CN111206715B - 预应力环箍约束高膨胀混凝土墙板、剪力墙及施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种预应力环箍约束高膨胀混凝土剪力墙，由预应力环箍约束高膨胀混凝土墙板、环箍钢板、预应力筋、加强螺杆以及箱型钢连接件构成，相邻预应力环箍约束高膨胀混凝土墙板上的加强螺杆分别穿过箱型钢连接件两侧翼缘上的螺杆固定孔并固定，使得相邻的两块预应力环箍约束高膨胀混凝土墙板被连接固定，从而形成用于装配式核心筒结构的预应力环箍约束高膨胀混凝土剪力墙。本发明的预应力环箍约束高膨胀混凝土剪力墙结构，抗剪承载能力高，抵抗变形能力强，应用于装配式核心筒结构，现场湿作业少，施工简单快速，成本低。

Description

预应力环箍约束高膨胀混凝土墙板、剪力墙及施工方法
技术领域
本发明总体上涉及建筑结构工程领域，主要涉及高膨胀混凝土剪力墙，尤其是预应力环箍约束高膨胀混凝土墙板、剪力墙及施工方法。
背景技术
坚持节约资源和保护环境是我国的基本国策,关系人民群众的切身利益和中华民族的生存发展。装配式核心筒结构具有装配式建筑生产效率高、生态环保的特点，适用于高层住宅建筑，符合“住宅工业化”的发展要求。大力发展应用于装配式核心筒结构的预应力高膨胀混凝土剪力墙是装配式核心筒结构发展壮大的一个良好契机。
预应力混凝土结构在抗裂方面都有着天然的优势，然而复杂的张拉工艺和严格的锚具制作制约了其在实际工程中的应用和发展；高膨胀混凝土是在混凝土中加入以CaO为主要成分的特殊膨胀剂，且掺入粉煤灰以抑制温度上升，同时使用萘系高效减水剂制作而成。预应力高膨胀混凝土施工技术是近些年来建筑结构工程技术的主要施工技术之一，在建筑工程中被广泛应用，该技术不但能够缩短施工工期，而且还能大大降低施工成本。
目前，装配式核心筒结构的工程应用尚处在起步阶段，究其原因在于在大震作用下用传统的装配式剪力墙现场组装而成的装配式核心筒结构一旦发成破坏将引起整个结构破坏，因此急需一种成本低，施工简单，能使装配式核心筒结构耗能能力、抗剪承载能力和抵抗变形能力大幅提高的装配式剪力墙结构形式及制作方法。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种预应力环箍约束高膨胀混凝土剪力墙结构，抗剪承载能力高，抵抗变形能力强，应用于装配式核心筒结构，现场湿作业少，施工简单快速，成本低。
本发明的技术方案如下：
本发明首先提供一种预应力环箍约束高膨胀混凝土墙板，由高膨胀混凝土墙板、环箍钢板、预应力筋、加强螺杆构成，其中，
所述高膨胀混凝土墙板中预埋有所述预应力筋和加强螺杆，并且预应力筋和加强螺杆的两端都伸出高膨胀混凝土墙板外；
在所述高膨胀混凝土墙板的四周布置有环箍钢板，每块环箍钢板的长度小于与之对应的高膨胀混凝土墙板的边长，且环箍钢板之间不连接；
每块环箍钢板上开设有预应力筋通孔和加强螺杆通孔，预应力筋两端穿过预应力筋通孔并锚固在环箍钢板上，加强螺杆两端穿过加强螺杆通孔，加强螺杆用于连接相邻的两块预应力环箍约束高膨胀混凝土墙板。
作为一种实施方式，所述高膨胀混凝土墙板采用普通硅酸盐水泥，粗、细骨料分别选用粒径在5mm～13mm区间连续级配的碎石和细度模数为2.72的中砂，外掺重量份为15%的CaO膨胀剂。
作为一种实施方式，所述预应力筋水平穿过高膨胀混凝土墙板和环箍钢板，预应力筋纵向和横向各布置一层，各层预应力筋错开不连接。
作为一种实施方式，所述预应力筋的两端通过锚头锚固在环箍钢板上。
作为一种实施方式，所述加强螺杆水平穿过高膨胀混凝土墙板和环箍钢板，加强螺杆纵向和横向各布置两层，各层加强螺杆错开不连接。
本发明进一步提供一种用于装配式核心筒结构的预应力环箍约束高膨胀混凝土剪力墙，由前述的预应力环箍约束高膨胀混凝土墙板通过箱型钢连接件连接构成，其中，所述箱型钢连接件截面为箱形，两侧翼缘开设有螺杆固定孔，螺杆固定孔与环箍钢板上的加强螺杆通孔对应，相邻预应力环箍约束高膨胀混凝土墙板上的加强螺杆分别穿过箱型钢连接件两侧翼缘上的螺杆固定孔并固定，使得相邻的两块预应力环箍约束高膨胀混凝土墙板被连接固定，从而形成用于装配式核心筒结构的预应力环箍约束高膨胀混凝土剪力墙。
作为一种实施方式，所述箱型钢连接件两侧翼缘上下各设置一排螺杆固定孔，分别与上下两层加强螺杆对应。
作为一种实施方式，所述箱型钢连接件的腹板上开设有导流孔，用于混凝土穿孔流动。
作为一种实施方式，所述导流孔在箱型钢连接件的两腹板上分别设置两排，两腹板上的两排导流孔数量一致、位置对应。
本发明还提供一种根据前述用于装配式核心筒结构的预应力环箍约束高膨胀混凝土剪力墙的施工方法，包括如下步骤：
在模具中按照设计位置预埋预应力筋和加强螺杆，预应力筋外套有套筒；
按混凝土配合比配置高膨胀混凝土，搅拌均匀浇筑在模具中，形成高膨胀混凝土墙板；
高膨胀混凝土达到预定强度时，将环箍钢板布置在高膨胀混凝土四周，使得预应力筋两端穿出环箍钢板上的预应力筋通孔，加强螺杆两端穿出环箍钢板上的加强螺杆通孔；
采用后张拉法张拉预应力筋并注浆，并将预应力筋两端锚固；
将相邻两片预应力环箍约束高膨胀混凝土墙板的加强螺杆分别穿过箱型钢连接件两侧翼缘上的螺杆固定孔，并用螺栓将加强螺杆连接固定在箱型钢连接件上；
用套筒套住连接节点，并在套筒内浇筑高膨胀混凝土。
本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明提供的剪力墙应用于装配式核心筒结构承载能力和抵抗变形能力高，施工简单，成本低。具体而言，至少具有如下实际效果：
（1）采用预应力环箍约束高膨胀混凝土结构，通过外加膨胀剂使混凝土的体积产生膨胀，而预应力环箍约束内部高膨胀混凝土产生膨胀压应力，这种膨胀压应力能使装配式核心筒结构的抗剪承载能力和抵抗变形能力大幅提高，并能延迟甚至预防膨胀混凝土开裂；
（2）四周布置环箍钢板，加强了受拉区膨胀混凝土的约束，使截面预应力的分布更加合理有效；
（3）环箍钢板结合预应力筋，使得膨胀混凝土在预应力环箍钢板的约束下自身强度显著提高,使结构整体承载力也随之提高，起到了很好的抗震能力；
（4）环箍钢板结合加强螺杆，发挥类似于钢筋骨架的作用，既能够提高混凝土板的整体强度，与预应力筋协同作用，又能够对膨胀混凝土进行约束，预防或避免混凝土膨胀破裂；
（5）环箍钢板之间不连接，并且相邻两块环箍钢板的相邻端头之间存在一定距离，允许高膨胀混凝土在环箍钢板围合的范围内发生一定量的膨胀变形，使得高膨胀混凝土能充分发挥其膨胀特性；
（6）由箱型钢连接件安装连接预应力环箍约束高膨胀混凝土墙板形成剪力墙结构，连接节点强度高，施工简单快速，大大减少现场湿作业；
（7）用于装配式核心筒结构，实现了预制剪力墙在装配式核心筒结构上的应用，属于本质意义上的装配式建筑，提高了施工效率、节约建造成本、对环境影响小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明一个实施方式的预应力环箍约束高膨胀混凝土墙板结构示意图；
图2为本发明一个实施方式的环箍钢板结构示意图；
图3为本发明一个实施方式的箱型钢连接件结构示意图；
图4为本发明一个实施方式的连接节点结构示意图；
图5为本发明一个实施方式的剪力墙整体结构示意图。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但不构成对本发明的限定。图中标号的含义为：
1—高膨胀混凝土墙板，2—环箍钢板，3—预应力筋，4—锚头，5—加强螺杆，6—箱型钢连接件，7—螺母，8—预应力筋通孔，9—加强螺杆通孔，10—螺杆固定孔，11—导流孔。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例作进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
需要理解的是，术语“包括/包含”、“由……组成”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。
还需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明 中的具体含义。
参见图1-4，本发明一个实施例提供一种预应力环箍约束高膨胀混凝土墙板，由高膨胀混凝土墙板1、环箍钢板2、预应力筋3、加强螺杆5构成，其中，
高膨胀混凝土墙板采用普通硅酸盐水泥，粗、细骨料分别选用粒径在5mm～13mm区间连续级配的碎石和细度模数为2.72的中砂，外掺重量份为15%的CaO膨胀剂，高膨胀混凝土通过外加膨胀剂使混凝土的体积产生膨胀。
高膨胀混凝土配合比为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
高膨胀混凝土墙板1中预埋有预应力筋3和加强螺杆5，并且预应力筋和加强螺杆的两端都伸出高膨胀混凝土墙板外；
在高膨胀混凝土墙板1的四周布置有环箍钢板2，高膨胀混凝土墙板1的每一侧边布置一块环箍钢板2，环箍钢板2贴合高膨胀混凝土墙板1的侧边，将高膨胀混凝土墙板1围合在内，每块环箍钢板的长度小于与之对应的高膨胀混凝土墙板的边长，且环箍钢板之间不连接；
每块环箍钢板上开设有预应力筋通孔8和加强螺杆通孔9，预应力筋两端穿过预应力筋通孔并锚固在环箍钢板上，加强螺杆两端穿过加强螺杆通孔，加强螺杆用于连接相邻的两块预应力环箍约束高膨胀混凝土墙板。
本发明采用预应力环箍约束高膨胀混凝土剪力墙，通过外加特殊膨胀剂使混凝土的体积产生膨胀，而预应力环箍约束内部高膨胀混凝土产生膨胀压应力，这种膨胀压应力能使装配式核心筒结构的抗剪承载能力和抵抗变形能力大幅提高，并能延迟甚至预防膨胀混凝土开裂；而四周布置环箍钢板，加强了受拉区膨胀混凝土的约束，使截面预应力的分布更加合理有效。膨胀混凝土在预应力筋穿过的环箍钢板约束下自身强度显著提高,使结构整体承载力也随之提高，起到了很好的抗震能力。
本发明设计环箍钢板的长度小于与之对应的高膨胀混凝土墙板的边长，且环箍钢板之间不连接，使得相邻两块环箍钢板的相邻端头之间存在一定距离，环箍钢板围合的区域非闭合，从而允许高膨胀混凝土在环箍钢板围合的范围内发生一定量的膨胀变形，发挥高膨胀混凝土的膨胀特性。
参见图2，作为一种具体实施方式，预应力筋水平穿过高膨胀混凝土墙板1和环箍钢板2，预应力筋纵向和横向各布置一层，各层预应力筋错开不连接。纵横向交错布置的预应力筋使得混凝土板受力均匀、合理，适于多方向连接；两方向预应力筋错开布设使得预应力筋相互不干涉，能够各自发挥张拉作用，且在交叉处不至于发生应力集中和导致的局部破坏。
加强螺杆5水平穿过高膨胀混凝土墙板和环箍钢板，加强螺杆纵向和横向各布置两层，各层加强螺杆错开不连接。加强螺杆纵向布置两层，横向布置两层，发挥类似于钢筋骨架的作用，既能够提高混凝土板的整体强度，与预应力筋协同作用，又能够对膨胀混凝土进行约束，预防或避免混凝土膨胀破裂。
作为一种具体实施方式，预应力筋3的两端通过锚头4锚固在环箍钢板2上。
参见图5，本发明另一个实施例提供一种用于装配式核心筒结构的预应力环箍约束高膨胀混凝土剪力墙，由前述的预应力环箍约束高膨胀混凝土墙板通过箱型钢连接件6连接构成，在相邻两个预应力环箍约束高膨胀混凝土墙板之间安装两个箱型钢连接件6，使得连接更牢固，箱型钢连接件6截面为箱形，具有两侧翼缘和中间的两个腹板，两侧翼缘开设有螺杆固定孔10，螺杆固定孔与环箍钢板上的加强螺杆通孔9对应，相邻预应力环箍约束高膨胀混凝土墙板上的加强螺杆分别穿过箱型钢连接件两侧翼缘上的螺杆固定孔，并采用螺母7固定，使得相邻的两块预应力环箍约束高膨胀混凝土墙板被连接固定，从而形成用于装配式核心筒结构的预应力环箍约束高膨胀混凝土剪力墙。
本发明的剪力墙结构采用箱型钢连接件安装连接，连接节点强度高，能使装配式核心筒结构耗能能力、抗剪承载能力和抵抗变形能力大幅提高，能广泛的应用于装配式核心筒结构中，施工简单快速，大大减少现场湿作业。
作为一种具体实施方式，箱型钢连接件6两侧翼缘上下各设置一排螺杆固定孔10，分别与上下两层加强螺杆对应。本发明中每排螺杆固定孔10为三个，以提供牢固的螺栓固定效果。
作为一种具体实施方式，箱型钢连接件6的腹板上开设有导流孔11，用于混凝土穿孔流动，确保连接节点处的混凝土浇筑充分、密实。
作为一种具体实施方式，导流孔11在箱型钢连接件6的两腹板上分别设置两排，上层腹板上的两排导流孔与下层腹板上的两排导流孔数量一致、位置对应，如此能够更加有效地确保混凝土浇筑时能够迅速流入腹板之间的型腔，将型腔填充密实，确保连接节点的连接强度，密实的浇筑质量能够对箱型钢连接件提供有效的密封保护。
本发明又一个实施例提供一种用于装配式核心筒结构的预应力环箍约束高膨胀混凝土剪力墙的施工方法，包括如下步骤：
在模具中按照设计位置预埋预应力筋和加强螺杆，预应力筋外套有套筒；
按混凝土配合比配置高膨胀混凝土，搅拌均匀浇筑在模具中，形成高膨胀混凝土墙板；
高膨胀混凝土达到预定强度时，将环箍钢板布置在高膨胀混凝土四周，使得预应力筋两端穿出环箍钢板上的预应力筋通孔，加强螺杆两端穿出环箍钢板上的加强螺杆通孔；
采用后张拉法张拉预应力筋并注浆，并将预应力筋两端锚固；
将相邻两片预应力环箍约束高膨胀混凝土墙板的加强螺杆分别穿过箱型钢连接件两侧翼缘上的螺杆固定孔，并用螺栓将加强螺杆连接固定在箱型钢连接件上；
用套筒套住连接节点，并在套筒内浇筑高膨胀混凝土。
由箱型钢连接件组成的预应力环箍约束高膨胀混凝土剪力墙连接节点使装配式核心筒结构施工简单快速，大大减少现场湿作业，并能提供较强的承载力。
前述的高膨胀混凝土强度达到75%，即可安装环箍钢板。
至此，本领域技术人员应认识到，虽本文已详尽示出和描述了本发明的示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍然可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.预应力环箍约束高膨胀混凝土墙板，由高膨胀混凝土墙板、环箍钢板、预应力筋、加强螺杆构成，其中，
所述高膨胀混凝土墙板中预埋有所述预应力筋和加强螺杆，并且预应力筋和加强螺杆的两端都伸出高膨胀混凝土墙板外；
在所述高膨胀混凝土墙板的四周布置有环箍钢板，每块环箍钢板的长度小于与之对应的高膨胀混凝土墙板的边长，且环箍钢板之间不连接；
每块环箍钢板上开设有预应力筋通孔和加强螺杆通孔，预应力筋两端穿过预应力筋通孔并锚固在环箍钢板上，加强螺杆两端穿过加强螺杆通孔，加强螺杆用于连接相邻的两块预应力环箍约束高膨胀混凝土墙板。
2.根据权利要求1所述的预应力环箍约束高膨胀混凝土墙板，其特征在于，所述高膨胀混凝土墙板采用普通硅酸盐水泥，粗、细骨料分别选用粒径在5mm～13mm区间连续级配的碎石和细度模数为2.72的中砂，外掺重量份为15%的CaO膨胀剂。
3.根据权利要求1所述的预应力环箍约束高膨胀混凝土墙板，其特征在于，所述预应力筋水平穿过高膨胀混凝土墙板和环箍钢板，预应力筋纵向和横向各布置一层，各层预应力筋错开不连接。
4.根据权利要求1所述的预应力环箍约束高膨胀混凝土墙板，其特征在于，所述预应力筋的两端通过锚头锚固在环箍钢板上。
5.根据权利要求1所述的预应力环箍约束高膨胀混凝土墙板，其特征在于，所述加强螺杆水平穿过高膨胀混凝土墙板和环箍钢板，加强螺杆纵向和横向各布置两层，各层加强螺杆错开不连接。
6.用于装配式核心筒结构的预应力环箍约束高膨胀混凝土剪力墙，由权利要求1-5任一项所述的预应力环箍约束高膨胀混凝土墙板通过箱型钢连接件连接构成，其中，所述箱型钢连接件截面为箱形，两侧翼缘开设有螺杆固定孔，螺杆固定孔与环箍钢板上的加强螺杆通孔对应，相邻预应力环箍约束高膨胀混凝土墙板上的加强螺杆分别穿过箱型钢连接件两侧翼缘上的螺杆固定孔并固定，使得相邻的两块预应力环箍约束高膨胀混凝土墙板被连接固定，从而形成用于装配式核心筒结构的预应力环箍约束高膨胀混凝土剪力墙。
7.根据权利要求6所述的用于装配式核心筒结构的预应力环箍约束高膨胀混凝土剪力墙，其特征在于，所述箱型钢连接件两侧翼缘上下各设置一排螺杆固定孔，分别与上下两层加强螺杆对应。
8.根据权利要求7所述的用于装配式核心筒结构的预应力环箍约束高膨胀混凝土剪力墙，其特征在于，所述箱型钢连接件的腹板上开设有导流孔，用于混凝土穿孔流动。
9.根据权利要求8所述的用于装配式核心筒结构的预应力环箍约束高膨胀混凝土剪力墙，其特征在于，所述导流孔在箱型钢连接件的两腹板上分别设置两排，两腹板上的两排导流孔数量一致、位置对应。
10.根据权利要求6-9任一项所述用于装配式核心筒结构的预应力环箍约束高膨胀混凝土剪力墙的施工方法，包括如下步骤：
在模具中按照设计位置预埋预应力筋和加强螺杆，预应力筋外套有套筒；
按混凝土配合比配置高膨胀混凝土，搅拌均匀浇筑在模具中，形成高膨胀混凝土墙板；
高膨胀混凝土达到预定强度时，将环箍钢板布置在高膨胀混凝土四周，使得预应力筋两端穿出环箍钢板上的预应力筋通孔，加强螺杆两端穿出环箍钢板上的加强螺杆通孔；
采用后张拉法张拉预应力筋并注浆，并将预应力筋两端锚固；
将相邻两片预应力环箍约束高膨胀混凝土墙板的加强螺杆分别穿过箱型钢连接件两侧翼缘上的螺杆固定孔，并用螺栓将加强螺杆连接固定在箱型钢连接件上；
用套筒套住连接节点，并在套筒内浇筑高膨胀混凝土。
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