基于ECC永久模板螺栓定位的型钢混凝土巨柱及施工方法

基于ecc永久模板螺栓定位的型钢混凝土巨柱及施工方法
技术领域
1.本发明涉及基于ecc永久模板螺栓定位的型钢混凝土巨柱及施工方法，属于土木工程技术领域。
2.

背景技术：

3.型钢混凝土巨型柱是广泛用于超高层建筑和大跨桥梁墩柱的受力构件，多用在重载结构的底层或低层，往往尺寸巨大，受力复杂。传统的型钢混凝土巨型柱现场施工包括型钢柱芯架立、栓钉焊接、钢筋绑扎、模板安装、混凝土浇筑和模板拆除等繁琐工序，不仅劳动密集程度大、耗时耗力，且施工质量难以保证，模板也难以回收利用，造成不必要的材料浪费；另外，普通混凝土保护层受力性能差，耐久性差，极端荷载和恶劣环境下难以长期维持构件的正常服役。
4.工程水泥基复合材料（engineered cementitious composites, ecc）为近年来土木工程领域逐渐发展起来的一种高性能水泥基材料，具有受拉应变硬化、细微裂缝多缝开展和极强的塑性变形能力，其受拉极限应变能力可达普通混凝土300倍以上；且ecc孔隙结构致密，透水性低，抗腐蚀性好，具有其强的耐久性。
5.但是ecc本身成本高，价格贵，大量使用会增加工程造价。因此，本发明提出一种半预制施工方法来解决上述所述问题，仅在柱子受力最薄弱的保护层采用ecc制造，同时， ecc兼作型钢混凝土巨型柱的永久模板，不仅大大提高施工效率，且改善保护层受力性能，提高柱子耐久性，同时最大限度降低经济成本。
6.

技术实现要素：

7.本发明提供的基于ecc永久模板螺栓定位的型钢混凝土巨柱及施工方法，半预制施工方法可操作性强，有效减少目前施工中支模拆模和钢筋绑扎的复杂工序，凭借ecc永久模板自身优越材料性能，克服普通混凝土保护层脆性显著的缺点，同时提高构件耐久性。
8.本发明采用如下技术方案：本发明所述的基于ecc永久模板螺栓定位的型钢混凝土巨柱，包括型钢柱芯，ecc模板，螺杆；所述的型钢柱芯的四个翼缘外表面设有螺杆，所述型钢柱芯的四个翼缘外表面分别布设一块ecc模板，ecc模板通过螺杆固定在型钢柱芯上；所述的型钢柱芯四周通过ecc模板围合形成方形柱状结构，所述型钢柱芯与ecc模板之间的空腔内浇筑混凝土。
9.本发明所述的基于ecc永久模板螺栓定位的型钢混凝土巨柱，所述的ecc模板的截面呈梯形状，所述ecc模板的两端倾斜面的夹角为45
°
；所述的ecc模板上设有用于贯穿螺杆的预留孔，所述预留孔为若干个，若干个所述的预留孔呈矩阵形排列。
10.本发明所述的基于ecc永久模板螺栓定位的型钢混凝土巨柱，所述ecc模板面向型钢柱芯的一端面设有若干个横向凹槽，所述的横向凹槽相互平行布置。
11.本发明所述的基于ecc永久模板螺栓定位的型钢混凝土巨柱，所述的ecc模板两端的倾斜面内设预留槽二；预留槽二沿ecc模板两端呈纵向延伸；预留槽二内设有u型锚固筋。
12.本发明所述的基于ecc永久模板螺栓定位的型钢混凝土巨柱，所述的ecc模板的外侧端面的每个预留孔处设有与该预留孔相匹配的预留槽一。
13.本发明所述的基于ecc永久模板螺栓定位的型钢混凝土巨柱， ecc模板上的预留孔数量及位置与型钢柱芯中的螺杆数量及位置相互匹配。
14.本发明所述的基于ecc永久模板螺栓定位的型钢混凝土巨柱，型钢柱芯的螺杆上设有支承板；所述支承板面向ecc模板且位于ecc模板的内侧；ecc模板的预留槽一内布置与螺杆相配合的螺帽。
15.本发明所述的基于ecc永久模板螺栓定位的型钢混凝土巨柱，型钢混凝土巨柱的施工方法如下：步骤一、在型钢柱芯翼缘外表面焊接若干个螺杆；将ecc模板的预留孔分别与型钢柱芯翼缘上的螺杆校对，使螺杆穿入对应的预留孔中，待ecc模板接触到支承板，完成安装定位；步骤二、ecc模板在型钢柱芯翼缘定位好后，将螺帽在螺杆上拧紧，使四块ecc模板固定；步骤三、确保相邻两块ecc模板接缝处u型锚固筋交叉的闭环中，将插筋插入u型锚固筋交叉的闭环内，并对相邻两块ecc模板拼合形成的预留槽二进行灌浆；步骤四、等待预留槽二内的灌浆完全凝固后，对型钢柱芯与ecc模板之间的空腔内浇筑混凝土；步骤五、等待混凝土凝固后，采用混凝土或砂浆将预留槽一进行填平，使之与ecc模板外表面平齐，施工结束。
16.有益效果本发明提供基于ecc永久模板螺栓定位的型钢混凝土巨柱，采用预制 ecc模板作为永久性模板，采用钢筋增强ecc在工厂预制而成。不仅为混凝土浇筑提供模板，也作为柱子的保护层参与服役期的受力，同时提高柱子耐久性。
17.本发明提供基于ecc永久模板螺栓定位的型钢混凝土巨柱，采用螺栓定位ecc模板的方式，方便快捷，省时省力，提高了模板安装效率。螺杆不仅用来定位ecc模板，也作为型钢柱芯表面的剪力连接件，使得型钢、混凝土、ecc模板协同工作，增强组合效应。
18.本发明提供基于ecc永久模板螺栓定位的型钢混凝土巨柱的施工方法，ecc模板可作为永久施工模板，不拆卸，一直参与构件受力，本发明提出的螺杆穿孔、支承板定位、螺帽固定的方式提高了模板安装效率；纵向受力上ecc模板凭借其优越的塑性变形性能，克服普通混凝土极端荷载下的脆性破坏；横向受力上ecc模板凭借其受拉应变硬化性能为内部现浇混凝土提供约束效应，提高构件承载能力；界面处理上螺杆可兼作型钢柱芯剪力连接件，克服钢-混凝土表面粘结滑移，ecc模板内表面设置凹槽，改善了预制ecc和现浇混凝土的粘结性能，相邻ecc模板接缝处采用插筋灌浆的方式，避免施工冷缝的不利影响。
19.本发明的施工方法采用插筋灌浆的方法处理ecc模板交界处的施工冷缝，增强模板整体性，提高受力性能。
20.附图说明
21.图1为本发明横截面剖面图。
22.图2为本发明中ecc模板外平面图。
23.图3为本发明中ecc模板内平面图。
24.图4为本发明中ecc模板立体图。
25.图5为本发明ecc模板接缝构造图。
26.图6为本发明ecc模板接缝灌浆细节图。
27.图中：1、型钢柱芯；2、ecc模板;3、纵向钢筋；4、横向钢筋；5、预留槽一；6、预留孔；7、螺杆；8、支承板；9、螺帽；10、现浇混凝土；11、预留槽二； 12、u型锚固筋；13、插筋；14、灌浆；15、横向凹槽。
28.具体实施方式
29.为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.如图1所示：基于ecc永久模板螺栓定位的型钢混凝土巨柱，包括型钢柱芯1，ecc模板2，螺杆7；型钢柱芯1的四个翼缘外表面设有螺杆7，型钢柱芯1的四个翼缘外表面分别布设一块ecc模板2，ecc模板2通过螺杆7固定在型钢柱芯1上；型钢柱芯1四周通过ecc模板2围合形成方形柱状结构，型钢柱芯1与ecc模板2之间的空腔内浇筑混凝土10。ecc模板2面向型钢柱芯1的一端面设有若干个横向凹槽15，所述的横向凹槽15相互平行布置。
31.如图2所示：型钢柱芯1翼缘外表面焊接螺杆7，用以定位ecc模板2。四块ecc模板2在工厂预制，其内部按设计和构造要求配置纵向钢筋3和横向钢筋4，并在对应于螺杆7的位置设置预留槽5和预留孔6。预留孔6呈矩阵形排列。
32.如图3、图4所示：ecc模板2横截面整体呈梯形状，内外表面在两端呈45度夹角，在端部设置沿模板高度方向的预留槽二11和u型锚固筋12。表面设置横向凹槽15以增强ecc模板和现浇混凝土的粘结性能。待ecc模板2在工厂预制完毕，运输至施工现场并吊装至型钢柱芯1上螺杆7对应高度，使螺杆7穿入对应的预留孔6中，预留槽一5、预留孔6数量需与螺杆7和螺帽9数量相同。预留孔6大小需与螺杆7直径匹配，保证螺杆7穿过。预留槽一5尺寸需大于螺帽9，并预留足够空间保证螺帽9牢固拧紧。
33.如图5、图6所示：ecc模板2两端的倾斜面内预留槽二11；预留槽二11沿ecc模板两端呈纵向延伸；预留槽二11内设有u型锚固筋12。
34.本发明所述的基于ecc永久模板螺栓定位的型钢混凝土巨柱的施工方法：
步骤一、在型钢柱芯1翼缘外表面焊接若干个螺杆7；将ecc模板2的预留孔6分别与型钢柱芯1翼缘上的螺杆7校对，使螺杆7穿入对应的预留孔6中，待ecc模板2接触到支承板8，完成安装定位；步骤二、ecc模板2定位好后，将所有螺帽9在螺杆7上拧紧，使四块ecc模板2固定；步骤三、在相邻两块ecc模板2接缝处u型锚固筋12交叉的闭环中，插入插筋13，并对预留槽二11进行灌浆，提高四块ecc模板2的整体性，消除模板接缝处施工冷缝的影响；步骤四、等待预留槽二11内的灌浆完全凝固后，对型钢柱芯1与ecc模板之间2的空腔内浇筑混凝土；步骤五、对于预留槽一5，在螺帽9拧紧后，应当用混凝土或砂浆填平，使之与ecc模板2外表面平齐，防止螺帽9和螺杆7外露于空气中遭锈蚀。
35.在本发明基于ecc永久模板螺栓定位的型钢混凝土巨柱的结构总螺杆7兼作钢-混凝土表面的剪力连接件和ecc模板2的定位装置，其数量和直径按型钢混凝土巨型柱中对剪力连接件的设计要求进行确定。螺杆7长度需满足实际构件尺寸要求，保证ecc模板2可牢固定位，且螺杆不得超出预留槽一5槽口。螺杆7在预留槽一5处需保证一定长度的螺纹，保证螺帽9牢固拧紧。
36.支承板8为焊接于螺杆7上的环形钢板，其作用为定位ecc模板2在螺杆7上的位置，需保证四块ecc模板2在角落接缝处完全贴合，无空隙出现。相邻两块ecc模板2中的u型锚固筋12应保证高度错开，以免因相互碰撞而不能交叉，且u型锚固筋12外伸部分应保证交叉后可插入插筋13，u型锚固筋12内嵌于ecc模板2的部分按现有规程设计以保证足够锚固长度。
37.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。