专利名称：轻质约束混凝土板类受弯构件及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种民用建筑用混凝土构件如楼面板和屋面板等板及其制作方法，具体讲是一种轻质约束混凝土板类受弯构件及其制作方法。
背景技术：
在土木工程领域混凝土结构具有经济、简便、实用以及取材容易等优点，迄今仍广泛应用。
其中预应力混凝土结构是利用高强度钢筋或钢丝或纤维材料作为受拉主筋并为结构提供预加应力，有效提高结构的刚度与抗裂性能等结构性能，在大跨度、高层、重荷载结构及特种结构等领域得到广泛地应用，例如核反应堆安全保护罩等方面的应用都具有明显的经济与社会效益，也成了工程建设高新技术的象征。而三向应力混凝土结构其典型应用就是各种钢管混凝土，钢管中混凝土在结构受荷后处于三向应力的约束状态，提高其力学性能，并获得优异的结构性能，适用于重荷载下的轴心或小偏心受压构件如柱类，具有较好的技术经济指标和社会效益。
然而，我国目前的基本建设的主体仍是民用建筑，尤其是住宅建设的规模每年约以2亿m2速度发展，这类建筑的跨度不大如一般小于4m，荷载也相对较轻如一般在3KN/m2左右。若采用预应力混凝土结构或三向应力混凝土结构，显然是不经济与不合理的。因此，目前这类结构中的楼面板或屋面板等绝大多数是采用普通钢筋混凝土结构。但由于传统混凝土结构自身因素使其自重较大，尤其是楼面板或屋面板的裂缝问题已成为建筑业一大难题。同时，随着国家对建筑节能要求的提高，其中对楼面板或屋面板都提出了具体的节能标准，例如在夏热冬冷的浙江地区，新建建筑要达到节能50％的标准，其楼面板的传热系数K≤1.5、屋面板K≤1.0。显而易见，要达到上述这些指标，普通混凝土结构是难以实现的。
近些年来，轻骨料混凝土用于混凝土结构已有一定应用并有相关的国家标准，它的应用，减轻了混凝土结构的自重，降低了楼面板和屋面板等板的导热系数，即使其达到节能标准成为可能。但这种轻骨料钢筋混凝土结构均采用光圆钢筋或带肋钢筋，前者与轻骨料混凝土之间的粘接强度和刚度均很低；后者与轻骨料混凝土之间有较高的粘接强度，但其粘接刚度却较低。
与上述光圆钢筋与带肋钢筋相比，近几年来出现的冷轧扭钢筋与轻骨料混凝土之间具有较高的粘结强度与粘结刚度。
但现有技术的轻骨料冷轧扭钢筋混凝土在实际应用中，仍存在以下不足由于受力冷轧扭钢筋在楼面板或屋面板等板的单位宽度的配筋呈均匀分布，且均布的两根钢筋的轴线间的距离一般不小于100mm，而且所有冷轧扭钢筋截面螺旋旋转方向均相同。所以每根螺旋状截面冷轧扭钢筋周围一定范围内所形成的混凝土柱体也是螺旋状周期变化，相当于在钢筋周围形成一混凝土楔子。鉴于钢筋间距较大，其周边形成的混凝土楔子之间不具备相互约束作用，自然没有形成自约束混凝土。所以按现有技术的轻质冷轧扭钢筋混凝土板类受弯构件，仍并不能提高构件刚度，有效解决裂缝控制问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种既重量轻、导热系数低，又形成自约束混凝土、在现有简便施工条件下使结构刚度得以提高、在安全经济前提下使板的裂缝得到有效控制，从而较好解决板的裂缝问题的轻质约束混凝土板类受弯构件。
本发明要解决的另一技术问题是，提供一种轻质约束混凝土受弯构件的制作方法。
本发明的技术方案是，提供一种具有以下结构的轻质约束混凝土板类受弯构件，包括轻骨料混凝土和设于其内的若干根其截面为螺旋状的受力冷轧扭钢筋，以及若干根与受力冷轧扭钢筋相互垂直搭接布置的分布钢筋，所述受力冷轧扭钢筋成对布置，每对中的两根受力冷轧扭钢筋的螺旋旋转角度大小相同，其旋转方向相反。
所述每对中的两根受力冷轧扭钢筋轴线间的距离不小于25mm，且不大于该对受力冷轧扭钢筋螺旋旋转角在一个节距的投影长度的2倍。
所述若干对受力冷轧扭钢筋中每对相互之间的距离均相等，所述若干对受力冷轧扭钢筋中的每对中的两根受力冷轧扭钢筋之间的距离也均相等。
在单向板中，所述分布钢筋采用冷轧扭钢筋，即为分布冷轧扭钢筋；所述分布冷轧扭钢筋成对布置，每对中的两根分布冷轧扭钢筋的螺旋旋转角度大小相同，其螺旋旋转方向相反；或，所述分布冷轧扭钢筋均匀分布；或，所述分布钢筋采用光圆钢筋或带肋钢筋，即为分布光圆钢筋或分布带肋钢筋，所述分布光圆钢筋或分布带肋钢筋均匀分布。
在双向板中，所述分布钢筋为另一个方向的受力冷轧扭钢筋。
所述轻骨料混凝土优选采用以破碎型页岩陶粒作为轻骨料的混凝土。
本发明的另一技术方案是，提供一种轻质约束混凝土板类受弯构件的制作方法，包括制作受力冷轧扭钢筋和制作分布钢筋、制作安装模板、安装绑扎受力冷轧扭钢筋和分布钢筋、浇筑轻质骨料混凝土、对浇筑的轻质骨料混凝土结构进行养护、拆模。
在制作受力冷轧扭钢筋的工序中，根据设计的规格尺寸，将冷轧扭钢筋的螺旋旋转角按顺时针方向和逆时针方向各加工一半；所述绑轧受力冷轧扭钢筋和分布钢筋，在单向板中，指按设计的每对中的两根受力冷轧扭钢筋轴线间的距离和该对受力冷轧扭钢筋与相邻的另一对受力冷轧扭钢筋之间的距离固定，通过与被绑轧的受力冷轧扭钢筋相互垂直的分布钢筋交叉点叠接绑扎固定其相应距离；或，在双向板中，相互垂直的两个方向的受力冷轧扭钢筋均按设计的每对中的两根受力冷轧扭钢筋轴线间的距离和该对受力冷轧扭钢筋与相邻的另一对受力冷轧扭钢筋之间的距离固定，通过相互垂直的受力冷轧扭钢筋的叠接绑扎固定其相应距离。
所述制作分布钢筋包括制作分布冷轧扭钢筋和制作分布光圆钢筋或制作分布带肋钢筋。
采用以上结构后，本发明轻质约冷轧扭钢筋混凝土板类受弯构件及其制作方法与现有技术相比，具有以下显著优点和有益效果由于本发明将轻质约束冷轧扭钢筋混凝土板类受弯构件的布筋方式，由原来均匀分布改变为相对集中成对布筋，即以一对受力冷轧扭钢筋为单元，成对按一定间距布置钢筋，每对中的两根受力冷轧扭钢筋的螺旋旋转方向相反，每对中的两根受力冷轧扭钢筋的螺旋螺旋角度的大小一致，使得该成对受力冷轧扭钢筋之间的混凝土相互形成的楔子也相对旋转，使混凝土楔子柱之间形成了相互的约束作用，即自约束混凝土形成。这样，自然就达到提高结构刚度和减少最大裂缝宽度的目的。
还有，由于本发明轻质约束冷轧扭钢筋混凝土板类受弯构件仍采用轻骨料混凝土如采用以破碎型页岩陶粒作为轻骨料的混凝土，所以，保持了原有采用轻骨料的冷轧扭钢筋混凝土板类受弯构件重量轻、导热系数低的优点。
综上所述，本发明轻质约束冷轧扭钢筋混凝土板类受弯构件已形成自约束混凝土，其结构刚度大，最大裂缝宽度可较好地得到控制，使困扰建筑行业的普通混凝土的楼面板或屋面板等板的裂缝问题得到有效解决；其结构自重轻，导热系数低，建筑热工性能优良，可达到国家节能50％的标准；对民用建筑所需的跨度不大和荷载不大的板类构件而言，提供了一种质量优良且经济实用的板类构件。
同时，由于本发明的混凝土约束是来自冷轧扭钢筋与混凝土间的特殊粘结锚固性能与特殊的工艺，不像预应力混凝土那样需要外部的预加应力的工艺设备、锚夹具等一系列工艺过程和材料；也不像三向应力混凝土需要钢管的约束和工艺过程，而是与普通混凝土结构的工艺基本相同的条件下完成自约束的目标，所以其制作方法十分简便，劳动效率高，制作成本相对低。
图1是本发明轻质约束混凝土板类受弯构件采用的冷轧扭钢筋的结构示意图。
图2是本发明轻质约束混凝土板类受弯构件中两受力冷轧扭钢筋之间的距离原理示意图。
图3是本发明轻质约束混凝土板类受弯构件的横截面剖视结构示意图。
图4是现有技术的轻骨料冷轧扭钢筋混凝土的受力冷轧扭钢筋及分布钢筋均匀分布的(俯视)结构示意图。
图5是本发明轻质约束混凝土板类受弯构件双向板的受力冷轧扭钢筋和分布钢筋即另一方向的受力冷轧扭钢筋均成对布置的(俯视)结构示意图。
图6是本发明轻质约束混凝土板类受弯构件单向板的受力冷轧扭钢筋和分布钢筋均成对布置的(俯视)结构示意图。
图7是本发明轻质约束混凝土板类受弯构件的受力冷轧扭钢筋成对布置而分布钢筋均匀分布的(俯视)结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明采用的其截面为螺旋状的冷轧扭钢筋是通过对光圆钢筋原料经连续的冷轧与冷扭所形成的一种截面如近似矩形、方形、圆形等沿钢筋轴线作周期螺旋变化的异型钢筋，其截面一周期变化的距离称为节距L，其螺旋旋角一般在35°～40°之间。
如图3、图5、图6、图7所示。
本发明轻质约束混凝土板类受弯构件，包括轻骨料混凝土1和设于其内的若干根其截面为螺旋状的受力冷轧扭钢筋2(即受力钢筋采用冷轧扭钢筋)，以及若干根与受力冷轧扭钢筋2相互垂直搭接布置的分布钢筋3。不难理解，所述垂直搭接，是指在水平方向呈纵向与横向垂直搭接。所述分布钢筋3又称构造钢筋，在双向受力板即行业通称的双向板中，分布钢筋3采用冷轧扭钢筋，即分布钢筋就是另一个方向的受力冷轧扭钢筋2。在单向受力板即行业通称的单向板中，分布钢筋3可采用冷轧扭钢筋，即称为分布冷轧扭钢筋3.1，也可采用光圆钢筋或带肋钢筋，如采用热轧HPB235级、HRB400级或冷轧CRB550级等的普通钢筋，称为分布光圆钢筋3.2或分布带肋钢筋3.2。
本发明的特点在于所述受力冷轧扭钢筋2成对布置，每对中的两根受力冷轧扭钢筋2的螺旋旋转角度大小相同，其旋转方向相反。也就是将如图4所示原来的均匀布筋，即受力钢筋与分布钢筋均按各自间距均匀布置，改变为受力钢筋为相对集中成对布置。当然，根据常识所知，改变后的配筋仍应等于或大于原配筋设计。例如图4所示原设计受力钢筋直径8mm，间距125mm，即板的单位宽度1m均匀配筋计8根，现改为如图5、图6、图7所示的相对集中布筋，钢筋直径仍为8mm，以两根一对，对与对之间的轴线间距为250mm，则板的单位宽度1m内布置的钢筋总数仍为8根，在板1m宽度即单位宽度范围的配筋数量是相同的，则承载力相等，即为等强度代换原则。
所述每对中的两根受力冷轧扭钢筋2轴线间的距离不小于25mm，且不大于该对受力冷轧扭钢筋2螺旋旋转角θ在一个节距L的投影长度b的2倍，即不大于2Ltgθ(参见图2)。采用这个距离，楔子混凝土螺旋状柱体的相互约束作用效果就更加明显。所述若干对受力冷轧扭钢筋2中的每对中的两根受力冷轧扭钢筋2之间的距离均相等。所述若干对受力冷轧扭钢筋2中每对相互之间的距离也均相等，使操作更简便。当然，根据常识所知，所述若干对受力冷轧扭钢筋2中每对相互之间的距离要根据设计计算来确定。
如图5所示，在双向板中，所述分布钢筋为另一个方向的受力冷轧扭钢筋2。展开讲就是所述分布冷轧扭钢筋成对布置，每对中的两根分布冷轧扭钢筋的螺旋旋转角度大小相同，其旋转方向相反。所述每对中的两根分布冷轧扭钢筋轴线间的距离不小于25mm，且不大于该对分布冷轧扭钢筋螺旋旋转角θ在一个节距L的投影长度b的2倍。所述相互垂直的冷轧扭钢筋互成受力钢筋或分布钢筋。换句话说，在双向板中，每对钢筋既是受力钢筋，又是分布钢筋，如纵向钢筋承受横向力时是受力钢筋，而承受纵向力时即为分布钢筋，即相互垂直的两个方向的冷轧扭钢筋均是按受力冷轧扭钢筋2的要求来布置，所以，相互垂直的两个方向的若干对受力冷轧扭钢筋2中的每对中的两根受力冷轧扭钢筋2之间的距离也均相等，所述若干对受力冷轧扭钢筋2中每对相互之间的距离也均相等。
如图6所示，在单向板中，所述分布钢筋3可采用冷轧扭钢筋，即为分布冷轧扭钢筋3.1。所述分布冷轧扭钢筋3.1仍可成对布置，即与上述双向板中的分布冷轧扭钢筋的布置完全相同每对中的两根分布冷轧扭钢筋3.1的螺旋旋转角度大小相同，其旋转方向相反。所述每对中的两根分布冷轧扭钢筋3.1轴线间的距离也可不小于25mm，且不大于该对分布冷轧扭钢筋3.1螺旋旋转角θ在一个节距L的投影长度b的2倍。当然，在单向板中，由于只有一个方向的冷轧扭钢筋受力，所以，每对中的两根分布冷轧扭钢筋3.1轴线间的距离也可不按本段所述的严格要求，每对中的两根分布冷轧扭钢筋3.1的旋转方向也可不要求相反。
如图7所示，在单向板中，所述分布冷轧扭钢筋也可采用光圆钢筋或带肋钢筋，即称为分布光圆钢筋3.2或分布带肋钢筋3.2，且采用现有技术的均匀分布。
所述轻骨料混凝土本实施例采用以破碎型页岩陶粒作为轻骨料的混凝土，如采用以下参数的破碎型页岩陶粒作为轻骨料的混凝土其堆积密度不低于700kg/m3，桶压强度不低于4.5Mpa，公称粒径在25mm以内，以连续级配为佳。
本发明轻质约束混凝土板类受弯构件的制作方法，包括制作受力冷轧扭钢筋2和制作分布钢筋3、制作安装模板、安装绑扎受力冷轧扭钢筋2和分布钢筋3、浇筑轻质骨料混凝土、对浇筑的轻质骨料混凝土结构进行养护、拆模。所述制作分布钢筋包括制作分布冷轧扭钢筋3.1和制作分布光圆钢筋3.2或分布带肋钢筋3.2。以上为现有技术的常规操作方法，故不详述。
本发明轻质约束混凝土板类受弯构件制作方法的特点是在制作受力冷轧扭钢筋2的工序中，根据设计的规格尺寸，将冷轧扭钢筋2的螺旋旋转角θ按顺时针和逆时针方向各加工一半；所述绑轧受力冷轧扭钢筋2和分布钢筋3，在单向板中，指按设计的每对中的两根受力冷轧扭钢筋2轴线间的距离和该对受力冷轧扭钢筋2与相邻的另一对受力冷轧扭钢筋2之间的距离固定，通过与被绑轧的受力冷轧扭钢筋2相互垂直的分布钢筋3交叉点叠接绑扎固定其相应距离；或，在双向板中，相互垂直的两个方向的受力冷轧扭钢筋2(互为受力钢筋或分布钢筋)均按设计的每对中的两根受力冷轧扭钢筋2轴线间的距离和该对受力冷轧扭钢筋2与相邻的另一对受力冷轧扭钢筋2之间的距离固定，通过相互垂直的受力冷轧扭钢筋2的叠接绑扎固定其相应距离。
本发明不仅局限于以上实施例，凡在本发明产品独立权利要求和方法独立权利要求保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内，如所述每对中的两根受力冷轧扭钢筋2之间的距离允许有变化；所述若干对受力冷轧扭钢筋2中每对相互之间的距离也可不完全相等；所述若干对受力冷轧扭钢筋2中的每对中的两根受力冷轧扭钢筋2之间的距离也可不完全相等；所述轻骨料混凝土，也可采用其他种类陶粒作为轻骨料的混凝土，例如页岩粒型陶粒、粉煤灰陶粒等；所述绑轧受力冷轧扭钢筋2和分布钢筋3，也可采用短钢筋绑扎的方式先固定每对中两根受力冷轧扭钢筋2间的距离，再由分布钢筋3以绑扎方式固定每对受力冷轧扭钢筋2与相邻的另一对受力冷轧扭钢筋2之间的距离；等等。以上这些变化均在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种轻质约束混凝土板类受弯构件，包括轻骨料混凝土(1)和设于其内的若干根其截面为螺旋状的受力冷轧扭钢筋(2)，以及若干根与受力冷轧扭钢筋(2)相互垂直搭接布置的分布钢筋(3)，其特征在于所述受力冷轧扭钢筋(2)成对布置，每对中的两根受力冷轧扭钢筋(2)的螺旋旋转角度大小相同，其螺旋旋转方向相反。
2.根据权利要求1所述的轻质约束混凝土板类受弯构件，其特征在于所述每对中的两根受力冷轧扭钢筋(2)轴线间的距离不小于25mm，且不大于该对受力冷轧扭钢筋螺旋旋转角(θ)在一个节距(L)的投影长度(b)的2倍。
3.根据权利要求1或2所述的轻质约束混凝土板类受弯构件，其特征在于所述若干对受力冷轧扭钢筋(2)中每对相互之间的距离均相等，所述若干对受力冷轧扭钢筋(2)中的每对中的两根受力冷轧扭钢筋(2)之间的距离也均相等。
4.根据权利要求1所述的轻质约束混凝土板类受弯构件，其特征在于在单向板中，所述分布钢筋(3)采用冷轧扭钢筋，即为分布冷轧扭钢筋(3.1)；所述分布冷轧扭钢筋(3.1)成对布置，每对中的两根分布冷轧扭钢筋(3.1)的螺旋旋转角度大小相同，其螺旋旋转方向相反；或，所述分布冷轧扭钢筋(3.1)均匀分布；或，所述分布钢筋(3)采用光圆钢筋或带肋钢筋，即为分布光圆钢筋(3.2)或分布带肋钢筋(3.2)，所述分布光圆钢筋(3.2)或分布带肋钢筋(3.2)均匀分布。
5.根据权利要求1所述的轻质约束混凝土板类受弯构件，其特征在于在双向板中，所述分布钢筋为另一个方向的受力冷轧扭钢筋(2)。
6.根据权利要求1所述的轻质约束混凝土板类受弯构件，其特征在于所述轻骨料混凝土指以破碎型页岩陶粒作为轻骨料的混凝土。
7.一种轻质约束混凝土板类受弯构件的制作方法，包括制作受力冷轧扭钢筋(2)和制作分布钢筋(3)、制作安装模板、安装绑扎受力冷轧扭钢筋(2)和分布钢筋(3)、浇筑轻质骨料混凝土、对浇筑的轻质骨料混凝土结构进行养护、拆模，其特征在于在制作受力冷轧扭钢筋(2)的工序中，根据设计的规格尺寸，将受力冷轧扭钢筋(2)的螺旋旋转角(θ)按顺时针方向和逆时针方向各加工一半；所述绑轧受力冷轧扭钢筋(2)和分布钢筋(3)，在单向板中，指按设计的每对中的两根受力冷轧扭钢筋(2)轴线间的距离和该对受力冷轧扭钢筋(2)与相邻的另一对受力冷轧扭钢筋(2)之间的距离固定，通过与被绑轧的受力冷轧扭钢筋(2)相互垂直的分布钢筋(3)交叉点叠接绑扎固定其相应距离；或，在双向板中，相互垂直的两个方向的受力冷轧扭钢筋(2)均按设计的每对中的两根受力冷轧扭钢筋(2)轴线间的距离和该对受力冷轧扭钢筋(2)与相邻的另一对受力冷轧扭钢筋(2)之间的距离固定，通过相互垂直的受力冷轧扭钢筋(2)的叠接绑扎固定其相应距离。
8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于所述制作分布钢筋(3)包括制作分布冷轧扭钢筋(3.1)和制作分布光圆钢筋(3.2)或制作分布带肋钢筋(3.2)。
全文摘要
本发明公开了一种轻质约束混凝土板类受弯构件，包括轻骨料混凝土(1)和设于其内的若干根其截面为螺旋状的受力冷轧扭钢筋(2)，以及若干根与受力冷轧扭钢筋(2)相互垂直搭接布置的分布钢筋(3)，所述受力冷轧扭钢筋(2)成对布置，每对中的两根受力冷轧扭钢筋(2)的螺旋旋转角度大小相同，其螺旋旋转方向相反。其制作方法包括制作受力冷轧扭钢筋(2)和分布钢筋(3)、制作安装模板、安装绑扎受力冷轧扭钢筋(2)和分布钢筋(3)，浇筑轻质骨料混凝土、对浇筑的轻质骨料混凝土结构进行养护、拆模。本构件既具有自重轻、导热系数低，其热工性能优良、又形成自约束混凝土，使其结构刚度提高、裂缝宽度得到控制，且工艺简便。
文档编号B28B23/02GK101092839SQ200710069349
公开日2007年12月26日 申请日期2007年6月15日 优先权日2007年6月15日
发明者吴佳雄 申请人:浙江大学宁波理工学院