带螺旋箍筋芯柱的混合配筋预制混凝土柱及其装配方法

本发明涉及地下或水下结构物领域，尤其涉及带螺旋箍筋芯柱的混合配筋预制混凝土柱及其装配方法，适用于地下或水下受腐蚀环境。

背景技术：

1、目前钢筋混凝土结构受环境腐蚀影响大，对于地下或水下结构，可能因海水、盐湖水、除冰盐、盐渍土等，具有较高的腐蚀性，对钢筋和混凝土产生不同程度的腐蚀作用。

2、专利文献cn105442590a公开了一种活性粉末混凝土套管混凝土柱，采用纤维增强塑料（frp）筋代替钢筋 ，可以很好地解决钢筋腐蚀问题，但纤维增强塑料（frp）筋混凝土结构延性差、抗震性能相对较弱。因此，采用纤维增强塑料（frp）筋-钢筋混合配筋可有效改善其延性性能。

3、专利文献cn114004085a公开了一种frp复合螺旋箍筋约束混凝土柱，采用内部frp螺旋箍筋及外部的frp方形箍筋，纵筋采用选钢筋、frp与钢筋混合配筋及全frp纵筋，外部纵筋和外部方形箍筋距离混凝土表面最近，在实际工程中最先遭遇环境腐蚀，采用外部frp纵筋和外部frp方形箍筋效果更好，而内部螺旋箍筋和内部纵筋距离混凝土表面较远且全frp配筋构件延性和抗震性能较差。此外，该frp复合螺旋箍筋约束混凝土柱尺寸是固定的，而非装配式，实用性较差。

4、预制装配式建筑结构按照节点连接施工形式的不同可分为两大类：干式连接和湿式连接。干式连接一般采用焊接、螺栓等方式连接。钢筋焊接和钢板焊接的连接容易引起应力集中，改变预制框架柱的受力模式；预制装配式框架柱-柱节点干式连接的方式存在构造复杂预埋件多，施工不方便，造价较高。湿式连接主要方式有浆锚连接、砂浆连接和套筒连接。采用湿式连接预制装配式结构时，工序复杂，连接节点也需要时间养护，不利于快速施工，构件预留钢筋过长不利于运输，且造成钢筋的浪费和材料成本的增加。

5、因此，本发明在综合众多预制框架柱-柱连接方式的基础上，提出新型预制框架柱-柱连接方式即带螺旋箍筋芯柱的混合配筋预制混凝土柱及装配方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提出一种带螺旋箍筋芯柱的混合配筋预制混凝土柱及其装配方法，通过上预制混凝土柱与下预制混凝土柱上下叠合，竖向斜撑钢筋连接柱体达到支撑上预制混凝土柱柱身的目的，再间隔布置附加箍筋与纵筋连接，起到约束连接节点芯柱的作用，最后在连接区浇筑超高性能混凝土（ultra-high performance concrete，uhpc）完成预制混凝土柱的拼接，解决了现有水下或地下钢筋混凝土结构易受盐腐蚀的问题、现有frp筋混凝土柱延性差的问题以及现有frp-钢筋混合配筋混凝土柱连接复杂且施工质量不易保证的问题，保证预制混凝土柱具有优异的耐久性能、受力性能和变形性能，同时提高施工效率。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一方面，本发明提供了一种带螺旋箍筋芯柱的混合配筋预制混凝土柱，包括上部预制混凝土柱、下部预制混凝土柱、后浇区附加箍筋、竖向斜撑钢筋和后浇uhpc连接部；其中：

4、所述上部预制混凝土柱为下凸形柱体，且内部配有第一frp箍筋、第一frp纵筋、第一钢筋纵筋和第一螺旋箍筋，所述第一frp纵筋位于柱体边缘，且被所述第一frp箍筋绑扎固定；所述第一钢筋纵筋位于柱体中心，且被所述第一螺旋箍筋绑扎固定，形成第一螺旋箍筋芯柱；所述第一frp纵筋突出于上部预制混凝土柱的下表面，所述第一钢筋纵筋突出于上部预制混凝土柱的下凸形表面且与第一frp纵筋下端平齐，所述下凸形的横截面形状为圆形；

5、所述下部预制混凝土柱为平顶柱体，且内部配有第二frp箍筋、第二frp纵筋、第二钢筋纵筋和第二螺旋箍筋，所述第二frp纵筋位于柱体边缘，且被所述第二frp箍筋绑扎固定；所述第二钢筋纵筋位于柱体中心，且被所述第二螺旋箍筋绑扎固定，形成第二螺旋箍筋芯柱；所述第二frp纵筋和第二钢筋纵筋均突出于下部预制混凝土柱的上表面，且所述第二frp纵筋的上端高于第二钢筋纵筋；

6、所述上部预制混凝土柱与下部预制混凝土柱先通过所述竖向斜撑钢筋连接支撑，所述第一frp纵筋的下端与第二frp纵筋的上端搭接，所述第一钢筋纵筋的下端与第二钢筋纵筋的上端搭接，然后通过后浇区附加箍筋进行加固连接，此时所述上部预制混凝土柱与下部预制混凝土柱之间形成连接区，连接区通过浇筑uhpc形成后浇uhpc连接部，进而将所述上部预制混凝土柱与下部预制混凝土柱连接。

7、进一步地，所述上部预制混凝土柱和下部预制混凝土柱均采用强度等级在c35~c80之间的普通混凝土。

8、进一步地，所述后浇uhpc连接部采用强度等级在c100~c160之间的超高性能混凝土。

9、进一步地，所述后浇区附加箍筋包括frp 附加箍筋和钢筋附加箍筋，所述第一frp纵筋和第二frp纵筋上下交错叠放并通过frp 附加箍筋连接，所述第一钢筋纵筋和第二钢筋纵筋上下交错叠放并通过钢筋附加箍筋连接。

10、进一步地，所述frp 附加箍筋和钢筋附加箍筋均为闭合箍筋或螺旋箍筋，并采用多肢箍形式，且沿柱体的轴向均匀分布。

11、进一步地，所述第一frp纵筋、第一钢筋纵筋、第二frp纵筋、第二钢筋纵筋均设置为圆周阵列分布的若干根。

12、进一步地，所述第一frp箍筋、第二frp箍筋均为闭合箍筋或螺旋箍筋，并采用多肢箍形式，且沿柱体的轴向均匀分布。

13、进一步地，所述第一frp纵筋和第二frp纵筋的搭接长度为15dm-20dm；所述第一钢筋纵筋和第二钢筋纵筋的搭接长度为5dm-8dm。

14、进一步地，所述的第一frp纵筋和第二frp纵筋采用玻璃纤维增强塑料筋材、玄武岩纤维增强塑料筋材和碳纤维增强塑料筋材中的一种。

15、第一方面，本发明还提供了上述任一项所述的带螺旋箍筋芯柱的混合配筋预制混凝土柱的装配方法，包括以下步骤：

16、s1、将上部预制混凝土柱、下部预制混凝土柱和后浇区附加箍筋在工厂预制加工完成，并将上部预制混凝土柱底部和下部预制混凝土柱顶部凿毛；

17、s2、将后浇区附加箍筋从上往下依次穿过下部预制混凝土柱伸出的纵筋外侧；

18、s3、垂直起吊上部预制混凝土柱，将上部预制混凝土柱与下部预制混凝土柱上下叠放，使得上、下柱中线对齐并调平后，在第一螺旋箍筋芯柱预留纵筋的四面上焊接竖向斜撑钢筋，用以临时支撑上部预制混凝土柱柱身；然后利用套入的后浇区附加箍筋将伸出预制混凝土柱外上下搭接的纵筋绑扎固定；

19、s4、清理连接区，在连接区支设模板，留出浇筑口，浇筑超高性能混凝土，待混凝土硬化后进行拆模，此时上部预制混凝土柱和下部预制混凝土柱之间形成后浇uhpc连接部，完成带螺旋箍筋芯柱的混合配筋预制混凝土柱的装配。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

21、1、本发明提出的带螺旋箍筋芯柱的混合配筋预制混凝土柱及其装配方法，采用内部钢筋纵筋和内部钢筋螺旋箍筋，在柱体内部形成螺旋箍筋芯柱，确保柱体的延性性能，柱体外部纵筋和外部方形箍筋采用frp筋材，即使发生氯离子渗透的情况，筋材也不会发生锈蚀，可以延缓柱体的腐蚀破坏，同时配合超高性能混凝土（uhpc）的利用，形成frp筋-钢筋混合配筋和uhpc连接节点的组合结构，可以进一步的解决混凝土被侵蚀的问题，可有效地提高地下或水下结构的耐久性和受力性能，适用于地下或水下受腐蚀环境。2、超高性能混凝土（uhpc）与传统混凝土相比而言，具备高强度、高密实性、极佳的耐久性及高韧性，因此缩短预留钢筋的搭接长度，搭接长度可以从现有的预留钢筋的直径的35倍缩短至预留钢筋的直径的10倍，因此可以通过合理预留预制柱不同种类纵筋的长度，并使用超高性能混凝土（uhpc）浇筑连接区，实现在保证连接强度和质量的基础上，缩短筋材搭接连接区段长度的目的，减少筋材用量，节约成本，可以方便施工，提高施工效率，能有效传递剪力和轴力，提高柱的承载能力和保证柱子的变形能力，形成承载性能和抗震性能优越的预制柱。3、本发明采用装配式混凝土结构，具有施工效率高、环境污染低，能源消耗低、经济效益明显等优点。