CN220451086U - 一种uhpc连接的后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔梁框架结构体系 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种UHPC连接的后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔梁框架结构体系，包括预制混凝土上柱、预制混凝土下柱、后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔叠合梁、UHPC节点核心区和叠合板。上纵向主筋伸出预制上柱底面并直接锚固在UHPC节点核心区内，下纵向主筋伸出预制下柱顶面并直接锚固在UHPC节点核心区内，普通钢筋和先张预应力筋伸出预制先张预应力混凝土开孔梁端面并直接锚固或弯折锚固在UHPC节点核心区内，后张无粘结的预应力筋预埋在所述预制先张预应力混凝土开孔梁构件中。该结构体系现场施工方便快速、提高构件安装效率，大幅度减少钢筋锚固长度和节点核心区箍筋用量，避免节点核心区钢筋拥挤，又能减小构件截面高度，减轻自重、提高构件抗裂性能和自恢复性能，从而改善整体框架结构的抗震性能。
Description
技术领域
本发明涉及预制预应力装配式建筑施工技术领域，具体地说，特别涉及到一种UHPC连接的后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔梁框架结构体系及其设计、施工方法。
背景技术
现浇结构的施工效率低、能源损耗高等诸多局限性，逐渐难以适应建筑工业化的发展要求。预制装配式建筑因其施工速度快、构件工厂化生产、减少现场湿作业和减少环境污染等优势，已经成为建筑工业化的发展方向。经过多年的发展和推广，预制装配式混凝土结构已得到广泛的研究和使用。
预制装配式混凝土框架结构是指梁柱构件在预制厂预制，运输至施工现场进行连接形成整体结构的结构。与现浇混凝土结构相比，它具备施工速度快、构件质量易保障、质量好、对环境污染小、节省人工费、节省大量模板和支撑等优点，是具有十分广阔前景的结构形式。对湿连接装配式混凝土框架结构来说，易施工且有效保证整体性的节点构造形式是其推广应用的关键。但是从以往的地震灾害来看，装配式结构在地震中破坏较为严重，很难达到和现浇结构相同的抗震性能。为提高装配式混凝土框架节点连接的整体性和可靠性，达到甚至超过现浇混凝土结构的抗震性能，在装配式结构中引进了预应力技术和UHPC(Ultra High Performance Concrete，超高性能混凝土)材料。
后张无粘结的共张预应力装配式混凝土结构，是通过张拉预应力筋，将预制普通混凝土构件和预制先张预应力构件拼装在一起共同工作而形成的结构，兼有先张预应力、后张无粘结预应力混凝土结构和装配式结构的特点。预应力在混凝土截面产生的内应力，可以部分或全部抵消使用荷载下截面的应力，延缓裂缝的出现并提高构件的刚度。在卸载时，裂缝可以部分或完全闭合，结构的弹性恢复性能好。同时，预应力混凝土可以充分利用预应力筋和混凝土的材料强度，减轻结构自重。且预应力的施加有助于装配式结构使用性能和整体性的改善，促进装配式结构在大跨、重载结构中的应用。
UHPC具有优良的粘结性能，能大幅减少钢筋、钢绞线在其中的锚固长度；其强度高，可减少节点核心区箍筋用量，将UHPC用于节点核心区，可使构造简单且框架整体性好。预应力结构具有优异的受力性能，将UHPC应用于节点核心区，形成预制预应力框架结构。对该结构进行深入研究，有利于进一步推广和应用预制预应力混凝土框架结构。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，结合UHPC的优良性能，提出了一种UHPC连接的后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔梁框架结构体系及其设计、施工方法。其结合了先张预应力、后张无粘结预应力结构和装配式结构以及叠合结构这三种传统结构，并采用了UHPC高性能材料，从而达到改善预制装配式混凝土框架结构的抗震性能的目的。
本发明的优势主要体现在预制先张预应力混凝土开孔梁柱构件的连接技术和构件之间的钢筋连接技术两个方面。在构件连接技术方面，梁柱构件之间通过具有优良性能的UHPC进行连接，形成UHPC节点核心区，更容易实现强节点弱构件的抗震设防要求，从而提升梁柱节点的延性，进而改善整体框架结构的抗震性能。在钢筋连接技术方面，梁柱构件之间的钢筋仅需要简单的搭接，且搭接长度很小，从而大大节省了预制构件的制作时间和现场安装时间。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种UHPC连接的后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔梁框架结构体系，包括预制混凝土上柱、预制混凝土下柱、后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔叠合梁、UHPC节点核心区以及叠合板；
所述预制混凝土上柱内设有上纵向主筋，预制混凝土下柱内设有下纵向主筋，后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔叠合梁内设有预制先张预应力混凝土开孔梁、梁叠合层以及后张无粘结的预应力筋，预制先张预应力混凝土开孔梁设有普通钢筋和先张预应力筋，必要时也可在孔口周围设有吊筋或钢筋网片，钢筋网片也可以采用焊接钢筋网，梁叠合层内设有顶部通长钢筋，叠合板由预制混凝土板和浇筑在板上的板叠合层组成；
所述上纵向主筋伸出预制上柱底面并直接锚固在UHPC节点核心区内，下纵向主筋伸出预制下柱顶面并直接锚固在UHPC节点核心区内，普通钢筋和先张预应力筋伸出预制先张预应力混凝土开孔梁端面并直接锚固在UHPC节点核心区内；
所述先张预应力筋包括直线和折线形筋，后张无粘结预应力筋包括直线、折线、曲线形筋。
其特征在于，所述后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔叠合梁在浇筑梁叠合层、板叠合层和UHPC节点核心区之前按照先张预应力混凝土开孔简支梁进行施工验算，在浇筑节点核心区和梁叠合层、板叠合层之后，节点和叠合层混凝土强度达到设计要求时，进行无粘结预应力筋的张拉，张拉完成后，按照框架梁进行施工阶段验算；后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔叠合梁在浇筑梁叠合层、板叠合层和UHPC节点核心区之前与浇筑之后在孔口处上弦杆截面不同，受力状态也不同，应对预制先张预应力混凝土开孔梁孔口处上、下弦杆进行施工验算；后张无粘结预应力筋在预应力建立以后，其施工验算、正常使用极限状态的验算时以有效预应力计算，在进行承载能力极限状态的验算时要考虑应力增量；在地震荷载下，考虑无粘结预应力筋对节点的恢复性能。
进一步的，后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔叠合梁由预制先张预应力混凝土开孔梁、梁叠合层以及后张无粘结的预应力筋组成；叠合板由预制混凝土板和浇筑在板上的板叠合层组成。
进一步的，后张无粘结的预应力筋预埋在所述预制先张预应力混凝土开孔梁构件中，并穿过UHPC节点核心区且两端伸出所述UHPC节点核心区之外，其两端分别固定设置有夹具和锚具，一端设置在柱外侧，一端设置在梁叠合层内。
进一步的，预制混凝土上柱的底面、预制混凝土下柱的顶面、后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔叠合梁的端面均设有内陷的凹槽。
进一步的，用可靠支撑将预制混凝土上柱固定在相应位置。
进一步的，所述预制混凝土上柱、预制混凝土下柱、后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔叠合梁内的箍筋分为加密区和非加密区，所述UHPC节点核心区内的箍筋根据设计需求布置，核心区的抗剪承载力计算按软化的拉压杆模型计算，并考虑将UHPC内的钢纤维等效成水平箍筋和竖向纵筋，考虑其对节点核心区抗剪的贡献，同时考虑无粘结预应力筋对节点的抗剪有利贡献。
进一步的，所述预制先张预应力混凝土开孔梁和所述预制混凝土板的顶面设置毛面层。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.本发明将预制装配式混凝土结构、先张预应力以及后张无粘结预应力结构结合在一起，利用预制装配式结构施工方便快速、构建质量好、节能环保的优点的基础上，结合后张无粘结的共张预应力结构能够改善结构使用性能、减小构件截面高度，减轻自重、提高构件抗裂性能和自恢复的优势，从而改善整体框架结构的抗震性能。先张预应力筋使得预制梁在施工时可少支撑或免支撑，降低施工成本，后张无粘结可增强框架整体性，使得结构在地震中具备一定自复位能力和结构韧性，减少震后修复成本。
2.本发明采用了具有优良性能的UHPC材料，将其应用在节点核心区，能够实现预制梁柱构件的可靠连接，不仅可以提升节点的承载能力和抗震性能，还能大幅度减少钢筋、钢绞线的锚固长度，并能显著减少节点核心区箍筋用量，从而避免了节点核心区钢筋拥挤，并且大大提高了预制梁柱构件的制作、运输以及安装效率。
附图说明
图1为本发明的基于UHPC的预制预应力混凝土开孔梁框架结构体系的结构示意图
图2为本发明的一榀两跨框架结构配筋示意图
图3为本发明的一榀两跨框架结构材料示意图
图4为本发明的中间层框架边节点构造详图
图5为本发明的中间层框架边节点轴测图
图6为本发明的中间层框架中节点构造详图
图7为本发明的中间层框架中节点轴测图
具体实施方式
为使本发明的特征、目的和优点能够更好的易于理解，下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步阐述。
如图1-7所示，本发明所述的一种UHPC连接的后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔梁框架结构体系，包括预制混凝土上柱1、预制混凝土下柱2、后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔叠合梁3、UHPC节点核心区4以及叠合板18；
所述预制混凝土上柱1内设有上纵向主筋5，预制混凝土下柱2内设有下纵向主筋6，后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔叠合梁3内设有预制先张预应力混凝土开孔梁7和梁叠合层8以及后张无粘结的预应力筋9，预制先张预应力混凝土开孔梁7设有普通钢筋10和先张预应力筋17，梁叠合层8内设有顶部通长钢筋11，叠合板18由预制混凝土板19和浇筑在板上的板叠合层20组成；
所述上纵向主筋5伸出预制混凝土上柱1底面并直接锚固在UHPC节点核心区4内，下纵向主筋6伸出预制混凝土下柱2顶面并直接锚固在UHPC节点核心区4内，普通钢筋10和先张预应力筋17伸出预制先张预应力混凝土开孔梁7端面并直接锚固在UHPC节点核心区4内；
所述先张预应力筋17包括直线和折线形筋，后张无粘结预应力筋9包括直线、折线、曲线形筋；
所述后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔叠合梁3在浇筑梁叠合层8、板叠合层20和UHPC节点核心区4之前按照先张预应力混凝土开孔简支梁进行施工验算，在浇筑UHPC节点核心区4和梁叠合层8、板叠合层20之后，节点和叠合层混凝土强度达到设计要求时，进行无粘结预应力筋9的张拉，张拉完成后，按照框架梁进行施工阶段验算；后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔叠合梁在浇筑梁叠合层、板叠合层和UHPC节点核心区之前与浇筑之后在孔口处上弦杆截面不同，受力状态也不同，应对预制先张预应力混凝土开孔梁孔口处上、下弦杆进行施工验算；后张无粘结预应力筋9在预应力建立以后，其施工验算、正常使用极限状态的验算时以有效预应力计算，在进行承载能力极限状态的验算时要考虑应力增量；在地震荷载下，考虑无粘结预应力筋9对节点的恢复性能；
所述后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔叠合梁3由预制先张预应力混凝土开孔梁7、梁叠合层8以及后张无粘结的预应力筋9组成；叠合板18由预制混凝土板19和浇筑在板上的板叠合层20组成；
所述后张无粘结的预应力筋9预埋在所述预制先张预应力混凝土开孔梁7构件中，并穿过UHPC节点核心区4且两端伸出所述UHPC节点核心区4之外，其两端分别固定设置有夹具15和锚具16，一端设置在柱外侧，一端设置在梁叠合层内；
所述预制混凝土上柱1的底面、预制混凝土下柱2的顶面、后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔叠合梁3的端面均设有内陷的凹槽；
所述预制混凝土上柱1，用可靠支撑12将预制混凝土上柱1固定在相应位置；
所述预制混凝土上柱1、预制混凝土下柱2、后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔叠合梁3内的非加密箍筋13分为加密区和非加密区，所述UHPC节点核心区4内的加密箍筋14按设计需求布置，核心区的抗剪承载力计算按软化的拉压杆模型计算，并考虑将UHPC内的钢纤维等效成水平箍筋和竖向纵筋，考虑其对节点核心区抗剪的贡献，同时考虑无粘结预应力筋对节点的抗剪有利贡献；
所述预制先张预应力混凝土开孔梁7在孔口周围设有吊筋21或钢筋网片22；
所述预制先张预应力混凝土开孔梁7和所述预制混凝土板19的顶面设置毛面层。
以上所述，仅仅是对本发明进行的示例性描述，显然本发明的具体实施并不受上述方式的限制，即该描述没有限制性，在不脱离本发明的方法构思和技术方案的前提下，本发明可轻易地进行各种改进、变化或替换，这些改进和变化均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种UHPC连接的后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔梁框架结构体系，包括预制混凝土上柱(1)、预制混凝土下柱(2)、后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔叠合梁(3)、UHPC节点核心区(4)以及叠合板(18)；
其特征在于，所述预制混凝土上柱(1)内设有上纵向主筋(5)，预制混凝土下柱(2)内设有下纵向主筋(6)，后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔叠合梁(3)内设有预制先张预应力混凝土开孔梁(7)、梁叠合层(8)以及后张无粘结的预应力筋(9)，预制先张预应力混凝土开孔梁(7)设有普通钢筋(10)和先张预应力筋(17)，在孔口周围设有吊筋(21)或钢筋网片(22)，梁叠合层(8)内设有顶部通长钢筋(11)，叠合板(18)由预制混凝土板(19)和浇筑在板上的板叠合层(20)组成；
所述上纵向主筋(5)伸出预制混凝土上柱(1)底面并直接锚固在UHPC节点核心区(4)内，下纵向主筋(6)伸出预制混凝土下柱(2)顶面并直接锚固在UHPC节点核心区(4)内，普通钢筋(10)和先张预应力筋(17)伸出预制先张预应力混凝土开孔梁(7)端面并直接锚固在UHPC节点核心区(4)内；
其特征在于，所述先张预应力筋(17)包括直线和折线形筋，后张无粘结预应力筋(9)包括直线、折线、曲线形筋；
在浇筑UHPC节点核心区(4)和梁叠合层(8)、板叠合层(20)之后，节点和叠合层混凝土强度达到设计要求时，进行无粘结预应力筋(9)的张拉。
2.根据权利要求1所述的UHPC连接的后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔梁框架结构体系，其特征在于，所述后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔叠合梁(3)由预制先张预应力混凝土开孔梁(7)、梁叠合层(8)以及后张无粘结的预应力筋(9)组成；叠合板(18)由预制混凝土板(19)和浇筑在板上的板叠合层(20)组成。
3.根据权利要求1所述的UHPC连接的后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔梁框架结构体系，其特征在于，所述后张无粘结的预应力筋(9)预埋在所述预制先张预应力混凝土开孔梁(7)构件中，并穿过UHPC节点核心区(4)且两端伸出所述UHPC节点核心区(4)之外，其两端分别固定设置有夹具(15)和锚具(16)，一端设置在柱外侧，一端设置在梁叠合层内。
4.根据权利要求1所述的UHPC连接的后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔梁框架结构体系，其特征在于，预制混凝土上柱(1)的底面、预制混凝土下柱(2)的顶面、后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔叠合梁(3)的端面均设有内陷的凹槽。
5.根据权利要求1所述的UHPC连接的后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔梁框架结构体系，其特征在于，用可靠支撑(12)将预制混凝土上柱(1)固定在相应位置。
6.根据权利要求1所述的UHPC连接的后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔梁框架结构体系，其特征在于，所述预制混凝土上柱(1)、预制混凝土下柱(2)、后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔叠合梁(3)内的非加密箍筋(13)，所述UHPC节点核心区(4)内的加密箍筋(14)按设计需求布置。
7.根据权利要求1所述的UHPC连接的后张无粘结的共张预制预应力混凝土开孔梁框架结构体系，其特征在于，所述预制先张预应力混凝土开孔梁(7)和所述预制混凝土板(19)的顶面设置毛面层。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |