对应焊接，钢套5内的钢管503相互错开。安装后，第一钢套51和第二钢套52相同面上下镜像对称。在该实施例中，第一钢套51的横向钢套螺栓孔组501的水平高度高于其纵向钢套螺栓孔组502的水平高度。

实施例2

生产如实施例1所述的轮毂式预制混凝土梁柱装配式自复位系统的施工方法，包括以下步骤：

S1、制作T型套筒6、钢套5、锚固板8，所述钢套5、锚固板8、T型套筒6的竖直部分62三者连接的相对面上设置有孔，所述钢套5上相对面的钢套金属连接件孔组通过钢管503对应焊接；预制带伸臂4的梁、柱体的钢结构，在柱体的钢结构上预埋钢套5，在预埋钢套5时需要注意钢套5的方向，保证纵向钢套螺栓孔组502与纵梁3平行，横向钢套螺栓孔组501与横梁2平行，否则水平转动90度即可。在梁上及其上方的伸臂4上预留纵向孔道72和横向孔道71，然后浇筑制作梁和柱体。

S2、将上述各部件搬运到现场，安装预制混凝土柱体。

S3、将预制混凝土梁吊装至相应的伸臂4水平方向的一侧，将T型套筒6的水平部分61套在相应的梁上，且竖直部分62朝外设置，然后将梁水平移动使其与两侧的伸臂4平齐，直至梁与伸臂4拼接吻合；

S4、将梁两端的T型套筒6向柱体方向移动使其套在相应的伸臂4上，当设置有该伸臂4的相背面上未设置伸臂4时，在未设置伸臂4的柱体的侧面上设置锚固板8，螺栓穿过T型套筒6的竖直部分62、钢套5内的钢管503、锚固板8将锚固板8和T型套筒6固定在柱体上；如果该伸臂4的相背面上设置有伸臂4时，将相背面上的伸臂4与对应的梁拼接，并将对应的T型套筒6移动到相背面处，螺栓穿过柱体两侧的T型套筒6的竖直部分62和两者中间的钢套5内的钢管503，使两侧的T型套筒6通过钢套5固定在柱体上；另外的螺栓穿过T型套筒6水平部分61上的第一金属连接件孔组601和相应梁上预留的纵向孔道72，且使梁在T型套筒6的水平部分61内容许有设定角度的转动空间；

S5、当同一水平高度上的梁均安装到柱体上后，将各螺栓拧紧至设计预紧力值。将各螺栓拧紧至设计的预紧力值，随后，布置预应力筋，预应力筋穿过最两边的锚固板8、同一直线上的柱体、伸臂4、梁，两端张紧后锚固。

以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.轮毂式预制混凝土梁柱装配式自复位系统，所述混凝土梁柱包括水平的梁和垂直于地面的柱体，其特征在于，所述系统包括设置在梁与柱体连接处的连接装置，所述柱体在与需要连接的梁平行的水平高度处设置有与相应的梁平行的伸臂（4），伸臂（4）面向梁的面为弧面（41），相应的梁与伸臂（4）对接处面的形状与伸臂（4）契合，从而实现相应的梁与伸臂（4）之间相对转动；连接装置还包括用于支撑梁且可使梁与伸臂（4）在设定范围内相对转动的套接件，套接件套在伸臂（4）与相应的梁契合处；

所述套接件为T型套筒（6），T型套筒（6）的竖直部分（62）固定在柱体上，伸臂（4）和相应的梁部分位于T型套筒（6）的水平部分（61）内，所述T型套筒（6）的水平部分（61）设置有金属连接件穿过的第一金属连接件孔组（601），金属连接件穿过第一金属连接件孔组（601）和相应的梁上的纵向孔道（72），所述梁相对于相应的伸臂（4）在设定的角度范围内转动，所述纵向孔道（72）垂直于相应的梁的长度方向；

所述第一金属连接件孔组（601）的直径比穿过其的金属连接件的直径大设定值，所述T型套筒（6）的水平套筒的内径尺寸大于伸臂（4）和相应的梁的外径尺寸。

2.根据权利要求1所述的轮毂式预制混凝土梁柱装配式自复位系统，其特征在于，梁相对于对应的伸臂（4）的弧面（41）在垂直于地面的方向转动。

3.根据权利要求1所述的轮毂式预制混凝土梁柱装配式自复位系统，其特征在于，系统还包括若干根预应力筋，预应力筋依次穿过柱体、伸臂（4）、相应的梁的横向孔道（71），预应力筋的长度方向与伸臂（4）、相应的梁的长度方向相同，所述横向孔道（71）平行于相应的梁的长度方向。

4.根据权利要求1所述的轮毂式预制混凝土梁柱装配式自复位系统，其特征在于，所述柱体在固定T型套筒（6）处设置有固定组件，所述固定组件包括钢套（5），设置有伸臂（4）的柱体上均套有第一钢套（51）、第二钢套（52），所述第一钢套（51）和第二钢套（52）分别用于将T型套筒（6）竖直部分（62）的上端部和下端部固定在柱体上。

5.根据权利要求4所述的轮毂式预制混凝土梁柱装配式自复位系统，其特征在于，所述第一钢套（51）和第二钢套（52）的结构相同，钢套（5）中两相邻的侧面上均设置有钢套金属连接件孔组，钢套金属连接件孔组与相对位置处的T型套筒（6）竖直部分（62）上的第二金属连接件孔组（602）对应设置，柱体未设置伸臂（4）的侧面上设置有锚固板（8），金属连接件组穿过T型套筒（6）的竖直部分（62）上的第二金属连接件孔组（602）、钢套金属连接件孔组、柱体、锚固板（8）后固定；当柱体相对的两侧面上均设置有伸臂（4）时，相应的金属连接件穿过两侧边的T型套筒（6）竖直部分（62）上的第二金属连接件孔组（602）、夹在两T型套筒（6）水平部分（61）中间的钢套（5）上的钢套金属连接件孔组、柱体固定。

6.根据权利要求3所述的轮毂式预制混凝土梁柱装配式自复位系统，其特征在于，所述横向孔道（71）和纵向孔道（72）之间相互错开。

7.根据权利要求5所述的轮毂式预制混凝土梁柱装配式自复位系统，其特征在于，所述钢套（5）上相对面的钢套金属连接件孔组通过钢管（503）对应焊接，钢套（5）内的钢管（503）相互错开。

8.生产权利要求1-7任意一项所述的轮毂式预制混凝土梁柱装配式自复位系统的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、制作T型套筒（6）、钢套（5）、锚固板（8），所述钢套（5）、锚固板（8）、T型套筒（6）的竖直部分（62）三者连接的相对面上设置有孔，所述钢套（5）上相对面的钢套金属连接件孔组通过钢管（503）对应焊接；预制带伸臂（4）的梁、柱体的钢结构，在柱体的钢结构上预埋钢套（5），在梁上及其上方的伸臂（4）上预留纵向孔道（72）和横向孔道（71），然后浇筑混凝土制作梁和柱体；

S2、安装浇筑后的柱体；

S3、将浇筑后的梁吊装至相应的伸臂（4）水平方向的一侧，使将T型套筒（6）的水平部分（61）套在相应的梁上，且竖直部分（62）朝外设置，然后将梁水平移动使其与两侧的伸臂（4）平齐，直至梁与伸臂（4）拼接吻合；

S4、将梁两端的T型套筒（6）向柱体方向移动使其套在相应的伸臂（4）上，当设置有该伸臂（4）的相背面上未设置伸臂（4）时，在未设置伸臂（4）的柱体的侧面上设置锚固板（8），金属连接件穿过T型套筒（6）的竖直部分（62）、钢套（5）内的钢管（503）、锚固板（8）将锚固板（8）和T型套筒（6）固定在柱体上；如果该伸臂（4）的相背面上设置有伸臂（4）时，将相背面上的伸臂（4）与对应的梁拼接，并将对应的T型套筒（6）移动到相背面处，金属连接件穿过柱体两侧的T型套筒（6）的竖直部分（62）和两者中间的钢套（5）内的钢管（503），使两侧的T型套筒（6）通过钢套（5）固定在柱体上；另外的，金属连接件穿过T型套筒（6）水平部分（61）上的第一金属连接件孔组（601）和相应梁上预留的纵向孔道（72），且使梁在T型套筒（6）的水平部分（61）内容许有设定角度的转动空间；

S5、当同一水平高度上的梁均安装到柱体上后，预应力筋穿过最两边的锚固板（8）、同一直线上的柱体、伸臂（4）、梁，两端张紧后锚固。

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