本发明属于装配式混凝土结构，特别涉及一种预制预约束块材墙板套筒连接体系及验算方法和施工方法。
背景技术：
1、在建设工程中，结构墙是建筑结构的重要组成部分。结构墙经常采用钢筋混凝土墙，为混凝土与钢筋组成。这需要用到大量的石、砂、水泥材料。据统计，我国建设用石占混凝土质量近1/2，其使用遍及建筑、交通和铁路等众多行业。据测算，现全国每年仅建设用石量约为40多亿吨，是消耗自然资源最大的材料。目前合乎钢筋混凝土结构所要求的天然砂石已经难以满足工程需要，在实际工程中大量使用机制砂和机制石，通常采用振动给料机、颚式破碎机、制砂机、振动筛和胶带传输机等设备对天然石进行加工，把天然石块粉碎成小粒径石子或砂。在这个过程需要消耗较高的电力、运输、人工，而且产生许多粉尘。这对我们资源和环境带来较大的压力。如何在结构墙中减少水泥、小粒径砂、石的应用，对我国工程建设和节能环保有着重要意义。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种预制预约束块材墙板套筒连接体系及验算方法和施工方法，解决了结构墙中使用过多水泥、小粒径砂、石的问题，并解决了块材与钢筋与预制混凝土协同受力的问题。本发明通过结构墙内置预约束块材，有效减少水泥、小粒径砂、石用量，减少水化热、减少粉尘；通过约束笼提升块材和预制混凝土的连接和受力，实现墙的力学性能。本技术具有性能可靠、构造简单、施工快捷、绿色环保等优势。
2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
3、一种预制预约束块材墙板套筒连接体系，包括上下连接的预制预约束块材墙板和后浇料；预制预约束块材墙板包括预约束块材、预制混凝土、墙钢筋和套筒；墙钢筋包括墙竖向钢筋和墙水平钢筋；墙水平钢筋沿着墙竖向钢筋间隔布置，形成墙钢筋网；预约束块材被墙钢筋网包围；预制混凝土填充预约束块材和墙钢筋网相互之间的间隙，并沿着横向包裹墙钢筋网；墙竖向钢筋一端伸出预制混凝土，另外一端插入套筒；套筒另外一端是空的，套筒被预制混凝土包裹；下预制预约束块材墙板的墙竖向钢筋与上预制预约束块材墙板的套筒对应布置，下预制预约束块材墙板的墙竖向钢筋插入上预制预约束块材墙板的套筒；套筒内浇筑有后浇料；上预制预约束块材墙板和下预制预约束块材墙板之间浇筑有后浇料；后浇料为灌浆料或混凝土。
4、优选的，预约束块材包括块材和约束笼；块材内置在约束笼；约束笼包括笼架和约束笼孔洞；约束笼孔洞处有预制混凝土，使约束笼内的预制混凝土和约束笼外的预制混凝土连接为一体。
5、优选的，约束笼在底端封闭或两端封闭；约束笼孔洞的尺寸小于该处块材的尺寸；笼架包括侧壁架和端部封闭件；端部封闭件为侧壁架延伸形成或为专用的端部封闭件；专用的端部封闭件与侧壁架连接为一体；块材距离预制混凝土的端部有一定距离。
6、优选的，约束笼为约束筋笼或网格笼；约束筋笼的笼架由约束筋组成；约束筋为钢筋或钢丝或frp筋；网格笼的笼架由金属网或带孔洞的钢板组成。
7、优选的，笼架有多个子空间；子空间相互独立，内放置有块材。
8、优选的，墙钢筋网之间设置有拉结筋；拉结筋连接墙钢筋网；拉结筋沿着墙钢筋网的竖向和横向间隔布置，形成竖向连通的空间；竖向连通的空间内放置有预约束块材。
9、优选的，一种预制预约束块材墙板套筒连接体系，包括有预制预约束块材墙板与钢筋混凝土板；预制预约束块材墙板与钢筋混凝土板固定连接；钢筋混凝土板有板纵向钢筋、板横向钢筋和板混凝土；板纵向钢筋和板横向钢筋相互间隔布置，形成板钢筋网；板纵向钢筋伸入预制预约束块材墙板上方，位于墙竖向钢筋之间的间隙，被后浇料包裹。
10、优选的，一种预制预约束块材墙板套筒连接体系，包括有预制预约束块材墙板与梁；预制预约束块材墙板与梁固定连接；墙梁节点区无预约束块材；预制预约束块材墙板对应梁处有暗柱。
11、优选的，这种预制预约束块材墙板套筒连接体系的抗剪承载力验算方法，具体步骤如下：
12、步骤1，确定块材几何尺寸、强度及在约束笼中的布置；确定约束笼的布置；确定预制预约束块材墙板的横截面面积，确定块材横截面面积；确定墙水平钢筋和竖向钢筋的间距、横截面尺寸、强度参数；确定块材混凝土的强度参数；块材混凝土是预制混凝土与块材形成的混合物或预制混凝土与块材和约束笼形成的混合物。
13、步骤2，可按照下式进行验算或按照现有设计规范进行详细计算：
14、受剪截面应符合下列条件：
15、当λ＞2.5时
16、
17、当λ≤2.5时
18、
19、λ＝mc/(vchw0)
20、式中：v——预制预约束块材墙板斜截面的剪力设计值；
21、γre——构件承载力抗震调整系数；
22、η——预制预约束块材墙板的抗剪承载力影响系数，η取0.4～1.0；
23、βc——块材混凝土强度影响系数：当块材混凝土强度等级不超过c50时，βc取1.0；当块材混凝土强度等级超过c40时，βc取0.7～1.0；
24、f′c——块材混凝土的抗压强度设计值；
25、bw——剪力墙截面厚度；
26、hw0——剪力墙截面有效高度；
27、
28、式中：方括号内的计算值小于时，应取等于
29、n——预制预约束块材墙板轴向压力设计值，n大于0.2fcbwhw时，取0.2fcbwhw；
30、a——预制预约束块材墙板全截面面积；
31、aw——t型或i型截面预制预约束块材墙板腹板的面积；
32、λ——计算截面的剪跨比，λ小于1.5时应取1.5，λ大于2.2时应取2.2，计算截面与墙底之间的距离小于0.5hw0时，λ应按距墙底0.5hw0处的弯矩值与剪力值计算；
33、s——预制预约束块材墙水平钢筋间距；
34、fyh——预制预约束块材墙板水平钢筋的抗拉强度设计值；
35、ash——预制预约束块材墙板水平钢筋的全部截面面积。
36、公式中的强度参数按照现有国家标准取值或通过实验取值，几何参数按照实际尺寸或名义尺寸取值，重复步骤1～步骤2，预制预约束块材墙板的内力和变形计算完毕，将抗剪承载力与结构依据实际工况荷载计算所得的最大剪力进行对比，大于最大剪力即可。
37、优选的，这种预制预约束块材墙板套筒连接体系施工方法，施工步骤如下：
38、步骤一、制作预制预约束块材墙板；
39、步骤a、准备墙钢筋、套筒、约束筋、块材的原材料、预制混凝土的原材料；按照设计要求，把预制混凝土的原材料搅拌为一体，形成预制混凝土；加工墙钢筋至预定长度和形状；
40、步骤b、加工约束筋至预定长度和形状，加工为约束笼；把块材原料分割为预定大小的块材；去除块材表面浮尘，并按粒径对块材进行分类；把块材放入约束笼，形成预约束块材；
41、步骤c、绑扎墙钢筋网；
42、步骤d、把墙钢筋网放置在模台上；
43、步骤e、把预约束块材放置在墙钢筋网中；
44、步骤f、支设墙板模板，安装套筒；
45、步骤g、浇筑预制混凝土进入墙模板，使预约束块材、墙钢筋和预制混凝土混合为整体，预制混凝土包裹墙钢筋网，墙竖向钢筋按照设计要求伸出预制混凝土；
46、步骤h，养护预制混凝土到预定强度，使块材、约束笼、预制混凝土和墙钢筋网形成整体。
47、步骤二，现场吊装上预制预约束块材墙板，移动就位至已经施工好的下方墙板上方，墙钢筋和套筒对齐并就位，安装斜向临时支撑，调整相应的高度、水平位置、垂直度，固定斜向临时支撑，把墙钢筋插入套筒。
48、步骤三，支模并浇筑连接区域的后浇料。
49、步骤四，养护后浇料至预定强度，拆除模板。
50、与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果。
51、1、通过约束笼的设置以及降低块材的接触面积，使得混凝土有效填充块材之间空隙，有效减少质量缺陷，提升施工质量，实现结构安全。
52、2、通过预制墙板内放置块材，减少水泥的用量，减少砂、石用量，施工过程中减低大体积墙体的水化热，节能减排。
53、3、通过墙板内约束笼对其中的块材和混凝土进行约束，形成有约束块材混凝土，提高块材与混凝土结合的强度和延性，实现预制预约束块材墙板的力学性能。
1.一种预制预约束块材墙板套筒连接体系，其特征在于：所述套筒连接预制预约束块材墙板体系包括上下连接的预制预约束块材墙板(a)和后浇料(11)；所述预制预约束块材墙板(a)包括预约束块材(9)、预制混凝土(3)、墙钢筋(5)和套筒(10)；所述墙钢筋(5)包括墙竖向钢筋(5.1)和墙水平钢筋(5.2)；所述墙水平钢筋(5.2)沿着墙竖向钢筋(5.1)间隔布置，形成墙钢筋网(6)；所述预约束块材(9)被墙钢筋网(6)包围；所述预制混凝土(3)填充预约束块材(9)和墙钢筋网(6)相互之间的间隙，并沿着横向包裹墙钢筋网(6)；所述墙竖向钢筋(5.1)一端伸出预制混凝土(3)，另外一端插入套筒(10)；所述套筒(10)被预制混凝土(3)包裹；所述下预制预约束块材墙板(a)的墙竖向钢筋(5.1)与上预制预约束块材墙板(a)的套筒(10)对应布置，所述下预制预约束块材墙板(a)的墙竖向钢筋(5.1)插入上预制预约束块材墙板(a)的套筒(10)；所述套筒(10)内浇筑有后浇料(11)；上预制预约束块材墙板(a)和下预制预约束块材墙板(a)之间浇筑有后浇料(11)；所述后浇料(11)为灌浆料或混凝土。
2.根据权利要求1所述的套筒连接预制预约束块材墙板体系，其特征在于：所述预约束块材(9)包括块材(1)和约束笼(2)；所述块材(1)内置在约束笼(2)；所述约束笼(2)包括笼架(2.1)和约束笼孔洞(2.2)；所述约束笼孔洞(2.2)处有预制混凝土(3)，使约束笼(2)内的预制混凝土(3)和约束笼(2)外的预制混凝土(3)连接为一体。
3.根据权利要求2所述的套筒连接预制预约束块材墙板体系，其特征在于：所述约束笼(2)在底端封闭或两端封闭；所述约束笼孔洞(2.2)的尺寸小于该处块材(1)的尺寸；所述笼架(2.1)包括侧壁架(2.1.1)和端部封闭件(2.1.2)；所述端部封闭件(2.1.2)为侧壁架(2.1.1)延伸形成或为专用的端部封闭件(2.1.2)；所述专用的端部封闭件(2.1.2)与所述侧壁架(2.1.1)连接为一体；所述块材(1)距离预制混凝土(3)的端部有一定距离。
4.根据权利要求2所述的预制预约束块材墙板套筒连接体系，其特征在于：所述约束笼(2)为约束筋笼或网格笼；所述约束筋笼的笼架(2.1)由约束筋(4)组成；所述约束筋(4)为钢筋或钢丝或frp筋；所述网格笼的笼架(2.1)由金属网或带孔洞的钢板组成。
5.根据权利要求2所述的预制预约束块材墙板套筒连接体系，其特征在于：所述笼架(2.1)有多个子空间；所述子空间相互独立，内放置有块材(1)。
6.根据权利要求1所述的预制预约束块材墙板套筒连接体系，其特征在于：所述墙钢筋网(6)之间设置有拉结筋(5.3)；所述拉结筋(5.3)连接墙钢筋网(6)；所述拉结筋(5.3)沿着墙钢筋网(6)的竖向和横向间隔布置，形成竖向连通的空间；所述竖向连通的空间内放置有预约束块材(9)。
7.一种预制预约束块材墙板套筒连接体系，包括有权利要求1至6中任意一项所述的预制预约束块材墙板(a)与钢筋混凝土板(b)；其特征在于：所述预制预约束块材墙板(a)与钢筋混凝土板(b)固定连接；所述钢筋混凝土板(b)有板纵向钢筋、板横向钢筋和板混凝土；所述板纵向钢筋和板横向钢筋相互间隔布置，形成板钢筋网；所述板纵向钢筋伸入预制预约束块材墙板(a)上方，位于墙竖向钢筋(5.1)之间的间隙，被后浇料(11)包裹。
8.一种预制预约束块材墙板套筒连接体系，包括有权利要求1至6中任意一项所述的预制预约束块材墙板(a)与梁(c)；其特征在于：所述预制预约束块材墙板(a)与梁(c)固定连接；所述墙梁节点区无预约束块材(9)；所述预制预约束块材墙板(a)对应梁(c)处有暗柱。
9.根据权利要求1至6中任意一项所述的预制预约束块材墙板套筒连接体系的抗剪承载力验算方法，其特征在于：具体步骤如下：
10.根据权利要求1至6中任意一项所述的预制预约束块材墙板套筒连接体系的施工方法，其特征在于，施工步骤如下：
