混凝土柱托换用组装式钢托换装置及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种混凝土柱托换用组装式钢托换装置，属于建筑物整体移位【技术领域】，主要解决混凝土柱低成本、高效、安全托换的问题。它是将一对托换钢梁和一对连接短梁放置在被托换柱的两侧并通过预紧螺栓将混凝土柱四面夹紧，混凝土柱与基础截断分离后，悬空短梁通过其两端部将其承担的部分柱荷载传给托换钢梁，托换钢梁通过其下部的行走机构将被托换柱传来的全部荷载传至下轨道及基础。具有安全可靠、分块组装、可重复使用、快速安装和拆卸、施工速度快的特点。是一种绿色、经济的混凝土柱托换结构。
【专利说明】混凝土柱托换用组装式钢托换装置及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及建筑物整体移位【技术领域】，尤其涉及混凝土柱托换用组装式钢托换装置及其应用方法。
【背景技术】
[0002]建筑物整体移位是建筑业的一个特殊行业，在城市改造建设中起到了非常重要的作用。托换装置是建筑物平移中的重要结构，目前国内建筑物平移工程中的混凝土柱托换主要是采用现浇钢筋混凝土托换梁，有柱下单梁式和双梁式托换两种。
[0003]单梁式托换的托换方法是:在施工好的下轨道钢板上放置滚轴(或滑车、滑块)，滚轴上铺设上轨道钢板(或槽钢)并作为托换梁(上轨道梁)的底模，根据托换梁纵筋的设置在混凝土柱上钻孔，将托换梁纵筋穿柱后绑扎钢筋，然后支设模板并浇筑托换梁混凝土，待托换梁混凝土强度达到设计要求后，在托换梁底部与下轨道之间的空隙内将被托换柱与原基础分离截断，柱截断后其所承担的荷载通过托换梁、托换梁下的滚轴传至下轨道及基础。建筑物移位之前需将柱截面宽(或柱截面高)度范围内的下轨道(含下轨道钢板)做好。单梁式托换的主要缺点是被托换柱的承担的全部荷载主要通过与托换梁结合的两个结合面传至托换梁，结合面的承载力偏低，一般仅适合与荷载较小的混凝土柱托换。
[0004]双梁式托换的托换方法是:托换结构由平行于移动方向的两个托换梁(上轨道梁)和垂直于移动方向的两个连接短梁组成，托换梁和连接短梁对被托换柱形成四面包裹式抱柱梁托换，连接短梁起到连接两个托换梁并增加被托换柱与托换结构结合面的作用。托换梁的下方有滚轴，滚轴与移动方向垂直，连接短梁两端与托换梁连接，其下方悬空。在施工好的下轨道钢板上放置滚轴(或滑车、滑块)，滚轴上铺设上轨道钢板(或槽钢)并作为托换梁(上轨道梁)的底模，将托换梁和短梁钢筋绑扎完成后，支设模板并浇筑托换梁、短梁混凝土，待托换梁混凝土强度达到设计要求后，在托换结构底部与下轨道之间的空隙内将被托换柱与原基础截断分离，柱截断后其所承担的荷载通过托换梁和短梁、托换梁下的滚轴传至下轨道及基础。
[0005]相对于柱下单梁式托换法，双梁托换具安全性高、施工速度快的优点；但是，上述托换方法的施工工期都受到混凝土强度增长时间的限制，且需要消耗一定数量水泥、沙石、模板等不可再生资源。总的来讲这种混凝土梁缺点是:劳动强度大、用工量多、消耗资源多、施工周期长。
[0006]例如，中国实用新型专利CN2490261Y公开了一种房屋柱的型钢托换装置，该装置由二根H型钢和二根槽钢组成一个四边形框架，在二根H型钢之间还设有螺栓，在二根槽钢之间设有螺栓，H型钢与槽钢之间焊接连接，槽钢的两端焊接在H型钢的腹板处。使用该装置施工虽然可以实现托换，因二根H型钢和二根槽钢内需要填充砼材料，因此属于抱柱梁托换方式，现场浇注混凝土是该方法存在的主要缺点。
[0007]例如，中国专利申请CN102661056A公开了一种采用预应力技术进行钢筋混凝土柱托换的装置，通过提高新旧砼界面压力提高托换承载力，通过在被托换钢筋砼柱的四周建造钢筋混凝土包柱梁，在所述钢筋混凝土包柱梁的外部四周分别设置约束钢板进行围护，预应力筋穿过设置在预留在约束钢板上的预留圆孔，通过张拉预应力钢筋施加预应力，该发明的装置利用了混凝土在三向约束条件下性能提高和界面压力增大摩擦力增大的原理，更高效地利用了材料性能，托换荷载适用范围广。同样属于抱柱梁托换方式，现场浇注混凝土仍然是该方法存在的主要缺点。
[0008]中国专利CN101429819A公开了一种墙体托换方法，其步骤为:先构建好托换基础，再用夹墙梁从墙体两侧将墙体夹紧在夹墙梁下放置移位装置，最后对墙体截断，使建筑物的力通过墙体传递给夹墙梁，夹墙梁再通过移位装置传递至托换基础上，其贡献在于:在夹墙梁和墙体之间还施加正应力摩擦力。该方法，虽然解决了上述抱柱梁托换方式现场浇注混凝土存在的缺点，实现了施工方便，快捷，施工工期短，钢结构可以重复使用的优点，但是它仅适于墙体的托换，由于混凝土柱的结构和受力与墙体差异甚大，无法应用于混凝土柱托换。
【发明内容】
[0009]本发明针对现有楼房平移中用于混凝土柱托换的钢筋混凝土托换梁的不足，提供一种安全可靠、分块组装、可重复使用、快速安装和拆卸、施工速度快的混凝土柱用组装式钢托换装置。
[0010]本发明还提供了混凝土柱用组装式钢托换装置的具体应用方法。
[0011]本发明解决其技术问题所采取的方案是:
[0012]一种混凝土柱托换用组装式钢托换装置，包括于移动方向设置的一对对称的托换钢梁、及连接托换钢梁的横向预紧螺栓，所述的托换钢梁通过其下部的行走机构置于下轨道及基础上，其特征是，一对对称设置的短梁通过传力构件连接在两托换钢梁之间，纵向预紧螺栓穿过被托换柱将所述的短梁连接起来，被托换柱位于一对托换钢梁和一对短梁所组成的方型结构内且被夹紧；所述的横向预紧螺栓至少包括两组侧面预紧螺栓，侧面预紧螺栓分别位于被托换柱两侧且横向穿过短梁。
[0013]所述的传力构件包括设置在短梁两端面的水平凹槽、及设置在托换钢梁与短梁靠近侧面上的凸出的传力板，所述的传力板在托换钢梁和短梁安装时位于短梁端面的水平凹槽内。
[0014]前述的水平凹槽和传力板采用矩形插接结构。
[0015]前述的水平凹槽和传力板采用燕尾插接结构。
[0016]前述传力板按两段设置，分别位于被托换柱的两侧。
[0017]所述的横向预紧螺栓还包括横向穿过被托换柱的中部预紧螺栓。
[0018]所述的行走机构为滑车、滚轴或者滑动支座中的之一。
[0019]一种混凝土柱托换用组装式钢托换装置的应用方法:将一对托换钢梁和一对连接短梁放置在被托换柱的两侧并通过预紧螺栓将混凝土柱四面夹紧，混凝土柱与基础截断分离后，悬空短梁通过其两端部将其承担的部分柱荷载传给托换钢梁，托换钢梁通过其下部的行走机构将被托换柱传来的全部荷载传至下轨道及基础。
[0020]具体步骤如下:
[0021]I)按短梁螺栓孔位置和直径在被托换柱上钻孔，当被托换柱截面尺寸较大时，可以在被托换柱的另一个方向按托换钢梁螺栓孔位置和直径在被托换柱上再行钻孔，
[0022]2)清除托换钢梁安装部位柱面上的抹灰及粉尘后，用水冲净，抹约5?IOmm厚的水泥砂浆找平层，在砂浆初凝前将托换钢梁和短梁安装至预定位置；
[0023]安装时应先将托换钢梁成对安放在平行于移动方向的混凝土柱两侧面，托换钢梁放置在位于下轨道板上的行走机构上；连接短梁通过其两端的凹槽支撑在托换钢梁侧面凸出的传力板上；
[0024]预紧螺栓的安装顺序是:先将横向预紧螺栓穿过托换钢梁、短梁，并初步紧固，使托换钢梁底面或顶面处于水平状态，并使找平砂浆自托换钢梁上下边略有挤出；再将纵向预紧螺栓穿过短梁、被托换柱，并初步紧固，使短梁底面或顶面处于水平状态，并使找平砂浆自短梁上下边略有挤出，在初步紧固横向预紧螺栓和纵向预紧螺栓时，应同时保证短梁端面与钢梁侧面之间有2?3mm的空隙；
[0025]3)待找平砂浆达到设计强度后，用扭矩扳手按照预紧螺栓的设计预紧力再次交替紧固螺栓，此时被托换柱四面的托换钢梁和短梁通过预紧螺栓将被托换柱夹紧，托换钢梁安装完成；
[0026]4)在托换钢梁的底部，将被托换柱与原基础截断分离，被托换柱断开后，被托换柱传至原基础的荷载，通过托换钢梁和短梁并最终由托换钢梁传递至下部的行走机构，再由行走机构传至下轨道及基础；
[0027]5)楼房平移到位后，将被托换柱与新基础连接，在连接材料达到设计强度后，松开预紧螺栓将托换钢梁和短梁卸除以备重复使用。
[0028]本发明的有益效果是:
[0029]本发明结构简单、自重轻；受力明确；可以方便地安装和拆卸；可以多次重复利用；能有效减小框架结构建筑物平移工程中混凝土柱托换的工作量；降低劳动强度；缩短施工时间。该托换钢梁在等同混凝土托换梁截面尺寸的情况下，其自重只有混凝土梁的1/2?1/3，用钢量约为混凝土梁的3?5倍，考虑全部托换结构施工费的情况下，其造价约为混凝土托换梁的2?3倍，若重复使用10次，造价仅为混凝土托换梁的1/5?1/3，在多次重复使用的情况下，经济效益明显；托换钢梁安装完成后，既可以进行被托换混凝土柱的截断施工，减少了采用混凝土托换梁时混凝土强度增长的等待时间，因此托换施工工期可以减少到采用混凝土托换梁的1/3?1/4，能有效缩短框架结构建筑物平移的施工时间，节省大量的劳动成本。建筑平移到指定位置后，将被托换柱与新位置的基础连接，待连接材料强度达到设计要求后，即可将托换梁、滑车或滚轴和下轨道板回收，以备下次使用。
[0030]本发明不仅克服了目前框架结构建筑平移工程中前期准备时间长、受环境温度影响大的缺点(低温对混凝土强度增长的影响较大)，而且比采用混凝土托换梁减少了大量的资源和劳动力消耗，是一种绿色、经济的托换结构。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为本发明整体结构示意图；
[0032]图2为本发明结构组成拆分示意图；
[0033]图3为被托换柱截断前的主视图；
[0034]图4为被托换柱截断后的主视图；[0035]图5为被托换柱截断后的左视图。
[0036]图中:1托换钢梁，2短梁，3横向预紧螺栓，31横向预紧螺母，4纵横向预紧螺栓，5被托换柱，6下轨道，7轨道板，8滑车，11传力板，21凹槽。
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图对本发明作进一步的说明:
[0038]如图1、图2所示。
[0039]一种混凝土柱托换用组装式钢托换装置，包括于移动方向设置的一对对称的托换钢梁1、及连接托换钢梁的横向预紧螺栓3，所述的托换钢梁I通过其下部的行走机构置于下轨道6及基础上，一对对称设置的短梁2通过传力构件连接在两托换钢梁I之间，纵向预紧螺栓4穿过被托换柱5将所述的短梁2连接起来。被托换柱5位于一对托换钢梁I和一对短梁2所组成的方型结构内且被夹紧。所述的横向预紧螺栓3至少包括两组侧面预紧螺栓，侧面预紧螺栓分别位于被托换柱两侧且横向穿过短梁。混凝土柱(被托换柱)与基础截断分离后，悬空的短梁2通过其两端部将其承担的柱荷载传给托换钢梁，托换钢梁通过其下部的行走机构将被托换柱5传来的全部荷载传至下轨道6及基础。所述的行走机构为滑车8、或者采用滚轴或者滑动支座。在下轨道6上设有轨道板7，滑车8置于轨道板7上。
[0040]通常，横向预紧螺栓3仅靠两组(每组6支，上下方向均布)侧面预紧螺栓，以减少因在被托换柱5上钻孔而影响被托换柱的强度。当被托换柱5截面尺寸较大时，所述的横向预紧螺栓3还包括横向穿过被托换柱的中部预紧螺栓(一组3支，上下方向均布)。横向预紧螺栓3与横向预紧螺母31连接。纵向预紧螺栓4与纵向预紧螺母41连接。
[0041]所述的传力构件包括设置在短梁2两端面的水平凹槽21、及设置在托换钢梁I与短梁靠近侧面上的凸出的传力板11，所述的传力板11在托换钢梁I和短梁2安装时位于短梁端面的水平凹槽21内。水平凹槽21和传力板11采用矩形插接结构，也可采用燕尾插接结构。前述传力板11按两段设置，分别位于被托换柱5的两侧，处于同一水平位置。
[0042]在图1、图2给出的本发明的结构示意图中，托换钢梁1(上轨道钢梁)为钢结构箱型截面梁，托换钢梁I成对安装在平行于移动方向的被托换柱5的两侧面；短梁2成对安装在托换钢梁I之间被托换柱5的另外两个侧面，并通过水平凹槽21支撑在托换钢梁I的传力板11上。托换钢梁I和短梁2腹板上均有预先钻好的螺栓孔，分别用于安装横向预紧螺栓3和纵向预紧螺栓4，横向预紧螺栓3和纵向预紧螺栓4均为高强螺栓，其作用是将托换钢梁1、短梁2夹紧在被托换柱5的侧面，并通过钢梁侧面与被托换柱侧面所产生的静摩擦力实现对混凝土柱的有效托换(试验表明钢板与混凝土面的最大静摩擦系数为0.65?
0.70)，同时穿柱螺栓的销栓作用也可以传递部分竖向力。安装完成后，短梁2端面与托换钢梁I侧面之间保留2?3_的空隙，以保证横向预紧螺栓3的预紧力全部通过托换钢梁I作用在被托换柱的侧面。
[0043]所述的托换钢梁和短梁采用钢结构箱型截面梁，工艺简单，成本低。
[0044]具体实施步骤如下:
[0045]I)按短梁2螺栓孔位置和直径在被托换柱5上钻孔，上下方向共2个，以安装纵向预紧螺栓4 ;当被托换柱截面尺寸较大时，可以在被托换柱5的另一个方向按托换钢梁I螺栓孔位置和直径在被托换柱上再行钻孔，上下方向共3个，以安装中部横向预紧螺栓3。[0046]2)清除托换钢梁I安装部位被托换柱5柱面上的抹灰及粉尘后，用水冲净，抹约5?10_厚的水泥砂浆找平层，在砂浆初凝前将托换钢梁I和短梁2安装至预定位置；
[0047]安装时应先将托换钢梁I成对安放在平行于移动方向的混凝土柱两侧面，托换钢梁I放置在位于下轨道板7上的滑车8上；连接短梁2通过其两端的凹槽21支撑在托换钢梁侧面凸出的传力板11上。
[0048]预紧螺栓的安装顺序是:先将横向预紧螺栓3穿过托换钢梁1、短梁2，并初步紧固，使托换钢梁I底面(或顶面)处于水平状态，并使找平砂浆自托换钢梁I上下边略有挤出；再将纵向预紧螺栓4穿过短梁2、被托换柱5，并初步紧固，使短梁2底面(或顶面)处于水平状态，并使找平砂浆自短梁2上下边略有挤出，在初步紧固横向预紧螺栓3和纵向预紧螺栓4时，应同时保证短梁2端板与钢梁I侧面之间有2?3mm的空隙。
[0049]3)待找平砂浆达到设计强度后，用扭矩扳手按照预紧螺栓的设计预紧力再次交替紧固螺栓，此时被托换柱5四面的托换钢梁I和短梁2通过预紧螺栓将被托换柱夹紧，托换钢梁安装完成，图3为被托换柱截断前的主视图。
[0050]4)在托换钢梁的底部，将被托换柱与原基础截断分离，被托换柱断开后，被托换柱传至原基础的荷载，通过托换钢梁和短梁并最终由托换钢梁传递至下部的行走机构，再由行走机构传至下轨道及基础；图4为被托换柱截断后的主视图；图5为被托换柱截断后的左视图。
[0051]5)楼房平移到位后，将被托换柱与新基础连接，在连接材料达到设计强度后，松开预紧螺栓将托换钢梁和短梁卸除以备重复使用。
【权利要求】
1.一种混凝土柱托换用组装式钢托换装置，包括于移动方向设置的一对对称的托换钢梁、及连接托换钢梁的横向预紧螺栓，所述的托换钢梁通过其下部的行走机构置于下轨道及基础上，其特征是，一对对称设置的短梁通过传力构件连接在两托换钢梁之间，纵向预紧螺栓穿过被托换柱将所述的短梁连接起来，被托换柱位于一对托换钢梁和一对短梁所组成的方型结构内且被夹紧；所述的横向预紧螺栓至少包括两组侧面预紧螺栓，侧面预紧螺栓分别位于被托换柱两侧且横向穿过短梁。
2.根据权利要求1所述的混凝土柱托换用组装式钢托换装置，其特征是，所述的传力构件包括设置在短梁两端面的水平凹槽、及设置在托换钢梁与短梁靠近侧面上的凸出的传力板，所述的传力板在托换钢梁和短梁安装时位于短梁端面的水平凹槽内。
3.根据权利要求2所述的混凝土柱托换用组装式钢托换装置，其特征是，所述的水平凹槽和传力板采用矩形插接结构。
4.根据权利要求2所述的混凝土柱托换用组装式钢托换装置，其特征是，所述的水平凹槽和传力板采用燕尾插接结构。
5.根据权利要求2或3所述的混凝土柱托换用组装式钢托换装置，其特征是，所述传力板按两段设置，分别位于被托换柱的两侧。
6.根据权利要求5所述的混凝土柱托换用组装式钢托换装置，其特征是，所述的横向预紧螺栓还包括横向穿过被托换柱的中部预紧螺栓。
7.根据权利要求1所述的混凝土柱托换用组装式钢托换装置，其特征是，所述的行走机构为滑车、滚轴或者滑动支座中的之一。
8.—种混凝土柱托换用组装式钢托换装置的应用方法，其特征是，将一对托换钢梁和一对连接短梁放置在被托换柱的两侧并通过预紧螺栓将混凝土柱四面夹紧，混凝土柱与基础截断分离后，悬空短梁通过其两端部将其承担的部分柱荷载传给托换钢梁，托换钢梁通过其下部的行走机构将被托换柱传来的全部荷载传至下轨道及基础。
9.根据权利要求8所述的应用方法，其特征是，具体步骤如下: 1)按短梁螺栓孔位置和直径在被托换柱上钻孔，当被托换柱截面尺寸较大时，可以在被托换柱的另一个方向按托换钢梁螺栓孔位置和直径在被托换柱上再行钻孔； 2)清除托换钢梁安装部位柱面上的抹灰及粉尘后，用水冲净，抹约5~IOmm厚的水泥砂浆找平层，在砂浆初凝前将托换钢梁和短梁安装至预定位置； 安装时应先将托换钢梁成对安放在平行于移动方向的混凝土柱两侧面，托换钢梁放置在位于下轨道板上的行走机构上；连接短梁通过其两端的凹槽支撑在托换钢梁侧面凸出的传力板上； 预紧螺栓的安装顺序是:先将横向预紧螺栓穿过托换钢梁、短梁，并初步紧固，使托换钢梁底面或顶面处于水平状态，并使找平砂浆自托换钢梁上下边略有挤出；再将纵向预紧螺栓穿过短梁、被托换柱，并初步紧固，使短梁底面或顶面处于水平状态，并使找平砂浆自短梁上下边略有挤出，在初步紧固横向预紧螺栓和纵向预紧螺栓时，应同时保证短梁端板与钢梁侧面之间有2~3mm的空隙； 3)待找平砂浆达到设计强度后，用扭矩扳手按照预紧螺栓的设计预紧力再次交替紧固螺栓，此时被托换柱四面的托换钢梁和短梁通过预紧螺栓将被托换柱夹紧，托换钢梁安装完成；4)在托换钢梁的底部，将被托换柱与原基础截断分离，被托换柱断开后，被托换柱传至原基础的荷载，通过托换钢梁和短梁并最终由托换钢梁传递至下部的行走机构，再由行走机构传至下轨道及基础； 5)楼房平移到位后，将被托换柱与新基础连接，在连接材料达到设计强度后，松开预紧螺栓将托换钢梁和短梁卸除以备重复使用。
【文档编号】E04G23/06GK103982054SQ201410225686
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月26日 优先权日:2014年5月26日
【发明者】贾留东, 张鑫, 夏凤敏, 王继国, 李娜 申请人:山东建筑大学