一种UHPC连接的预制混凝土开孔梁框架结构体系及其设计、施工方法

一种uhpc连接的预制混凝土开孔梁框架结构体系及其设计、施工方法
技术领域
1.本发明涉及预制装配式建筑施工技术领域，具体地说，特别涉及到一种uhpc连接的预制混凝土开孔梁框架结构体系及其设计、施工方法。


背景技术：

2.现浇结构的施工效率低、能源损耗高等诸多局限性，逐渐难以适应建筑工业化的发展要求。预制装配式建筑因其施工速度快、构件工厂化生产、减少现场湿作业和减少环境污染等优势，已经成为建筑工业化的发展方向。经过多年的发展和推广，预制装配式混凝土结构已得到广泛的研究和使用。
3.预制装配式混凝土框架结构是指梁柱构件在预制厂预制，运输至施工现场进行连接形成整体结构的结构。与现浇混凝土结构相比，它具备施工速度快、构件质量易保障、质量好、对环境污染小、节省人工费、节省大量模板和支撑等优点，是具有十分广阔前景的结构形式。对湿连接装配式混凝土框架结构来说，易施工且有效保证整体性的节点构造形式是其推广应用的关键。但是从以往的地震灾害来看，装配式结构在地震中破坏较为严重，很难达到和现浇结构相同的抗震性能。为提高装配式混凝土框架节点连接的整体性和可靠性，达到甚至超过现浇混凝土结构的抗震性能，在装配式结构中引进了uhpc (ultra high performance concrete，超高性能混凝土)材料。
4.uhpc具有优良的粘结性能，能大幅减少钢筋在其中的锚固长度；其强度高，可减少节点核心区箍筋用量，将uhpc用于节点核心区，可使构造简单且框架整体性好，保证强节点弱构件、强柱弱梁设计原则的实现，保证梁端出现塑性铰进行耗能。将uhpc应用于节点核心区，形成预制框架结构，对该结构进行深入研究，有利于进一步推广和应用预制混凝土框架结构。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，结合uhpc的优良性能，提出了一种uhpc连接的预制混凝土开孔梁框架结构体系及其设计、施工方法。其结合了装配式结构和叠合结构这两种传统结构，并采用了uhpc高性能材料，从而达到改善预制装配式混凝土框架结构的抗震性能的目的。
6.本发明的优势主要体现在预制混凝土开孔梁柱构件的连接技术和构件之间的钢筋连接技术两个方面。在构件连接技术方面，梁柱构件之间通过具有优良性能的uhpc进行连接，形成uhpc节点核心区，节点核心区箍筋可以大幅度减少，更容易实现强节点弱构件的抗震设防要求，从而提升梁柱节点的延性，进而改善整体框架结构的抗震性能。在钢筋连接技术方面，梁柱构件之间的钢筋仅需要简单的搭接，且搭接长度很小，从而大大节省了预制构件的制作时间和现场安装时间。因此，本发明提出的uhpc连接的预制混凝土开孔梁框架结构体系及其施工方法，符合我国建筑工业化的绿色发展战略。
7.本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
8.一种uhpc连接的预制混凝土开孔梁框架结构体系，包括预制混凝土上柱、预制混凝土下柱、预制混凝土开孔叠合梁、uhpc节点核心区以及叠合板；
9.所述预制混凝土上柱内设有上纵向主筋，预制混凝土下柱内设有下纵向主筋，预制混凝土开孔叠合梁内设有预制混凝土开孔梁和梁叠合层，预制混凝土开孔梁设有普通钢筋，必要时也可在孔口周围设有吊筋或钢筋网片，钢筋网片也可以采用焊接钢筋网，梁叠合层内设有顶部通长钢筋，叠合板由预制混凝土板和浇筑在板上的板叠合层组成；
10.所述上纵向主筋伸出预制上柱底面并直接锚固在uhpc节点核心区内，下纵向主筋伸出预制下柱顶面并直接锚固在uhpc节点核心区内，普通钢筋伸出预制混凝土开孔梁端面并直接锚固或弯折锚固在 uhpc节点核心区内；
11.所述预制混凝土开孔叠合梁，也可为全预制混凝土开孔梁。
12.进一步的，预制混凝土开孔叠合梁由预制混凝土开孔梁和梁叠合层组成；叠合板由预制混凝土板和浇筑在板上的板叠合层组成。
13.进一步的，预制混凝土上柱的底面、预制混凝土下柱的顶面、预制混凝土开孔叠合梁的端面均设有内陷的凹槽(梁端也可设置u型槽，必要时可设置构造抗剪钢筋)。
14.进一步的，用可靠支撑将预制混凝土上柱固定在相应位置。
15.进一步的，所述预制混凝土上柱、预制混凝土下柱、预制混凝土开孔叠合梁内的箍筋分为加密区和非加密区，所述uhpc节点核心区内的箍筋根据设计需求布置，核心区的抗剪承载力计算按斜压杆与桁架模型计算，并考虑将uhpc内的钢纤维等效成水平箍筋和竖向纵筋，考虑其对节点核心区抗剪的贡献。
16.进一步的，所述预制混凝土开孔梁和所述预制混凝土板的顶面设置毛面层。
17.本发明还提供了该体系的设计方法，包括以下步骤：
18.步骤1：梁、柱按现有规范、发明专利进行设计；
19.步骤2：预制混凝土开孔梁中开孔位置应尽可能位于跨中1/3区段，当位于梁端1/3区段时，孔洞靠近节点的边缘到节点内边缘的距离应大于1倍梁高。
20.一种uhpc连接的预制混凝土开孔梁框架结构体系，包括以下步骤：
21.步骤1：制作预制混凝土下柱、预制混凝土上柱、预制混凝土开孔梁、预制混凝土板；其中，预制混凝土下柱、预制混凝土上柱伸出纵筋锚入节点核心区需预留足够的锚固长度；预制混凝土开孔梁伸出的普通钢筋锚入节点核心区需预留足够的锚固长度；
22.步骤2：待预制构件制作完成后，吊装预制混凝土下柱并将其安装在基础上，然后在伸出的纵向主筋上安装合适数量的箍筋；
23.步骤3：将预制混凝土开孔梁吊装至预制混凝土下柱顶面，使预制混凝土开孔梁的底面与预制混凝土下柱的顶面平齐，使预制混凝土开孔梁的端部搭放在预制混凝土下柱上，并用支撑加以固定；其中，两侧预制混凝土开孔梁伸出的钢筋在节点核心区合理避开并直接锚固；
24.步骤4：将预制混凝土上柱吊装至预制混凝土下柱正上方，用可靠支撑将预制混凝土上柱固定在相应位置，并将步骤2中安装的箍筋绑扎好；其中，预制混凝土上下柱伸出钢筋在节点核心区合理避开并采用直接锚固；
25.步骤5：将顶部通长钢筋穿过叠合层预留的箍筋以及节点核心区并绑扎好，而后浇
筑uhpc节点核心区，并设置模板使得uhpc不会进入梁叠合层部分；
26.步骤6：将预制混凝土平板(或叠合板、双t板、次梁)吊装至预制混凝土开孔梁上，并加以固定；
27.步骤7：浇筑梁叠合层和板叠合层；
28.步骤8：重复上述制作过程，完成预制混凝土开孔梁框架结构体系。
29.与现有技术相比，本发明的优点在于：
30.本发明采用了具有优良性能的uhpc材料，将其应用在节点核心区，能够实现预制梁柱构件的可靠锚固，不仅可以提升节点的承载能力和抗震性能，还能大幅度减少钢筋的锚固长度，并能显著减少节点核心区箍筋用量，从而避免了节点核心区钢筋拥挤，并且大大提高了预制梁柱构件的制作、运输以及安装效率。节点核心区uhpc的使用使得框架结构能在地震中实现梁端出现塑性铰进行耗能，实现强节点弱构件、强柱弱梁的设计原则。
附图说明
31.图1为本发明的uhpc连接的预制混凝土开孔梁框架结构体系的结构示意图
32.图2为本发明的一榀两跨框架结构配筋示意图
33.图3为本发明的一榀两跨框架结构材料示意图
34.图4为本发明的中间层框架边节点构造详图
35.图5为本发明的中间层框架边节点轴测图
36.图6为本发明的中间层框架中节点构造详图
37.图7为本发明的中间层框架中节点轴测图
具体实施方式
38.为使本发明的特征、目的和优点能够更好的易于理解，下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步阐述。
39.如图1-7所示，本发明所述的一种uhpc连接的预制混凝土开孔梁框架结构体系，包括预制混凝土上柱(1)、预制混凝土下柱(2)、预制混凝土开孔叠合梁(3)、uhpc节点核心区(4)以及叠合板 (5)；
40.所述预制混凝土上柱(1)内设有上纵向主筋(6)，预制混凝土下柱(2)内设有下纵向主筋(7)，预制混凝土开孔叠合梁(3)内设有预制混凝土开孔梁(8)和梁叠合层(9)，预制混凝土开孔梁(8)设有普通钢筋(10)，梁叠合层(9)内设有顶部通长钢筋(11)，叠合板(5)由预制混凝土板(12)和浇筑在板上的板叠合层(13)组成；
41.所述上纵向主筋(6)伸出预制上柱(1)底面并直接锚固在uhpc节点核心区(4)内，下纵向主筋 (7)伸出预制下柱(2)顶面并直接锚固在uhpc节点核心区(4)内，普通钢筋(10)伸出预制混凝土开孔梁(8)端面并直接锚固或弯折锚固在uhpc节点核心区(4)内；
42.所述预制混凝土开孔叠合梁(3)，也可为全预制混凝土开孔梁；
43.所述预制混凝土开孔叠合梁(3)由预制混凝土开孔梁(8)和梁叠合层(9)组成；叠合板(5)由预制混凝土板(12)和浇筑在板上的板叠合层(13)组成；
44.所述预制混凝土上柱(1)的底面、预制混凝土下柱(2)的顶面、预制混凝土开孔叠合梁(3)的端面均设有内陷的凹槽(梁端也可设置u型槽，必要时可设置构造抗剪钢筋)；
45.所述预制混凝土上柱(1)，用可靠支撑(14)将预制混凝土上柱(1)固定在相应位置；
46.所述预制混凝土上柱(1)、预制混凝土下柱(2)、预制混凝土开孔叠合梁(3)内的箍筋(15)分为加密区和非加密区，所述uhpc节点核心区(4)内的箍筋(16)按设计需求布置，核心区的抗剪承载力计算按软化的拉压杆模型计算，并考虑将uhpc内的钢纤维等效成水平箍筋和竖向纵筋，考虑其对节点核心区抗剪的贡献；
47.所述预制混凝土开孔梁(8)和所述预制混凝土板(12)的顶面设置毛面层。
48.该体系的抗震设计包括以下步骤：
49.步骤1：梁、柱按现有规范、发明专利进行设计；
50.步骤2：预制混凝土开孔梁中开孔位置应尽可能位于跨中1/3区段，当位于梁端1/3区段时，孔洞靠近节点的边缘到节点内边缘的距离应大于1倍梁高。
51.一种uhpc连接的预制混凝土开孔梁框架结构体系，其特征在于，包括以下步骤：
52.步骤1：制作预制混凝土下柱(2)、预制混凝土上柱(1)、预制混凝土开孔梁(8)、预制混凝土板 (12)；其中，预制混凝土下柱(2)、预制混凝土上柱(1)伸出纵筋锚入节点核心区(4)需预留足够的锚固长度；预制混凝土开孔梁(8)伸出的普通钢筋锚入节点核心区(4)需预留足够的锚固长度；
53.步骤2：待预制构件制作完成后，吊装预制混凝土下柱(2)并将其安装在基础上，然后在伸出的纵向主筋(7)上安装合适数量的箍筋(16)；
54.步骤3：将预制混凝土开孔梁(8)吊装至预制混凝土下柱(2)顶面，使预制混凝土开孔梁(8)的底面与预制混凝土下柱(2)的顶面平齐，使预制混凝土开孔梁(8)的端部搭放在预制混凝土下柱(2) 上，并用支撑加以固定；其中，两侧预制混凝土开孔梁(8)伸出的钢筋(10)在节点核心区合理避开并直接锚固；
55.步骤4：将预制混凝土上柱(1)吊装至预制混凝土下柱(2)正上方，用可靠支撑(14)将预制混凝土上柱(1)固定在相应位置，并将步骤2中安装的箍筋(16)绑扎好；其中，预制混凝土上下柱伸出钢筋在节点核心区合理避开并采用直接锚固；
56.步骤5：将顶部通长钢筋(11)穿过叠合层预留的箍筋(15)以及节点核心区(4)并绑扎好，而后浇筑uhpc节点核心区(4)，并设置模板使得uhpc不会进入梁叠合层(9)部分；
57.步骤6：将预制混凝土平板(或叠合板、双t板、次梁)(12)吊装至预制混凝土开孔梁(8)上，并加以固定；
58.步骤7：浇筑梁叠合层(9)和板叠合层(13)；
59.步骤8：重复上述制作过程，完成预制混凝土开孔梁框架结构体系。
60.以上所述，仅仅是对本发明进行的示例性描述，显然本发明的具体实施并不受上述方式的限制，即该描述没有限制性，在不脱离本发明的方法构思和技术方案的前提下，本发明可轻易地进行各种改进、变化或替换，这些改进和变化均属于本发明的保护范围。