結構元件用的格式鋼筋箍和柱箍的製作方法
2023-05-28 23:07:16
專利名稱：結構元件用的格式鋼筋箍和柱箍的製作方法
技術領域：
本發明涉及結構元件用的鋼筋箍和柱箍，這些鋼筋箍和柱箍用於所有結構元件，例如立柱、橫梁、平板、底座、樁、鏈樁、橫楣等。本發明還涉及結構元件的增強方法及結構元件本身。
眾所周知，鋼筋箍和柱箍是混凝土結構元件強度的最重要的因素之一，因為它們承受拉伸載荷，而混凝土本身並不能承受。這些拉伸載荷來自結構元件承受的剪切力和/或結構元件受到強烈的壓縮載荷時產生的內壓力。
普通的混凝土結構的鋼筋箍和柱箍是由級別220MPa至500MPa(兆帕)的圓截面鋼筋製成，其直徑為4mm至14mm。這些鋼筋箍和柱箍沿結構元件放置，間距為4cm至35cm。結構元件的縱向增強鋼筋被綑紮或焊接在鋼筋箍和柱箍的隅角或周邊。結構元件的橫截面尺寸為15cm至2m。在每個鋼筋箍或柱箍的鋼筋的兩端具有搭鉤，長度約10cm，用於固定鋼筋箍或柱箍，以便將拉伸載荷由鋼筋傳遞至混凝土。
普通鋼筋箍和柱箍可靠性的主要因素是固定情況。現在有兩種封閉的鋼筋箍和柱箍，它們是按其端部固定的方式來區分的普通鋼筋箍和柱箍，即簡單形狀的鋼筋箍和柱箍，如正交的(
圖1)或複雜形狀的(圖1A)。鋼筋11承受拉伸載荷，它的兩端具有兩個搭鉤12，用於保證鋼筋箍或柱箍的固定。改進鋼筋箍或柱箍固定的途徑是將搭鉤的一端緊固搭鉤的另一端，例如圖1所示的焊接連接。這種鋼筋箍或柱箍的固定是藉助角度90°的搭鉤實現的，角度135°的搭鉤效果更好。這些鋼筋箍和柱箍具有以下缺點a)機械固定點非常脆弱，是可能的缺陷結構點。b)固定機理限制使用高級別鋼，即強度1200MPa的鋼。這種類型的鋼筋箍和柱箍要求大量高價格的鋼。c)兩個搭鉤和縱向增強鋼筋10的緊固需要相當小心。文獻WO 93/22516和GB 1 086 857公開了一種代替的鋼筋箍和搭鉤。根據此方案鋼筋箍使用了鋼筋端搭接。然而鋼筋的兩端自由地在混凝土內固定。
圖2示出了簡單或複雜形狀的螺旋。這些鋼筋箍和柱箍由鋼筋13製成，在空間中展開後形成不間斷的鋼筋箍籠。它們的兩端15實現這種鋼筋箍和柱箍在混凝土內的固定。與普通鋼筋箍和柱箍比較，這些鋼筋箍和柱箍改進了固定和允許使用高級別的鋼，但它們也有兩個重要的缺點a)第一螺圈和最後螺圈固定不穩定。b)重量過大，使結構元件增強時難以使用螺旋。
本發明的目的是提供沒有以前的鋼筋箍和柱箍缺點的鋼筋箍和柱箍。本發明的目的還在於發展鋼筋箍和柱箍，不再有普通鋼筋箍和柱箍的固定問題。本發明的進一步目的還有a)發展在混凝土中放置整個增強件而又不產生固定問題的方法，和b)提供高韌性和可耐高地震載荷的結構元件。
按照本發明權利要求1的限定，混凝土結構元件的鋼筋箍或柱箍具有承載元件用以固定縱向增強件和承受結構元件加載時產生的拉伸載荷。承載元件具有至少一個封閉形狀的格狀單元，從而使橫截面內產生的拉伸應力的流動被封閉和不擴散至混凝土。按照本發明的鋼筋箍或柱箍的承載元件具有連續的橫截面形狀和因此沒有文獻WO93/22516和GB 1 086 857鋼筋箍的那種自由端。因此完全避免了鋼筋箍或柱箍的固定問題。封閉單元的形狀不間斷，可以是簡單的，即矩形、圓形、T形、I形等，或複雜的，即帶內切矩形的方形，帶內切方形的圓形等。
本發明的鋼筋箍和柱箍的封閉形狀特點使其具有均勻的性能，無熱點，即沒有任何應力集中點。而在具有不連續性和形狀突變的鋼筋箍或柱箍中存在著這樣的脆弱點。因此，本發明的鋼筋箍或柱箍具有高的韌性和可以耐地震載荷。此外沿它們整個長度高的拉伸強度使其作為高拉伸性能材料使用和便於生產。當用於增強立柱、橫梁和其他混凝土結構元件時，這種材料可以承受剪切力以及圍繞增強鋼筋緊固以增強壓縮強度和進一步改進結構元件抗地震的性能。
這些鋼筋箍和柱箍可以使用在需要鋼筋箍和柱箍的每一種結構元件上，例如，橫梁、立柱、平板、底座、鏈樁、橫楣等。它們可以用於任何物理或人造混凝土代用品或混凝土的增強。
本發明鋼筋箍和柱箍的支承元件的橫截面可以是任何形狀的，例如圓形、正交形、橢圓形等。這些元件可以用金屬材料製造，例如普通鋼或高等級鋼或複合材料以及它們可以用澆注或其他加工方法製造。格狀單元的鋼筋箍可以如普通鋼一樣是剛性的和自承載的或柔性的。它們的一般性能和緊固方法也是相同的，僅在直角處的緊固有所不同，可以用不同的方式實現，例如塑性拉伸法。
本發明的鋼筋箍和柱箍與已知的鋼筋箍和柱箍比較，具有以下優點·它們沒有脆弱的固定點，因而它們圍繞周邊的強度性能不會降低。
·由於它們的材料不間斷，它們可以承受巨大的載荷以及它們可以用普通強度的材料，例如400MPa的普通鋼製成2.0cm2的大橫截面，或者用高強度材料，例如3000MPa材料製成0.30cm2的小橫截面。
·由於可以使用高強度材料，結果所需重量降低至普通鋼的1/4，特別是當使用單位重量為普通鋼1/5的複合材料時，隨後僅需最小的重量，即普通鋼的1/20。材料重量的降低有利於成本的降低。
·由於最小的材料重量而帶來的低成本。
·由於重量低和沒有搭鉤、增強組件，即結構元件的鋼筋箍和縱向棒被簡化，從而使工人的工資大大降低。
·沒有必要使鋼筋箍和柱箍的表面帶稜紋，即刻花以達到固定所需的粗糙度。
·如果單元鋼筋箍使用複合材料製造，則增強結構元件具有使用複合材料的利益，例如耐氧化。
單元鋼筋箍和柱箍的另一重要優點是技術人員預期的極大認同，因為他們不會違反眾所周知的增強件放置的理論和實踐途徑，而會改進它們。
按照本發明權利要求20所述的結構元件的增強方法，具有格式單元鋼筋箍和柱箍的全部優點和以下的補充優點·它允許快速組裝增強件。增強件的組裝可在工廠或現場進行，甚至在框架工程內進行，只要其一邊保持開啟。
·由于格式單元鋼筋箍與普通鋼鋼筋箍的功能相同，它們可在結構元件的增強中混合使用，而縱向增強鋼筋可以是同種材料或不同材料。
按照本發明權利要求22所述的結構元件的優點包括格式單元鋼筋箍和柱箍的優點以及增強方法的優點。按照本發明的結構元件還具有以下優點·澆注混凝土無障礙，因為沒有搭鉤。
·結構元件優異的韌性，也就是說不僅元件在塑性區工作時，而且在彈性區工作時可以承受強大的應力。因此元件達到高的耐地震強度。
相關權利要求的鋼筋箍或柱箍具有補充的優點，其中一些如下所述·有可能組合任何簡單的鋼筋箍或柱箍，用於製造複雜的鋼筋箍。因此有可能製造任何複雜形狀(權利要求4)。
·增強鋼筋固定用的代替方法是在製造時形成特殊承座用以通過和限制增強鋼筋(權利要求8)。
·在格式單元鋼筋箍或柱箍內固定增強鋼筋，特別對複合材料製成的鋼筋箍或柱箍，最好在增強鋼筋的緊固點澆注時加入雙極絲(權利要求9)。增強件的固定也可以通過孔實現。增強鋼筋固定用的雙極絲和增強鋼筋通道用的孔可以在每一種形狀的鋼筋箍和柱箍內共存。
·權利要求12的承載元件是澆注的。用這種方法可以製造任何形狀的鋼筋箍和柱箍。權利要求2的承載元件具有實心的橫截面。
·複雜的鋼筋箍或柱箍的每一個零件可以具有不同的橫截面尺寸和具有不同的橫截面形狀(權利要求13)。橫截面的放大可在兩個方向上進行，或者對元件橫截面內部的寬度，或者對向上或向下的高度，或者對每個方向上的寬度和高度同時放大。
·按照權利要求15鋼筋箍和柱箍可以具有特殊的安裝鋼筋通道用的特殊孔。這個優點特別適合於增強件為預製籠的情況(權利要求18)。在這種情況下剛性的安裝鋼筋或柔性的絲材可以接納在這些孔中。
·按照權利要求16的承載元件設置凸片以保證混凝土蓋住增強件和代替隔片。
以下通過實施例和附圖對本發明加以說明，附圖中圖1，1A和圖2為與增強鋼筋連接的現有技術螺旋形鋼筋箍和柱箍。
圖3為按照本發明的具有簡單形狀的鋼筋箍。
圖4至15為本發明的另一些實施例。
圖16至20示出本發明的鋼筋箍和柱箍，以及與增強鋼筋接合用的元件。
圖21示出鋼筋箍的2個視圖，鋼筋箍具有附加的優點。
圖3示出框件14內的鋼筋箍，它具有承載元件20，呈矩形環，即具有內周邊和外周邊的封閉單元50。在環50的隅角設置了專門的承座26，用以接收增強鋼筋10。這些承座可按增強鋼筋10的周邊成形，從而使增強鋼筋可插入封閉單元的內周邊內和與其鄰接。
當結構元件和增強鋼筋10加載時，在承載元件20的橫截面內產生軸向拉伸力。由於承載元件封閉單元的形狀，軸向拉伸力不會傳遞給圍繞增強件的混凝土。
圖3鋼筋箍的承載元件具有連續的橫截面形狀，因而沒有自由端。使用這種方式完全避免了鋼筋箍的固定問題。封閉單元的形狀沒有間斷，它使鋼筋箍具有均勻的性能，而不存在熱點，即無應力集中點。因此該鋼筋箍具有高的韌性和可耐地震載荷。此外沿整個長度的高拉伸強度使得可使用高拉伸性能的材料，並便於製造。這種材料可以承受剪切力，使用於增強立柱、橫梁和其他混凝土結構元件以及圍繞增強鋼筋緊固以提高壓縮強度和進一步改進結構元件的耐地震行為。
圖4示出具有超過1個承載元件的複雜鋼筋箍，它是組合簡單矩形鋼筋箍的結果。
圖6示出按本發明的近似圓形的格式鋼筋箍。
一方面為了節約組裝增強件的時間，另一方面為了調節材料，簡單的矩形或圓形，以及具有超過1個封閉單元的複雜鋼筋箍可以在工廠中澆注。帶有超過1個單元的承載元件30的鋼筋箍示於圖5，7，8，9，10，11和12。標號26表示承座，它們是任選成形的以接收增強鋼筋10。與此相反，隅角27設有接收增強鋼筋10的適當的形狀。
複雜鋼筋箍或柱箍的每個零件具有連續的橫截面形狀，但它可具有不同的形狀和尺寸(圖12)。橫截面的放大可在兩個方向上進行，或者對元件橫截面內部的寬度(圖13)，或者對向上或向下的高度(圖14)，或者對每個方向上的寬度和高度同時放大(圖15)。承載元件的橫截面可以是任何形狀，並不需要是以上各圖所示的矩形。
承載元件的兩種形式，即帶有一個封閉元件和帶有多個封閉元件的承載元件具有連續的橫截面形狀，不帶自由端。以這種方式完全避免了鋼筋箍的固定問題。封閉單元的形狀沒有間斷，它使鋼筋箍具有均勻的性能，而不存在熱點，即無應力集中點。因此該鋼筋箍具有高的韌性和可耐地震載荷。此外沿整個長度的高拉伸強度使得可使用高拉伸性能的材料，並便於製造。這種材料可以承受剪切力，使用於增強立柱、橫梁和其他混凝土結構元件以及圍繞增強鋼筋緊固以提高壓縮強度和進一步改進結構元件的耐地震行為。
為了在單元鋼筋箍或柱箍內固定增強鋼筋，特別它們是複合材料製成的，最好在增強鋼筋的緊固點澆注時加入雙極絲(圖16)。
固定增強鋼筋用的代替方法是製造時在點26處成形特殊的承座72用來通過和限制增強鋼筋10(圖17)。
為了製造預製的鋼筋箍籠，最好澆注一些帶孔的專門元件，如圖18的孔73。這些孔為柔性的絲材或剛性的棒材，即安裝鋼筋而設置。這些孔可以設在鋼筋箍或柱箍的4個外隅角(圖18)或鋼筋箍的每個其他位置(圖19)。增強鋼筋固定用的雙極絲和安裝鋼筋用的孔可以同時存在於上述任何鋼筋箍和柱箍內(圖20)。
鋼筋箍和柱箍與安裝鋼筋的固定可以用任何化學、熱學或機械方法實現，甚至可以用摩擦和加楔作用實現。安裝鋼筋的長度可劃分為每5cm為一段，以便於組裝。代替的方法是使用帶有位於孔73處有輔助的外安裝鋼筋的預製鋼筋箍籠的情況下，可在放置環件之前將塑料導管套在每根剪切棒上，塑料導管的長度等於鋼筋箍之間的距離，即10cm。
用混凝土覆蓋增強鋼筋通常是使用塑料隔片來實現的，在鋼筋箍的周邊使用簡單的凸片74使其簡化，如圖21所示。這些凸片可以僅存在於一些鋼筋箍上，例如僅每隔5個鋼筋箍用上，以便降低成本。
上述格式單元鋼筋箍的材料可以是剛性的和自承載的，如鋼，或者是柔性的。在兩種情況下它們的一般性能及固定是相同的，僅僅是在直角承座處的固定是不同的，可以用不同的方式實現，即用彈性拉伸。
格式單元鋼筋箍承載元件的橫截面可以為任何形狀，即方形、矩形、圓形、橢圓形、梯形等以及優選地為實心的。
由于格式單元鋼筋箍與普通鋼鋼筋箍的功能相同，它們兩者可以混合用於結構元件的增強，而縱向增強鋼筋可以使用同樣材料或不同材料。
上述鋼筋箍和柱箍可以用於每個結構元件的任何橫截面。這些鋼筋箍和柱箍沿著結構元件放置，距離為4cm至35cm。結構元件橫截面的尺寸範圍為15cm至2m。
混凝土結構元件的構築方法包括以下步驟a)構築框件14，b)提供縱向的增強鋼筋10，c)在鋼筋箍或柱箍內連接增強鋼筋10，而鋼筋箍或柱箍具有帶內周邊的承載元件以便與縱向增強鋼筋鄰接，這時承載元件的橫截面承受結構元件加載時產生的軸向力，以及d)在框件內澆注混凝土和用混凝土覆蓋縱向增強鋼筋和鋼筋箍或柱箍。鋼筋箍或柱箍固定在混凝土內不會把結構元件加載時在橫載面內產生的軸向力傳至混凝土。
在使用這種方法時任何上述鋼筋箍或預製的鋼筋箍籠都可以採用。使用預製的鋼筋箍籠緊固了增強鋼筋與鋼筋箍和柱箍的連接，以及將把對增強鋼筋施加的載荷直接傳遞給它們，而不對混凝土加載。
本發明的增強混凝土的承載元件具有縱向增強鋼筋、與增強鋼筋連接的鋼筋箍或柱箍，以及包著增強鋼筋和鋼筋箍的混凝土。鋼筋箍和柱箍具有至少一個承載元件用以固定縱向增強鋼筋，而承載元件的橫截面承受結構元件加載時產生的軸向力。按照本發明的結構元件的鋼筋箍和柱箍不固定在混凝土內，因此它們不傳遞在鋼筋箍和柱箍的橫截面內產生的拉伸力。任何一種上述的鋼筋箍可用於構築按照本發明的承載元件。
本發明的鋼筋箍或柱箍具有承載元件用於固定縱向增強鋼筋和承受結構元件加載時產生的拉伸力。承載元件具有至少一個封閉形狀的格式單元，因而橫截面中產生的拉伸應力被封閉，以及應力不會擴散至混凝土。承載元件具有連續的橫截面形狀以及因此沒有已知鋼筋箍中的自由端。以這種方式完全避免了鋼筋箍或柱箍的固定問題。按照本發明的構築結構元件的方法以及所構築的結構元件的自身是這樣的，在鋼筋箍或柱箍內產生的軸向拉伸力不會從鋼筋箍或柱箍擴散出。
權利要求
1.一種混凝土結構元件增強用的鋼筋箍或柱箍，具有承載元件以接受增強的鋼筋(10)以及承載元件具有橫截面以承受當結構元件加載時產生的拉伸力，該鋼筋箍或柱箍的特點是它具有一個或多個承載元件(20，30)以及至少一個承載元件具有至少一個封閉形狀的格狀單元(50)，從而使承載元件(20，30)的橫截面內產生的拉伸應力的流動被封閉而不傳遞給鋼筋箍或柱箍的周圍區。
2.按照權利要求1的混凝土結構元件增強件用的鋼筋箍或柱箍，其特徵在於所述的承載元件具有實心的橫截面。
3.按照權利要求1或2的混凝土結構元件增強件用的鋼筋箍或柱箍，其特徵在於所述的鋼筋箍或柱箍沒有任何附件將其固定到混凝土上，因此承載元件的橫截面內產生的軸向力不會傳遞給鋼筋箍或柱箍的周圍區。
4.按照權利要求1至3中任何一項的混凝土結構元件增強件用的鋼筋箍或柱箍，其特徵在於所述的鋼筋箍或柱箍具有超過一個承載元件(20)以及每一個承載元件(20)具有一個封閉形狀的格狀單元(50)，從而使在每一個承載元件(20)的橫截面內產生的拉伸應力的流動被封閉和不會傳遞給混凝土。
5.按照權利要求1至4中任何一項的混凝土結構元件增強件用的鋼筋箍或柱箍，其特徵在於所述的承載元件具有曲面形。
6.按照權利要求1至4中任何一項的混凝土結構元件增強件用的鋼筋箍或柱箍，其特徵在於所述的承載元件具有矩形。
7.按照權利要求1至6中任何一項的混凝土結構元件增強件用的鋼筋箍或柱箍，其特徵在於所述的承載元件具有超過一個封閉形狀的單元(50)，從而使承載元件(30)的橫截面內產生的拉伸應力的流動被封閉和不會傳遞給鋼筋箍或柱箍的周圍區。
8.按照權利要求1至7中任何一項的混凝土結構元件增強件用的鋼筋箍或柱箍，其特徵在於所述的承載元件具有內周邊和外周邊以及沿承載元件的內周邊設置有接受增強鋼筋(10)的附件(26，72)。
9.按照權利要求1至8中任何一項的混凝土結構元件增強件用的鋼筋箍或柱箍，其特徵在於所述的鋼筋箍或柱箍具有雙極絲(71)用以將增強鋼筋(10)固定到承載元件(20，30)上。
10.按照權利要求1至9中任何一項的混凝土結構元件增強件用的鋼筋箍或柱箍，其特徵在於所述的鋼筋箍或柱箍為金屬製造的。
11.按照權利要求1至9中任何一項的混凝土結構元件增強件用的鋼筋箍或柱箍，其特徵在於所述的鋼筋箍或柱箍為複合材料製造的。
12.按照權利要求1至11中任何一項的混凝土結構元件增強件用的鋼筋箍或柱箍，其特徵在於所述的承載元件是澆注的。
13.按照權利要求1至12中任何一項的混凝土結構元件增強件用的鋼筋箍或柱箍，其特徵在於所述的一個或多個承載元件(20，30)的橫截面是可變的。
14.按照權利要求1至13中任何一項的混凝土結構元件增強件用的鋼筋箍或柱箍，其特徵在於所述的承載元件的橫截面可以安全地承受100N的拉伸載荷。
15.按照權利要求1至14中任何一項的混凝土結構元件增強件用的鋼筋箍或柱箍，其特徵在於所述的鋼筋箍或柱箍具有接受輔助安裝鋼筋的孔(73)。
16.按照權利要求1至15中任何一項的混凝土結構元件增強件用的鋼筋箍或柱箍，其特徵在於沿所述的承載元件設置了凸片(74)。
17.一種混凝土結構元件用的增強件，它具有縱向增強鋼筋(10)以及按照權利要求1至16任何一項的鋼筋箍或柱箍，橫向或以一定角度與增強鋼筋(10)連接。
18.按照權利要求17的混凝土結構元件用的增強件，其特徵在於所述的增強件是預製的。
19.一種構築混凝土結構元件的方法，包括使用權利要求18的預製的增強件的步驟。
20.一種構築混凝土結構元件的方法，包括如下步驟a)構築框件(14)，b)提供縱向增強鋼筋(10)，c)在鋼筋箍或柱箍內連接增強鋼筋(10)，鋼筋箍或柱箍具有承載元件以接受縱向的增強鋼筋(10)，而承載元件的橫截面承受結構元件加載時產生的軸向力，以及d)在框件(14)內澆注混凝土以及用混凝土包覆縱向增強鋼筋(10)和鋼筋箍或柱箍，這種方法的特點是在混凝土內的鋼筋箍或柱箍不會將橫截面內產生的軸向力傳遞給混凝土。
21.按照權利要求20的構築混凝土結構元件的方法，其中鋼筋箍或柱箍是按照權利要求1至16中任何一項的鋼筋箍或柱箍。
22.混凝土結構元件，它具有縱向增強鋼筋(10)，與縱向增強鋼筋(10)相交的鋼筋箍或柱箍以及包住縱向增強鋼筋(10)和鋼筋箍或柱箍的混凝土，而鋼筋箍或柱箍具有承載元件(20，30)以接受增強的鋼筋(10)以及承載元件具有的橫截面形狀可以承受混凝土結構元件加載時產生的軸向力，所述的結構元件的特點是所述的鋼筋箍或柱箍具有一個或多個承載元件(20，30)以及至少一個承載元件具有至少一個封閉形狀的格狀單元(50)，從而使承載元件(20，30)內產生的拉伸應力的流動被封閉和不傳遞給混凝土。
全文摘要
本發明涉及結構元件用的鋼筋箍和柱箍。這種鋼筋箍和柱箍使用於結構元件,例如立柱、橫梁、平板、基座、樁、鏈樁、橫楣等。本發明還涉及結構元件的增強方法以及結構元件本身。按照本發明的鋼筋箍或柱箍具有承載元件(20)用以固定縱向增強鋼筋(10)和承受結構元件加載時產生的拉伸力。承載元件具有至少一個封閉形狀的格狀單元(50),從而使橫截面內產生的拉伸應力的流動被封閉以及應力不會擴散至混凝土。按照本發明的鋼筋箍或柱箍的承載元件具有連續的橫截面和因此沒有已知鋼筋箍內那樣的自由端。以這種方式完全避免了鋼筋箍或柱箍的固定問題。封閉的單元形狀不間斷,它可以是簡單的,例如矩形、圓形、T形、I形等,也可以是複雜的,例如帶內切矩形的方形、帶內切方形的圓形等。
文檔編號E04C5/18GK1278314SQ98810863
公開日2000年12月27日 申請日期1998年11月4日 優先權日1997年11月5日
發明者阿伯斯託羅斯·肯斯坦提尼迪斯 申請人:阿伯斯託羅斯·肯斯坦提尼迪斯