砼柱高抗震性能装配式连接构造的制作方法

本发明属于建筑结构和桥梁工程领域，特别涉及一种砼柱高抗震性能装配式连接构造。

背景技术：

工厂化预制构件节段，在现场采用装配式连接形成整体结构，是当今土木工程结构的一个必然发展趋势。

柱是建筑结构必不可少的主要承力结构，其作用是将上部结构荷载传递给地基基础，现场浇筑施工形成的钢筋混凝土柱通常具有足够的承载能力和较好的抗震性能，故现有建筑结构中的柱，尤其是桥梁的桥墩，基本均采用现浇施工的钢筋混凝土柱。

但现浇施工的钢筋混凝土柱存在三大问题：一是现场施工期长，效率低；二是现场施工质量难以保证；三是现场施工对环境的干扰或损害影响较大。

为此，人们对混凝土柱的装配式施工方法及连接构造进行了多种探索，现有技术(含已申报的专利)中，混凝土柱的连接构造可分为三大类：一是现场连接上下柱的主筋，再现浇结合区段混凝土，其优点是确保了主筋的传力可靠，问题是在大重量节段吊起状态下实施主筋连接和浇筑混凝土，工期长、风险大、质量难控，有悖装配式施工的初衷；二是柱接头中部设置钢套管或混凝土榫连接，沿柱周边布置的上下段主钢筋为搭接，再浇筑或灌注结合区段混凝土或粘结材料，其优点是避免了在大重量节段吊起状态下长时间操作施工，问题是浇筑或灌注结合区段混凝土或粘结材料工期长、风险大、质量难控，关键是柱内主钢筋在同一区段采用搭接连接将极大削弱结构的抗震性能；三是下段柱接头外表设置钢套管，上段混凝土钢套管内，沿柱周边布置的上下段主钢筋形成搭接长度，再灌注结合区段粘结材料形成整体混凝土柱，其优点是外套钢管增强了结合区段的传力性能，问题是灌注结合区段粘结材料工期长、费用高、质量难控，关键是柱内主钢筋在同一区段采用搭接连接将削弱结构抵抗高烈度地震的能力。

综上所述，现有装配式混凝土柱的连接构造存在两大缺陷：一是必须采用现浇或灌注实现上下预制节段柱的联结，二是该柱的结合区段均难以抵抗高烈度地震的作用。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种砼柱高抗震性能装配式连接构造，采用工厂预制节段，现场插入装配，钢套管法兰盘连接的方式进行混凝土柱的现场结整，可施工简便快捷、成本低、性能优。

本发明的砼柱高抗震性能装配式连接构造，包括上节段和下节段，所述上节段和下节段之间通过套管的形式相互嵌套并通过法兰结构固定连接；

所述上节段的下端面和下节段的上端面之间形成凹凸的嵌入式插接。

进一步，所述上节段外表面固定设有套管ⅰ，下节段外表面固定设有套管ⅱ，所述套管ⅰ设有法兰盘ⅰ，套管ⅱ设有法兰盘ⅱ，所述套管ⅰ和套管ⅱ沿轴向相互嵌套且通过法兰盘ⅰ和法兰盘ⅱ形成固定连接。

进一步，所述上节段的下端面形成向上的凹陷插接槽，所述下节段的上端面形成向上的凸出插接榫头，所述凸出插接榫头向上插接入凹陷插接槽使得上节段和下节段之间形成插接配合。

进一步，所述套管ⅰ内套于套管ⅱ，所述套管ⅱ上端部固定设置法兰盘ⅱ，套管ⅰ在设定位置固定设置法兰盘ⅰ，套管ⅰ由上向下伸入并内套于套管ⅱ后，所述法兰盘ⅱ和法兰盘ⅰ对接并固定连接。

进一步，所述法兰盘ⅱ与套管ⅱ一体成形，所述法兰盘ⅰ一体成形于套管ⅰ且靠近套管ⅰ上部，与法兰盘ⅰ一体成形向上延伸还形成加强管段。

进一步，所述套管ⅱ上端口内侧边缘设置内倒角，所述套管ⅰ下端外侧边缘设置外倒角。

进一步，所述上节段和下节段均由混凝土浇筑预制成形，上节段竖向设置的主筋ⅰ对应焊接于套管ⅰ内表面，下节段竖向设置的主筋ⅱ对应焊接于套管ⅱ内表面。

进一步，所述上节段和下节段均由混凝土浇筑预制成形，上节段的主筋ⅰ为竖向设置并焊接于套管ⅰ内表面，下节段的主筋ⅱ为竖向设置并焊接于套管ⅱ内表面。

进一步，位于加强管段外表面与法兰盘ⅰ上表面之间形成加强肋ⅰ，所述加强肋ⅰ为多个沿周向均匀分布的竖向加劲板；位于套管ⅱ外表面与法兰盘ⅱ下表面之间形成加强肋ⅱ，所述加强肋ⅱ为多个沿柱周边均匀分布的竖向加劲板。

进一步，所述套管ⅰ和套管ⅱ的嵌套部分之间、上节段的下端面和下节段的上端面之间以及凹陷插接槽和凸出插接榫头之间涂有结构胶。

进一步，所述凸出插接榫头近似于锥台结构，所述凹陷插接槽为与凸出插接榫头相适应并可对凸出插接榫头形成包容的锥台形槽。

本发明的有益效果是：本发明的砼柱高抗震性能装配式连接构造，本连接构造区段的任何部位在反复荷载(地震)下的传力性能均有足够保证：法兰盘连接的嵌套钢管承受拉力，套管约束内的混凝土即使损伤开裂也能传递压力，从而具有很好的抗震性能；本构造结合区段在小烈度地震作用下接缝的粘结胶无损，保持无裂正常柱的工作性能；在中烈度地震下混凝土横向接缝的粘结胶可能开裂，通过粘结胶结合的外围嵌套钢管受拉和管内混凝土受压承受地震引起的交变弯矩作用，保持正常钢筋混凝土柱的工作性能；在高烈度地震下即使外围嵌套管的粘结胶失效，仍有法兰盘的连接螺栓受拉和管内混凝土受压承受地震引起的交变弯矩作用，保持柱的承载能力而不致破坏。

因此，具有现有装配式混凝土柱技术无可比拟的抗震性能。

本发明采用在上下节段端部预埋设置有法兰盘的嵌套钢管插入式连接：嵌套钢管便于确保现场插入式连接的安装精度，套管结构(钢管)法兰盘强化了预制节段运输及安装阶段的抵抗变形的能力；外套管上端口内缘设置倒角和内套管下端口外缘设置倒角，以及内部上小下大的钢筋混凝土凸凹榫连接，均为现场安装插入提供了引导导入的方便，显著减低了高精度对位插入安装的难度。

本发明施工过程中界面涂胶、插入就位、法兰栓接，无在上下节段连接就位后再次灌注混凝土或粘结胶，现场施工简便快捷，连接质量可靠，结构受力明确，具有现有装配式混凝土柱技术无可比拟的施工简便性和质量可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明结构示意图；

图2为图1沿a-a向剖视图；

图3为图1沿b-b向剖视图；

图4为本发明实心结构示意图；

图5为本发明扁形结构柱的结构示意图；

图6为图5沿c-c向剖视图；

图7为图5沿d-d向剖视图。

具体实施方式

图1为本发明第一种实施例结构示意图,图2为图1沿a-a向剖视图，图3为图1沿b-b向剖视图；本实施例采用砼柱高抗震性能装配式连接构造形成的组合梁，包括上节段1和下节段2，上节段1和下节段2均为预制混凝土柱，当然内部需布置钢筋，在此不再赘述；所述上节段1和下节段2之间通过套管的形式相互嵌套并通过法兰结构固定连接；套管即为在上节段和下节段分别固定设有套管，上节段和下节段的套管之间形成嵌套连接，在此不再赘述；

所述上节段1的下端面和下节段2的上端面之间形成凹凸的嵌入式插接；

在连接区段的混凝土处于外套钢管约束条件下，能够耐受高烈度地震产生的反复弯矩作用，其内部为钢筋混凝土凸凹榫连接，避免了薄弱连接位于同一横截面，可适用于高烈度地震区的装配式混凝土柱。

本实施例中，所述上节段1外表面固定设有套管ⅰ3，下节段2外表面固定设有套管ⅱ4，所述套管ⅰ3设有法兰盘ⅰ5，套管ⅱ4设有法兰盘ⅱ6，所述套管ⅰ3和套管ⅱ4沿轴向相互嵌套且通过法兰盘ⅰ5和法兰盘ⅱ6形成固定连接；套管ⅰ3和套管ⅱ4在本实施例中为钢套管，制作简单，且可与上节段1和下节段2内的钢筋形成焊接从而达到较好的连接强度；为了实现套管ⅰ和套管ⅱ之间的相互嵌套，则其中之一应形成空置管段，在此不再赘述。

本实施例中，所述上节段1的下端面形成向上的凹陷插接槽，所述下节段2的上端面形成向上的凸出插接榫头201，所述凸出插接榫头201向上插接入凹陷插接槽(图中没有标记，凸出插接榫头201嵌入的槽即为凹陷插接槽)使得上节段1和下节段2之间形成插接配合；如图所示，凹陷插接槽为上小下大的锥台形结构槽，凸出插接榫头201为与凹陷插接槽相配合的上小下大的锥台形结构榫头；这里的锥台形结构根据混凝土柱的横截面的不同而不同，并不一定是圆锥台形结构，在此不再赘述；采用锥台形结构槽以及锥台形结构榫头结构方便装配和制作，且在抵抗地震以及其它外力的作用时具有减缓震动冲击的效果，特别是对于较大强度的震动，锥形结构的斜面具有较好的卸载作用。

本实施例中，所述套管ⅰ3内套于套管ⅱ4，如图所示，由于套管ⅰ3内套于套管ⅱ4，所述套管ⅱ4下部固定于下节段2外表面，上部空置并用于容纳并嵌套套管ⅰ3，在此不再赘述；所述套管ⅱ4上端部固定设置法兰盘ⅱ6，套管ⅰ3在设定位置固定设置法兰盘ⅰ5，该设定位置为在套管ⅰ3嵌套入套管ⅱ4后，法兰盘ⅱ6和法兰盘ⅰ5对接，在此不再赘述；套管ⅰ3由上向下伸入并内套于套管ⅱ4后，所述法兰盘ⅱ6和法兰盘ⅰ5对接并固定连接；如图所示，法兰盘ⅱ和法兰盘ⅰ对接并通过螺栓固定连接，结构简单，拆接方便。

本实施例中，所述法兰盘ⅱ6与套管ⅱ4一体成形，所述法兰盘ⅰ5一体成形于套管ⅰ3且靠近套管ⅰ3上部，与法兰盘ⅰ5一体成形向上延伸还形成加强管段301，加强管段301具有较好的支撑作用，同时，针对于法兰连接，延伸法兰结构对上节段的支撑，避免应力突变，从而达到较好的加强效果；如图所示，所述加强管段与套管ⅱ4处于同一直径参数附近，整体结构和尺寸协调一致，应力分布均匀一致，具有较高的承载以及抗震能力。

本实施例中，所述套管ⅱ4上端口内侧边缘设置内倒角，套管结构(钢管)法兰盘强化了预制节段运输及安装阶段的抵抗变形的能力，所述套管ⅰ3下端外侧边缘设置外倒角，配合以上小下大的锥台形结构筋混凝土凸凹榫连接，均为现场安装插入提供了引导导入的方便，显著减低了高精度对位插入安装的难度。

本实施例中，所述上节段1和下节段2均由混凝土浇筑预制成形，上节段1竖向设置的主筋ⅰ7对应焊接于套管ⅰ3内表面，下节段2竖向设置的主筋ⅱ8对应焊接于套管ⅱ4内表面，通过上、下节段与主钢筋焊接的预埋钢管的嵌套连接，确保了主筋传力的连续性和可靠性，并使连接区段的混凝土处于外套钢管约束条件下，能够耐受高烈度地震产生的反复交变荷载作用，可适用于高烈度地震区的装配式混凝土柱；这里的和套管ⅰ3内表面焊接的主筋ⅰ7以及和套管ⅱ4内表面焊接的主筋ⅱ8均指靠近外圈与对应的套管向邻近的主筋，在此不再赘述；其内部为钢筋混凝土凸凹榫连接，使嵌套钢管结合面、钢筋混凝土凸凹榫结合面分别位于沿柱高度连接区段的三个不同部位，避免了薄弱接缝部位集中于同一截面，有利于保证混凝土柱的力学性能。

本实施例中，位于加强管段301外表面与法兰盘ⅰ5上表面之间形成加强肋ⅰ9，所述加强肋ⅰ9为多个沿周向均匀分布的竖向加劲板；位于套管ⅱ4外表面与法兰盘ⅱ6下表面之间形成加强肋ⅱ10，所述加强肋ⅱ10为多个沿柱周边均匀分布的竖向加劲板；加强肋ⅰ与法兰盘ⅰ5和加强管段301之间以及加强肋ⅱ与法兰盘ⅱ6和套管ⅱ4之间可以是焊接成形，也可以是一体铸造成型，且需避开连接螺栓，在此不再赘述；本结构可显著增加法兰盘与套管本体之间的连接强度，从而有效增加连接构造本身的整体强度。

本实施例中，所述套管ⅰ3和套管ⅱ4的嵌套部分之间(即套管ⅰ3嵌套入套管ⅱ4后的套管ⅱ4内表面与套管ⅰ3外表面之间)、上节段1的下端面和下节段2的上端面之间以及凹陷插接槽和凸出插接榫头201之间涂有结构胶。

本实施例中，所述凸出插接榫头201近似于锥台结构，所述凹陷插接槽为与凸出插接榫头201相适应并可对凸出插接榫头形成包容的锥台形槽；如图所示，通过本连接构造形成的混凝土柱，横截面可以是圆形、矩形、椭圆形、扁圆形(图5、图6和图7所示)，可以是空心结构也可以是实心结构(图4所示)，在此不再赘述。

本发明现场主要施工步骤如下：一对上节段与下节段柱的结合界面涂抹结构胶；二吊装上节段柱准确插入下节段柱至外层钢套管和内部钢筋混凝土凸凹榫头按设定密切配合连接，并使界面结构胶在上节段自重作用下填满压实并自动挤出多余粘结胶；三对法兰盘i和法兰盘ii通过拧紧螺栓实现可靠连接。

当然，本发明的连接构造原理及无灌注施工方法可适用于各种截面形式的实心或空心混凝土。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。