一种UHPC连接的预制预应力混凝土框架结构体系及其设计、施工方法技术

本发明专利技术公开了一种UHPC连接的预制预应力混凝土框架结构体系，包括预制混凝土上柱、预制混凝土下柱、预制预应力混凝土叠合梁、UHPC节点核心区和叠合板。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，预应力筋和普通钢筋伸出预制预应力混凝土梁端面并直接锚固或弯折锚固在UHPC节点核心区内。该结构体系不仅现场施工方便快速、提高构件安装效率，而且既能大幅度减少钢筋锚固长度，大幅减少节点核心区箍筋用量，避免节点核心区钢筋拥挤，又能减小构件截面高度，减轻自重、提高构件抗裂性能，从而改善整体框架结构的抗震性能。框架结构的抗震性能。框架结构的抗震性能。

【技术实现步骤摘要】
一种UHPC连接的预制预应力混凝土框架结构体系及其设计、施工方法


[0001]本专利技术涉及预制预应力装配式建筑施工
，具体地说，特别涉及到一种UHPC连接的预制预应力混凝土框架结构体系及其设计、施工方法。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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预应力技术和UHPC(UltraHigh Performance Concrete，超高性能混凝土)材料。
[0004]预应力装配式混凝土结构分为先张预应力装配式混凝土结构和后张预应力装配式混凝土结构，先张预应力装配式混凝土结构，是在制作构件之前就张拉预应力筋而后浇筑构件，后张预应力装配式混凝土结构，是在制作构件时先预埋预应力筋或波纹管再浇筑混凝土而后再张拉预应力筋，最后再将各个构件组装在一起的结构。预应力在混凝土截面产生的内应力，可以部分或全部抵消使用荷载下截面的应力，延缓裂缝的出现并提高构件的刚度。在卸载时，裂缝可以部分或完全闭合，结构的弹性恢复性能好。同时，预应力混凝土可以充分利用预应力筋和混凝土的材料强度，减轻结构自重。且预应力的施加有助于装配式结构使用性能和整体性的改善，促进装配式结构在大跨、重载结构中的应用。
[0005]UHPC具有优良的粘结性能，能大幅减少钢筋、预应力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。预应力结构具有优异的受力性能，将UHPC应用于节点核心区，形成预制预应力框架结构。对该结构进行深入研究，有利于进一步推广和应用预制预应力混凝土框架结构。

技术实现思路

[0006]本专利技术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连接的预制预应力混凝土框架结构体系及其设计、施工方法。其结合了先张或后张预应力结构和装配式结构以及叠合结构这三种传统结构，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。
[0007]本专利技术的优势主要体现在预制混凝土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，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，本专利技术提出的UHPC连接的预制预应力混凝土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。
[0008]本专利技术所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
[0009]一种UHPC连接的预制预应力混凝土框架结构体系，包括预制混凝土上柱、预制混凝土下柱、预制预应力混凝土叠合梁、UHPC节点核心区以及叠合板；
[0010]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，预制预应力混凝土叠合梁内设有预制预应力混凝土梁和梁叠合层，预制预应力混凝土梁设有预应力筋和普通钢筋，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；
[0011]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，预应力筋和普通钢筋伸出预制预应力混凝土梁端面并直接锚固或间接锚固在UHPC节点核心区内；
[0012]所述预制预应力混凝土叠合梁，也可为全预制预应力混凝土梁；所述预应力筋包括先张直线或折线形预应力筋和后张有粘结、无粘结、缓粘结的直线、折线、曲线形预应力筋；
[0013]所述预制预应力混凝土叠合梁在浇筑梁叠合层、板叠合层和UHPC节点核心区之前按预应力混凝土简支梁进行施工验算，在浇筑UHPC节点核心区、梁叠合层和板叠合层之后，按照框架梁进行计算；对于无粘结预应力梁，在正常使用极限状态时，按有效预应力进行计算，在极限承载极限状态时，考虑无粘结筋的应力增量。
[0014]进一步的，预制预应力混凝土叠合梁由预制预应力混凝土梁和梁叠合层组成；叠合板由预制混凝土板和浇筑在板上的板叠合层组成。
[0015]进一步的，预制混凝土上柱的底面、预制混凝土下柱的顶面、预制预应力混凝土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)。
[0016]进一步的，用可靠支撑将预制混凝土上柱固定在相应位置。
[0017]进一步的，所述预制混凝土上柱、预制混凝土下柱、预制预应力混凝土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。
[0018]进一步的，所述预制预应力混凝土梁和所述预制混凝土板的顶面设置毛面层。
[0019]本专利技术还提供了该体系的设计方法，包括以下步骤：
[0020]步骤1：梁、柱按现有规范、专利技术专利进行设计；
[0021]步骤2：其节点的抗震设计需按下列方法进行：计算节点水平受剪承载力V
jh
；
[0022]步骤3：贯穿中柱的每根梁纵向钢筋直径，不宜大于柱在该方向截面尺寸的1/18和x中较小值。
[0023]一种UHPC连接的预制预应力混凝土框架结构体系，包括以下步骤：
[0024]步骤1：制作预制混凝土下柱、预制混凝土上柱、预制预应力混凝土梁、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；预制预应力混凝土梁伸出的普通钢筋和预应力筋锚入节点核心区需预留足够的锚固长度；其中，在制作预制预应力混凝土梁时，预应力筋为先张预应力筋时，在台座上先张拉预应力筋再浇筑混凝土，待混凝土达到足够的强度时放张预应力筋并在预制梁端预留足够的锚固长度；预应力筋为后张预应力筋时，先将后张预应力筋预埋在设计位置 (有粘结需预埋波纹管)，并在两端预留出足够的长度，而后再浇筑混凝土，在混凝土达到设计张拉强度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种UHPC连接的预制预应力混凝土框架结构体系，包括预制(或现浇)混凝土上柱(1)、预制(或现浇)混凝土下柱(2)、预制预应力混凝土叠合梁(3)、UHPC节点核心区(4)以及叠合板(5)；其特征在于，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)，预制预应力混凝土叠合梁(3)内设有预制预应力混凝土梁(8)和梁叠合层(9)，预制预应力混凝土梁(8)设有预应力筋(10)和普通钢筋(11)，梁叠合层(9)内设有顶部通长钢筋(12)，叠合板(5)由预制混凝土板(13)和浇筑在板上的板叠合层(14)组成；其特征在于，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，预应力筋(10)和普通钢筋(11)伸出预制预应力混凝土梁(8)端面并直接锚固或弯折锚固在UHPC节点核心区(4)内；其特征在于，所述预制预应力混凝土叠合梁(3)，也可为全预制预应力混凝土梁；所述预应力筋(10)包括先张直线或折线形预应力筋和后张有粘结、无粘结、缓粘结的直线、折线、曲线形预应力筋；其特征在于，所述预制预应力混凝土叠合梁(3)在浇筑梁叠合层(9)、板叠合层(14)和UHPC节点核心区(4)之前按预应力混凝土简支梁进行施工验算，在浇筑UHPC节点核心区(4)、梁叠合层(9)和板叠合层(14)之后，按照框架梁进行计算；对于无粘结预应力梁，在正常使用极限状态时，按有效预应力进行计算，在极限承载极限状态时，考虑无粘结筋的应力增量。2.根据权利要求1所述的UHPC连接的预制预应力混凝土框架结构体系，其特征在于，预制预应力混凝土叠合梁(3)由预制预应力混凝土梁(8)和梁叠合层(9)组成；叠合板(5)由预制混凝土板(13)和浇筑在板上的板叠合层(14)组成。3.根据权利要求1所述的UHPC连接的预制预应力混凝土框架结构体系，其特征在于，预制混凝土上柱(1)的底面、预制混凝土下柱(2)的顶面、预制预应力混凝土叠合梁(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)。4.根据权利要求1所述的UHPC连接的预制预应力混凝土框架结构体系，其特征在于，用可靠支撑(15)将预制混凝土上柱(1)固定在相应位置。5.根据权利要求1所述的UHPC连接的预制预应力混凝土框架结构体系，其特征在于，所述预制混凝土上柱(1)、预制混凝土下柱(2)、预制预应力混凝土叠合梁(3)内的箍筋(16)分为加密区和非加密区，所述UHPC节点核心区(4)内的箍筋(17)按设计需求布置，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。6.根据权利要求1所述的UHPC连接的预制预应力混凝土框架结构体系，其特征在于，所述预制预应力混凝土梁(8)和所述预制混凝土板(13)的顶面设置毛面层。7.一种根据权利要求1所述的UHPC连接的预制预应力混凝土框架结构体系的设计方法，其特征在于：除梁、柱按现有规范、发明专利进行设计外，其节点的抗震设计需按下列方法进行：(a)框架梁柱节点的抗剪承载力应符合下列规定：
V
jh
＝V
sh
+V
ch
+V
fh
V
sh
＝α
·
A
sjh<...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊学玉，张大伟，严来章，王平山，冯传山，刘举，谢一凡，
申请(专利权)人：上海同吉建筑工程设计有限公司，
类型：发明
国别省市：