装配式后张法预应力钢索加强玻璃梁

摘要

一种装配式后张法预应力钢索加强玻璃梁，包括夹层玻璃板、上下侧的预应力钢索、用于保护预应力钢索的方形钢套管、在梁两端用于锚固预应力筋的挤压锚固单元以及钳状锚固垫块单元。玻璃梁构件起到承载全玻璃幕墙或者全玻璃结构玻璃面板的作用，具有良好的透光性和美观性，同时在夹层玻璃的受压侧和受拉侧设置了预应力钢索，在玻璃梁内部施加了自平衡预应力，大幅度提高了玻璃截面的抗裂能力，从而提高玻璃梁构件的承载力、变形能力和安全储备，可胜任结构中的受力构件。预应力钢索锚固于梁端部的钳状锚固装置。钳状锚固装置通过合理设计，借助预应力钢索施加的预拉力反力，稳固夹持于玻璃梁两端。等等。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑玻璃结构和玻璃幕墙工程构件的技术领域。

背景技术

玻璃由于其透明性在建筑围护结构获得广泛应用，近年来玻璃梁/玻璃肋作为玻璃承重结构构件获得了工程应用。然而，在实际工程中传统玻璃梁/玻璃肋受制于玻璃的弹脆性本构和低断裂韧性，以及抗拉强度远小于抗压强度的特性，导致其抗裂承载力低，变形能力差。对玻璃梁施加自平衡预应力是解决抗裂能力差的有效方法。但相比预应力混凝土梁构件，预应力加强玻璃梁存在的问题是：由于玻璃生产工艺的制约，预应力筋无法采用先张法直接锚固于玻璃内部；而采用后张法时，需要将预应力筋锚固于玻璃梁端部，此时锚固装置势必需要接触玻璃使预应力传导于玻璃截面。施加预应力过程中，如果锚固装置的硬质金属材料直接接触玻璃，可能会导致玻璃局部产生较大集中应力导致玻璃碎裂。因此，需要避免梁端部的锚固单元的硬质金属材料直接接触玻璃。解决这一问题可以采用柔性材料隔绝的办法。然而，若采用柔性材料隔绝锚固装置和玻璃，则可能会存在锚固装置与玻璃之间连接不稳定的问题，在施加预应力时难以避免锚固装置相对于玻璃发生侧向偏移或扭转。另一方面，在国外预应力加强玻璃梁相关文献中，研究人员设计的预应力筋锚固装置往往在梁端占用了较大的体积，却不适合作为支撑装置承担竖向剪力并与相邻构件连接，从而影响了建筑设计效果。综上，梁端部的自平衡锚固装置与玻璃的连接是主要难点。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种装配式后张法预应力钢索加强玻璃梁，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目标，本发明采用以下技术方案：

一种装配式后张法预应力钢索加强玻璃梁，特征是，作用为承载全玻璃幕墙所传导的水平荷载或全玻璃建筑结构的面板所传导的竖向荷载；

包括夹层玻璃板、预应力钢索、方形钢套管、预应力钢索挤压锚固单元以及钳状锚固垫块单元，其中：

方形钢套管(2)用于保护预应力钢索(7)；

夹层玻璃板是基本组件，由三部分组成，相邻玻璃片由夹胶材料互相粘结，其中截面左右两部分的玻璃板长度偏短，宽度较大；中间一部分的玻璃长度较长，宽度较小，形成预留的槽型空间(12)，在该槽型空间(12)内设置预应力钢索(7)和相应的方形钢套管(2)，中间一部分在梁两端分别延伸一部分长度并开孔，用于钳状异形锚固垫块(4)的侧向限位；在梁两端的截面两侧的玻璃分别有一定角度的倒角，对应于钳状异形锚固垫块(4)的延伸尖角，便于与钳状异形锚固垫块(4)连接；

预应力钢索挤压锚固单元包括带锥形孔的锚固套(5)和锥形挤压装置(6)，锥形挤压装置(6)用于穿装钢索；在梁两端用于锚固预应力钢索(7)的预应力钢索挤压锚固单元；

钳状异形锚固垫块单元包括纵方向件、厚度方向件；

纵方向件包括硫化橡胶垫层(3)、钳状异形锚固垫块(4)；硫化橡胶层(3)用于隔离玻璃和锚固垫块；

厚度方向件包括不锈钢螺杆(8)、不锈钢螺母及不锈钢垫片(9)、塑料螺母和塑料垫片(10)和硅胶短套管(11)；不锈钢螺杆(8)用于连接锚固垫块和中间层玻璃。

本发明玻璃梁构件起到承载全玻璃幕墙或者全玻璃结构玻璃面板的作用，具有良好的透光性和美观性，同时在夹层玻璃的受压侧和受拉侧设置了预应力钢索，在玻璃梁内部施加了自平衡预应力，大幅度提高了玻璃截面的抗裂能力，从而提高玻璃梁构件的承载力、变形能力和安全储备，可胜任结构中的受力构件。预应力钢索锚固于梁端部的钳状锚固装置。钳状锚固装置通过合理设计，借助预应力钢索施加的预拉力反力，稳固夹持于玻璃梁两端。钳状锚固装置和玻璃之间无需采用粘接剂连接，方便了玻璃梁的后期维护。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：与传统的玻璃幕墙工程玻璃梁/玻璃肋相比，本发明在面内弯曲荷载作用下具有较高的抗裂承载力和变形能力。同时，有效解决了预应力钢索锚固装置与玻璃之间的连接：采用柔性材料隔绝的办法避免金属锚固装置直接接触玻璃，减少了玻璃产生较大局部集中应力的可能性。钳状异形锚固垫块的延伸尖角增大了锚固装置与玻璃之间的接触面积，使预应力从锚固垫块更均匀传导于玻璃，也使得梁两端的异形锚固垫块装置形成稳固的夹持效应，可以作为支承点承担竖向剪切荷载。借助螺杆对钳状异形锚固垫块进行侧移限位，避免施加预应力时锚固装置侧移。钳状异形锚固垫块额外包含多个竖向排列的螺栓孔，便于与其他结构构件螺栓连接。各组件通过装配一体成型，减少了现场湿粘接作业。

附图说明

图1为本发明涉及的装配式后张法预应力钢索加强玻璃梁构件东南等轴测示意图，其中虚线表示透过玻璃肉眼可见的部分，虚线意义下同；

图2为图1的正视图局部；

图3为图1的俯视图局部；

图4为正视图A-A断面图；

图5为正视图B-B断面图；

图6为结构爆炸图。

图7为实施例应用场景图；作为梁构件示意的一种应用场景。

图中标号说明

1—夹层玻璃板；

2—方形不锈钢套管；

3—硫化橡胶垫层；

4—钳状异形锚固垫块；

5—带锥形孔的锚固套；

6—锥形挤压装置；

7—预应力钢索；

8—不锈钢螺杆；

9—不锈钢螺母和不锈钢垫片；

10—塑料螺母和塑料垫片；

11—硅胶短套管；

12—槽型空间。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

下面结合附图详细说明本发明的实施例。

一种装配式后张法预应力钢索加强玻璃梁，如图7所示的应用场景，作用为承载全玻璃幕墙所传导的水平荷载或全玻璃建筑结构的面板所传导的竖向荷载。

如图1至图6所示，

一种装配式后张法预应力钢索加强玻璃梁，

钳状异形锚固垫块4主体材料为铝合金，有四个延伸尖角，对应于夹层玻璃板1的倒角，从而在预应力作用下形成稳固的夹持效应，钳状异形锚固垫块4不易在受到竖向剪切力作用下与夹层玻璃板1脱离。内部分别有多处穿孔和六处开槽，包括上下侧预应力钢索7对应的两处开孔，套上夹层玻璃板1端部延伸部分的长方形大开孔，用于与其他构件连接的多个螺栓孔，对应于预应力钢索7锚固处的四处开槽以及用于限位连接的侧视图左右两侧开槽。

附属组件包括用于隔离玻璃和锚固垫块的硫化橡胶层3、连接锚固垫块4和中间层玻璃1的不锈钢螺杆8、圆形硅胶短套管11以及相应的不锈钢螺母9和塑料螺母10。

硫化橡胶层3用于隔绝两侧玻璃的端面和异形锚固垫块，承担将钳状锚固垫块4的预应力传导至玻璃的作用，避免玻璃和金属直接接触导致玻璃碎裂；

硫化橡胶层3与钳状异形锚固垫块4用工业粘接剂粘接，避免移位。硫化橡胶层3不与玻璃粘接，从而便于后期钳状异形锚固垫块单元(3，4，8，9，10和11)的拆卸维护。

不锈钢螺杆8的长度略短于梁宽度，其穿装于钳状异形锚固垫块4的两侧限位开槽和夹层玻璃板1端部延伸处的开孔。

圆形硅胶短套管11用于隔离玻璃1和螺杆8，其外径小于夹层玻璃板1端部延伸处的穿孔，内径大于螺杆8直径，长度小于或等于夹层玻璃板1延伸处穿孔长度；螺杆8和玻璃1之间采用两个塑料螺母及垫片10限位。

螺杆8和钳状异形锚固垫块4之间采用两个不锈钢螺母及垫片9限位。

夹层玻璃板1的中间片玻璃高度缩小，在梁上下侧形成了槽型空间12，两个方形不锈钢套管2分别设置并粘接于上下的槽型空间12。方形不锈钢套管2的作用是保护并视觉上隐藏预应力钢索7。预应力钢索7的两端分别被锥形挤压装置6握持，进而锥形挤压装置6套入带锥形孔的锚固套5。带锥形孔的锚固套5与钳状异形锚固垫块4连接，并将预应力钢索7的应力传导于钳状异形锚固垫块4。钳状异形锚固垫块4将预应力传导于夹层玻璃板1，但为了避免夹层玻璃板1和钳状异形锚固垫块4直接硬接触导致玻璃碎裂，采用硫化橡胶垫层3隔离两者，使预应力更均匀地传导。为了防止施加预应力过程中钳状异形锚固垫块4的侧向偏移，夹层玻璃板1的中间部分分别在梁两端进行了延伸并分别开一个孔，在对应于钳状异形锚固垫块4处设置限位槽，不锈钢螺杆8穿装于夹层玻璃板1和钳状异形锚固垫块4，不锈钢螺杆8和夹层玻璃板1之间采用两个塑料螺母和塑料垫片10限位，而不锈钢螺杆8和夹层玻璃板1之间采用两个不锈钢螺母和不锈钢垫片9限位。

进一步，梁两端的截面两侧的夹层玻璃板1分别有一定角度的倒角，对应于钳状异形锚固垫块4的延伸尖角，倒角增大了锚固装置与玻璃之间的接触面积，使预应力从钳状异形锚固垫块4更均匀传导于夹层玻璃板1，也使得梁两端的钳状异形锚固垫块4在预应力钢索7的预应力作用下形成夹持效应，不会因为受到竖向剪切力作用而发生大幅度竖向错位，可以作为支承点承担竖向剪切荷载。钳状异形锚固垫块4还有额外的多个螺栓孔，可与其他相邻结构构件相连。

优选地，方形不锈钢套管2的内边长均应大于预应力钢索7的直径，以尽量避免预应力钢索7和方形不锈钢套管2的接触。

优选地，硫化橡胶垫层3采用工业粘接剂粘接于钳状异形锚固垫块4上，从而加入锚固装置整体，但与夹层玻璃板1之间不发生粘接，便于后期拆卸维护。

优选地，带锥形孔的锚固套5点焊于钳状异形锚固垫块4上，避免施加预应力时移位。

优选地，为避免不锈钢螺杆8与夹层玻璃板1发生直接接触，硅胶短套管11设置于不锈钢螺杆8和夹层玻璃板1之间。

优选地，塑料螺母和塑料垫片10的对角直径应大于不锈钢螺母和不锈钢垫片9，以减小夹层玻璃板1端部限位孔局部的压应力。

本发明相比未加强的夹层玻璃梁在面内弯曲荷载作用下具有较高的抗裂承载力和变形能力。同时，有效解决了预应力钢索锚固装置与玻璃之间的连接，尽可能避免了锚固装置和夹层玻璃之间的相对移位，并且使得锚固装置可以作为竖向剪力支撑点，具有较高的工程应用价值。

以上所述仅为本发明的优先实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。