用于装配式混凝土结构连接的工字形钢后插式连接方法

1.本发明涉及一种装配式混凝土结构领域，特别是涉及一种用于装配式混凝土结构连接的工字形钢后插式连接方法。


背景技术：

2.装配式钢筋混凝土结构是我国建筑结构发展的重要方向之一，因其有利于提高生产效率、节约能源、绿色环保、遵循可持续发展的原则而得到越来越广泛的应用。对于装配式结构而言，采用何种连接方式能更简便、有效地保证连接质量是关键。
3.目前，装配式混凝土构件的连接通常采用钢筋套筒灌浆连接方法，但工程实践中普遍发现该方法存在以下问题：(1)现场安装作业繁琐困难，由于每根主筋对应一个套筒，钢筋套筒数量之多使得施工对接难度大，容易产生偏差，实际操作中甚至有部分钢筋因位置偏差不能插入套筒而被直接割断，极大影响了连接质量；(2)进行灌浆时，常采用在预制构件内部预埋塑料软管灌浆，由于塑料软管易弯折，造成管道堵塞不畅现象时有发生，导致灌浆不饱满不充分，使连接质量降低；(3)连接质量控制困难，施工过程中及施工完成后钢筋与套筒连接的情况均难以观察检查，故无法及时发现问题并解决；(4)事后补救困难，若施工完成后发现钢筋被割断或灌浆不饱满等问题，因灌浆连接均在构件内部，很难进行修复和补救。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决现有技术中装配式混凝土构件连接难度较大，施工工序复杂的问题，并提供一种用于装配式混凝土结构连接的工字形钢后插式连接方法。
5.本发明所采用的具体技术方案如下：
6.一种用于装配式混凝土结构连接的工字形钢后插式连接方法，其包括：
7.s1、在待连接的两个预制混凝土构件进行混凝土浇筑前，预先在各自的拼接端面处对应位置预埋一组钢制预埋件和一组横向定位钢筋；所述钢制预埋件中开设有与半个工字形钢制件匹配的半工字形槽孔，所述钢制预埋件的外表面与所在预制混凝土构件的构件主筋和横向定位钢筋固定连接；然后再对两个预制混凝土构件进行混凝土浇筑养护，形成预制混凝土构件；每个养护成型的预制混凝土构件中，所述钢制预埋件的半工字形槽孔贯通预制混凝土构件，半工字形槽孔的槽道端部延伸至预制混凝土构件上与拼接端面垂直的侧面，半工字形槽孔的槽孔口与预制混凝土构件的拼接端面平齐；
8.s2、将待连接的两个预制混凝土构件按照设计的空间关系进行拼接，两个预制混凝土构件的拼接端面贴合后各自内嵌的钢制预埋件一一对应，从而使拼接面两侧的半工字形槽孔两两组成完整的工字型槽孔；在每一个完整的工字型槽孔中插入一条表面涂抹有胶结剂后的工字形钢制件，使工字形钢制件的两端分别固定在两个预制混凝土构件端部的钢制预埋件中，从而稳定连接两个预制混凝土构件。
9.作为优选，所述工字形钢制件完全插入对应配合的两个半工字形槽孔后，需清理
构件表面溢出的多余胶结剂，并等待胶结剂固化后对工字形钢制件和两个半工字形槽孔在构件侧面处的接缝进行焊接，使三者平整焊接为一体。
10.作为优选，所述的预制混凝土构件在进行浇筑和拼接过程中，需要对所述半工字形槽孔进行防护，防止槽孔内附着异物，拼接安装前应将两个预制混凝土构件的拼接端面平整清理干净并再次检查各半工字形槽孔内部是否有异物。
11.作为优选，每一个预制混凝土构件上内嵌固定的一组钢制预埋件有一个或多个。
12.作为优选，所述横向定位钢筋在预制混凝土构件中与构件主筋垂直，且与拼接端面平行。
13.作为优选，所述钢制预埋件单端或者双端贯通所在的预制混凝土构件，使工字形钢制件能够从预制混凝土构件外部插入半工字形槽孔中。
14.作为优选，所述工字形钢制件的长度与对应配合的两个半工字形槽孔的长度相同，且工字形钢制件与对应配合的两个半工字形槽孔之间保持间隙配合或过渡配合。
15.作为优选，所述胶结剂为环氧树脂。
16.作为优选，每一个所述钢制预埋件的外表面与至少两排构件主筋和至少两排横向定位钢筋焊接固定。
17.作为优选，两个预制混凝土构件在插入工字形钢制件之前需临时进行固定。
18.相较现有的技术，本发明的有益效果如下：
19.1.本发明由带有半工字形槽的钢制预埋件及插入式工字形钢制件直接贯通连接上、下装配式混凝土构件，故对接时需对准的接头数量大大减少，可简单快速地进行安装连接，极大地提高了构件连接时的施工效率。
20.2.本发明中带有半工字形槽的钢制预埋件通过整体性好，且工字形钢制件截面外露于构件表面，便于施工过程中及完工后的质量检查与检验。
21.3.本发明无灌浆操作，简化了操作步骤，避免了之前灌浆时可能遇到的问题，有效保证了施工质量。
22.4.本发明所需材料简便易得、安装工序简单可行，对具体工程可达到缩短工期、节约成本、提高效率的作用。
附图说明
23.图1为两个预制混凝土构件上下对接时的示意图；
24.图2为本发明中预制混凝土构件的半工字形槽孔位置横剖面示意图；
25.图3为工字形钢制件的横剖面示意图；
26.图4为装配式混凝土构件的连接节点的结构示意图；
27.图中：混凝土1、构件主筋2、钢制预埋件3、工字形钢制件4、横向定位钢筋5、半工字形槽孔6。
具体实施方式
28.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不
违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。本发明各个实施例中的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
29.在本发明的描述中，需要理解的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，可以是直接连接到另一个元件或者是间接连接即存在中间元件。相反，当元件为称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。
30.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
31.针对现有的装配式混凝土结构连接中存在的问题，本发明提出一种用于装配式混凝土结构连接的新方法—“预埋工字形槽后插工字形钢”连接方法，可以解决传统连接方法的问题，从而保证构件连接质量。本发明主要从以下几方面考虑进行优化设计：首先，现有的钢筋套筒连接对接难度大，如果能改变接头方式、减少接头数量，便可极大精简对接操作，保证对接质量；其次，灌浆质量也是需要重视的部分，如果可以通过改变接头方式取代灌浆操作，便可解决这一问题；最后，运用套筒灌浆连接方法时，接头质量检测很棘手，如果可以使接头截面外露，便可随时检测控制施工质量。
32.由此，本发明的发明构思是在装配式混凝土结构需要连接的构件接触面两侧的对应位置，分别预埋一种开有半个工字形槽的钢制预埋件，该钢制预埋件可焊接在预制混凝土构件中两排(或多排)主筋上，以减少上、下构件中工字形槽接头数量，从而降低连接难度，同时在钢制预埋件两侧设置两排或多排横向定位钢筋，起到支撑防止偏移作用，保证上、下构件对接的准确性。施工时，将上部的预制构件与下部的构件相对接(上下构件槽孔位置分别一一对齐形成完整的工字形槽孔，如果是左右构件连接情况类似)，然后用尺寸配套的表面涂有胶粘剂(如环氧树脂等)的工字形钢制件插入完整的工字形槽孔中使上下(或左右)构件相连。最后构件表面工字形钢制件可进一步与工字形槽的接缝处进行焊接，以加强构件连接稳定性。
33.为了便于叙述，本发明中将每个预制混凝土构件中与另一个预制混凝土构件拼接的一侧端面称为拼接端面。同样的，为了便于叙述，将需要连接的两个预制混凝土构件称为第一预制混凝土构件a、第二预制混凝土构件b。
34.在本发明的一个较佳实施例中，提供了基于上述发明构思设计的一种用于装配式混凝土结构连接的工字形钢后插式连接方法，其包括以下步骤：
35.s1、预制混凝土构件的预制施工：
36.在待连接的两个预制混凝土构件进行混凝土浇筑前，预先在各自的拼接端面处对应位置预埋一组钢制预埋件3和一组横向定位钢筋5；所述钢制预埋件3中开设有与半个工字形钢制件4匹配的半工字形槽孔6，所述钢制预埋件3的外表面与所在预制混凝土构件的构件主筋2和横向定位钢筋5固定连接；然后再对两个预制混凝土构件进行混凝土浇筑养护，形成预制混凝土构件。最终，每个养护成型的预制混凝土构件中，钢制预埋件3的半工字形槽孔6贯通预制混凝土构件，半工字形槽孔6的槽道端部延伸至预制混凝土构件上与拼接端面垂直的侧面，半工字形槽孔6的槽孔口与预制混凝土构件的拼接端面平齐。
37.如图1和图2所示，展示了第一预制混凝土构件a和第二预制混凝土构件b在预制之后、拼接之前的结构形式。每个预制混凝土构件在拼接端面上各自内嵌固定有一组钢制预
埋件3和一组横向定位钢筋5。预制混凝土构件的构件主筋2是预制混凝土构件自身的结构之一，其具体的配筋形式和模数需要根据构件自身的设计要求而定。本发明中的横向定位钢筋5是为了配合钢制预埋件3的安装新增的组件，一般情况下横向定位钢筋5设置于靠近预制混凝土构件的拼接端面处，在预制混凝土构件中可以与构件主筋2垂直，且与拼接端面平行。钢制预埋件3和横向定位钢筋5均可以在预制混凝土构件浇筑之前，随着构件主筋2一并进行绑扎固定，并最终与构件主筋2一并被浇筑固定于所在预制混凝土构件的混凝土1中，由此保证固定强度。而且，为了保证钢制预埋件3在所在预制混凝土构件中的固定强度，钢制预埋件3外表面需要与所在预制混凝土构件的构件主筋2和横向定位钢筋5焊接连接。为了保证钢制预埋件3固定的强度，每一个钢制预埋件3的外表面可以与至少两排构件主筋2和至少两排横向定位钢筋5焊接固定，避免钢制预埋件3出现移位偏移的现象，保证后续对接操作的准确性。
38.需说明的是，本发明中的“所在预制混凝土构件”是指钢制预埋件3或者横向定位钢筋5具体被固定的预制混凝土构件，即第一预制混凝土构件a或第二预制混凝土构件b之一。
39.本发明中，在第一预制混凝土构件a和第二预制混凝土构件b的端面上嵌入钢制预埋件3的目的是为了配合工字形钢制件4对两个构件进行后插式连接。也就是说，工字形钢制件4是在两个第一预制混凝土构件a和第二预制混凝土构件b进行拼装的过程中才插入的。因此，每一个钢制预埋件3中开设有与半个工字形钢制件4匹配的半工字形槽孔6。此处需要说明的是，工字形钢制件4是一个由两端翼缘板和中间的腹板组成的钢构件，一般可采用工字型槽钢。此处的半个工字形钢制件4是以工字形钢的腹板位置断面进行分割的，每一个半工字形槽孔6能够插入工字形钢制件4的一端翼缘板和一半的腹板。每一个半工字形槽孔6的槽孔开口与所在预制混凝土构件的拼接端面平齐，以便于后续能够与另一半半工字形槽孔6对接形成一个完整的工字形槽孔。但是，由于工字形钢制件4的横剖面如图3所示，其端部的翼缘板宽度大于腹板宽度，无法直接通过半工字形槽孔6的槽孔开口插入半工字形槽孔6中，因此本发明中需设计半工字形槽孔6贯通所在的预制混凝土构件，也就是说钢制预埋件3中的半工字形槽孔6的槽道端部需要延伸至预制混凝土构件上与端面垂直的侧面位置。如图2所示，由此后续工字形钢制件4即可通过预制混凝土构件侧面处的半工字形槽孔6端部开口，按照图中箭头方向插入半工字形槽孔6中。工字形钢制件4一般可采用工字钢或者其他的h型钢实现。
40.需要说明的是，钢制预埋件3在预制混凝土构件中的贯通形式，可以是单端贯通所在的预制混凝土构件，也可以是双端贯通所在的预制混凝土构件，只要能够使工字形钢制件4能够从预制混凝土构件外部插入半工字形槽孔6中即可。
41.另外，需要说明的是，每一个预制混凝土构件上内嵌固定的一组钢制预埋件3可以有一个或多个，具体需要视拼接面的跨度而定。若两个构件的拼接面跨度较小，通过单个钢制预埋件3进行连接即可满足连接强度要求，但如果两个构件的拼接面跨度较大，则需要间隔布置多个钢制预埋件3，以保证整个节点的连接强度满足要求。因此，每一个预制混凝土构件上具体固定的钢制预埋件3个数，可根据相关的结构设计计算而定。在图1所示的预制混凝土构件中一组钢制预埋件3有两个。
42.s2、两个预制混凝土构件的装配连接：
43.将待连接的两个预制混凝土构件按照设计的空间关系进行拼接，两个预制混凝土构件的拼接端面贴合后各自内嵌的钢制预埋件3一一对应，从而使拼接面两侧的半工字形槽孔6两两组成完整的工字型槽孔；在每一个完整的工字型槽孔中插入一条表面涂抹有胶结剂后的工字形钢制件4，使工字形钢制件4的两端分别固定在两个预制混凝土构件端部的钢制预埋件3中，从而稳定连接两个预制混凝土构件。
44.如图4所示，其展示了基于本发明的用于装配式混凝土结构连接的工字形钢后插式连接方法施工得到的装配式混凝土构件的连接节点示意图。在本实施例中，需要将第一预制混凝土构件a起吊至第二预制混凝土构件b上方进行装配，通过微调使两者的端面对齐后再下方拼接。第一预制混凝土构件a和第二预制混凝土构件b在端面拼接状态下，各自内嵌的钢制预埋件3一一对应，使拼接面两侧的半工字形槽孔6两两组成完整的工字型槽孔。具体的工字型槽孔数量由两个构件上安装的钢制预埋件3数量决定。第一预制混凝土构件a和第二预制混凝土构件b对接完毕后，每一个完整的工字型槽孔中插入一条工字形钢制件4实现两个预制混凝土构件的连接。
45.为了保证连接节点位置的结构稳定性，工字形钢制件4与对应配合的两个半工字形槽孔6之间需要保持间隙配合或过渡配合。考虑到工字形钢制件4装配的便捷性，半工字形槽孔6的槽孔尺寸可比工字形钢制件4尺寸略大，保证工字形钢制件可顺利穿插至槽孔中，从而使工字形钢制件4与对应配合的两个半工字形槽孔6之间可以保持间隙配合。胶结剂可以采用环氧树脂或其它类似胶结材料，其需要在工字形钢制件4进行装配之前预先在表面涂抹，然后将其插入一个完整的工字型槽孔中，既减少了工字形钢制件4装配时的摩擦力，又能够在装配完毕后起到粘结固定的作用。由于胶结剂一般会有余量，因此工字形钢制件4完全插入对应配合的两个半工字形槽孔6后，需清理构件表面溢出的多余胶结剂。
46.需要注意的是，两个预制混凝土构件在插入工字形钢制件4之前由于其尚未形成稳定的连接，无法抵抗侧向荷载，因此需临时进行固定，待插入工字形钢制件4固定之后再撤除临时固定设施。
47.需要注意的是，预制混凝土构件在进行浇筑和拼接过程中，均需要对所述半工字形槽孔6进行防护，防止槽孔内附着异物。另外，在两个预制混凝土构件进行吊装作业用于拼装之前，应将两个预制混凝土构件的拼接端面平整清理干净并再次检查各半工字形槽孔6内部是否有异物。
48.另外，除了通过上述胶结剂进行固定之外，上述连接节点位置还可以在工字形钢制件4完全插入对应配合的两个半工字形槽孔6后，等待胶结剂固化后对工字形钢制件4和两个半工字形槽孔6在构件侧面处的接缝进行焊接，使三者平整焊接为一体，以此进一步提高构件连接强度。为了避免工字形钢制件4端部突出于两个半工字形槽孔6的槽道端部，工字形钢制件4的长度与对应配合的两个半工字形槽孔6的长度应当保持相同。这种做法下钢制预埋件和工字形钢制件4的端部断面均外露于构件侧面，便于施工过程中及完工后的质量检查与检验。
49.需要说明的是，本发明中待连接的两个预制混凝土构件其空间关系并不仅限于图4所示的上下关系，实际也可以是左右关系或者其他角度的空间关系，具体需要根据相应节点处的结构设计形式而定。
50.上述s1～s2所示的用于装配式混凝土结构连接的工字形钢后插式连接方法，其仅
仅描述了本发明的核心关键步骤，但在实际施工中，部分施工细节需要根据实际现场的情况进行调整和组织。以图4中上下空间关系的两个预制混凝土构件连接施工为例，利用本发明的上述方法进行装配式构件连接操作的具体步骤如下：
51.步骤1：参照s1预制待连接的两个预制混凝土构件即第一预制混凝土构件a和第二预制混凝土构件b，其中两个预制混凝土构件的端面上的对应位置钢制预埋件3的半工字形槽孔6数量、尺寸、位置应完全对应，以保证后续能够顺利拼接；
52.步骤2：安装前应将第一预制混凝土构件a和第二预制混凝土构件b连接端面平整清理干净，并再次检查槽孔内部是否有异物，若有异物需进行清理；
53.步骤3：待下部的第二预制混凝土构件b安装完毕后，根据施工现场的组织顺序起吊上部的预制混凝土构件，并保持吊机起吊状态下将上部的第一预制混凝土构件a与下部的第二预制混凝土构件b的各个半工字形槽孔6进行对准定位操作，然后下放第一预制混凝土构件a后使用水平仪进行进一步位置调整，最终使两个连接端面对准拼接，并在两侧设置临时支撑将预制混凝土构件进行临时固定；
54.步骤4：将待插入的所有工字形钢制件4表面涂抹一层环氧树脂，然后平稳地插入两个预制混凝土构件拼接形成的完整工字形槽孔中，工字形钢制件4有多条时其插入顺序可由构件拼接端面的中间向两边逐条依次进行；
55.步骤5：最后待工字形钢制件4安装粘结完毕后，清理构件表面溢出的多余粘结剂，待粘结剂固化后，再将构件每个侧面的两个半工字形槽孔6和工字形钢制件4三者接缝处进行焊接，完成最后连接工作。
56.综上所述，本发明通过上述装配式结构连接方法，能够有效减少上下构件接头数量，从而降低连接难度，大大提高了构件连接质量，且所需材料简便易得、安装工序简单可行，可达到缩短工期、节约成本、提高效率的效果；同时该方法无需灌浆，施工质量便于检查和检测，有效地保证了装配式混凝土结构连接处的施工质量。
57.以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。