[发明专利]具有缓冲连接结构的混凝土结构块

说明书

本发明涉及桥梁和房屋混凝土建筑施工领域，本发明公开了具有缓冲连接结构的混凝土结构块，其特征在于保护钢绞线或钢筋使之能够承受超过常规工况外载荷的设计细节；其核心是为消除两结构件相交处剪应力集中局部V型缓冲腔和可以施加预应力类似钢绞线的绞支加强销杆设计。除了改善应力分布，V型缓冲腔有局部导向和定位作用，易于模块化建设；同时提供局部结构加强的空间来满足特殊工况强度要求，并允许所连接构件在强震冲击下相对错动以起到减隔震的功能。在同等工况下，所述加强销杆的绞支设计使得V型缓冲腔体积缩小，便于施工，同时具有防止所连接桥梁上部结构在强震和重载下倾覆的功能。

技术领域

本发明涉及建筑桥梁施工领域，具体地涉及一种具有缓冲连接结构的混凝土结构块。

背景技术

混凝土作为经济实用的建筑材料，具有抗压缩能力强但缺乏抗拉强度的特点。因为土木工程结构中往往是拉伸和压缩应力并存，工程上常采用下列两类方法最大限度地减少结构件中混凝土承受的拉应力：(1)在混凝土中预埋钢筋网络，即钢筋混凝土；(2)“预应力”技术，即预安装体外或体内贯穿梁和柱等承受弯矩结构件或其它类承受拉应力结构件的钢筋或钢绞线，以下统称“钢绞线”；在结构投入使用前在钢绞线两端施加拉力以造成在构件中的压缩力，从而使构件中混凝土基质保持在压缩状态下，以抵消使用过程中弯矩所造成的拉应力，见图1。

显然，图1中的常规预应力技术仅对在一个方向上尺寸明显大于其他两个正交方向的结构件(例如，梁或柱)有效。在多个沿不同方向设置的类似结构件汇交时，如何有效施加预应力仍然是这一领域的一个难题，例如，避免结构图2(a)中桥梁柱梁连接或图2(b)中的建筑物三向交叉梁柱连接几何突变处的应力集中；这类应力集中会造成构件表面或内部裂纹类损伤，降低整体结构的承载能力。

对于钢筋混凝土构件的制造和施工，工程实践中也有两类方法：第一类方法是“现场浇铸”，即在结构件于整体结构中的位置预制模板框架，内部预先布置细钢筋网络；然后浇铸混凝土。为此用于浇筑的模板建造的约耗费额外的20％到60％施工预算。同时，所浇灌的混凝土一般需要28天时效固化才能完全达到设计强度。为了增加多个混凝土构件衔接处抗拉和抗剪切强度，需要在接头部位预埋较稠密的钢筋网络。在必需承受较高剪力的衔接部位，例如，高地震风险区桥梁结构中的墩与梁或墩与地基的连接处，许多工程事例中另预埋贯通衔接部的粗钢筋或大直径钢管以增强接头节点强度。

相比之下，如果主要承力结构件在工厂或预制场地制造并予以预应力处理，然后在建设现场组装这些结构件；这不但可以减少钢筋用量，也可缩短施工时间，并带来显著经济效益。但对这类模块化结构，预制结构件的连接方式和接头局部强度基本上决定整体结构的承载能力和坚固性。同样，对类似于图2所示多个构件交汇处，如何在保证接头处有不低于构件本身的强度，仍是装配式结构领域尚未完全解决的问题。

主要承力结构件连接部的强度，例如，梁与柱交叉连接部的强度，对于大型桥梁和房屋的结构完整性和安全性至关重要。一个这类连接部的失效将导致所连所有承力结构件的失效。由于交叉连接部的应力水平通常高于其它部位，此类位置的结构坚固性和强度基本上决定了整体结构的承载能力，尤其是在飓风，强地震，车桥或船桥相撞，以及爆炸等极端载荷条件下。图3 是桥梁墩与梁哈墩与基础连接部在强震后破坏的实例。为了加强这类连接部的强度，内置加强销杆是一些工程采用的方法。图4是加强销杆破坏的两种形式。如何避免这类破坏，是有关工程界仍在研究探讨的问题。

根据前述简单分析和综述，目前桥梁和房屋等混凝土结构存在下列尚待彻底解决的技术难点：

(i)如何在多个主要承力结构件相交节点处避免应力集中造成的强度降低；

(ii)如何在这类结构节点沿所有必要方向实施预应力；

(iii)如何保证装配式结构有足够抗强地震和其它突发性灾害的能力；具体的讲，如何解决装配式结构中节点比整体浇灌结构节点弱的普遍问题。

发明内容