CN112854595B - 一种预应力部分外包钢t形组合梁及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

一种预应力部分外包钢T形组合梁，基于预应力预制装配技术，主要由预应力预制矩形组合梁与现浇混凝土翼缘板组成。其中，预应力预制矩形组合梁包括蜂窝型钢；设置于蜂窝型钢孔洞并与型钢腹板垂直的拉筋；设置于蜂窝型钢翼缘之间的闭合箍筋；设置于闭合箍筋环内底部且与梁长方向平行的梁内纵筋一；设置于闭合箍筋环内顶部且与梁长方向平行的梁内纵筋二；设置于蜂窝型钢下翼缘上部且与梁长方向平行的若干预应力钢绞线；填充于蜂窝型钢翼缘之间的预制UHPC(超高性能混凝土)；设置于蜂窝型钢上翼缘顶部的栓钉。现浇混凝土翼缘板包括设置于现浇翼缘板内的双层双向钢筋；填充于预应力预制矩形组合梁顶部的现浇混凝土。本发明受力性能优良，可明显提高梁的抗裂能力和抗弯刚度，且现场施工便捷，缩短施工周期。

Description

一种预应力部分外包钢T形组合梁及其施工方法
技术领域
本发明属于建筑技术领域，特别涉及一种预应力部分外包钢T形组合梁及其施工方法。
背景技术
随着经济的飞速发展，高层、超高层以及大跨度空间结构不断增加，构件所承受的荷载成倍增加，为了满足主体结构承重的要求，需增加构件的截面尺寸来满足需要，这就增加了主体结构的自重，影响空间布局及美观度且降低了抗震性能，不利于绿色环保型建筑的发展。
对型钢混凝土组合梁施加预应力能有效解决大跨度结构中梁的开裂低、刚度不足问题，但传统的预应力技术需现场张拉预应力，施工工序复杂，难以适应工业化、智慧化施工的要求。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种预应力部分外包钢T形组合梁及其施工方法，基于预应力预制装配技术，解决了传统预应力结构现场施工复杂问题，同时具有承载力高、抗裂性能好、刚度大、构件截面尺寸小、及自重小等优点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种预应力部分外包钢T形组合梁，包括预应力预制矩形组合梁1与现浇混凝土翼缘板2两部分，其特征在于：
所述预应力预制矩形组合梁1包括：
蜂窝型钢101；
设置于蜂窝型钢101孔洞并与蜂窝型钢101腹板相垂直的拉筋103；
设置于蜂窝型钢101翼缘之间且对称分布于腹板两侧的若干闭合箍筋102，闭合箍筋102所在平面与腹板相垂直；
设置于蜂窝型钢101下翼缘上部且与蜂窝型钢101长度方向平行的若干纵筋一105；
设置于蜂窝型钢101上翼缘下部并与蜂窝型钢101长度方向平行的若干纵筋二107；
设置于蜂窝型钢101下翼缘上部且与蜂窝型钢101长度方向平行的若干预应力钢绞线104；
填充于蜂窝型钢101上下翼缘之间的预制超高性能混凝土(UHPC)106；
以及，
设置于蜂窝型钢101上翼缘顶部的若干等间距的栓钉108；
所述现浇混凝土翼缘板2包括：
设置于现浇翼缘板内的双层双向钢筋201；
填充于预应力预制矩形组合梁1顶部的现浇混凝土202，现浇混凝土202将双层双向钢筋201浇筑包覆于其中。
所述蜂窝型钢101采用高强工字钢在其腹板均匀开孔或由高强钢板裁切焊接而成。
所述拉筋103与蜂窝型钢101孔洞接触位置处进行焊接，与两侧闭合箍筋102进行绑扎固定，且采用直径大于或等于闭合箍筋102直径的钢筋；所述闭合箍筋102位于蜂窝型钢101孔洞处，所述纵筋一105与两侧闭合箍筋102圈内下部进行绑扎，所述纵筋二107与两侧闭合箍筋102圈内上部进行绑扎，所述预制超高性能混凝土106在蜂窝型钢101腹板两侧通过一次浇筑形成整体且在长度方向不超过蜂窝型钢101。
所述预应力钢绞线104穿过预埋波纹管内部，波纹管固定于拉筋103下侧，预应力钢绞线104布置形式按具体工程情况选用直线型或抛物线型，预应力钢绞线104采用后张法张拉至设计值。
所述栓钉108与蜂窝型钢101通过焊接连接，根据设计要求布置。
所述现浇翼缘板内的双层双向钢筋201，在纵向和横向均等间距布置。
所述现浇混凝土202采用普通混凝土。
本发明还提供了所述预应力部分外包钢T形组合梁的施工方法，步骤如下：
1、在工厂，首先将纵筋一105置于闭合箍筋102圈内的底部，纵筋二107置于闭合箍筋102圈内的顶部，并均用扎丝绑扎固定形成钢筋笼，将由纵筋一104、纵筋二107和闭合箍筋102组成的钢筋笼置于蜂窝型钢101腹板两侧翼缘内的预定位置，将拉筋103垂直穿过蜂窝型钢101腹板孔洞，并在拉筋103与蜂窝型钢101孔洞接触位置点焊固定后与闭合箍筋102绑扎固定，将预应力钢绞线穿过波纹管置于拉筋103下侧并与拉筋103进行绑扎固定，完成后，浇筑预制UHPC106，待混凝土强度达到75％以上后,根据设计要求对预应力钢绞线进行张拉，最后焊接栓钉108；
2、在现场，将蜂窝型钢101两端与组合柱或者钢柱进行连接；
3、架设模板，布置现浇翼缘板内的双层双向钢筋201，浇筑现浇翼缘板202。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)施工简便，绿色环保
新型预应力部分外包钢T形组合梁中的预应力预制矩形组合梁部分是将纵筋、箍筋、拉筋以及预应力钢绞线放于预定位置，浇筑外包UHPC，待混凝土强度达到一定等级后，在工厂张拉预应力即可完成施工。与传统的组合梁相比，避免了施工现场张拉预应力，减轻现场浇筑混凝土的工作量，简化了施工工序，可以极大提高施工效率，符合绿色建筑节能减排要求。
2)整体性强，造价降低
新型预应力部分外包钢T形组合梁，预应力预制矩形组合梁部分混凝土可以实现一次性浇筑，腹板开洞是天然的抗剪连接件，使腹板两侧混凝土连接成为一个整体，可以加强型钢与混凝土的粘结性能，使其形成整体共同工作，也减少了额外焊接抗剪栓钉所产生的费用。预制部分与现浇部分可以采用不同强度等级混凝土，腹板部分使用UHPC，以及施加预应力，可以提高梁开裂荷载以及刚度，翼缘板使用再生混凝土、轻骨料混凝土、隔声混凝土等，使用差异性混凝土在保障梁的各项性能的同时降低造价。
3)性能优良，设计灵活
新型预应力部分外包钢T形组合梁将预制预应力技术用于高强蜂窝钢与超高性能混凝土UHPC组合梁中，有效改善梁受力性能，提高梁刚度，减小截面面积，减小结构自重利于抗震。
总体来讲，新型预应力部分外包钢T形组合梁既能发挥组合结构的优点，又满足建筑审美与功能的要求，同时简化施工步骤，加快施工进度。可广泛的应用于各类建筑结构中，为推动建筑行业的发展添砖加瓦。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图2为本发明蜂窝型钢、纵筋、直线型预应力钢绞线、箍筋、拉筋部分侧视图。
图3为本发明直线型预应力部分外包钢T形组合梁立体示意图。
图4为本发明抛物线型预应力部分外包钢T形组合梁立体示意图。
图5为本发明预制部分与柱连接浇筑翼板组合立体示意图。
图6为图5中A—A剖面详图，即型钢未开孔处截面示意图。
图7为图5中B—B剖面详图，即型钢开孔处截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
一种预应力部分外包钢T形组合梁，基于预应力预制装配技术，其受力性能优良，可明显提高梁的抗裂能力和抗弯刚度，且现场施工便捷，缩短施工周期。如图1所示，其主要由预应力预制矩形组合梁1与现浇混凝土翼缘板2组成。
参考图2、图3、图4，预应力预制矩形组合梁1包括：蜂窝型钢101、若干闭合箍筋102、若干拉筋103、若干纵筋一105、若干纵筋二107、若干预应力钢绞线104、预制超高性能混凝土106以及若干栓钉108；现浇混凝土翼缘板2则主要包括双层双向钢筋201和现浇混凝土202。
具体地，蜂窝型钢101采用高强工字钢在其腹板均匀开孔或由高强钢板裁切焊接而成。
闭合箍筋102设置于蜂窝型钢101翼缘之间且对称分布于腹板两侧，可对应分布于蜂窝型钢101孔洞处，闭合箍筋102所在平面与腹板相垂直。
拉筋103设置于蜂窝型钢101孔洞并与蜂窝型钢101腹板相垂直，与蜂窝型钢101孔洞接触位置处进行焊接，与两侧闭合箍筋102进行绑扎固定，且采用直径大于或等于闭合箍筋102直径的钢筋。
预应力钢绞线104设置于蜂窝型钢101下翼缘上部且与蜂窝型钢101长度方向平行，其穿过预埋波纹管内部，波纹管固定于拉筋103下侧，预应力钢绞线104布置形式按具体工程情况选用直线型或抛物线型，预应力钢绞线104采用后张法张拉至设计值。
纵筋一105设置于蜂窝型钢101下翼缘上部且与蜂窝型钢101长度方向平行，纵筋一105与两侧闭合箍筋102圈内下部进行绑扎。
纵筋二107设置于蜂窝型钢101上翼缘下部并与蜂窝型钢101长度方向平行，纵筋二107与两侧闭合箍筋102圈内上部进行绑扎。
栓钉108等间距设置于蜂窝型钢101上翼缘顶部，与蜂窝型钢101通过焊接连接，根据设计要求布置。
预制超高性能混凝土106填充于蜂窝型钢101上下翼缘之间，在蜂窝型钢101腹板两侧通过一次浇筑形成整体且在长度方向不超过蜂窝型钢101。
双层双向钢筋201设置于现浇翼缘板内，在纵向和横向均等间距布置
现浇混凝土202采用普通混凝土，填充于预应力预制矩形组合梁1顶部，将双层双向钢筋201浇筑包覆于其中。
如图4、图5、图6、图7所示，蜂窝型钢101、预制超高性能混凝土106、纵筋一105、预应力钢绞线104，闭合箍筋102、拉筋103、纵筋二107，栓钉108均为预制部分。翼缘板内双层双向钢筋201以及翼缘板混凝土202均属于现浇部分，现浇后栓钉108位于现浇部。
其中：
1)预制矩形组合梁部分采用UHPC以及预制预应力技术，从而提高组合梁的抗裂性能和抗弯刚度，翼缘板部分采用强度等级低的混凝土，可采用再生混凝土、轻骨料混凝土、隔声混凝土等。
2)预制UHPC在长度方向，不超出蜂窝型钢，即浇筑完预制部分混凝土后仍有一小段型钢裸露在外，其目的在于便于与型钢柱或钢梁预留连接件进行连接，从而使施工更加便利。
3)预应力钢绞线线布置形式为直线型或者抛物线型。预应力张拉阶段在工厂预制阶段完成，减少现场施工工序具有显著的经济效益。
4)蜂窝型钢开洞形式可以为圆形、椭圆形、矩形，开洞形式及位置应根据承载力要求和实际工程状况进行合理设计，妥善安排。蜂窝孔将预制混凝土与型钢有效连接，保证两者良好的协同工作性能。
本发明施工方法步骤如下：
首先在工厂制作预应力预制矩形组合梁，然后运送至施工现场进行安装，最后与混凝土楼板整体浇筑组合梁上部现浇混凝土部分。在预制矩形组合梁中蜂窝型钢腹板和纵筋的大半部分，全部的预应力钢绞线，全部的箍筋，全部的拉筋都被预制UHPC包裹；如若上部翼缘板不采用混凝土现浇形式，可以采用压型钢板组合板、叠合板等形式，在采用上述形式时需要对下部腹板和上部翼缘板的连接采取特殊措施，以保证连接性能可靠，共同工作性能良好。通过不同形式的下部腹板和上部翼板组合可以优化组合成多种形式的组合梁，以适应与不同工程建设的需要。
本发明在传统型钢混凝土组合梁基础上采用蜂窝型钢形式，使用拉筋进行拉结两侧闭合箍筋，解决传统部分外包型钢混凝土梁的箍筋连接问题，更能保证混凝土与型钢的共同工作性能；同时使用预应力技术，有效改善梁受力性能，提高梁刚度，减小截面面积，提高开裂荷载，增强使用阶段受力性能；根据本发明提出的设计方法，可以进一步优化腹板开洞的位置、大小及形式圆形、椭圆形、矩形，预应力钢绞线布置形式直线型、抛物线型，现浇混凝土的强度等级再生混凝土、轻骨料混凝土、隔声混凝土，以满足不同工程实际的需求。

Claims (6)

1.一种预应力部分外包钢T形组合梁，包括预应力预制矩形组合梁(1)与现浇混凝土翼缘板(2)两部分，其特征在于：
所述预应力预制矩形组合梁(1)包括：
蜂窝型钢(101)；
设置于蜂窝型钢(101)孔洞并与蜂窝型钢(101)腹板相垂直的拉筋(103)；
设置于蜂窝型钢(101)翼缘之间且对称分布于腹板两侧的若干闭合箍筋(102)，闭合箍筋(102)所在平面与腹板相垂直；
设置于蜂窝型钢(101)下翼缘上部且与蜂窝型钢(101)长度方向平行的若干纵筋一(105)；
设置于蜂窝型钢(101)上翼缘下部并与蜂窝型钢(101)长度方向平行的若干纵筋二(107)；
设置于蜂窝型钢(101)下翼缘上部且与蜂窝型钢(101)长度方向平行的若干预应力钢绞线(104)；
填充于蜂窝型钢(101)上下翼缘之间的预制超高性能混凝土(106)；
以及，
设置于蜂窝型钢(101)上翼缘顶部的若干等间距的栓钉(108)；
所述现浇混凝土翼缘板(2)包括：
设置于现浇翼缘板内的双层双向钢筋(201)；
填充于预应力预制矩形组合梁(1)顶部的现浇混凝土(202)，现浇混凝土(202)将双层双向钢筋(201)浇筑包覆于其中；
所述预应力钢绞线(104)穿过预埋波纹管内部，波纹管固定于拉筋(103)下侧，预应力钢绞线(104)布置形式按具体工程情况选用直线型或抛物线型，预应力钢绞线(104)采用后张法张拉至设计值；
所述栓钉(108)与蜂窝型钢(101)通过焊接连接，根据设计要求布置。
2.根据权利要求1所述预应力部分外包钢T形组合梁，其特征在于，所述蜂窝型钢(101)采用高强工字钢在其腹板均匀开孔或由高强钢板裁切焊接而成。
3.根据权利要求1所述预应力部分外包钢T形组合梁，其特征在于，所述拉筋(103)与蜂窝型钢(101)孔洞接触位置处进行焊接，与两侧闭合箍筋(102)进行绑扎固定，且采用直径大于或等于闭合箍筋(102)直径的钢筋；所述闭合箍筋(102)位于蜂窝型钢(101)孔洞处，所述纵筋一(105)与两侧闭合箍筋(102)圈内下部进行绑扎，所述纵筋二(107)与两侧闭合箍筋(102)圈内上部进行绑扎，所述预制超高性能混凝土(106)在蜂窝型钢(101)腹板两侧通过一次浇筑形成整体且在长度方向不超过蜂窝型钢(101)。
4.根据权利要求1所述预应力部分外包钢T形组合梁，其特征在于，所述现浇翼缘板内的双层双向钢筋(201)，在纵向和横向均等间距布置。
5.根据权利要求1所述预应力部分外包钢T形组合梁，其特征在于，所述现浇混凝土(202)采用普通混凝土。
6.权利要求1所述预应力部分外包钢T形组合梁的施工方法，其特征在于，步骤如下：
1)在工厂，首先将纵筋一(105)置于闭合箍筋(102)圈内的底部，纵筋二(107)置于闭合箍筋(102)圈内的顶部，并均用扎丝绑扎固定形成钢筋笼，将由纵筋一(105)、纵筋二(107)和闭合箍筋(102)组成的钢筋笼置于蜂窝型钢(101)腹板两侧翼缘内的预定位置，将拉筋(103)垂直穿过蜂窝型钢(101)腹板孔洞，并在拉筋(103)与蜂窝型钢(101)孔洞接触位置点焊固定后与闭合箍筋(102)绑扎固定，将预应力钢绞线穿过波纹管置于拉筋(103)下侧并与拉筋(103)进行绑扎固定，完成后，浇筑预制超高性能混凝土(106)，待混凝土强度达到75％以上后,根据设计要求对预应力钢绞线进行张拉，最后焊接栓钉(108)；
2)在现场，将蜂窝型钢(101)两端与组合柱或者钢柱进行连接；
3)架设模板，布置现浇翼缘板内的双层双向钢筋(201)，浇筑现浇混凝土(202)。
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