一种带锥形孔法兰及其钢管预应力构件、连接结构和应用方法

技术领域

本发明涉及装配式建筑施工技术领域，更具体的说是涉及带锥形孔法兰及其钢管预应力构件、连接结构和应用方法。

背景技术

预应力筋通常由单根或成束的钢丝、钢绞线或钢筋组成。在先张法生产中，为了与混凝土粘结可靠，一般采用螺纹钢筋、刻痕钢丝或钢绞线。在后张法生产中，则采用光面钢筋、光面钢丝或钢绞线，并分为无粘结预应力筋和有粘结预应力筋。预应力筋具有较好的加强结构强度、提高自复位能力等结构优势。

将钢管结构与预应力筋结合，形成预应力钢管结构是一种结构强度和自复位能力较强的构件，但是在装配式结构中，预应力筋的使用比较难以在工厂预制加工，需要在现场进行张拉，这种技术上的限制使得现场施工构件总是很难达到较强的结构强度。而且对于建筑施工来说，预应力筋的连续性，即钢管与钢管(柱与柱、梁与梁、柱与梁)之间的预应力筋也需要有一定的关联关系，才能让整体的结构稳定效果更强，这使得现有技术中的钢管结构均暴露出很多值得改进的空间。

另外，当预应力筋与钢管结合形成装配式结构后，如何在现场进行装配连接，如何对结构上的连接点进行合理的避让，以及形成连贯性的连接结构，这均是在实际应用中需要考虑的问题。

因此，如何提供一种能够克服现有装配式钢管缺陷，满足连接强度的钢管预应力构件及连接结构和应用方法，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种带锥形孔法兰及其钢管预应力构件、连接结构和应用方法，旨在解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种带锥形孔法兰，包括：法兰板；所述法兰板上开设有预应力筋卡接孔，所述预应力筋卡接孔具有锥形部。

通过上述技术方案，本发明提供的法兰板直接在上面开设用于与预应力筋卡接的卡接孔，以锥形部能够直接配合夹片对预应力筋进行卡接固定，实现了对预应力筋的张拉，克服了现有技术中预应力筋和钢管在工厂预制的难题，满足了装配式结构的结构强度和施工需求。

本发明还提供了一种钢管预应力构件，包括空心管；所述空心管两端均固定有上述的一种带锥形孔法兰；所述空心管内布置有预应力筋，所述预应力筋的两端端头穿出对应的两个所述预应力筋卡接孔，所述锥形部内设置有适配的锥形的夹片，所述夹片外侧的斜面与所述锥形部顶紧，且夹紧经预应力张拉后的所述预应力筋的端头。

通过上述技术方案，本发明采用带有锥形孔的法兰板结构，将空心管和法兰板进行配合，对预应力筋进行固定，使得空心管和预应力筋形成一体结构，且实现了对预应力筋的张拉，克服了现有技术中预应力筋和钢管在工厂预制的难题，满足了装配式结构的结构强度和施工需求。

优选的，在上述一种钢管预应力构件中，所述空心管或所述法兰板设置有进料孔，并通过其向所述空心管内灌注混凝土填充体。在空心管内浇筑混凝土，使其形成钢管预应力混凝土构件，能够进一步提高其使用性能。

优选的，在上述一种钢管预应力构件中，所述空心管侧壁具有观察孔。设置观察孔能够方便对空心管内部预应力筋张拉状态和混凝土浇筑情况进行观测，同时观察孔也可以作为注浆孔，进行混凝土浇筑。

本发明还提供了一种带锥形孔法兰的钢管预应力构件连接结构，上述的一种带锚具钢管预应力构件作为建筑主体柱，组成梁柱装配结构，或竖向柱体对接结构，或钢框架结构形式。

通过上述技术方案，本发明提供的带锥形孔法兰的钢管预应力构件作为主体柱形成的连接结构能够秉承带锥形孔法兰的钢管预应力构件的结构优势，而且在连接时可以将其内部的预应力筋进行延续，使得整体的结构稳定性更强。

优选的，在上述一种带锥形孔法兰的钢管预应力构件连接结构中，所述空心管侧壁固定有牛腿。牛腿形式可以采用不同结构，以满足各种不同的需求。

优选的，在上述一种带锥形孔法兰的钢管预应力构件连接结构中，竖向方向上需要对接的两个所述空心管之间通过连接件连接。通过设置连接件能够实现相邻的空心管之间的连接。

本发明还提供了一种带锥形孔法兰的钢管预应力构件连接结构的应用方法，所述梁柱装配结构，或所述竖向柱体对接结构，或所述钢框架结构形式先通过各部件连接形成钢组装结构，并根据需求穿设钢筋，再浇灌混凝土。

通过上述技术方案，本发明提供的应用方法秉承带锥形孔法兰的钢管预应力构件的结构优势，在其与其他梁、柱等结构连接后，再根据需求穿设钢筋，浇灌混凝土提高结构强度，将既有的预应力筋结构与后穿设的钢筋结构形成一个整体结构，整体施工保留了装配式优势，且具有更强的结构强度和稳定性，且施工简单、方便、可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的实施例1的带锥形孔法兰的平面示意图；

图2附图为本发明提供的实施例4的钢管预应力构件的结构示意图；

图3附图为本发明提供的实施例2的带锥形孔法兰的平面示意图；

图4附图为本发明提供的实施例3的带锥形孔法兰的平面示意图；

图5附图为本发明提供的实施例4的填充混凝土的钢管预应力构件的结构示意图；

图6附图为本发明提供的实施例5的带锥形孔法兰的钢管预应力构件连接结构的结构示意图；

图7附图为本发明提供的实施例6的单个天车牛腿的结构示意图；

图8附图为本发明提供的实施例6的多个天车牛腿的结构示意图；

图9附图为本发明提供的实施例7的矩形空心箱体牛腿形式的结构示意图；

图10附图为本发明提供的实施例7的中柱示意图；

图11附图为本发明提供的实施例7的角柱示意图；

图12附图为本发明提供的实施例7的边柱示意图；

图13附图为本发明提供的实施例7的另一种边柱示意图；

图14附图为本发明提供的实施例7的矩形空心箱体牛腿形式的侧视图；

图15附图为本发明提供的实施例7的矩形空心箱体牛腿与横梁对接的结构示意图；

图16附图为本发明提供的实施例7的梁柱连接示意图；

图17附图为本发明提供的实施例8采用连接板连接的梁柱连接结构示意图；

图18附图为本发明提供的实施例8的穿设曲线布置的横梁钢筋的结构示意图；

图19附图为本发明提供的实施例9的矩形空心箱体牛腿形式的结构示意图；

图20附图为本发明提供的实施例9的矩形空心箱体牛腿形式的侧视图；

图21附图为本发明提供的实施例9的梁柱连接示意图；

图22附图为本发明提供的实施例9的采用连接板连接的梁柱连接结构示意图；

图23附图为本发明提供的实施例10的采用连接板连接的梁柱连接结构示意图；

图24附图为本发明提供的实施例10的穿设曲线布置的横梁钢筋的结构示意图；

图25附图为本发明提供的实施例13提供的连接钢结构顶架的结构示意图；

图26附图为本发明提供的实施例14中连接较长H型钢的结构示意图；

图27附图为本发明提供的实施例14中连接较短H型钢的结构示意图；

图28附图为本发明提供的采用图26和图27中结构构建人字形钢结构顶架的结构示意图；

图29附图为本发明提供的实施例15的连接结构示意图；

图30附图为本发明提供的实施例15的连接件的结构示意图；

图31附图为本发明提供的实施例15的空心螺栓的结构示意图；

图32附图为本发明提供的实施例16的连接结构示意图；

图33附图为本发明提供的实施例16通过横梁连接法兰连接横梁的连接结构示意图；

图34附图为本发明提供的实施例16通过横梁连接法兰连接多个横梁的连接结构示意图；

图35附图为本发明提供的实施例16的横梁的结构示意图；

图36附图为本发明提供的实施例17的连接件与横梁连接的连接结构示意图；

图37附图为本发明提供的实施例17的十字型结构的连接结构示意图。

其中：

1-法兰板；2-预应力筋卡接孔；3-锥形部；4-螺纹部；5-套管；6-空心管；7-预应力筋；8-夹片；9-进料孔；10-混凝土填充体；11-天车牛腿；12-钢筋；13-矩形空心箱体；14-操作口；15-梁连接孔；16-横梁；17-横梁钢筋；18-锚固板；19-张拉件；20-牛腿连接孔；21-连接板；22-定位块；23-导管；24-导管连接套；25-地脚螺杆；26-调平螺母；27-锁紧螺母；28-钢结构顶架；29-H型钢；30-人字形钢结构顶架；31-连接件；32-加强板；33-法兰对接板；34-连接孔；35-空心螺栓；36-避让孔；37-观察孔；38-凸出部；39-横梁连接法兰；40-连接杆；41-连接套；42-扩大头；43-窄径段；44-宽径段；45-钢支架；46-桁架斜梁。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

实施例1：

参见附图1，本发明实施例公开了一种带锥形孔法兰，包括：法兰板1；法兰板1上开设有预应力筋卡接孔2，预应力筋卡接孔2具有锥形部3。

实施例2：

参见附图3，在实施例1的基础上，预应力筋卡接孔2还包括与锥形部3对接的螺纹部4。

实施例3：

参见附图4，预应力筋卡接孔2内固定有套管5，锥形部3和螺纹部4形成在套管5内侧，套管5具有螺纹部4的一端端头与法兰板1的一端面平齐，套管5具有锥形部3的一端端头外露于法兰板1的另一端面。

实施例4：

参见附图2，本发明实施例公开了一种钢管预应力构件，包括空心管6；空心管6两端均固定有实施例1至实施例3中任一种的一种带锥形孔法兰；空心管6内布置有预应力筋7，预应力筋7的两端端头穿出对应的两个预应力筋卡接孔2，锥形部3内设置有适配的锥形的夹片8，夹片8外侧的斜面与锥形部3顶紧，且夹紧经预应力张拉后的预应力筋7的端头。

参见附图5，空心管6或法兰板1设置有进料孔9，并通过其向空心管6内灌注混凝土填充体10。

为了进一步优化上述技术方案，空心管6侧壁具有观察孔37。

在本实施例中，空心管6为方钢管，法兰板1与方钢管形状匹配，为矩形钢板，法兰板1与空心管6对应的部分开设进料孔9和预应力筋卡接孔2，具体的，进料孔9位于中央，预应力筋卡接孔2环绕进料孔9布置，预预应力筋卡接孔2的数量和位置根据用途设置。在柱体结构中，一般预应力筋7均匀布置在四周并靠近管壁，数量四个或多个不等。

进一步地，空心管6可以为方钢管，或圆钢管，或排列组合管，排列组合管呈一字型、L型、T型、或十字型等等。

实施例5：

参见附图6，本发明实施例还公开了一种带锚具钢管预应力构件连接结构，实施例1至实施例4中任一种的一种钢管预应力混凝土构件作为建筑主体柱，组成梁柱装配结构，或竖向柱体对接结构，或钢框架结构形式。

实施例6：

本实施例在实施例5的基础上进一步限定：空心管6侧壁固定有牛腿。牛腿的数量可以是一个，也可以环绕空心管6布置多个。

参见附图7和附图8，牛腿为天车牛腿11。

为了进一步优化上述技术方案，天车牛腿11位于空心管6中部或顶部。

为了进一步优化上述技术方案，当天车牛腿11位于顶部时，顶部的法兰板1与天车牛腿11的对应边沿径向外沿，且底面与天车牛腿11的顶面贴合固定。

为了进一步优化上述技术方案，天车牛腿11内部穿设有钢筋12，并填充有混凝土，钢筋12穿入空心管6内部。

进料孔9根据应用情况设置在法兰端或管壁，例如，单根柱门式厂房带天车牛腿11的情况下，直接设置在天车牛腿11的位置，方便制作和浇筑混凝土作业。

实施例7：

本实施例在实施例5的基础上进一步限定：空心管6侧壁固定有牛腿。牛腿的数量可以是一个，也可以环绕空心管6布置多个。

参见附图9至附图14，牛腿为固定在空心管6侧壁的矩形空心箱体13；矩形空心箱体13的顶部开设有操作口14，矩形空心箱体13的两侧壁开设有梁连接孔15。

操作口14的设置能够方便操作人员的手伸入，进行横梁钢筋17的穿插，同时也能够方便后期灌注混凝土。

在本实施例中，空心管6内部在组装前并未填充混凝土填充体10，参见附图15至附图16，两根空心管6之间通过对应的矩形空心箱体13对接横梁16，横梁16内穿设有横梁钢筋17，横梁钢筋17的两端均穿过对应的矩形空心箱体13和空心管6，空心管6与矩形空心箱体13相对的外侧壁上贴合布置有锚固板18，横梁钢筋17穿过锚固板18，并通过张拉件19紧固。

横梁16和矩形空心箱体13内部填充有混凝土，混凝土填充体10从观察孔37灌注进入空心管6中。

本实施例中采用的张拉件19可以采用锚具套配合夹片的结构，锚具套内侧形成有锥形孔，锥形孔内设置有适配的锥形的夹片，夹片外侧的斜面与锥形孔顶紧，且夹紧经预应力张拉后的横梁钢筋17的端头。

或者本实施例中采用的张拉件19可以直接利用实施例1的法兰板1作为锚固板18，进采用夹片8即可连接。

如图10为中柱示意图，图11为角柱示意图，图12和13为边柱示意图。

实施例8：

参见附图17至附图18，本实施例在实施例7的基础上进一步限定：横梁16两端侧壁开设有与梁连接孔15对应的牛腿连接孔20，对接的横梁16和矩形空心箱体13的外侧具有连接板21，连接板21通过螺栓与梁连接孔15和牛腿连接孔20紧固连接。

为了进一步优化上述技术方案，横梁16钢筋呈曲线布置。

为了进一步优化上述技术方案，横梁16内部沿长度方向固定有多个定位块22，定位块22上开设有定位孔，定位孔的连线呈曲线。

为了进一步优化上述技术方案，横梁钢筋17外侧套设有导管23；位于横梁16内部的导管23呈曲线，且固定在定位孔内，位于空心管6和矩形空心箱体13内部的导管23呈直线，且与位于横梁16内部的导管23通过导管连接套24固定连接。

需要说明的是，导管23为分体结构，形成曲线段和直线段，然后通过导管连接套24进行连接，这样更方便连接。

梁的预应力钢筋的布置形式：横梁钢筋17主要分布在梁的底部受力区，中部和上部根据设计需要分布数量相对少。

实施例9：

参见附图19至附图22，本实施例与实施例7的不同之处在于：空心管6内部在组装前填充混凝土填充体10，连接横梁17后再通过操作口14向横梁17内灌注混凝土。

本实施例的其他特征与实施例7相同，在此不再赘述。

实施例10：

参见附图23至附图24，本实施例与实施例8的不同之处在于：空心管6内部在组装前填充混凝土填充体10，连接横梁17后再通过操作口14向横梁17内灌注混凝土。

本实施例的其他特征与实施例8相同，在此不再赘述。

实施例11：

参见附图6，当空心管6作为基础柱时，底部的法兰板1与基础件连接，并在外侧浇筑混凝土。

为了进一步优化上述技术方案，基础件包括地脚螺杆25，以及螺纹连接在地脚螺杆25上的调平螺母26，法兰板1穿过地脚螺杆25，且底面抵接在调平螺母26上，地脚螺杆25连接锁紧螺母27，锁紧螺母27顶紧法兰板1顶面。

实施例12：

参见附图21，本实施例与实施例11的不同之处在于：取消了调平螺母26的结构，直接通过锁紧螺母27与地脚螺杆25连接，将法兰板1顶紧在混凝土底板上。

实施例13：

参见附图25，两根间隔布置的空心管6的顶端连接有人字形或三角形的钢结构顶架28。

在空心管6顶端的法兰板1上继续通过法兰结构连接钢支架45，钢支架45带有倾斜布置的桁架斜梁46，两个桁架斜梁46通过法兰结构和螺栓对接，组成人字形的钢结构顶架28。

实施例14：

参见附图26至附图28，最顶端的法兰板1垂直固定有H型钢29。三根间隔布置的H型钢29的顶端连接有人字形钢结构顶架30。

参见附图28，为三根带有H型钢29的空心管6结构构成的人字形钢结构顶架30。在此结构中，中间的H型钢29较高，如图27所示；两侧的H型钢29稍低，如图26所示。H型钢29之间连接的桁架斜梁46均通过法兰结构和螺栓对接。

实施例15：

参见附图29至附图31，竖向方向上需要对接的两个空心管6之间通过连接件31连接。

为了进一步优化上述技术方案，预应力筋卡接孔2还包括与锥形部3对接的螺纹部4；连接件31包括多块加强板32，以及固定在加强板32两端的法兰对接板33；法兰对接板33上开设有与预应力筋卡接孔2对应的连接孔34；两块法兰对接板33与两个空心管6相对的两个法兰板1抵接贴合，空心螺栓35与螺纹部4紧固连接，且空心螺栓35端面具有避让预应力筋7的避让孔36。

实施例16：

参见附图32至附图35，本实施例在实施例15的基础上进一步限定：连接件31的侧面具有向外延伸的凸出部38，凸出部38端头固定有横梁连接法兰39；横梁连接法兰39用于连接横梁。横梁连接法兰39倾斜布置，用于连接端面为倾斜斜面的横梁。

实施例17：

参见附图36至附图37，预应力筋卡接孔2内固定有套管5，锥形部3和螺纹部4形成在套管5内侧，套管5具有螺纹部4的一端端头与法兰板1的一端面平齐，套管5具有锥形部3的一端端头外露于法兰板1的另一端面；连接件31包括两根连接杆40和一个连接套41；两根连接杆40一端均具有外螺纹，且分别与对应的两个螺纹部4连接，连接杆40端头具有避让预应力筋7的避让孔；两根连接杆40的另一端均形成有扩大头42；连接套41内部通孔包括窄径段43和宽径段44；一根连接杆40的扩大头42加工有外螺纹；连接套41的窄径段43套设在另一根连接杆40上，连接套41的宽径段44加工有内螺纹；两个连接杆40的扩大头42抵接，且连接套41的宽径段44锁紧具有外螺纹的扩大头42。

通过控制连接件31的长短和连接位置，对干涉处进行避让。如图37所示，可以先对横向的连接件31进行连接，然后浇筑混凝土，将横向的连接件31浇筑在内部，然后再连接竖向的连接件31，再将空余位置浇筑混凝土，以此进行分步连接和浇筑。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。