一种装配式混凝土结构连接方法与流程

本发明涉及一种装配式混凝土结构连接方法。

背景技术：

建筑行业的工业化已成为我国建筑业发展的方向，在建筑业工业化的过程中，将建筑物以现场施工建造为主的现状转变为以工厂化预制，现场装配方式建造的形式就成为必然。目前，我国极大部分的建筑物都是采用现浇钢筋混凝土技术建造。随着装配式混凝土技术的推广应用，为了保证装配式混凝土结构在结构性能上不低于现浇混凝土结构，我国也制定相应的混凝土结构技术规程，包括从结构设计到构件预制和现场施工等方面，基本思路是将现浇混凝土结构经过合理的拆分、工厂预制构件、现场拼装等环节。其中拆分有利于工厂预制，也要有利于现场拼装，且拼装后的结构要满足结构的安全性和功能性要求。为此，出现了多种形式的拆分及拼装连接方式，其连接方式直接影响到施工速度及结构安全性，更受到广泛的关注。目前常用的连接方式有套筒灌浆连接方式、浆锚搭接连接方式，其中以套筒灌浆连接方式应用最多，套筒灌浆连接方式是用注浆和锚固方式相结合，将由于拆分而被断开的结构钢筋在拼接断面处重新连接起来。具体做法是将断开钢筋的一端作为母端，在钢筋端头加工成螺纹，与钢套筒的一端相连接，钢套筒为一端与钢筋螺纹相连，另一端开口且筒身上设有注浆孔的圆筒，圆筒开口端直径大于钢筋，开口作为母端的入口定位于预制构件的设计位置上；钢筋被断开的另一端在构件预制时外伸一段钢筋，伸出钢筋的长度小于或等于钢套筒的连接长度，在现场拼装时作为预制混凝土构件的连接公端，将外伸钢筋插入钢套筒的开口端，在全部钢筋相连接，构件按设计就位后，通过预留的注浆孔往钢套筒内注入连接胶，将钢筋重新连接成整体，同时也使预制构件连接成整体。

套筒灌浆连接方式在实践中存在的主要缺点有以下几点，其一是钢套筒尺寸大，减少了混凝土保护层；其二是注浆质量无法保证，尤其在水平构件的连接时更无法保证注浆的饱满度；其三是锚固胶的耐久性尚未得到实践验证，连接长期可靠性存疑，最后就是当截面钢筋用量多的条件下，连接工艺复杂，施工速度慢。

技术实现要素：

为了克服已有装配式混凝土结构连接方式的工艺复杂、可靠性较差的不足，本发明提供一种工艺简化、可靠性较好的装配式混凝土结构连接方法，通过钢筋内力转换器直接采用机械方法将钢筋进行连接，钢筋内力转换器不影响钢筋的保护层厚度，可减少因装配连接对混凝土保护层的减小；还可以不必预留外伸的连接钢筋，使预制构件的运输与吊装更方便。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种装配式混凝土结构连接方法，包括以下步骤：

1).制作钢筋内力转换器，所述钢筋内力转换器包括底板、传力侧板和封闭侧板，所述传力侧板对称设置在所述底板的两侧，所述底板一端设置所述封闭侧板，所述底板另一端为开口，所述传力侧板的上端与所述钢筋内力转换器的顶部相接，所述钢筋内力转换器的顶部设有与钢筋一端连接的钢筋连接孔，所述底板上设有螺栓连接孔；

2).钢筋与钢筋内力转换器一端连接；

3).按设计要求在构件中定位钢筋及钢筋内力转换器，并在构件连接端面设置抗剪槽，浇筑混凝土形成预制构件；

4).选择钢筋内力转换器间的连接螺栓；

5).待预制构件制作完成并运至施工现场进行安装时，将两个预制构件的连接端面贴合并对齐，这时两个预制构件上的钢筋内力转换器端面也应是全部贴合并对齐的；

6).将螺栓穿过钢筋内力转换器上的螺栓连接孔并拧紧至预定扭矩，依次将所有钢筋内力转换器通过螺栓连接完后，两个预制构件也被连接到了一起。

进一步，所述方法还包括以下步骤：7).采用水泥砂浆灌浆料将钢筋内力转换器处的空隙填满。

优选的，所述钢筋内力转换器还包括顶板，所述顶板与底板之间对称两侧设置所述传力侧板，所述顶板与底板之间一端设置所述封闭侧板，所述顶板与底板之间另一端为开口，所述顶板上设有与钢筋一端连接的钢筋连接孔。按照该方案，钢筋内力转换器呈等腰梯形；所述顶板在必要时也可以舍弃，将两块传力侧板顶部直接相连形成顶部，此时钢筋内力转换器呈等腰三角形状。

本发明的技术构思为：保证钢筋断开后重新连接的机械性能不变，也就是控制各连接环节的强度，以确保连接的可靠性与安全性不低于整根钢筋。本发明的核心是应用钢筋内力转换器于各种混凝土结构中的不同连接截面，解决钢筋内力转换器的埋设及连接，其特点是可保证连接钢筋两端的力作用线保持非偏离状态，且能够传递钢筋的拉力和压力。

建立在现行钢筋及钢结构设计标准、规范基础之上的，在混凝土结构设计完成后，就可确定需要连接的钢筋，以钢筋标称直径作为连接的基本参量进行连接设计，在工厂将钢筋内力转换器及构件钢筋一端连接，并完成构件预制；在工程现场可直接用螺栓将两端相连接。

本发明的有益效果主要表现在：通过钢筋内力转换器直接采用机械方法将钢筋进行连接，钢筋内力转换器不影响钢筋的保护层厚度，可减少因装配连接对混凝土保护层的减小；还可以不必预留外伸的连接钢筋，使预制构件的运输与吊装更方便。

附图说明

图1是一种钢筋内力转换器正视图。

图2是一种钢筋内力转换器侧视图。

图3是钢筋内力转换器顶板剖口焊缝示意图。

图4是另一种钢筋内力转换器的示意图。

图5是预制混凝土柱—柱连接示意图。

图6是预制混凝土梁—柱连接示意图。

图7是预制混凝土主梁—次梁连接示意图。

图8是预制混凝土墙—墙连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图8，一种装配式混凝土结构连接方法，包括以下步骤：

1).根据钢筋的直径d确定钢筋内力转换器的受力钢板厚度，设计、制作钢筋内力转换器；

所述钢筋内力转换器包括顶板2、底板5、传力侧板3和封闭侧板9，所述顶板2与底板5之间对称两侧设置所述传力侧板3，所述顶板2与底板3之间一端设置所述封闭侧板9，所述顶板2与底板5之间另一端为开口10；所述顶板2上设有与钢筋一端连接的钢筋连接孔1，所述底板5上设有螺栓连接孔4。按照该方案，钢筋内力转换器呈等腰梯形，如图1所示。所述顶板3在必要时也可以舍弃，将两块传力侧板顶部直接相连形成顶部，此时钢筋内力转换器呈等腰三角形状，如图4所示。

钢筋内力转换器及连接螺栓的基本要求：

1.1)钢筋内力转换器的钢材抗拉fy、抗剪强度fv不能小于所连接钢筋材料相应的强度f及fvv；连接用的螺栓的材料抗拉fy′、抗剪强度fv′必须大于所连接钢筋材料相应的强度。以d表示所连接钢筋的公称直径，也作为螺栓的公称直径；

1.2)钢筋内力转换器的连接内外表面作压痕处理，以增加连接面间的摩擦力以及与混凝土间的粘结力；

1.3)连接螺栓7采用8.8级高强螺栓；

1.4)当d<20mm时，取钢筋连接孔孔径d＝d+2～3mm，钢筋内力转换器顶板厚度取t；

1.5)当d≥20mm时，与钢筋连接孔应按附图3的方式采用剖口形式；

1.6)传力侧板厚度取k；螺栓连接孔孔径取d，连接孔中心至各侧边的最小有效距离为j，底板厚度t＝t+(2～5)mm；钢筋内力转换器净高取l>l1(l1为高强连接螺栓总长，按螺栓标准确定；

1.7)钢筋内力转换器加工中各板间均采用双面角焊连接；钢筋混凝土保护层厚度应满足现行混凝土设计规范的要求，内力转换器外边缘的混凝土保护层厚度可小于钢筋混凝土保护层厚度。

2).钢筋与钢筋内力转换器一端连接，比如采用焊接(连接焊缝8)。

3).按设计要求在构件中定位钢筋及钢筋内力转换器，并在构件连接端面设置抗剪槽，浇筑混凝土形成预制构件。

4).选择钢筋内力转换器间的连接螺栓，采用高强度螺栓，且单根钢筋的连接螺栓承压型考虑，多根钢筋联合钢筋内力转换器的按摩擦型考虑。

5).待预支构件的制作完成并运至施工现场进行安装时，将两个预制构件的连接端面贴合并对齐，这时两个预制构件上的钢筋内力转换器端面也是全部贴合并对齐的。

6).将螺栓穿过钢筋内力转换器上的预留孔并拧紧至预定扭矩，依次将所有钢筋内力转换器通过螺栓连接完后，两个预制构件也被连接到了一起。

7).采用水泥砂浆灌浆料将钢筋内力转换器处的空隙填满，此步骤可以在连接完毕后进行，也可在结构整体施工完毕后进行。

现以连接钢筋公称直径d<20mm的预制混凝土柱-柱连接为例说明本发明的具体施方案，梁-柱连接、主梁-次梁连接、预制混凝土墙-墙，以及钢筋公称直径d≥20mm的情况也可采用类似方法：

(1).当d<20mm时，顶板的连接孔孔径d＝d+2mm，顶板厚度取t＝10～15mm；传力侧板厚度取k＝5～8mm及k＝1～3mm，；螺栓连接孔孔径取d＝d+2mm，底板厚度t＝t+(2～5)mm；钢筋内力转换器净高取l>l1(l1取高强连接螺栓总长，按螺栓标准确定)；钢筋内力转换器加工中各板间均采用双面角焊连接，钢筋内力转换器也可整体铸造而成；钢筋混凝土保护层厚度应满足现行混凝土设计规范的要求，内力转换器外边缘的混凝土保护层厚度可小于钢筋混凝土保护层厚度；钢筋内力转换器采用钢材制成，按设计加工制作钢筋内力转换器。

钢筋公称直径d≥20mm的情况也采用此方法，连接口应采用图3形式。

(2).将受力钢筋6端头置入顶板上的钢筋连接孔1中并将其与钢筋内力转换器顶板焊接。

(3).如图5所示，在预制柱上下端面分别预留抗剪键12及抗剪键槽13，按设计要求定位钢筋6及钢筋内力转换器15，浇筑混凝土形成预制柱，并保证在浇筑时钢筋内力转换器内不会被混凝土填充，为下一步用螺栓连接留出操作空间。

当为预制混凝土梁-柱连接时，如图6所示，在预制柱16侧面设置牛腿17，在预制梁18两端设置与预制柱牛腿处相对应的接口19；在预制梁与预制柱上分别按设计定位钢筋6及钢筋内力转换器15；预制柱上的牛腿及预制梁端的接口参照现浇混凝土结构牛腿配筋形式；预制柱牛腿上，与钢筋内力转换器连接的钢筋需锚固于预制柱内，锚固长度及形式参照现行设计规范；浇筑混凝土形成预制柱，并保证在浇筑时钢筋内力转换器内不会被混凝土填充。

当为预制混凝土主梁-次梁连接时，如图7所示，在预制主梁20侧面设置牛腿21，在预制次梁22两端设置与预制主梁牛腿处相对应的接口23；在预制主梁与预制次梁上分别按设计定位钢筋6及钢筋内力转换器15；预制主梁上的牛腿接口参照现浇混凝土结构牛腿配筋形式；预制主梁牛腿上，与钢筋内力转换器连接的钢筋需锚固于预制柱内，锚固长度及形式参照现行设计规范；浇筑混凝土形成预制主梁及次梁，并保证在浇筑时钢筋内力转换器内不会被混凝土填充。

当预制混凝土墙-墙连接时，如图8所示，在预制墙上下端面分别预留抗剪键26及抗剪键槽27，按设计定位钢筋6及钢筋内力转换器15，浇筑混凝土形成预制墙，并保证在浇筑时钢筋内力转换器内不会被混凝土填充，如图7所示。

(4).选择钢筋内力转换器间的连接螺栓7，采用高强度螺栓，且单根钢筋的连接螺栓按承压型考虑，多根钢筋联合钢筋内力转换器的按摩擦型考虑；螺栓长度按钢筋内力转换器及螺栓标准确定，其中总长l1＝2t+2×(螺母高度+垫片)+20mm。

(5).将预制构件运送至现场进行拼装，如图5所示，拼装前需在下部的预制柱14端面先铺设一层高强度砂浆，随后起吊上部预制柱11，并垂直向下搁置在下部预制柱上，使上下预制柱的连接端面贴合且钢筋内力转换器分别两两对齐。

当为预制混凝土梁-柱连接时，如图6所示，现场拼装前需在预制柱牛腿17处先铺设一层高强度砂浆，随后起吊预制梁18，并垂直向下搁置于预制柱牛腿处，使牛腿截面贴合且钢筋内力转换器分别两两对齐。

当为预制混凝土主梁—次梁连接时，如图7所示，现场拼装前需在预制主梁牛腿21处先铺设一层高强度砂浆，随后起吊预制次梁22，并垂直向下搁置于预制主梁牛腿处，使牛腿截面贴合且钢筋内力转换器分别两两对齐。

当预制混凝土墙-墙连接时，如图8所示，现场拼装前需在下部的预制墙25端面先铺设一层高强度砂浆，随后起上部预制墙24，并垂直向下搁置于下部预制墙上，使上下预制混凝土墙的连接端面贴合且钢筋内力转换器分别两两对齐。

(6).将螺栓7放入钢筋内力转换器15中，按高强螺栓的预紧力要求，将连接面两侧的钢筋内力转换器螺栓孔用螺栓相连，连接时控制扭矩t0≮0.132pd(其中p为螺栓预紧拉力值，由高强螺栓标准按直径取值)。

(7).检查连接面上每根钢筋的连接螺栓均达到控制扭矩的要求后，用高强度砂浆填充钢筋内力转换器的腔体，此步骤也可待所有连接面完成连接后一并进行。