一种预制装配式波纹钢管螺旋箍筋笼约束混凝土芯柱增强组合剪力墙及其装配方法

本发明涉及预制混凝土结构，具体涉及一种预制装配式波纹钢管螺旋箍筋笼约束混凝土芯柱增强组合剪力墙及其装配方法。

背景技术：

1、预制装配式混凝土(pc)剪力墙是高层建筑实现装配化非常重要的构件，其竖向钢筋连接方式(如套筒灌浆连接、约束浆锚搭接、环筋扣合锚接、套筒挤压连接等)，能够实现pc剪力墙装配连接的可靠性要求。然而，预制装配式高层混凝土结构的震损演化和破坏机制十分复杂，pc剪力墙不仅要求装配连接安全可靠，还需具备较高的冗余性和鲁棒性。冗余性强调梯度能力和多道传力路径，鲁棒性强调预期性能的可控稳定性。现有的pc剪力墙以及预制装配式钢管混凝土芯柱增强组合剪力墙多聚焦于“等同现浇”的力学性能，极少涉及破坏过程的冗余性，以竖向钢筋连接为主的装配连接技术在实现预制装配式高层混凝土结构多维度性能强化方面尚有不足，因此传统pc剪力墙在抗震破坏过程中不具有明显的冗余特性，实际震害调查和试验研究均表明，特别是在轴拉-压弯/压剪复合受力状态下，传统pc剪力墙的抗震性能难以得到充分保障，水平后浇连接层的连接性能退化快。

2、现有pc剪力墙的力学性能过分依赖竖向钢筋连接的构造措施及施工质量，导致工期长、成本高；预制装配式钢管混凝土芯柱增强组合剪力墙的内嵌钢管在现场采用焊接或半焊接、或螺纹套筒灌浆连接、或复式钢套管连接等方式，导致现场工作量大，内嵌钢管的定位精度要求高，装配容错性低，pc剪力墙的装配质量控制难度大。

3、本发明针对pc剪力墙存在的关键技术问题，为实现pc剪力墙的多维度抗震性能需求，提出一种新型的预制装配式波纹钢管螺旋箍筋笼约束混凝土芯柱增强组合剪力墙。与传统pc剪力墙以及已有装配式钢管混凝土芯柱增强组合剪力墙比较，新型剪力墙具有“易装配、强连接、高冗余、降成本”的特点。“部分装配、部分现浇”的嵌套体系突破常规传力机构，能够形成承载-耗能-梯度转换的多机制协同工作体系，适用于高烈度区的高层和超高层预制装配式建筑结构的应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺陷和不足，提供一种预制装配式波纹钢管螺旋箍筋笼约束混凝土芯柱增强组合剪力墙及其装配方法。

2、本发明的目的可以通过如下技术方案实现：

3、一种预制装配式波纹钢管螺旋箍筋笼约束混凝土芯柱增强组合剪力墙，包括预制混凝土墙和波纹钢管螺旋箍筋笼复式约束高强混凝土芯柱；

4、预制混凝土墙分为上层预制混凝土墙和下层预制混凝土墙，上层预制混凝土墙和下层预制混凝土墙之间设置有水平后浇连接层，波纹钢管螺旋箍筋笼复式约束高强混凝土芯柱由上至下依次贯穿上层预制混凝土墙、水平后浇连接层、下层预制混凝土墙；预制混凝土墙内埋设有由竖向分布钢筋、水平分布钢筋和拉结钢筋交织构成的钢筋网；水平后浇连接层内埋设有由加密水平分布钢筋和拉结钢筋交织构成的钢筋网；

5、波纹钢管螺旋箍筋笼复式约束高强混凝土芯柱包括波纹钢管、螺旋箍筋笼和高强混凝土；多根波纹钢管成排并相互间隔预埋设在预制混凝土墙内，波纹钢管的两端分别伸出预制混凝土墙的上端面和下端面，螺旋箍筋笼插入波纹钢管内，高强混凝土浇注在波纹钢管内，形成波纹钢管螺旋箍筋笼复式约束高强混凝土芯柱；

6、上层预制混凝土墙和下层预制混凝土墙拼装时，通过水平插筋插销式连接锚固上层预制混凝土墙和下层预制混凝土墙中的竖向分布钢筋。

7、作为一种优选，竖向分布钢筋的两端分别伸出预制混凝土墙的上端面和下端面，竖向分布钢筋在制作出成对的环形钢筋穿孔后闭合成矩形环；位于上层预制混凝土墙中的竖向分布钢筋，其下部的环形钢筋穿孔与位于下层预制混凝土墙中的竖向分布钢筋上部的环形钢筋穿孔错位叠合成水平向的成排通孔，水平插筋贯穿水平向的成排通孔，形成上层预制混凝土墙的竖向分布钢筋与下层预制混凝土墙的竖向分布钢筋之间的插销式连接构造。

8、作为一种优选，竖向分布钢筋的环形钢筋穿孔直径要求大于水平插筋的直径，水平插筋的直径和钢材强度要求大于竖向分布钢筋的直径和钢材强度。

9、作为一种优选，波纹钢管为薄壁型管材，上层预制混凝土墙的波纹钢管与下层预制混凝土墙的波纹钢管在水平后浇连接层内相抵接，波纹钢管用于约束浇注在波纹钢管内的高强混凝土。

10、作为一种优选，螺旋箍筋笼包括螺旋箍筋和竖向架立钢筋，多根竖向架立钢筋环设于螺旋箍筋的内侧，竖向架立钢筋通过绑扎与螺旋箍筋固定，形成螺旋箍筋笼；竖向架立钢筋为普通钢筋或纤维增强复合材料筋；上层预制混凝土墙的螺旋箍筋笼插入下层预制混凝土墙对应位置的波纹钢管内，且螺旋箍筋笼竖向贯穿水平后浇连接层，上层预制混凝土墙的螺旋箍筋笼与下层预制混凝土墙的螺旋箍筋笼在波纹钢管高度方向的中间部位抵近。

11、预制装配式波纹钢管螺旋箍筋笼约束混凝土芯柱增强组合剪力墙在施工时的装配方法，包括如下步骤：

12、s1、螺旋箍筋笼安装：上层预制混凝土墙的螺旋箍筋笼从下层预制混凝土墙的上端面插入下层预制混凝土墙的波纹钢管内，其中，上层预制混凝土墙的螺旋箍筋笼一半在下层预制混凝土墙的波纹钢管内，另一半在下层预制混凝土墙的波纹钢管外；

13、s2、预制混凝土墙安装：起吊预制混凝土墙，上层预制混凝土墙的波纹钢管套住下层预制混凝土墙的波纹钢管外的另一半螺旋箍筋笼，螺旋箍筋笼引导上层预制混凝土墙的定位，上层预制混凝土墙下降至螺旋箍筋笼的半长在上层预制混凝土墙的波纹钢管内；上层预制混凝土墙的波纹钢管与下层预制混凝土墙对应位置的波纹钢管相抵近；

14、s3、竖向分布钢筋的连接：上层预制混凝土墙的竖向分布钢筋的下部环形钢筋穿孔与下层预制混凝土墙的竖向分布钢筋上部的环形钢筋穿孔错位叠合为水平向的成排通孔，水平插筋贯穿水平向的成排通孔，形成上、下层预制混凝土墙竖向分布钢筋的插销式连接；

15、s4、水平后浇连接层的灌浆连接：绑扎加密水平分布钢筋和拉结钢筋，形成水平后浇连接层的钢筋网，在钢筋网外安装浇筑水平后浇连接层的模板，在模板内浇筑灌浆混凝土，形成水平后浇连接层；

16、s5、波纹钢管螺旋箍筋笼复式约束高强混凝土柱芯的浇筑：从上层预制混凝土墙波纹钢管的上部开口灌入高强混凝土，高强混凝土浇筑至上层预制混凝土墙波纹钢管高度的2/5部位，保留部分螺旋箍筋笼在高强混凝土外；

17、依次循环，完成各层整片预制装配式波纹钢管螺旋箍筋笼约束高强混凝土芯柱增强组合剪力墙的装配和施工。

18、本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

19、1)易装配：预制混凝土墙的竖向分布钢筋制作成带有环形钢筋穿孔的闭合矩形环，并通过水平插筋插销式连接，实现上层预制混凝土墙中的竖向分布钢筋和下层预制混凝土墙中的竖向分布钢筋的锚固，免除了竖向分布钢筋在现场的复杂连接工序；薄壁波纹钢管仅考虑约束高强混凝土的作用，上层预制混凝土墙的波纹钢管与下层预制混凝土墙对应位置的波纹钢管在水平后浇连接层内相抵近，无需任何连接；上层预制混凝土墙的螺旋箍筋笼与下层预制混凝土墙的螺旋箍筋笼在波纹钢管高度方向的中间部位抵近，螺旋箍筋笼在波纹钢管内的高强混凝土中有足够的锚固长度，无需任何额外的连接或绑扎。现场免除竖向架立钢筋和波纹钢管之间的连接工序，螺旋箍筋笼抗侧刚度小，便于修正或补偿施工误差，还可引导预制混凝土墙的快速定位装配，大幅降低装配难度，提高施工效率。

20、2)强连接：波纹钢管螺旋箍筋笼复式约束高强混凝土芯柱自身具有较高的刚度和承载能力，水平后浇连接层内包含刚度和承载力连续的波纹钢管螺旋箍筋笼复式约束高强混凝土柱芯，大幅强化了水平连接性能，可降低对预制混凝土墙的竖向分布钢筋连接构造及施工质量的依赖，有效解决了传统pc剪力墙的水平连接整体性不强、面外稳定性不高的技术难题，延缓水平后浇连接层在轴拉-压弯/压剪复合荷载作用下的损伤破坏，保证其塑性变形发展能力和抗震延性能力。水平插筋插销式连接锚固预制混凝土墙的竖向分布钢筋，形成可靠的插销构造传递竖向拉力和侧向弯矩，即使在极端的轴拉-压弯/压剪复合荷载作用下，竖向分布钢筋能保持较高的抗拉和抗弯能力。

21、3)高冗余：波纹钢管的波纹抑制预制混凝土墙的混凝土与波纹钢管螺旋箍筋笼复式约束高强混凝土芯柱外壁之间的粘结滑移，确保波纹钢管螺旋箍筋笼复式约束高强混凝土芯柱与预制混凝土墙体协同工作；螺旋箍筋笼的竖向架立钢筋采用普通钢筋、纤维增强复合材料筋或两者的混合模式，赋予其高弹性应变能力，可部分增强预制混凝土墙以及水平后浇连接层损伤破坏裂缝的自修复能力；多根波纹钢管螺旋箍筋笼复式约束高强混凝土芯柱嵌合在预制混凝土墙内形成能力差，不同耗能机制的嵌套体系可突破常规传力机构，形成承载-耗能-梯度转换多机制协同工作的多重抗震防线；在不同受力阶段的损伤演化过程中，波纹钢管螺旋箍筋笼复式约束高强混凝土芯柱逐渐分担水平后浇连接层损伤破坏卸载的部分荷载内力，形成有明显层次性的性能退化，改变组合剪力墙整体的抗震破坏模式和耗能机制，获得梯度防御的高冗余特性。

22、4)降成本：本组合剪力墙的易装配特点，可提高施工效率，减少施工成本；强连接和高冗余特点，可适当放松现行规范中预制混凝土剪力墙的轴压比、高厚比等技术指标，从而降低结构自重、减小地震反应，节约抗震投资，且可提高有效建筑使用面积。标准化制作本组合剪力墙的各部件，工业化适用性强；相对于现有的预制装配式钢管混凝土芯柱增强组合剪力墙，薄壁波纹钢管和螺旋箍筋笼组合构造的含钢率显著减小，组合剪力墙的连接依托波纹钢管螺旋箍筋笼复式约束高强混凝土芯柱得到集中强化，可减少预制混凝土剪力墙的竖向分布钢筋含量。