混凝土柱托换用模块化组装式钢托换装置及其应用的制作方法【技术领域】[0001]本发明涉及建筑物整体移位【技术领域】，尤其涉及混凝土柱托换用模块化组装式钢托换装置及其应用方法。[0002]建筑物整体移位是建筑业的一个特殊行业，在城市改造建设中起到了非常重要的作用。托换装置是建筑物平移中的重要结构，目前国内建筑物平移工程中的混凝土柱托换主要是采用现浇钢筋混凝土托换梁，有柱下单梁式和双梁式托换两种。[0003]单梁式托换的托换方法是:在施工好的下轨道钢板上放置滚轴(或滑车、滑块)，滚轴上铺设上轨道钢板(或槽钢)并作为托换梁(上轨道梁)的底模，根据托换梁纵筋的设置在混凝土柱上钻孔，将托换梁纵筋穿柱后绑扎钢筋，然后支设模板并浇筑托换梁混凝土，待托换梁混凝土强度达到设计要求后，在托换梁底部与下轨道之间的空隙内将被托换柱与原基础分离截断，柱截断后其所承担的荷载通过托换梁、托换梁下的滚轴传至下轨道及基础。建筑物移位之前需将柱截面宽(或柱截面高)度范围内的下轨道(含下轨道钢板)做好。单梁式托换的主要缺点是被托换柱的承担的全部荷载主要通过与托换梁结合的两个结合面传至托换梁，结合面的承载力偏低，一般仅适合与荷载较小的混凝土柱托换。[0004]双梁式托换的托换方法是:托换结构由平行于移动方向的两个托换梁(上轨道梁)和垂直于移动方向的两个连接短梁组成，托换梁和连接短梁对被托换柱形成四面包裹式抱柱梁托换，连接短梁起到连接两个托换梁并增加被托换柱与托换结构结合面的作用。托换梁的下方有滚轴，滚轴与移动方向垂直，连接短梁两端与托换梁连接，其下方悬空。在施工好的下轨道钢板上放置滚轴(或滑车、滑块)，滚轴上铺设上轨道钢板(或槽钢)并作为托换梁(上轨道梁)的底模，将托换梁和短梁钢筋绑扎完成后，支设模板并浇筑托换梁、短梁混凝土，待托换梁混凝土强度达到设计要求后，在托换结构底部与下轨道之间的空隙内将被托换柱与原基础截断分离，柱截断后其所承担的荷载通过托换梁和短梁、托换梁下的滚轴传至下轨道及基础。[0005]相对于柱下单梁式托换法，双梁托换具安全性高、施工速度快的优点；但是，上述托换方法的施工工期都受到混凝土强度增长时间的限制，且需要消耗一定数量水泥、沙石、模板等不可再生资源。总的来讲这种混凝土梁缺点是:劳动强度大、用工量多、消耗资源多、施工周期长。[0006]例如，中国实用新型专利CN2490261Y公开了一种房屋柱的型钢托换装置，该装置由二根H型钢和二根槽钢组成一个四边形框架，在二根H型钢之间还设有螺栓，在二根槽钢之间设有螺栓，H型钢与槽钢之间焊接连接，槽钢的两端焊接在H型钢的腹板处。使用该装置施工虽然可以实现托换，因二根H型钢和二根槽钢内需要填充砼材料，因此属于抱柱梁托换方式，现场浇注混凝土是该方法存在的主要缺点。[0007]例如，中国专利申请CN102661056A公开了一种采用预应力技术进行钢筋混凝土柱托换的装置，通过提高新旧砼界面压力提高托换承载力，通过在被托换钢筋砼柱的四周建造钢筋混凝土包柱梁，在所述钢筋混凝土包柱梁的外部四周分别设置约束钢板进行围护，预应力筋穿过设置在预留在约束钢板上的预留圆孔，通过张拉预应力钢筋施加预应力，该发明的装置利用了混凝土在三向约束条件下性能提高和界面压力增大摩擦力增大的原理，更高效地利用了材料性能，托换荷载适用范围广。同样属于抱柱梁托换方式，现场浇注混凝土仍然是该方法存在的主要缺点。
[0008]中国专利CN101429819A公开了一种墙体托换方法，其步骤为:先构建好托换基础，再用夹墙梁从墙体两侧将墙体夹紧在夹墙梁下放置移位装置，最后对墙体截断，使建筑物的力通过墙体传递给夹墙梁，夹墙梁再通过移位装置传递至托换基础上，其贡献在于:在夹墙梁和墙体之间还施加正应力摩擦力。该方法，虽然解决了上述抱柱梁托换方式现场浇注混凝土存在的缺点，实现了施工方便，快捷，施工工期短，钢结构可以重复使用的优点，但是它仅适于墙体的托换，由于混凝土柱的结构和受力与墙体差异甚大，无法应用于混凝土柱托换。


[0009]本发明针对现有楼房平移中用于混凝土柱托换的钢筋混凝土托换梁的不足，提供一种安全可靠、模块化组装、适用不同截面尺寸柱、可重复使用、快速安装和拆卸、施工速度快的混凝土柱用组装式钢托换装置。
[0010]本发明还提供了混凝土柱用模块化组装式钢托换装置的具体应用方法。
[0011]本发明解决其技术问题所采取的方案是:
[0012]一种混凝土柱托换用模块化组装式钢托换装置，包括于移动方向设置的一对对称的托换钢梁、及连接托换钢梁的横向预紧螺栓，所述的托换钢梁通过其下部的行走机构置于下轨道及基础上，其特征是，一对对称设置的短梁通过传力构件连接在两托换钢梁之间，纵向预紧螺栓穿过被托换柱将所述的短梁连接起来，被托换柱位于一对托换钢梁和一对短梁所组成的方型结构内且被夹紧；所述的托换钢梁侧面有多列横向螺栓孔，横向预紧螺栓至少包括两组侧面预紧螺栓，侧面预紧螺栓分别位于被托换柱两侧且横向穿过短梁，前述的短梁采用模块化组装。
[0013]所述的传力构件包括设置在短梁两端面的水平向短梁传力凹槽、及设置在托换钢梁与短梁靠近侧面上的凸出的托换钢梁传力板，所述的托换钢梁传力板在托换钢梁和短梁安装后位于短梁端面的短梁传力凹槽内。
[0014]所述的横向预紧螺栓还包括横向通过被托换柱的中部横向横向预紧螺栓。
[0015]所述的短梁由第一短梁模块和第二短梁模块经连接板连接成一体；所述的第一短梁模块一端侧面设水平方向的短梁传力凹槽，另一端侧面为与短梁传力凹槽配合的模块传力凸板；所述的第二短梁模块两侧面均有水平方向的短梁传力凹槽；在第一短梁模块和第二短梁模块的上端面及下端面分别设有用于安装连接板的第一定位凹槽及第二定位凹槽和第一螺栓孔及第二螺栓孔；所述的连接板于第一短梁模块和第二短梁模块上下端面为对称设置，每一连接板上纵向设有两条平行的凸沿，所述的凸沿分置于第一短梁模块和第二短梁模块相应的第一定位凹槽和第二定位凹槽内，连接板固定螺栓通过连接板上的第一螺栓孔和第二螺栓孔后将连接板固定在第一短梁模块和第二短梁模块上。
[0016]所述的第一短梁模块可以设置多个，顺次由连接板连为一体。[0017]所述的行走机构为滑车、滚轴或者滑动支座中的之一。
[0018]一种混凝土柱托换用模块化组装式钢托换装置的应用方法:将一对托换钢梁和一对组装好的连接短梁放置在被托换柱的两侧并通过横向预紧螺栓和纵向预紧螺栓将被托换柱四面夹紧，被托换柱与基础截断分离后，悬空短梁通过其两端部将其承担的部分柱荷载传给托换钢梁，托换钢梁通过其下部的行走机构将被托换柱传来的全部荷载传至下轨道及基础。
[0019]具体步骤如下:
[0020]I)按短梁纵向预紧螺栓孔位置和直径在被托换柱上钻纵向孔；当被托换柱水平截面尺寸较大时，可以在被托换柱的另一个方向按托换钢梁侧面中部的横向螺栓孔位置和直径在被托换柱上再行钻横向孔；
[0021]2)清除托换钢梁安装部位柱面上的抹灰及粉尘后，用水冲净，抹约5?IOmm厚的水泥砂浆找平层，在砂浆初凝前将托换钢梁和短梁安装至预定位置；
[0022]安装时应先将托换钢梁成对安放在平行于移动方向的被托换柱两侧面，托换钢梁放置在位于下轨道板上的行走机构上；组装好的连接短梁通过其两端的短梁传力凹槽支撑在托换钢梁侧面凸出的托换钢梁传力板上；
[0023]预紧螺栓的安装顺序是:先将纵向预紧螺栓穿过一侧短梁、被托换柱和另一侧短梁并初步紧固，使短梁底面或顶面处于水平状态，并使找平砂浆自短梁上下边略有挤出，再将横向预紧螺栓穿过一侧托换钢梁、短梁和另一侧托换钢梁，并初步紧固，使托换钢梁底面或顶面处于水平状态，并使找平砂浆自托换钢梁上下边略有挤出；在初步紧固横向预紧螺栓和纵向预紧螺栓时，应同时保证短梁侧面与托换钢梁侧面之间均有2?3mm的空隙；
[0024]3)待找平砂浆达到设计强度后，用扭矩扳手按照预紧螺栓的设计预紧力再次交替紧固螺栓，此时被托换柱四面的托换钢梁和短梁通过横向预紧螺栓和纵向预紧螺栓将被托换柱夹紧，托换钢梁安装完成；
[0025]4)在托换钢梁的底部与下轨道之间的缝隙内，将被托换柱与原基础水平截断分离，被托换柱断开后，被托换柱传至原基础的荷载，通过托换钢梁和短梁并最终由托换钢梁传递至下部的行走机构，再由行走机构传至下轨道及基础；
[0026]5)被托换柱逐个完成上述操作后，经由行走机构实现楼房平移到位，而后将被托换柱与新基础连接，在连接材料达到设计强度后，松开预紧螺栓将托换钢梁和短梁卸除以
备重复使用。
[0027]根据被托换柱的尺寸，可以增减短梁的第一短梁模块的数量和尺寸。
[0028]本发明的有益效果是:
[0029]本发明结构简单、自重轻；受力明确；可以方便地安装和拆卸；可以应用于不同截面尺寸的柱托换；可以多次重复利用；能有效减小框架结构建筑物平移工程中混凝土柱托换的工作量；降低劳动强度；缩短施工时间。该托换钢梁在等同混凝土托换梁截面尺寸的情况下，其自重只有混凝土梁的1/2?1/3，用钢量约为混凝土梁的3?5倍，考虑全部托换结构施工费的情况下，其造价约为混凝土托换梁的2?3倍，若重复使用10次，造价仅为混凝土托换梁的1/5?1/3，在多次重复使用的情况下，经济效益明显；托换钢梁安装完成后，既可以进行被托换混凝土柱的截断施工，减少了采用混凝土托换梁时混凝土强度增长的等待时间，因此托换施工工期可以减少到采用混凝土托换梁的1/3?1/4，能有效缩短框架结构建筑物平移的施工时间，节省大量的劳动成本。建筑平移到指定位置后，将被托换柱与新位置的基础连接，待连接材料强度达到设计要求后，即可将托换梁、滑车或滚轴和下轨道板回收，以备下次使用。
[0030]本发明不仅克服了目前框架结构建筑平移工程中前期准备时间长、受环境温度影响大的缺点(低温对混凝土强度增长的影响较大)，而且比采用混凝土托换梁减少了大量的资源和劳动力消耗，是一种绿色、经济的托换结构。



[0031]图1为本发明整体结构示意图；
[0032]图2为本发明结构组成拆分示意图；
[0033]图3为短梁组装完成图；
[0034]图4为对应于图3的短梁模块分解图；
[0035]图5为对应于图3的短梁组装前的主视图；
[0036]图6为对应于图3的短梁组装后的主视图；
[0037]图7为三段短梁模块组装后的短梁主视图；
[0038]图8为被托换柱截断前的主视图；
[0039]图9为被托换柱截断后的主视图；
[0040]图10为被托换柱截断后的左视图。
[0041]图中:1托换钢梁，2短梁，3横向预紧螺栓，31横向预紧螺母，4纵向预紧螺栓，41纵向预紧螺母，5被托换柱，6下轨道，7轨道板，8滑车，9中部横向螺栓孔，11托换钢梁传力板，12托换钢梁螺栓孔，21短梁传力凹槽，22短梁第一螺栓孔、23短梁第二螺栓孔，24第一短梁模块、241模块传力凸板,242第一定位凹槽,243第一螺栓孔,25第二短梁模块,251模块传力凹槽，252第二定位凹槽，253第二螺栓孔，26连接板，261凸沿，27连接板固定螺栓。

[0042]下面结合附图对本发明作进一步的说明:
[0043]如图1、图2所示为本发明整体结构。该种混凝土柱托换用模块化组装式钢托换装置，包括于移动方向设置的一对对称的托换钢梁I和组装好的短梁2、所述的托换钢梁I通过其下部的行走机构置于下轨道及基础上。
[0044]—对对称设置的组装好的短梁2通过传力构件连接在两托换钢梁I之间，纵向预紧螺栓4通过短梁第一螺栓孔22和被托换柱5将所述的两个短梁2连接起来，被托换柱5(混凝土柱)位于一对托换钢梁I和一对短梁2所组成的方型结构内且被夹紧。所述的横向预紧螺栓3至少包括两组侧面预紧螺栓，侧面预紧螺栓分别位于被托换柱两侧且横向穿过托换钢梁螺栓孔12和短梁第二螺栓孔23将所述的托换钢梁I紧固在被托换柱5的两对侧面。通常，横向预紧螺栓3仅靠两组(每组不少于4支，上下方向均布)侧面预紧螺栓，以减少因在被托换柱5上钻孔而影响被托换柱的强度。当被托换柱5水平截面尺寸较大时，还可以在托换钢梁I侧面设中部横向螺栓孔，通过中部横向螺栓孔9的横向预紧螺栓3穿过被托换柱5后进一步将两托换钢梁I与被托换柱5夹紧；中部横向预紧螺栓一组不少于2支，上下方向均布。托换钢梁侧面有多列横向螺栓孔，用于安装托换钢梁I两侧的横向预紧螺栓3和中部横向预紧螺栓。
[0045]被托换柱5 (混凝土柱)与基础截断分离后，悬空的短梁2通过其两端部将其承担的柱荷载传给托换钢梁I，托换钢梁I通过其下部的行走机构将被托换柱5传来的全部荷载传至下轨道6及基础。所述的行走机构为滑车8、或者采用滚轴或者滑动支座。在下轨道6上设有轨道板7，滑车8置于轨道板7上。
[0046]如图2，传力构件包括设置在短，2两端面的水平向短梁传力凹槽21、及设置在托换钢梁I与短梁2靠近侧面上的凸出的托换钢梁传力板11，所述的托换钢梁传力板11在托换钢梁和短梁安装时位于短梁端面的短梁传力凹槽21内。托换钢梁传力板11与短梁传力凹槽21的配合结构有多种选择，采用矩形插接结构，也可采用燕尾插接结构，其它能够承受竖向剪力的结构理论上均可。托换钢梁传力板11可以按段设置，优选两段设置且分别位于被托换柱5的两侧，处于同一水平位置。
[0047]为了适用于不同水平截面尺寸的被托换柱5，托换钢梁I的腹板上有多排规则排列的托换钢梁螺栓孔12，横向预紧螺栓3在选择安装在托换钢梁螺栓孔12不同孔内。横向预紧螺栓3 —般为两组，如前述分位于被托换柱两侧，当被托换柱5尺寸较大时，可设置第三组，即通过被托换柱5的中部横向预紧螺栓。此外，短梁2还采用模块化组装。这样，不同水平截面尺寸的被托换柱5均可夹紧在由一对托换钢梁I和一对短梁2所组成的方型结构内。
[0048]如图3、图4、图5、图6。短梁2采用模块化组装。构成短梁2的模块分为第一短梁模块24和第二短梁模块25两种，其中，第一短梁模块24至少I个，根据需要可以设置多个(2-4个)且顺次由连接板26连为一体。第二短梁模块25仅设置一个。第一短梁模块24采用多个时，可以具有相同的外形尺寸，也可在厚度尺寸上有所不同，这样对适应被托换柱5的外形尺寸更为灵活。
[0049]第一短梁模块24 —端侧面设水平方向的短梁传力凹槽21，另一端侧面为与短梁传力凹槽21配合的模块传力凸板241。第二短梁模块25两侧面均设有水平方向的短梁传力凹槽21。模块传力凸板与短梁传力凹槽的结构符合前述传力构件的特征，因此可采用矩形插接结构，也可采用燕尾插接结构等。
[0050]在第一短梁模块24的上端面及下端面均有用于安装连接板的第一定位凹槽242和第一螺栓孔243 ;第一定位凹槽242和第一螺栓孔243均为纵向两排，第一定位凹槽242位于第一短梁模块24的端面外侧，第一螺栓孔243位于第一定位凹槽242的内侧。
[0051]在第二短梁模块25的上端面及下端面均有用于安装连接板的第二定位凹槽252和第二螺栓孔253 ;第二定位凹槽252和第二螺栓孔253均为纵向单排，第二定位凹槽252位于第二短梁模块25的端面外侧，第二螺栓孔253位于第二定位凹槽252的内侧。
[0052]上述内侧和外侧均是以第一短梁模块24和第二短梁模块25本体而言。
[0053]见图4、图5。连接板26于第一短梁模块24和第二短梁模块25上下端面对称设置，每一连接板26上纵向设有两条平行的凸沿261，所述的凸沿261分置于第一短梁模块和第二短梁模块相应的第一定位凹槽242和第二定位凹槽252内，连接板固定螺栓27通过连接板上的螺栓孔后将连接板26固定在第一短梁模块24和第二短梁模块25对应的第一螺栓孔243和第二螺栓孔253内。连接板26的尺寸要求是，在凸沿261分置于第一短梁模块和第二短梁模块相应的第一定位凹槽242和第二定位凹槽252内时,第一短梁模块的模块传力凸板241同时位于第二短梁模块的短梁传力凹槽21内，且结合牢靠。
[0054]在第一短梁模块24和第二短梁模块25的传力构件(模块传力凸板241、短梁传力凹槽21)所在的侧面上设有与托换钢梁I侧面的部分横向螺栓孔同孔心的短梁第二螺栓孔23，横向预紧螺栓3通过外侧两托换钢梁螺栓孔12和内侧两短梁第二螺栓孔23后由横向预紧螺母31紧固。在第一短梁模块24和第二短梁模块25上设有纵向预紧螺栓孔，即短梁第一螺栓孔22，呈竖列设置，纵向预紧螺栓4通过短梁第I螺栓孔22由纵向预紧螺母41将短梁2夹紧在被托换柱5上。
[0055]图7为短梁的另一种实施例，该例采用第一短梁模块24两个由连接板26连为一体，第二短梁模块25设置一个。其连接结构和原理如前所述。
[0056]在图1、图2给出的本发明的结构示意图中，托换钢梁I (上轨道钢梁)为钢结构箱型截面梁，并成对安装在平行于移动方向的被托换柱5的两侧面；短梁2成对安装在托换钢梁I之间被托换柱5的另外两个侧面，并通过短梁传力凹槽21支撑在托换钢梁I的托换钢梁传力板11上。托换钢梁I和短梁2均有预先钻好的预紧螺栓孔，分别用于安装横向预紧螺栓3和纵向预紧螺栓4，横向预紧螺栓3和纵向预紧螺栓4均为高强螺栓，其作用是将托换钢梁1、短梁2夹紧在被托换柱5的侧面，并通过钢梁侧面与被托换柱侧面所产生的静摩擦力实现对被托换柱5 (混凝土柱)的有效托换(试验表明钢板与混凝土面的最大静摩擦系数为0.65?0.70)，同时穿柱螺栓(中部横向预紧螺栓9和纵向预紧螺栓4)的销栓作用也可以传递部分竖向力。安装完成后，短梁2端面与托换钢梁I侧面之间即二者的结合面之间均保留一定的空隙，以保证横向预紧螺栓3在夹紧被托换柱时，不因短梁2的尺寸大于(甚至等于)被托换柱的厚度而对托换钢梁I的夹紧产生抵触作用。这样保留间隙后，横向预紧螺栓3的预紧力全部通过托换钢梁I作用在被托换柱的侧面。短梁2端面与托换钢梁I侧面之间通常为2?3mm，两侧均设有间隙。
[0057]应用步骤如下:首先，根据被托换柱5的尺寸，可以增减短梁的第一短梁模块24的数量和厚度尺寸。由第一短梁模块24、第二短梁模块25和连接板26组装成短梁2.如图3为两块组成、图7为三块组成。
[0058]I)按短梁纵向预紧螺栓孔(短梁第一螺栓孔22)位置和直径在被托换柱5上钻纵向孔；当被托换柱5水平截面尺寸较大时，可以在被托换柱的另一个方向按托换钢梁侧面中部横向螺栓孔9的位置和直径在被托换柱上再行钻横向孔；
[0059]2)清除托换钢梁I安装部位柱面上的抹灰及粉尘后，用水冲净，抹约5?IOmm厚的水泥砂浆找平层，在砂浆初凝前将托换钢梁I和短梁2安装至预定位置；
[0060]安装时应先将托换钢梁I成对安放在平行于移动方向的被托换柱5两侧面，托换钢梁I放置在位于轨道板7上的行走机构(滑车8)上；组装好的连接短梁通过其两端的短梁传力凹槽21支撑在托换钢梁侧面凸出的托换钢梁传力板11上；
[0061]预紧螺栓的安装顺序是:先将纵向预紧螺栓4穿过一侧短梁2、被托换柱5和另一侧短梁2并初步紧固，使短梁底面或顶面处于水平状态，并使找平砂浆自短梁上下边略有挤出，再将横向预紧螺栓3穿过一侧托换钢梁1、短梁2和另一侧托换钢梁1，并初步紧固，使托换钢梁底面或顶面处于水平状态，并使找平砂浆自托换钢梁上下边略有挤出；在初步紧固横向预紧螺栓和纵向预紧螺栓时，应同时保证短梁端面与托换钢梁侧面之间有2?3mm的空隙；[0062]3)待找平砂浆达到设计强度后，用扭矩扳手按照预紧螺栓的设计预紧力再次交替紧固螺栓，此时被托换柱四面的托换钢梁和短梁通过横向预紧螺栓和纵向预紧螺栓将被托换柱夹紧，托换钢梁安装完成；如图7.[0063]4)在托换钢梁I的底部与下轨道6之间的缝隙内，将被托换柱5与原基础水平截断分离，被托换柱5断开后，被托换柱传至原基础的荷载，通过托换钢梁I和短梁2并最终由托换钢梁传递至下部的行走机构，再由行走机构传至下轨道6及基础；如图8、图9、图10。
[0064]5)被托换柱逐个完成上述操作后，经由行走机构实现楼房平移到位，而后将被托换柱与新基础连接，在连接材料达到设计强度后，松开预紧螺栓将托换钢梁和短梁卸除以
备重复使用。
[0065]可以根据混凝土柱的实际尺寸，本发明可组装出300mm长度以上、步进尺寸50mm的多种短梁。