CN110541429A - 用于混凝土预制柱与基础连接的耗能型螺栓式连接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及土木工程学科中装配式建筑的连接技术领域，具体公开了用于混凝土预制柱与基础连接的耗能型螺栓式连接方法，具体步骤如下：(1)上部预制件的预制；(2)下部预埋件的安装；(3)基础模板支设和混凝土的浇筑及养护；(4)预制柱安装施工前准备；(5)预制柱与基础连接；(6)阻尼器的连接；(7)连接节点处后浇混凝土的浇筑及养护。本发明既提高了混凝土预制柱底部的抗剪能力，也改善了整体的抗震性能，保证了建筑物的安全性，适用于各种规格的混凝土预制柱与基础的连接。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程学科中装配式建筑的连接技术领域，具体涉及用于混凝土预制柱与基础连接的耗能型螺栓式连接方法。
背景技术
近年来随着我国基础设施建设的高速发展，装配式建筑受到了国家和政府的大力推广，而装配式建筑中的节点连接尤为重要。装配式混凝土柱基连接的施工工艺主要采用以下两种连接方式：一种是现浇连接，将基础做成杯口形状，在预制柱吊装校正后，第一次将混凝土灌至临时固定柱用的钢楔块底，待混凝土强度达到设计强度标准值的25％以上时，将楔块拔出进行第二次灌缝至基础顶面。另一种是采用灌浆套筒连接混凝土预制柱与基础。这两种连接方式，主要存在以下不足：
(1)现浇连接的方法，养护时间长，且需要两次灌缝，工序繁琐、施工效率低、抗震性能差。
(2)灌浆套筒工艺流程较为复杂，施工难度高，套筒及灌浆料的成本较高，灌浆套筒连接的质量、灌浆的密实度检测没有一个标准规范，施工过程中对于连接节点处灌浆套筒质量、预制构件生产的精度、安装施工的组织和管理要求较高。
针对这两种连接方法的不足之处，因此我们亟待寻求一种简单便捷的连接方法，能够提高工程的整体施工效率和改善建筑的抗震性能，从而保证工程的施工质量和建筑的使用安全。
发明内容
本发明的目的在于，提供用于混凝土预制柱与基础连接的耗能型螺栓式连接方法，以解决现有的混凝土预制柱与基础连接过程中工艺流程复杂、施工周期长、抗震性能差、施工质量无法得到保证等问题。
为达成上述目的，本发明提供如下技术方案：用于混凝土预制柱与基础连接的耗能型螺栓式连接方法，包括如下步骤：
(1)上部预制件的预制：在工厂进行上部预制件的预制，所述上部预制件包括预制柱和上定位板，将上定位板预埋在预制柱靠近底部的内部位置，所述上定位板四周均延伸至预制柱外部，上定位板位于预制柱外部的边缘表面开设有若干上螺栓孔；
(2)下部预埋件的安装：所述下部预埋件包括基础钢筋、下定位板和若干个地脚锚栓，所述下定位板的边缘开设有与上螺栓孔相对应的若干下螺栓孔；首先在地基基础中绑扎基础钢筋，然后将下定位板固定在基础钢筋中，再分别将若干个地脚锚栓的下端固定在下定位板边缘的下螺栓孔中；
(3)基础模板支设和混凝土的浇筑及养护：对地基基础内安装有下部预埋件的区域进行支模和浇筑；
(4)预制柱安装施工前准备：核查预制柱基本参数，选用合适的吊装机械和起吊绳，并对地基基础表面进行清理；
(5)预制柱与基础连接：将地脚锚栓的上端插入上定位板边缘的上螺栓孔中，检查并校正预制柱的位置、标高和垂直度，将地脚锚栓全部拧紧固定；
(6)阻尼器的连接：将阻尼器连接在预制柱底面四边的中间位置和与其对应的地基基础的侧面中间位置；
(7)连接节点处后浇混凝土的浇筑及养护：在连接节点处浇筑混凝土至与地基基础顶面齐平。
作为优选，所述上定位板每边开设有四个上螺栓孔；所述上定位板表面设有保护层控制带和限筋环，所述保护层层控制带位于上螺栓孔的内圈，所述限筋环位于保护层控制带的内圈，所述保护层控制带和限筋环均在预制柱的内部位置。
作为优选，所述预制柱底部四边的中间位置均预埋有水平套筒，所述水平套筒开设有两个前后贯穿的孔洞，使预制柱中水平方向的钢筋穿过其中；所述地基基础四周侧面预埋有竖向套筒；所述阻尼器固定连接在水平套筒和竖向套筒之间。
作为优选，所述阻尼器包括两块夹板、两块黄铜板、一块滑板和弹簧阻尼；所述夹板固定连接在水平套筒上；所述两块黄铜板分别固定设置于两块夹板内侧；所述滑板设置于两块黄铜板之间，所述滑板一端与黄铜板连接，另一端与竖向套筒固定连接；所述弹簧阻尼套接在滑板上；所述夹板、黄铜板和滑板通过高强螺栓固定连接。
作为优选，所述步骤(6)的具体步骤如下：
(6-1)清除两块夹板间以及滑板表面的杂物；
(6-2)将两块黄铜板分别间隔放置在滑板与夹板之间；
(6-2)利用高强螺栓将预制柱四周的四个阻尼器固定连接。
作为优选，所述预制柱的底部四角分别固定设有护角件，用于防止混凝土预制柱的边角破碎。
作为优选，所述下定位板的中心位置开设有圆形孔；所述基础钢筋包括上层钢筋网、下层钢筋网和桩插筋，所述上层钢筋网和下层钢筋网上下水平布设在地基基础中，所述下定位板位于上层钢筋网和下层钢筋网之间；所述桩插筋沿着下定位板中心的圆形孔呈圆形竖直排列，并与下定位板通过三角件固定连接，所述三角件为弯折三段的钢筋，其一边焊接在桩插筋上，另一边焊接在下定位板底部；所述桩插筋分别与上层钢筋网和下层钢筋网绑扎固定；所述桩插筋的顶端向内侧弯折90°，并且所述桩插筋的顶端低于地基基础表面；所述地基基础内还插设有镀锌扁钢，所述镀锌扁钢底端与桩插筋焊接，顶端伸出地基基础表面。
作为优选，所述步骤(2)的具体步骤如下：
(2-1)在地基基础中布设下层钢筋网；
(2-2)桩插筋固定绑扎：桩插筋穿过下定位板的圆形孔，垂直插入桩孔中，与下层钢筋网绑扎固定；
(2-3)在地基基础中下定位板的上方布设上层钢筋网；
(2-4)下定位板的固定：将下定位板通过三角件与桩插筋焊接在一起；
(2-5)地脚螺栓的固定：将地脚螺栓的下端与下定位板固定在一起，在地脚螺栓与上层钢筋网接触的地方进行固定，保持地脚螺栓的垂直；
(2-6)镀锌扁钢的固定：将镀锌扁钢插入绑扎好的基础钢筋中，与桩插筋焊接在一起，并避开地脚螺栓。
作为优选，所述步骤(5)的具体步骤如下：
(5-1)采用钢绳绑扎起吊，使预制柱对准地基基础，缓慢就位；
(5-2)当预制柱底部离底面3-5cm时，缓慢调整预制柱的位置，使地脚螺栓的上端缓慢对准预制柱上预埋的上定位板的上螺栓孔，缓慢下落；
(5-3)预制柱临时固定：将预制柱四个角的地脚锚栓拧紧，钢绳仍保持起吊状态；
(5-4)根据放出的预制柱的边线和标高控制线校正预制柱的位置和标高；
(5-5)检查并校正预制柱的垂直度；
(5-6)在校正完其位置和标高，确保垂直度的情况下，将地脚锚栓全部拧紧固定。
作为优选，所述后浇混凝土采用高一等级的细石混凝土。
本发明与现有技术相对比，其有益效果在于：
1.本发明利用留设的杯口基础，通过预埋件和地脚螺栓进行连接，同时在柱子四周预埋阻尼器。这样既提高了混凝土预制柱的抗剪能力，也改善了抗震性能，保证了建筑物的安全性。
2.本发明可以适用于各种规格的混凝土预制柱与基础的连接。
3.本发明施工工艺流程简单，施工效率高，施工质量有保障。
附图说明
图1是本发明的整体连接结构示意图。
图2是本发明中上部预制件的结构示意图。
图3是本发明中上定位板的结构示意图。
图4是本发明中阻尼器的结构示意图。
图5是本发明中下部预埋件的结构示意图。
图6是本发明中下部预埋件布置的结构详图。
图7是本发明中下定位板的结构示意图。
图8是本发明定位板与桩插筋的连接结构示意图。
图中：1、上部预制件，11、预制柱，12、护角件，13、上定位板，131、上螺栓孔，132、保护层控制带，133、限筋环，14、阻尼器，141、水平套筒，142、竖向套筒，143、夹板，144、黄铜板，145、滑板，146、高强螺栓，147、螺母，148、弹簧阻尼；2、下部预埋件，21、下层钢筋网，22、桩插筋，23、下定位板，231、下螺栓孔，232、圆形孔，24、三角件，25、地脚锚栓，26、垫片，27、上层钢筋网，28、镀锌扁钢；3、后浇混凝土；4、地基基础表面；5、地基基础顶面。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步具体的说明。
实施例：结合图1-8所示，本实施例包括上部预制件1、设于地基基础内的下部预埋件2和后浇混凝土3，下部预埋件2安装完成后进行混凝土浇筑，浇筑后的表面为地基基础表面4，其与地基基础顶面5间形成杯口基础；然后进行上部预制件1与下部预埋件2的连接，后浇混凝土3是最后采用高一强度等级的细石混凝土进行浇筑至与地基基础顶面齐平的混凝土结构。
上部预制件1包括预制柱11和上定位板13，预制柱11为钢筋混凝土长方体结构，其底部四角分别固定设有护角件12，护角件12为厚度3mm，宽度50mm，高度30mm的等边角铁，用于防止混凝土预制柱11的边角破碎；上定位板13为方形铁板，预埋在预制柱11靠近底部的位置，与预制柱11底面平行放置，距离预制柱11底部80mm，其四周均延伸至预制柱11外部。
上定位板13位于预制柱11外部的边缘表面开设有螺栓孔131，每边四个，环布在预制柱11四周位置，距离预制柱侧面70mm的距离；上定位板表面设有保护层控制带132和限筋环133，保护层层控制带132位于上螺栓孔131的内圈，限筋环133位于保护层控制带132的内圈，保护层控制带132和限筋环133均位于预制柱11的内部位置；保护层控制带132为宽度30mm的方形环，为了控制预制柱11浇筑时的保护层厚度；限筋环133为空心方形环，预制柱11内的主筋从限筋环133中穿过，用于限制预制柱11内钢筋位置，并与保护层控制带132点焊在一起，用于固定上定位板13的位置。
下部预埋件2包括基础钢筋、下定位板23、地脚锚栓25和镀锌扁钢28，其中基础钢筋由上层钢筋网27、下层钢筋网21和桩插筋22绑扎而成，上层钢筋网27和下层钢筋网21上下水平布设在地基基础中，下定位板23位于上层钢筋网27和下层钢筋网21之间；下定位板23的中心位置开设有圆形孔232，边缘设有与上螺栓孔131相对应的下螺栓孔231，与上定位板13配合使用，上定位板13的上螺栓孔131与相对应的下定位板23的下螺栓孔231之间通过地脚锚栓25连接，用于连接预制柱11与地基基础；桩插筋22沿着下定位板23中心的圆形孔232呈圆形竖直排列，并与下定位板23通过三角件24固定连接，桩插筋22分别与接触到的上层钢筋网27和下层钢筋网21绑扎固定。
桩插筋22的顶端向内侧弯折90°，底端插入桩孔中，呈圆形排列，向圆心处弯折；桩插筋22的顶部标高应低于地基基础表面4标高，绑扎时需注意标高，防止浇筑混土时桩插筋22伸出地基基础表面4。
三角件24为弯折三段的钢筋，每段之间夹角为135°，用于固定桩插筋22和下定位板23，三角件24一边焊接在桩插筋22上，另一边焊接在下定位板23底部，用于固定下定位板23的位置，防止浇筑时下定位板23发生偏移。
地脚锚栓25的尺寸与上螺栓孔131和下螺栓孔231相匹配，连接时一端穿过上螺栓孔131，另一端穿过下螺栓孔231，用于连接固定预制柱11与地基基础；连接时配合垫片26使用。
镀锌扁钢28为4mm厚，40mm宽的扁钢，插入地基基础中，一端与桩插筋22焊接在一起，另一端伸出地基基础表面4，伸出高度为300mm，后期与主体结构的防雷体系连接，主要起到建筑物接地避雷的作用。
本实施例中，预制柱11底部四边的中间位置均预埋有水平套筒141，地基基础四周侧面中间预埋有竖向套筒142，水平套筒141和与其相对应的竖向套筒142之间连接有阻尼器14。
水平套筒141为立方体，其上开设有两个前后贯穿的孔洞，使预制柱11中水平方向的钢筋穿过其中，数量为四个，分别预埋在预制柱11每边中间，靠近柱底60mm的位置，水平套筒141底面与预制柱11底面平行；竖向套筒142预埋在地基基础垂直面中间，地基基础表面上方60mm的位置，每个面各预埋一个，数量、位置与水平套筒141相对应。
阻尼器14共四个，每个阻尼器14包括两块夹板143、两块黄铜板144、一块滑板145和弹簧阻尼148；夹板143为矩形钢板，固定连接在水平套筒141上；黄铜板144为矩形铜板，位于两块夹板143的中间，黄铜板144在反复荷载作用下其表面的摩擦力变化很小；滑板145为矩形钢板，位于两块黄铜板144之间，滑板145一端与黄铜板144固定连接，另一端与竖向套筒142固定连接；夹板143、黄铜板144和滑板145通过配套使用的高强螺栓146和螺母147固定连接在一起；弹簧阻尼148套接在滑板145上。
当预制柱11受到水平力产生侧向位移时，通过黄铜板144与夹板143和滑板145之间的摩擦力、高强螺栓146的抗剪切强度以及弹簧阻尼148的作用来减缓产生侧向位移的水平力，从而可以减少侧向变形。
本实施例以一种600mm*600mm的混凝土预制柱与基础连接的施工方法为例，包括如下步骤：
(1)上部预制件的预制
(1-1)上定位板13的预埋：在工厂预制时，将上定位板13预埋在预制柱11内部；
(1-2)护角件12的预埋：在预制柱11制作完成后，将护脚件12固定在预制柱11的底部四个角上，防止在吊装过程中柱脚破裂；
(1-3)阻尼器套筒的预埋：在预制柱11四边中间固定一根水平方向的钢筋，使水平套筒141穿过预制柱11中的水平筋，将基础中的竖向钢筋穿过竖向套筒142，预埋在在杯口基础四边中线位置。
(2)下部预埋件的安装
(2-1)在地基基础中布设下层钢筋网21；
(2-2)桩插筋22固定绑扎：桩插筋22穿过下定位板23的圆形孔232，垂直插入桩孔中，与下层钢筋网21绑扎固定；
(2-3)在地基基础中下定位板23的上方布设上层钢筋网27；
(2-4)下定位板23的固定：将下定位板23通过三角件24与桩插筋22焊接在一起；
(2-5)地脚螺栓25的固定：将地脚螺栓25的下端与下定位板23固定在一起，在地脚螺栓25与上层钢筋网27接触的地方进行固定，保持地脚螺栓25的垂直；
(2-6)镀锌扁钢28的固定：将镀锌扁钢28插入绑扎好的基础钢筋中，与桩插筋22焊接在一起，并避开地脚螺栓25。
(3)基础模板支设和混凝土的浇筑及养护
对地基基础内安装有下部预埋件的区域进行支模和浇筑，在支模浇筑时注意留设杯口基础的尺寸及标高，并对基础的混凝土进行养护，直到混凝土强度符合设计要求。
(4)预制柱安装施工前准备
(4-1)核查预制柱11基本参数：核对需要吊装的预制柱11的尺寸以及其外观质量是否符合质量标准；
(4-2)吊装机械的选择：根据需吊装的预制柱11的尺寸和高度，选用具有足够起重量的机械；
(4-3)起吊钢丝绳的选择：需要考虑吊装过程中钢丝绳是否能承受最大拉力；
(4-4)弹定位线：在吊装过程中，根据控制线放出预制柱11的位置中线和边线，同时放出预制柱11的标高控制线；
(4-5)杯口基础表面清理：对留设的杯口基础表面的垃圾进行清理，并用清水冲洗干净。
(5)预制柱与基础连接
(5-1)采用钢绳绑扎起吊，使预制柱11对准地基基础，缓慢就位；
(5-2)当预制柱11底部离底面3-5cm时，缓慢调整预制柱11的位置，使地脚螺栓25的上端缓慢对准预制柱11上预埋的上定位板13的上螺栓孔131，缓慢下落；
(5-3)预制柱11临时固定：将预制柱11四个角的地脚锚栓25拧紧，钢绳仍保持起吊状态；
(5-4)根据放出的预制柱11的边线和标高控制线校正预制柱11的位置和标高；
(5-5)检查并校正预制柱11的垂直度；
(5-6)在校正完其位置和标高，确保垂直度的情况下，将地脚锚栓25全部拧紧固定。
(6)阻尼器的连接
(6-1)清除两块夹板143间以及滑板145表面的杂物；
(6-2)将两块黄铜板144分别间隔放置在滑板145与夹板143之间；
(6-2)利用高强螺栓146将预制柱11四周的四个阻尼器14固定连接。
(7)连接节点处后浇混凝土的浇筑及养护
(7-1)采用高一等级的细石混凝土一次性浇筑至与地基基础顶面5齐平的位置，形成后浇混凝土3；
(7-2)养护期间在预制柱11四周采取一定的支撑措施。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.用于混凝土预制柱与基础连接的耗能型螺栓式连接方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)上部预制件的预制：在工厂进行上部预制件的预制，所述上部预制件包括预制柱和上定位板，将上定位板预埋在预制柱靠近底部的内部位置，所述上定位板四周均延伸至预制柱外部，上定位板位于预制柱外部的边缘表面开设有若干上螺栓孔；
(2)下部预埋件的安装：所述下部预埋件包括基础钢筋、下定位板和若干个地脚锚栓，所述下定位板的边缘开设有与上螺栓孔相对应的若干下螺栓孔；首先在地基基础中绑扎基础钢筋，然后将下定位板固定在基础钢筋中，再分别将若干个地脚锚栓的下端固定在下定位板边缘的下螺栓孔中；
(3)基础模板支设和混凝土的浇筑及养护：对地基基础内安装有下部预埋件的区域进行支模和浇筑；
(4)预制柱安装施工前准备：核查预制柱基本参数，选用合适的吊装机械和起吊绳，并对地基基础表面进行清理；
(5)预制柱与基础连接：将地脚锚栓的上端插入上定位板边缘的上螺栓孔中，检查并校正预制柱的位置、标高和垂直度，将地脚锚栓全部拧紧固定；
(6)阻尼器的连接：将阻尼器连接在预制柱底面四边的中间位置和与其对应的地基基础的侧面中间位置；
(7)连接节点处后浇混凝土的浇筑及养护：在连接节点处浇筑混凝土至与地基基础顶面齐平。
2.根据权利要求1所述的用于混凝土预制柱与基础连接的耗能型螺栓式连接方法，其特征在于，所述上定位板每边开设有四个上螺栓孔；所述上定位板表面设有保护层控制带和限筋环，所述保护层层控制带位于上螺栓孔的内圈，所述限筋环位于保护层控制带的内圈，所述保护层控制带和限筋环均在预制柱的内部位置。
3.根据权利要求1所述的用于混凝土预制柱与基础连接的耗能型螺栓式连接方法，其特征在于，所述预制柱底部四边的中间位置均预埋有水平套筒，所述水平套筒开设有两个前后贯穿的孔洞，使预制柱中水平方向的钢筋穿过其中；所述地基基础四周侧面预埋有竖向套筒；所述阻尼器固定连接在水平套筒和竖向套筒之间。
4.根据权利要求3所述的用于混凝土预制柱与基础连接的耗能型螺栓式连接方法，其特征在于，所述阻尼器包括两块夹板、两块黄铜板、一块滑板和弹簧阻尼；所述夹板固定连接在水平套筒上；所述两块黄铜板分别固定设置于两块夹板内侧；所述滑板设置于两块黄铜板之间，所述滑板一端与黄铜板连接，另一端与竖向套筒固定连接；所述弹簧阻尼套接在滑板上；所述夹板、黄铜板和滑板通过高强螺栓固定连接。
5.根据权利要求4所述的用于混凝土预制柱与基础连接的耗能型螺栓式连接方法，其特征在于，所述步骤(6)的具体步骤如下：
(6-1)清除两块夹板间以及滑板表面的杂物；
(6-2)将两块黄铜板分别间隔放置在滑板与夹板之间；
(6-2)利用高强螺栓将预制柱四周的四个阻尼器固定连接。
6.根据权利要求1所述的用于混凝土预制柱与基础连接的耗能型螺栓式连接方法，其特征在于，所述预制柱的底部四角分别固定设有护角件，用于防止混凝土预制柱的边角破碎。
7.根据权利要求1所述的用于混凝土预制柱与基础连接的耗能型螺栓式连接方法，其特征在于，所述下定位板的中心位置开设有圆形孔；所述基础钢筋包括上层钢筋网、下层钢筋网和桩插筋，所述上层钢筋网和下层钢筋网上下水平布设在地基基础中，所述下定位板位于上层钢筋网和下层钢筋网之间；所述桩插筋沿着下定位板中心的圆形孔呈圆形竖直排列，并与下定位板通过三角件固定连接，所述三角件为弯折三段的钢筋，其一边焊接在桩插筋上，另一边焊接在下定位板底部；所述桩插筋分别与上层钢筋网和下层钢筋网绑扎固定；所述桩插筋的顶端向内侧弯折90°，并且所述桩插筋的顶端低于地基基础表面；所述地基基础内还插设有镀锌扁钢，所述镀锌扁钢底端与桩插筋焊接，顶端伸出地基基础表面。
8.根据权利要求7所述的用于混凝土预制柱与基础连接的耗能型螺栓式连接方法，其特征在于，所述步骤(2)的具体步骤如下：
(2-1)在地基基础中布设下层钢筋网；
(2-2)桩插筋固定绑扎：桩插筋穿过下定位板的圆形孔，垂直插入桩孔中，与下层钢筋网绑扎固定；
(2-3)在地基基础中下定位板的上方布设上层钢筋网；
(2-4)下定位板的固定：将下定位板通过三角件与桩插筋焊接在一起；
(2-5)地脚螺栓的固定：将地脚螺栓的下端与下定位板固定在一起，在地脚螺栓与上层钢筋网接触的地方进行固定，保持地脚螺栓的垂直；
(2-6)镀锌扁钢的固定：将镀锌扁钢插入绑扎好的基础钢筋中，与桩插筋焊接在一起，并避开地脚螺栓。
9.根据权利要求1所述的用于混凝土预制柱与基础连接的耗能型螺栓式连接方法，其特征在于，所述步骤(5)的具体步骤如下：
(5-1)采用钢绳绑扎起吊，使预制柱对准地基基础，缓慢就位；
(5-2)当预制柱底部离底面3-5cm时，缓慢调整预制柱的位置，使地脚螺栓的上端缓慢对准预制柱上预埋的上定位板的上螺栓孔，缓慢下落；
(5-3)预制柱临时固定：将预制柱四个角的地脚锚栓拧紧，钢绳仍保持起吊状态；
(5-4)根据放出的预制柱的边线和标高控制线校正预制柱的位置和标高；
(5-5)检查并校正预制柱的垂直度；
(5-6)在校正完其位置和标高，确保垂直度的情况下，将地脚锚栓全部拧紧固定。
10.根据权利要求1所述的用于混凝土预制柱与基础连接的耗能型螺栓式连接方法，其特征在于，所述后浇混凝土采用比步骤(3)中所浇筑的混凝土高一等级的细石混凝土。
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