一种预制UHPC壳局部增强装配式混凝土框架结构的制作方法

本发明涉及一种预制UHPC壳局部增强装配式混凝土框架结构，属于建筑工程领域。

背景技术：

在新的发展形势下，国家积极推进建筑业的转型升级，装配式建筑以其良好的经济、环境和社会效益得到了迅猛发展。预制混凝土框架结构能大幅提高建造能力和建造速度，是最常见、应用最广的装配式结构体系之一。目前，国内主要应用的装配式混凝土框架有预制梁底筋锚入式、梁端键槽搭接式以及节点整体预制式等结构体系，这些体系往往存在着精度加工要求高、适用性不足、施工建造不便或抗震性能不够理想等问题，大大抵消了装配式混凝土框架的应用优势。

随着建筑材料技术的进步，超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete，简称UHPC）得到了较大的发展，其具有超高强、高韧、高抗渗和高耐腐蚀等优异性能，有望成为下一代基础设施建设的基本材料。然而，由于采用超低的水胶比和较高用量的胶凝材料，其往往需要热养护来有效减少干燥和徐变收缩，保证材料强度的发展。且UHPC黏性高，不易泵送，现场浇筑作业相对较少。由于UHPC极高的初始成本，在建筑结构中使用较少。

装配式混凝土框架结构的技术核心和关键难点在于梁柱和柱脚连接，连接设计的主要目标都是在保证必需的力学性能的基础上实现快速简易安装。但是，目前主要应用的装配式混凝土框架结构梁柱和柱脚连接部位存在着易发生集中损伤破坏的问题，影响结构性能，不利于装配式混凝土框架的推广应用。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种预制UHPC壳局部增强装配式混凝土框架结构，创新装配式混凝土框架结构形式，将预制UHPC壳用于装配式框架构件的最大受力处，结合超高性能材料与预制技术的优势，发挥材料性能，减小制造成本影响，提高施工便利性。解决了现有装配式框架结构适应性不足，UHPC材料难以施工、成本过高的问题。结合二者优势，解决了装配式混凝土框架结构本发明梁柱和柱脚连接部位存在着易发生集中损伤破坏的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种预制UHPC壳局部增强装配式混凝土框架结构，其特征在于：包括预制混凝土组合柱、预制混凝土组合梁和现浇混凝土。

所述预制混凝土组合柱包括柱脚环形预制UHPC壳体和预制普通混凝土柱；所述柱脚环形预制UHPC壳体包括方形壳、复合箍筋和灌浆套筒。

所述方形壳采用超高性能混凝土（UHPC）制成，呈方向环状，高度经合理计算求得；所述复合箍筋的环形肢部分预埋于所述方形壳内；所述灌浆套筒预埋于所述方形壳上，一半截面部分埋于所述方形壳内，增强后续普通混凝土于所述UHPC方形壳的粘结能力。

所述柱脚环形预制UHPC壳体采用可拆装的组装式模板制作；所述可拆装的组装式模板包括可拆外模板和内模板，所述可拆外模板由四片平模板组成，呈环状；所述内模板由四片直板和四片角板组成，所述直板上设弧形段，所述角板在角部设置弧形段，在所述直板和所述角板交接位置处设置箍筋孔，所述箍筋孔由两个半圆组成，分别位于所述直板和角板上。所述可拆装的组装式模板可以有效固定所述灌浆套筒和所述复合箍筋的位置，且拆装灵活，大大降低了制作难度同时，还能保证预制件的制作质量。

所述预制普通混凝土柱包括纵向钢筋、箍筋和普通混凝土；所述纵向钢筋插于所述灌浆套筒内，所述箍筋绑扎于所述纵向钢筋上，形成钢筋笼；所述普通混凝土包裹所述钢筋笼，并填充于所述柱脚环形预制UHPC壳体的中空部分，高强度和高韧性的所述柱脚环形预制UHPC壳体有效增强了柱脚截面范围的受力最大处的力学性能，同时约束柱脚普通混凝土，提高柱脚连接的变形能力，减缓承载力下降，增加结构延性。

所述预制混凝土组合梁包含梁端U形预制UHPC壳、预制普通混凝土梁；所述梁端U形预制UHPC壳设置于所述预制普通混凝土梁的端部，形成U形键槽。

所述梁端U形预制UHPC壳包含U形壳和矩形箍筋；所述U形壳采用超高性能混凝土（UHPC）制成，由三个面组成；所述矩形箍筋的两个长肢的大部分和一个短肢预埋于所述U形壳内。

所述预制普通混凝土梁采用叠合梁形式，下部纵向钢筋采用小规格600MPa级高强度钢筋；所述下部纵向钢筋从所述U形键槽内伸出，端部成弯折状。所述预制普通混凝土梁上表面在楼板高度范围内叠合现浇混凝土；所述U形预制UHPC壳增强了梁端键槽区域，有效减小常规键槽底部在反复荷载作用下因无受力纵筋带来的集中损伤。

所述预制组合柱上下通过套筒连接，所述预制混凝土组合梁位于所述预制组合柱两侧，所述下部纵向钢筋伸入节点核心区，所述现浇混凝土浇筑于节点核心区和所述预制混凝土组合梁上部叠合区，养护硬化后形成整体框架。

作为优选，所述柱脚环形预制UHPC壳高出灌浆套筒一小段距离，可在柱脚连接高度范围内，使得截面刚度和强度阶梯性逐渐变化，避免普通混凝土在截面变化位置处局部破坏而影响构件性能。

作为优选，所述梁端预制U形UHPC壳长度略大于键槽长度，增大与预制普通混凝土的结合面，增强梁端在弯、剪状态下的承载能力和变形能力，提高抗震性能。

作为优选，所述梁下部小规格高强钢筋直径为12~16mm，经合理计算确定直径；小规格的高强钢筋具有一定“柔性”可以借助人力掰动，有效避免节点处的钢筋碰撞问题。

一种预制UHPC壳局部增强装配式混凝土框架结构的制作建造方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）在工厂内采用组装式模板来制作环形UHPC壳体，柱脚箍筋从可拆装的组装式模板预留箍筋孔穿过，与环形UHPC壳体、灌浆套筒一同预制，形成整体，柱纵向钢筋插入灌浆套筒，再绑扎钢筋笼、浇筑和养护普通混凝土，形成预制柱；

（2）在工厂内预制U形UHPC壳体，梁端箍筋和UHPC壳预制为一体，梁下部受力钢筋采用小规格高强钢筋，绑扎钢筋笼、浇筑和养护普通混凝土，形成预制梁；

（3）将预制梁柱运输到现场安装：预制柱纵筋在灌浆套筒中就位后，注入高强灌浆料，使预制柱完成连接；预制梁就位后，绑扎梁上部普通强度纵筋，现场浇筑叠合层的混凝土到上表面在楼板高度范围内，完成梁柱节点湿连接，形成可靠整体。

本发明的有益效果是：

（1）本发明将小型预制UHPC壳用于装配式框架构件的最大受力处形成局部复合结构，结合二者的优势，创新装配式混凝土框架结构形式，便于在工厂预制，在提高连接区域的受力性能的同时最大限度较小成本，促进装配式结构推广与建筑业转型升级；

（2）本发明预制UHPC壳制作时采用组装式模板，可保证该预制件的制作质量，组装式模板在灌浆套筒和箍筋处设置相应空间，有效固定其位置，灵活拆装，大大降低了UHPC壳的制作施工难度，提高效率；

（3）本发明采用600MPa级小规格高强钢筋作为梁底筋锚入节点区，小规格高强筋可借由人力掰动，有效避免了节点区的钢筋碰撞，提高了连接区的性能和施工便利性；

（4）本发明通过预制技术在工厂实现对UHPC的高温加压养护，使得UHPC获得较好的材性，同时解决了其黏性高，不易泵送，施工难度大的问题；最小化制造成本的影响，利于UHPC材料的推广应用。

附图说明

图1为本发明的柱脚预制环形UHPC壳示意图；

图2为本发明的可拆组装式模板示意图；

图3为本发明的可拆装内模板示意图；

图4为本发明的预制混凝土柱示意图；

图5为本发明的梁端预制U形UHPC壳示意图；

图6为本发明的预制混凝土梁示意图；

图7为本发明的整体结构及节点拼装示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1所示，先制作柱脚预制环形UHPC壳，环形壳体由四个UHPC面1围成；环形UHPC壳与灌浆套筒2和柱脚复合箍筋3预制为一体；柱脚环形预制UHPC壳高出灌浆套筒2一小段距离，可在柱脚连接高度范围内，使得截面刚度和强度阶梯性逐渐变化，避免普通混凝土在截面变化位置处局部破坏而影响构件性能。

图1所述柱脚环形预制UHPC壳体采用可拆装的组装式模板制作；制作过程如图2-3所示，所述可拆装的组装式模板包括可拆外模板4和内模板5，所述可拆外模板4由四片平模板组成，呈环状；所述内模板5由四片直板22和四片角板21组成，所述直板22上设弧形段6，所述角板21在角部设置弧形段6，在所述直板22和所述角板21交接位置处设置箍筋孔7，所述箍筋孔7由两个半圆组成，分别位于所述直板22和角板21上。灌浆套筒2放置在所述弧形段6，所述复合箍筋3从所述箍筋孔7穿过；然后在模板内灌入UHPC材料，进行高温加压养护，实现环形UHPC壳与灌浆套筒2和柱脚部位箍筋3预制为一体。

如图4所示，预制混凝土柱由钢筋笼，第二次浇筑的普通混凝土8和柱脚环形UHPC壳体9组成；预制柱的制作先将纵向钢筋10插入柱脚UHPC壳中的灌浆套筒2中，再绑扎箍筋11，然后浇筑和养护普通混凝土8，形成预制柱；所述预制混凝土柱纵向钢筋10从柱顶伸出，柱脚混凝土截面变小，与环形UHPC壳9匹配，形成局部复合结构；高强度和高韧性的环形预制UHPC壳9有效增强了柱脚截面范围的受力最大处的力学性能，同时约束柱脚普通混凝土，提高柱脚连接的变形能力，减缓承载力下降，增加结构延性。

如图5所示，梁端U形UHPC壳由三个UHPC面12组成，形成梁端键槽13；U形UHPC壳长度经合理计算求得；所述梁端U形UHPC壳与梁端箍筋14预制为一体；预制U形UHPC壳长度略大于键槽13长度，增大与预制普通混凝土的结合面，增强梁端在弯、剪状态下的承载能力和变形能力，提高抗震性能。

如图6所示，预制混凝土梁为叠合梁，由钢筋笼、第二次浇筑的普通混凝土15和梁端U形UHPC壳体16组成；叠合梁的钢筋为箍筋17和梁下部的小规格高强钢筋18；绑扎钢筋笼、浇筑和养护普通混凝土，形成预制梁；梁端混凝土截面变小与U形键槽13匹配，在梁端处形成局部复合结构；所述预制混凝土梁上表面在楼板高度范围内叠合现浇混凝土；U形预制UHPC壳16增强了梁端键槽区域，有效减小常规键槽底部在反复荷载作用下因无受力纵筋带来的集中损伤。

梁下部小规格高强钢筋18直径为12~16mm，经合理计算确定直径；小规格的高强钢筋18具有一定“柔性”可以借助人力掰动，有效避免节点处的钢筋碰撞问题。

综上所述，一种预制UHPC壳局部增强装配式混凝土框架结构的预制件制作方法，按以下步骤进行：（1）在工厂内预制环形UHPC壳体9，柱脚部位箍筋2和灌浆套筒3与UHPC壳预制为一体，柱纵向钢筋10插入灌浆套筒2，再绑扎钢筋笼、浇筑和养护普通混凝土，形成预制柱；（2）在工厂内预制U形UHPC壳体16，梁端箍筋和UHPC壳预制为一体，梁下部受力钢筋采用小规格高强钢筋18，绑扎钢筋笼、浇筑和养护普通混凝土，形成预制梁。

如图7所示，预制柱纵筋10在灌浆套筒2中就位后，注入高强灌浆料，使预制柱完成连接，预制叠合梁吊装于预制柱两侧，梁下部小规格高强钢筋18伸入节点核心区，绑扎梁上部普通纵筋19，然后浇筑后浇混凝土20，硬化后，吊装上层预制柱坐落于后浇混凝土20上，下层预制柱的纵筋10插入上层预制柱的灌浆套筒2中，然后向其中注入高强灌浆料，硬化以后完成梁柱节点湿连接，形成可靠整体。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。