CN103469900B - 冷库结构节点的预应力碳纤维螺纹钢筋加强结构及其方法 - Google Patents

Abstract

冷库结构节点的预应力碳纤维螺纹钢筋加强结构及其方法，在预制柱顶端设置预制梁，构成冷库结构节点，特征是预制柱与预制梁内部设有孔道，孔道内设有预制金属套筒和夹片粘结型锚具；预制金属套筒内设有预应力碳纤维螺纹钢筋；预制金属套筒内还浇注有高阻尼硅橡胶混凝土；夹片粘结型锚具为管状的金属筒，由锚环、夹片组成；夹持住预制金属套筒及其内部的预应力碳纤维螺纹钢筋。本发明中的碳纤维螺纹钢筋具有轻质、高强、耐低温、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳等优点，高阻尼硅橡胶混凝土也有耐低温的特点，可以有效加强装配式钢筋混凝土库体结构的节点，增强结构的整体性，提高库体的抗震性能。本发明的方法必宜于推广应用，具有显著的社会经济效益。

Description

冷库结构节点的预应力碳纤维螺纹钢筋加强结构及其方法

技术领域

本发明涉及一种装配式冷库结构节点的预应力碳纤维螺纹钢筋加强结构，以及这种冷库结构节点的预应力碳纤维螺纹钢筋加强结构的施工制备方法。尤其适用于低温下的钢筋混凝土库体结构，以有效加强结构节点，增强冷库整体性，使结构抗震性能得到提升。

背景技术

近年来，国内的冷库无论是在库容量还是其他方面都获得了快速发展，过去冷库大部分集中在大中城市，而现在小城镇也建了不少冷库；过去冷库为国家建造，现在一些个体户、集体也开始建造；过去冷库往往建在销售地，现在在产地也开始建造。这些都证明了中国的冷库行业开始以市场为主导良性发展。

冷库建筑形式开始时以现浇为主，最近装配式冷库开始快速发展。装配式冷库质量小，结构紧凑，安装快速、便捷，受到越来越多的用户的青睐。从20世纪80年代中期开始，我国自己设计建造的装配式冷库，库容小的为10t，大的能达到5000t。面对库容越来越大的装配式冷库，冷库的抗震性能也越来越需要得到重视。

然而，在抗震地区应用装配式钢筋混凝土冷库结构，会有很大的困难。装配式钢筋混凝土库体结构的抗震性能一直得不到提高，有很大的原因就是结构节点的连接在一定程度上影响了库体结构的整体性，降低了冷库的抗震性能。因此，要大力推广装配式钢筋混凝土库体结构，必须对节点进行加强。

碳纤维是一种主要由碳元素组成的特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90％以上。碳纤维具有一般碳素材料的共性，如耐高温、耐低温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。碳纤维是由含碳量较高、在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺精制而成的。碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，做成结构材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量在现有结构材料中是最高的。在强度、刚度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温、低温、化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。

碳纤维螺纹钢筋是采用多股连续碳纤维作为增强纤维，热固性树脂作为基体材料，将增强纤维和基体树脂胶合，通过固定截面形状的模具挤压、拉拔快速固化成型的复合材料。由于碳纤维螺纹钢筋具有轻质、高强、耐腐蚀、耐疲劳等优点，非常适合作为预应力筋用于强腐蚀性环境中。

发明内容

本发明的目的是提供一种装配式冷库结构节点的预应力碳纤维螺纹钢筋加强结构，以及这种冷库结构节点的预应力碳纤维螺纹钢筋加强结构的施工制备方法。该加强方式利用预应力碳纤维螺纹钢筋对装配式库体结构的节点施加预应力，可以有效加强装配式钢筋混凝土库体结构的节点，增强结构的整体性，提高库体的抗震性能。

完成上述发明任务所采用的技术方案是：一种冷库结构节点的预应力碳纤维螺纹钢筋加强结构，在预制柱顶端设置预制梁，构成冷库结构节点，其特征在于，所述的预制柱与预制梁内部设有孔道，该孔道内设有预制金属套筒和夹片粘结型锚具；该预制金属套筒内设有预应力碳纤维螺纹钢筋；该预制金属套筒内还浇注有高阻尼硅橡胶混凝土；所述的夹片粘结型锚具为管状的金属筒，由锚环、夹片组成；所述的夹片夹持住所述的预制金属套筒及其内部的预应力碳纤维螺纹钢筋。

本发明的锚固原理是：主要靠夹片施加预制金属套筒上的压力产生夹持作用，在预制金属套筒内注入高阻尼硅橡胶混凝土，再用夹片夹住预制金属套筒，向预制金属套筒、高阻尼硅橡胶混凝土和预应力碳纤维螺纹钢筋施加横向压力，通过高阻尼硅橡胶混凝土的粘结和夹片的横向压力综合作用形成锚固。预制金属套筒和高阻尼硅橡胶混凝土保证了夹片不会损伤预应力碳纤维螺纹钢筋，夹片内侧的细齿、预制金属套筒内环的螺纹和预应力碳纤维螺纹钢筋的螺纹，也保证了锚具内部良好的锚固效果。而且由于高阻尼硅橡胶混凝土有着高阻尼的特性，可以提高结构的整体性，增强结构整体的抗震性能。

本发明有以下优化方案：

1、所述的夹片内侧设有细齿；

2、所述的预制金属套筒内壁上设有内环螺纹；

3、所述的预应力碳纤维螺纹钢筋的两端均从预制金属套筒口部伸出一段，并弯起一个角度，方便两端用普通前卡式千斤顶张拉；

4、所述的预制梁中设备用的预制金属套筒，及备用的预制金属套筒内部备用的预应力碳纤维螺纹钢筋；例如：每个预制梁中有六个预制金属套筒，可以放入六组碳纤维螺纹钢筋，其中四个均匀分布在梁截面的四个角上，还有两个分布在正中间，作为将来预应力损失后的，张拉新的预应力碳纤维螺纹钢筋。

5、在竖直平面内，各个正交预制梁中的预制金属套筒要上下错开，保证在预制柱的预制金属套筒中能顺利通过。

6、所述的夹片为三片，互为120度角设置。

完成本申请第二个发明任务的技术方案是，上述冷库结构节点的预应力碳纤维螺纹钢筋加强结构的施工制备方法，其特征在于，步骤如下：

⑴.在预制梁、预制柱制作过程中，在预制梁、预制柱内部设置孔道；

⑵.在所述孔道内设置预制金属套筒和夹片粘结型锚具；

⑶.在所述预制金属套筒内，放入碳纤维螺纹钢筋；

⑷.所述碳纤维螺纹钢筋的两端均伸出预制金属套筒外一段，并弯起一个角度；

⑸.用前卡式千斤顶对碳纤维螺纹钢筋的两端进行张拉，形成预应力；

⑹.在预制金属套筒内从一端向另一端注入高阻尼硅橡胶混凝土；

⑺.在高阻尼硅橡胶混凝土硬化后，再用夹片夹住预制金属套筒，产生横向压力并进行锚固；

⑻.撤去千斤顶后形成预应力碳纤维螺纹钢筋。

在优化方案中，本发明增加有以下步骤：

⑴-1. 在预制梁、预制柱制作过程中，在预制梁、预制柱内部设置备用的孔道；

⑵-1. 在所述备用的孔道内设置备用的预制金属套筒和备用的夹片粘结型锚具；

⑶-1. 在所述备用的预制金属套筒内，放入备用的碳纤维螺纹钢筋；

⑷-1.所述备用的碳纤维螺纹钢筋的两端均伸出预制金属套筒外一段，并弯起一个角度；

所述的步骤⑴-1、⑵-2、⑶-3、⑷-1，可以分别在步骤⑴、⑵、⑶、⑷之后进行，也可以分别与步骤⑴、⑵、⑶、⑷同时进行。

当所述预应力碳纤维螺纹钢筋的预应力损失后，进行以下步骤：

⑼. 用前卡式千斤顶对备用的碳纤维螺纹钢筋的两端进行张拉，形成预应力；

⑽.在备用的预制金属套筒内从一端向另一端注入高阻尼硅橡胶混凝土；

⑾.在高阻尼硅橡胶混凝土硬化后，再用备用的夹片夹住备用的预制金属套筒，产生横向压力并进行锚固；

⑿.撤去千斤顶后形成新的预应力碳纤维螺纹钢筋。

换言之，本发明中该节点加强方式包括预应力碳纤维螺纹钢筋、预制金属套筒（内环有螺纹）、夹片粘结型锚具、高阻尼硅橡胶混凝土、锚环、夹片。其中，在预制梁、柱制作过程中，把夹片粘结型锚具和预制金属套筒放入指定位置。预制梁、预制柱拼装完成后，通过预制金属套筒，放入碳纤维螺纹钢筋，两端均伸出一段碳纤维螺纹钢筋并弯起一个角度，方便两端用普通前卡式千斤顶张拉，使碳纤维螺纹钢筋形成预应力，在预制金属套筒内从一端向另一端注入高阻尼硅橡胶混凝土，在高阻尼硅橡胶混凝土硬化后，再用夹片夹住预制金属套筒，产生横向压力并进行锚固，撤去千斤顶后形成预应力碳纤维螺纹钢筋。每个预制梁中有六个预制金属套筒，可以放入六组碳纤维螺纹钢筋，其中四个均匀分布在梁截面的四个角上，还有两个分布在正中间，作为将来预应力损失后的，张拉新的预应力碳纤维螺纹钢筋。同时，在竖直平面内正交预制梁的预制金属套筒要上下错开，保证在预制柱的预制金属套筒中能顺利通过。

夹片粘结型锚具为管状的金属筒，由锚环、夹片组成，在金属套筒内注入高阻尼硅橡胶混凝土，其中一部分力通过高阻尼硅橡胶混凝土的粘结力传递至金属套筒，并通过粘结和夹片横向压力的综合作用进行锚固，锚固效果很好，且可用于锚固多根非金属预应力筋。预应力碳纤维螺纹钢筋张拉后，对梁和柱的每一个截面都施加了压力，并通过夹片粘结型锚具避免预制梁受到过大的集中力，从而把预应力碳纤维螺纹钢筋的力较为分散地通过锚具传给预制梁。夹片粘结型锚具的位置设在预制梁内，伸出一段碳纤维螺纹钢筋到梁外，并把碳纤维螺纹钢筋弯起一个角度，方便千斤顶张拉碳纤维螺纹钢筋，并在张拉后用锚具锚固。因此预应力碳纤维螺纹钢筋可以通过锚具给预制梁柱结构节点施加预压力，起到加强的作用，并可以充分发挥混凝土抗压能力较强的优势。

预应力碳纤维螺纹钢筋，会对梁和柱的截面施加压力，对结构节点处施加预应力，也利用螺纹钢筋和金属套筒内环的螺纹，增加与高阻尼硅橡胶混凝土的结合力。这些特点加强了结构节点处的整体性，也发挥混凝土抗压能力强的优势。而且碳纤维螺纹钢筋具有耐低温、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳等优点，同时所填充的高阻尼硅橡胶混凝土也有很好的耐低温特点，适用于冷库的特殊环境。

有益效果：在现有装配式冷库结构节点周围，通过预应力碳纤维螺纹钢筋给冷库梁柱节点施加预应力，改善了现有装配式冷库结构节点连接性能较差的问题，增强了装配式冷库结构的整体性，提高了结构节点的抗震性能。并且碳纤维螺纹钢筋具有轻质、高强、耐低温、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳等优点，高阻尼硅橡胶混凝土也有耐低温的特点，适合用于冷库所需的特殊环境。可以有效加强装配式钢筋混凝土库体结构的节点，增强结构的整体性，提高库体的抗震性能。随着预制装配式结构的推广以及建筑工业化的日益重视和快速发展，该预应力碳纤维螺纹钢筋加强冷库结构节点的方法必将得到广泛的工程应用，产生显著的社会经济效益。

附图说明：

图1  采用预应力碳纤维螺纹钢筋加强后冷库结构节点剖面正视图；

图2  采用预应力碳纤维螺纹钢筋加强后冷库结构节点俯视图；

图3  夹片粘结型锚具正视图；

图4  夹片粘结型锚具左视图；

图5  预制梁剖面正视图。

具体实施方式

实施例1，装配式冷库结构节点的预应力碳纤维螺纹钢筋加强结构，参看图1-图5：该节点加强方式包括预应力碳纤维螺纹钢筋1、预制金属套筒2、夹片粘结型锚具3、高阻尼硅橡胶混凝土4、锚环5、夹片6。在预制梁、柱制作过程中，在指定位置放入夹片粘结型锚具3和预制金属套筒2。完成预制梁、预制柱拼装后，在预制金属套筒2中放入碳纤维螺纹钢筋1，碳纤维螺纹钢筋1两端伸出预制梁并弯起一个角度，方便在两端用普通前卡式千斤顶张拉，使碳纤维螺纹钢筋1形成预应力，同时把耐低温的高阻尼硅橡胶混凝土4注入预制金属套筒2中，等高阻尼硅橡胶混凝土4硬化后用夹片6夹住预制金属套筒2，松开千斤顶。在俯视图内正交预制梁的预制金属套筒2要上下错开，保证在预制柱的预制金属套筒2中能顺利通过。夹片粘结型锚具3由锚环5、夹片6组成，夹片数量3片，夹片带有细齿，锚固原理主要靠夹片施加预制金属套筒2上的压力产生夹持作用，在预制金属套筒2内注入高阻尼硅橡胶混凝土4，再用夹片6夹住预制金属套筒2，向预制金属套筒2、高阻尼硅橡胶混凝土4和预应力碳纤维螺纹钢筋1施加横向压力，通过高阻尼硅橡胶混凝土4的粘结和夹片6的横向压力综合作用形成锚固。预制金属套筒2和高阻尼硅橡胶混凝土4保证了夹片6不会损伤预应力碳纤维螺纹钢筋1，夹片6内侧的细齿、预制金属套筒2内环的螺纹和预应力碳纤维螺纹钢筋1的螺纹，也保证了锚具内部良好的锚固效果。而且由于高阻尼硅橡胶混凝土4有着高阻尼的特性，可以提高结构的整体性，增强结构整体的抗震性能。

预留下的两个金属孔道也放入预制金属套筒2，但不放入预应力碳纤维螺纹钢筋1，只有在预应力损失需要增加预应力，才在预留的金属孔道内放入预应力碳纤维螺纹钢筋1进行张拉。

Claims (2)

1. 一种冷库结构节点的预应力碳纤维螺纹钢筋加强结构的施工制备方法，其特征在于，步骤如下：

⑴.在预制梁、预制柱制作过程中，在预制梁、预制柱内部设置孔道；

⑵.在所述孔道内设置预制金属套筒和夹片粘结型锚具；

⑶.在所述预制金属套筒内，放入碳纤维螺纹钢筋；

⑷.所述碳纤维螺纹钢筋的两端均伸出预制金属套筒外一段，并弯起一个角度；

⑸.用前卡式千斤顶对碳纤维螺纹钢筋的两端进行张拉，形成预应力；

⑹.在预制金属套筒内从一端向另一端注入高阻尼硅橡胶混凝土；

⑺.在高阻尼硅橡胶混凝土硬化后，再用夹片夹住预制金属套筒，产生横向压力并进行锚固；

⑻.撤去千斤顶后形成预应力碳纤维螺纹钢筋。

2. 根据权利要求1所述的冷库结构节点的预应力碳纤维螺纹钢筋加强结构的施工制备方法，其特征在于，增加有以下步骤：

⑴-1. 在预制梁、预制柱制作过程中，在预制梁、预制柱内部设置备用的孔道；

⑵-1. 在所述备用的孔道内设置备用的预制金属套筒和备用的夹片粘结型锚具；

⑶-1. 在所述备用的预制金属套筒内，放入备用的碳纤维螺纹钢筋；

⑷-1.所述备用的碳纤维螺纹钢筋的两端均伸出预制金属套筒外一段，并弯起一个角度；

所述的步骤⑴-1、⑵-2、⑶-3、⑷-1，分别在步骤⑴、⑵、⑶、⑷之后进行，或者分别与步骤⑴、⑵、⑶、⑷同时进行；

当所述预应力碳纤维螺纹钢筋的预应力损失后，进行以下步骤：

⑼. 用前卡式千斤顶对备用的碳纤维螺纹钢筋的两端进行张拉，形成预应力；

⑽.在备用的预制金属套筒内从一端向另一端注入高阻尼硅橡胶混凝土；

⑾.在高阻尼硅橡胶混凝土硬化后，再用备用的夹片夹住备用的预制金属套筒，产生横向压力并进行锚固；

⑿.撤去千斤顶后形成新的预应力碳纤维螺纹钢筋。