CN111622348A - 一种预应力自复位混凝土桁架结构及装配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混凝土桁架装配技术领域，具体涉及一种预应力自复位混凝土桁架结构及装配方法及其装配方法，包括预制混凝土框架柱、角钢和预制混凝土桁架；下弦杆的左、右端头均通过一截钢箱梁内灌微膨胀混凝土进行封锚，两个截钢箱梁的外端均通过高强摩擦型螺栓与软钢耗能装置进行固定，两个软钢耗能装置的外端均通过预埋螺栓分别与两个预制混凝土框架柱进行固定连接；本发明采用预应力筋以及高强螺栓的干连接技术，以及利用软钢耗能装置进行缓冲耗能，增强桁架结构与主体构件的连接性能，利用耗能元件增强结构的耗能能力，改善抗震性能，控制结构在地震作用下的最大变形，同时在地震作用下利用预应力筋的自复位能力，减小结构的残余变形，实现结构功能的迅速修复。

Description

一种预应力自复位混凝土桁架结构及装配方法
技术领域
本发明涉及混凝土桁架装配技术领域，具体涉及一种预应力自复位混凝土桁架结构及装配方法及其装配方法。
背景技术
我国建筑工业化水平相对较低，预制装配技术落后，随着我国经济的发展，建筑工业化已成为建筑产业的发展方向和必然趋势。我国大部分城市处于抗震设防区，发展预制结构需考虑其抗震能力。预应力混凝土桁架结构与梁式结构相比，不仅能从建筑上满足穿设管道和线路的要求，有利于建筑室内的采光，而且具有自重轻、刚度大，受力明确、计算方便等优点，在工业厂房与民用建筑等大跨结构中得到较为广泛的应用。
传统的装配式结构通过延性设计避免结构发生脆性破坏甚至倒塌，允许结构主要抗侧力构件发生塑性变形以耗散输入结构中的地震能量，但历次地震表明结构在中震或大震作用下虽然没有倒塌，但由于破坏位置的特殊性以及破坏的严重性，震后结构的残余位移很大，使其难以加固修复，最后整个结构只能被推倒重建，造成了巨大的浪费，影响了人们的生产和生活。因此，传统的抗震设计理念忽略了结构在震后的可恢复性及使用功能的可持续性；另外，传统的预应力混凝土桁架结构还存在有竖向构件连接不牢靠、抗震性能差、耗能能力不足等缺陷。
发明内容
本发明针对背景技术所提出构件连接不牢靠、抗震性能差、耗能能力不足的问题，设计了一种预应力自复位混凝土桁架结构及装配方法及其装配方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种预应力自复位混凝土桁架结构及装配方法，包括预制混凝土框架柱、角钢和预制混凝土桁架，所述预制混凝土桁架安装于左、右两个所述预制混凝土框架柱之间，所述预制混凝土桁架包括上弦杆、下弦杆及固定于上弦杆、下弦杆之间的斜腹杆，所述上弦杆和所述下弦杆的内部分别预留有第一预应力孔道和第二预应力孔道，所述第一预应力孔道的内部设有第一预应力筋，所述第二预应力孔道的内部设有第二预应力筋；所述上弦杆的两端顶、底面均嵌设有预埋钢板，上、下层所述预埋钢板的外侧均设置有摩擦耗能金属板，上、下层所述摩擦耗能金属板均通过高强螺栓分别与上盖板以及所述角钢进行固定；所述下弦杆的左、右端头均通过一截钢箱梁内灌微膨胀混凝土进行封锚，两个所述截钢箱梁的外端均通过高强摩擦型螺栓与软钢耗能装置进行固定，两个所述软钢耗能装置的外端均通过预埋螺栓分别与两个所述预制混凝土框架柱进行固定连接。
作为上述方案的进一步改进，左、右两个所述预制混凝土框架柱上与所述第一预应力孔道正相对的位置均开设有孔洞，所述第一预应力筋由第一预应力孔道及两个孔洞穿过，张拉并锚固在两个所述预制混凝土框架柱外侧。
作为上述方案的进一步改进，所述软钢耗能装置包括左封板、右封板及两块软钢耗能板，两块所述软钢耗能板对称固定于所述左封板与所述右封板之间，且两块所述软钢耗能板的中段侧壁均开设有条形螺栓孔，每一个所述条形螺栓孔的前、后侧均通过固定螺栓连接有两片约束侧板。
作为上述方案的进一步改进，所述角钢上设置加强肋，所述角钢通过紧固螺栓固定在所述预制混凝土框架柱上。
作为上述方案的进一步改进，所述上盖板与所述预制混凝土框架柱侧壁安装的连接钢板之间采用焊接连接或者螺栓连接。
作为上述方案的进一步改进，所述第二预应力筋在地面上完成预应力筋的张拉，且锚固在所述下弦杆的两端。
作为上述方案的进一步改进，所述第一预应力孔道和第二预应力孔道分别居于所述上弦杆、下弦杆的中心位置。
作为上述方案的进一步改进，所述斜腹杆与所述上弦杆、下弦杆的安装倾斜角度均为45°，且相邻的两个所述斜腹杆之间对称设置。
作为上述方案的进一步改进，所述预埋钢板、摩擦耗能金属板、上盖板及角钢上均开设有与所述高强螺栓相配合的固定孔。
一种预应力自复位混凝土桁架结构及装配方法的装配方法，包括以下步骤：
步骤一：首先将预制混凝土桁架组装好，并将下弦杆的左、右端头利用钢箱梁内灌微膨胀混凝土进行封锚；
步骤二：然后将角钢和软钢耗能装置一同固定在两个预制混凝土框架柱上，安装完毕后，将两个预制混凝土框架柱的底端均通过灌浆套筒安装于地基上；
步骤三：接着将下层摩擦耗能金属板放置于角钢的上端面，再将预制混凝土桁架吊装至两个预制混凝土框架柱之间，使得上弦杆的两端嵌设的预埋钢板压在摩擦耗能金属板上表面，下弦杆两端安装的钢箱梁与软钢耗能装置处于正相对的位置；
步骤四：将下弦杆两端安装的钢箱梁与软钢耗能装置利用高强摩擦型螺栓进行固定连接；接着将上层摩擦耗能金属板及上盖板依次叠放在上弦杆的两端顶面均嵌的预埋钢板上表面，再利用高强螺栓上下贯穿对上盖板、上弦杆及角钢进行固定，上盖板与预制混凝土框架柱侧壁安装的连接钢板之间采用焊接连接或者螺栓连接；
步骤五：预制混凝土桁架安装结束后，将第一预应力筋由第一预应力孔道及两个孔洞穿过，张拉并锚固在两个所述预制混凝土框架柱外侧；
步骤六：最后对第一预应力筋孔道及接缝处进行填充胶凝材料即完成装配。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
(1)、本发明的桁架结构在受到水平外力作用时，上下层摩擦耗能金属板、软钢耗能装置以及两根预应力筋能阻止桁架结构绕竖向构件发生相对转动，当桁架与竖向构件发生相对转动时，上下层摩擦耗能金属板、软钢耗能装置以及两根预应力筋通过相对变形保持结构的稳定；在受到竖向力时，两根预应力筋的夹紧力以及角钢的支撑力保持整个桁架的不脱落，同时通过各个杆件的相对变形保持结构的稳定，软钢耗能装置开有条形螺栓孔使得其始终与下弦杆位于同一标高处。
(2)、本发明中竖向构件采用预应力筋以及高强螺栓的干连接技术，增强桁架结构与主体构件的连接性能，利用耗能元件增强结构的耗能能力，改善抗震性能，控制结构在地震作用下的最大变形，同时在地震作用下利用预应力筋的自复位能力，减小结构的残余变形，实现结构功能的迅速修复，因此是一种损伤可控结构。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的左半部分的立体结构示意图；
图3为本发明的正视内部结构示意图；
图4为本发明中A-A截面示意图；
图5为本发明中B-B截面示意图；
图6为本发明中软钢耗能装置的分解示意图；
图7为本发明中角钢的结构示意图。
其中，1-预制混凝土框架柱，2-角钢，3-预制混凝土桁架，301-上弦杆，302-下弦杆，303-第一预应力孔道，304-第二预应力孔道，305-第一预应力筋，306-第二预应力筋，307-预埋钢板，308-斜腹杆，4-摩擦耗能金属板，5-高强螺栓，6-上盖板，7-高强摩擦型螺栓，8-软钢耗能装置，801-左封板，802-右封板，803-软钢耗能板，804-条形螺栓孔，805-约束侧板，9-预埋螺栓，10-孔洞，11-连接钢板，12-钢箱梁，13-加强肋，14-紧固螺栓。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。下面结合附图对本发明进一步说明。
一种预应力自复位混凝土桁架结构及装配方法，如图1～3和图7所示，包括预制混凝土框架柱1、角钢2和预制混凝土桁架3，预制混凝土桁架3安装于左、右两个预制混凝土框架柱1之间，预制混凝土桁架3包括上弦杆301、下弦杆302及固定于上弦杆301、下弦杆302之间的斜腹杆308，上弦杆301和下弦杆302的内部分别预留有第一预应力孔道303和第二预应力孔道304，第一预应力孔道303的内部设有第一预应力筋305，第二预应力孔道304的内部设有第二预应力筋306，第二预应力筋306在地面上完成预应力筋的张拉，且锚固在下弦杆302的两端，第一预应力孔道303和第二预应力孔道304分别居于上弦杆301、下弦杆302的中心位置；上弦杆301的两端顶、底面均嵌设有预埋钢板307，上、下层预埋钢板307的外侧均设置有摩擦耗能金属板4，上、下层摩擦耗能金属板4均通过高强螺栓5分别与上盖板6以及角钢2进行固定，上盖板6与预制混凝土框架柱1侧壁安装的连接钢板11之间采用焊接连接或者螺栓连接，预埋钢板307、摩擦耗能金属板4、上盖板6及角钢2上均开设有与高强螺栓5相配合的固定孔；下弦杆302的左、右端头均通过一截钢箱梁12内灌微膨胀混凝土进行封锚，两个截钢箱梁12的外端均通过高强摩擦型螺栓7与软钢耗能装置8进行固定，两个软钢耗能装置8的外端均通过预埋螺栓9分别与两个预制混凝土框架柱1进行固定连接。角钢2上设置加强肋13，角钢2通过紧固螺栓14固定在预制混凝土框架柱1上
其中，如图3所示，左、右两个预制混凝土框架柱1上与第一预应力孔道303正相对的位置均开设有孔洞10，第一预应力筋305由第一预应力孔道303及两个孔洞10穿过，张拉并锚固在两个预制混凝土框架柱1外侧。
其中，如图4～6所示，软钢耗能装置8包括左封板801、右封板802及两块软钢耗能板803，两块软钢耗能板803对称固定于左封板801与右封板802之间，且两块软钢耗能板803的中段侧壁均开设有条形螺栓孔804，每一个条形螺栓孔804的前、后侧均通过固定螺栓连接有两片约束侧板805。
如图1和图2所示，斜腹杆308与上弦杆301、下弦杆302的安装倾斜角度均为45°，且相邻的两个斜腹杆308之间对称设置。
一种预应力自复位混凝土桁架结构及装配方法的装配方法，包括以下步骤：
步骤一：首先将预制混凝土桁架3组装好，并将下弦杆302的左、右端头利用钢箱梁12内灌微膨胀混凝土进行封锚；
步骤二：然后将角钢2和软钢耗能装置8一同固定在两个预制混凝土框架柱1上，安装完毕后，将两个预制混凝土框架柱1的底端均通过灌浆套筒安装于地基上；
步骤三：接着将下层摩擦耗能金属板4放置于角钢2的上端面，再将预制混凝土桁架3吊装至两个预制混凝土框架柱1之间，使得上弦杆301的两端嵌设的预埋钢板307压在摩擦耗能金属板4上表面，下弦杆302两端安装的钢箱梁12与软钢耗能装置8处于正相对的位置；
步骤四：将下弦杆302两端安装的钢箱梁12与软钢耗能装置8利用高强摩擦型螺栓7进行固定连接；接着将上层摩擦耗能金属板4及上盖板6依次叠放在上弦杆301的两端顶面均嵌的预埋钢板307上表面，再利用高强螺栓5上下贯穿对上盖板6、上弦杆301及角钢2进行固定，上盖板6与预制混凝土框架柱1侧壁安装的连接钢板11之间采用焊接连接或者螺栓连接；
步骤五：预制混凝土桁架3安装结束后，将第一预应力筋305由第一预应力孔道303及两个孔洞10穿过，张拉并锚固在两个预制混凝土框架柱1外侧；
步骤六：最后对第一预应力筋305孔道及接缝处进行填充胶凝材料即完成装配。
本发明的桁架结构在受到水平外力作用时，上下层摩擦耗能金属板4、软钢耗能装置8以及两根预应力筋能阻止桁架结构绕竖向构件发生相对转动，当桁架与竖向构件发生相对转动时，上下层摩擦耗能金属板4、软钢耗能装置8以及两根预应力筋通过相对变形保持结构的稳定；在受到竖向力时，两根预应力筋的夹紧力以及角钢2的支撑力保持整个桁架的不脱落，同时通过各个杆件的相对变形保持结构的稳定，软钢耗能装置8开有条形螺栓孔804使得其始终与下弦杆302位于同一标高处。
本发明中竖向构件采用预应力筋以及高强螺栓的干连接技术，增强桁架结构与主体构件的连接性能，利用耗能元件增强结构的耗能能力，改善抗震性能，控制结构在地震作用下的最大变形，同时在地震作用下利用预应力筋的自复位能力，减小结构的残余变形，实现结构功能的迅速修复，因此是一种损伤可控结构。另外，另外，本发明中大部分构件采用预制化装配形式，从而一同生产、一起运输，在质量上有保证，在管理上减少分包单位，更易管理，从而大幅度提升了施工的效率，由于现场布置大量吊装机械施工，使的此装配方法成为最方便快捷的一种填充墙形式。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种预应力自复位混凝土桁架结构，包括预制混凝土框架柱(1)、角钢(2)和预制混凝土桁架(3)，其特征在于：所述预制混凝土桁架(3)安装于左、右两个所述预制混凝土框架柱(1)之间，所述预制混凝土桁架(3)包括上弦杆(301)、下弦杆(302)及固定于上弦杆(301)、下弦杆(302)之间的斜腹杆(308)，所述上弦杆(301)和所述下弦杆(302)的内部分别预留有第一预应力孔道(303)和第二预应力孔道(304)，所述第一预应力孔道(303)的内部设有第一预应力筋(305)，所述第二预应力孔道(304)的内部设有第二预应力筋(306)；所述上弦杆(301)的两端顶、底面均嵌设有预埋钢板(307)，上、下层所述预埋钢板(307)的外侧均设置有摩擦耗能金属板(4)，上、下层所述摩擦耗能金属板(4)均通过高强螺栓(5)分别与上盖板(6)以及所述角钢(2)进行固定；所述下弦杆(302)的左、右端头均通过一截钢箱梁(12)内灌微膨胀混凝土进行封锚，两个所述截钢箱梁(12)的外端均通过高强摩擦型螺栓(7)与软钢耗能装置(8)进行固定，两个所述软钢耗能装置(8)的外端均通过预埋螺栓(9)分别与两个所述预制混凝土框架柱(1)进行固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种预应力自复位混凝土桁架结构，其特征在于：左、右两个所述预制混凝土框架柱(1)上与所述第一预应力孔道(303)正相对的位置均开设有孔洞(10)，所述第一预应力筋(305)由第一预应力孔道(303)及两个孔洞(10)穿过，张拉并锚固在两个所述预制混凝土框架柱(1)外侧。
3.根据权利要求1所述的一种预应力自复位混凝土桁架结构，其特征在于：所述软钢耗能装置(8)包括左封板(801)、右封板(802)及两块软钢耗能板(803)，两块所述软钢耗能板(803)对称固定于所述左封板(801)与所述右封板(802)之间，且两块所述软钢耗能板(803)的中段侧壁均开设有条形螺栓孔(804)，每一个所述条形螺栓孔(804)的前、后侧均通过固定螺栓连接有两片约束侧板(805)。
4.根据权利要求1所述的一种预应力自复位混凝土桁架结构，其特征在于：所述角钢(2)上设置加强肋(13)，所述角钢(2)通过紧固螺栓(14)固定在所述预制混凝土框架柱(1)上。
5.根据权利要求1所述的一种预应力自复位混凝土桁架结构，其特征在于：所述上盖板(6)与所述预制混凝土框架柱(1)侧壁安装的连接钢板(11)之间采用焊接连接或者螺栓连接。
6.根据权利要求1所述的一种预应力自复位混凝土桁架结构，其特征在于：所述第二预应力筋(306)在地面上完成预应力筋的张拉，且锚固在所述下弦杆(302)的两端。
7.根据权利要求1所述的一种预应力自复位混凝土桁架结构，其特征在于：所述第一预应力孔道(303)和第二预应力孔道(304)分别居于所述上弦杆(301)、下弦杆(302)的中心位置。
8.根据权利要求1所述的一种预应力自复位混凝土桁架结构，其特征在于：所述斜腹杆(308)与所述上弦杆(301)、下弦杆(302)的安装倾斜角度均为45°，且相邻的两个所述斜腹杆(308)之间对称设置。
9.根据权利要求1所述的一种预应力自复位混凝土桁架结构，其特征在于：所述预埋钢板(307)、摩擦耗能金属板(4)、上盖板(6)及角钢(2)上均开设有与所述高强螺栓(5)相配合的固定孔。
10.如权利要求1～9任意一项所述的一种预应力自复位混凝土桁架结构的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：首先将预制混凝土桁架(3)组装好，并将下弦杆(302)的左、右端头利用钢箱梁(12)内灌微膨胀混凝土进行封锚；
步骤二：然后将角钢(2)和软钢耗能装置(8)一同固定在两个预制混凝土框架柱(1)上，安装完毕后，将两个预制混凝土框架柱(1)的底端均通过灌浆套筒安装于地基上；
步骤三：接着将下层摩擦耗能金属板(4)放置于角钢(2)的上端面，再将预制混凝土桁架(3)吊装至两个预制混凝土框架柱(1)之间，使得上弦杆(301)的两端嵌设的预埋钢板(307)压在摩擦耗能金属板(4)上表面，下弦杆(302)两端安装的钢箱梁(12)与软钢耗能装置(8)处于正相对的位置；
步骤四：将下弦杆(302)两端安装的钢箱梁(12)与软钢耗能装置(8)利用高强摩擦型螺栓(7)进行固定连接；接着将上层摩擦耗能金属板(4)及上盖板(6)依次叠放在上弦杆(301)的两端顶面均嵌的预埋钢板(307)上表面，再利用高强螺栓(5)上下贯穿对上盖板(6)、上弦杆(301)及角钢(2)进行固定，上盖板(6)与预制混凝土框架柱(1)侧壁安装的连接钢板(11)之间采用焊接连接或者螺栓连接；
步骤五：预制混凝土桁架(3)安装结束后，将第一预应力筋(305)由第一预应力孔道(303)及两个孔洞(10)穿过，张拉并锚固在两个所述预制混凝土框架柱(1)外侧；
步骤六：最后对第一预应力筋(305)孔道及接缝处进行填充胶凝材料即完成装配。
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