本发明属于结构领域，特别涉及一种预约束块材钢箱梁及其体系和施工方法。
背景技术：
1、在建设工程中，结构梁是建筑结构的重要组成部分。结构梁经常采用钢筋混凝土梁，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。如何在结构梁中减少水泥、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约束块材钢箱梁及其体系和施工方法，解决了结构梁中使用过多水泥、小粒径砂、石的问题，并解决了块材与钢板与聚合物协同受力的问题。本发明通过在钢箱梁内置预约束块材，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聚合物的连接和受力，实现梁的力学性能。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、一种预约束块材钢箱梁，包括预约束块材、聚合物和梁钢板；预约束块材包括块材和约束笼；块材内置在约束笼中；约束笼包括笼架和约束笼孔洞；梁钢板包括梁底部钢板和梁侧边钢板；梁底部钢板和梁侧边钢板围成梁箱体，并固定连接；预约束块材被梁箱体包围，可以从梁箱体的顶部放置预约束块材；聚合物填充预约束块材内的间隙；聚合物填充预约束块材和梁钢板之间的间隙。
4、优选的，块材为石块、钢筋混凝土块、混凝土块或水泥砂浆块；聚合物为水泥浆、水泥砂浆或混凝土；约束笼在端部封闭；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；约束笼孔洞处有聚合物，使约束笼内的聚合物和约束笼外的聚合物连接为一体。
5、优选的，约束笼为两端封闭；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。
6、优选的，约束筋包括纵向筋、横向筋和/或斜向筋；约束筋笼的端部封闭件由纵向筋或斜向筋在端部固定连接或弯折形成或为独立的端部封闭件；独立的端部封闭件与纵向筋或斜向筋固定连接。
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，预约束块材有多个；在预约束块材之间设置定位件；聚合物充满预约束块材之间的间隙。
9、优选的，梁钢板有梁顶部钢板；梁顶部钢板和梁侧边钢板固定连接；梁顶部钢板开设有洞口。
10、梁钢板内放置有梁钢筋；梁钢筋包括梁纵向钢筋和梁横向钢筋；梁钢筋和梁钢板之间有间隙；聚合物填充预约束块材、梁钢筋和梁钢板相互之间的间隙。
11、优选的，一种预约束块材钢箱梁连接体系，包括有预约束块材钢箱梁和柱，预约束块材钢箱梁与柱固定连接，形成梁柱节点区；柱为钢柱或钢管混凝土柱或钢骨混凝土柱；梁钢板与柱的横向钢连接件连接；横向钢连接件包括横向钢板和纵向钢板；横向钢板与梁钢板的梁底部钢板或梁顶部钢板或梁纵向钢筋连接；横向钢连接件的纵向钢板与梁侧向钢板对应布置并固定连接，横向钢连接件与柱的钢构件部分固定连接。
12、优选的，这种预约束块材钢箱梁的施工方法，施工步骤如下：
13、步骤一、准备梁钢板、约束筋、块材的原材料；
14、步骤二、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；
15、步骤四、加工梁钢板至预定长度和形状，焊接为梁箱体；
16、步骤五、把预约束块材从梁箱体的上部洞口，吊装放置在梁箱体中；
17、步骤六、按照设计要求，把聚合物原材料搅拌为一体，形成聚合物；浇筑聚合物进梁箱体，使预约束块材和聚合物混合为整体，聚合物填充梁钢板；
18、步骤七，养护预约束聚合物到预定强度，使预约束块材、聚合物和梁箱体形成整体。
19、与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果。
20、1、通过约束笼的设置以及降低块材的接触面积，使得聚合物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。
21、2、通过在钢箱梁内放置块材，减少水泥的用量，减少砂、石用量，施工过程中减低大体积梁的水化热，节能减排。
22、3、通过梁内约束笼对其中的块材和聚合物进行约束，形成约束块材聚合物，提高块材与聚合物结合的强度和延性，实现预约束块材钢箱梁的力学性能。
23、4、预约束块材可全部或部分进行预加工，施工效率高。
1.一种预约束块材钢箱梁，其特征在于：所述预约束块材钢箱梁(a)包括预约束块材(9)、聚合物(3)和梁钢板(5)；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)中；所述约束笼(2)包括笼架(2.1)和约束笼孔洞(2.2)；所述梁钢板(5)包括梁底部钢板(5.1)和梁侧边钢板(5.2)；所述梁底部钢板(5.1)和梁侧边钢板(5.2)围成梁箱体，并固定连接；所述预约束块材(9)被梁箱体包围，可以从梁箱体的顶部放置预约束块材(9)；所述聚合物(3)填充预约束块材(9)内的间隙；所述聚合物(3)填充预约束块材(9)和梁钢板(5)之间的间隙。
2.根据权利要求1所述的预约束块材钢箱梁，其特征在于：所述块材(1)为石块、钢筋混凝土块、混凝土块或水泥砂浆块；所述聚合物(3)为水泥浆、水泥砂浆或混凝土；所述约束笼(2)在端部封闭；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；所述约束笼孔洞(2.2)处有聚合物(3)，使约束笼(2)内的聚合物(3)和约束笼(2)外的聚合物(3)连接为一体。
3.根据权利要求1所述的预约束块材钢箱梁，其特征在于：所述约束笼(2)为两端封闭；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。
4.根据权利要求3所述的预约束块材钢箱梁，其特征在于：所述约束筋(4)包括纵向筋(4.1)、横向筋(4.2)和/或斜向筋(4.3)；所述约束筋笼的端部封闭件(2.1.2)由纵向筋(4.1)或斜向筋(4.3)在端部固定连接或弯折形成或为独立的端部封闭件(2.1.2)；所述独立的端部封闭件(2.1.2)与纵向筋(4.1)或斜向筋(4.3)固定连接。
5.根据权利要求1所述的预约束块材钢箱梁，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所述的预约束块材钢箱梁，其特征在于：所述预约束块材(9)有多个；在预约束块材(9)之间设置定位件(10)；所述聚合物(3)充满预约束块材(9)之间的间隙。
7.根据权利要求1所述的预约束块材钢箱梁，其特征在于：所述梁钢板(5)有梁顶部钢板(5.3)；所述梁顶部钢板(5.3)和梁侧边钢板(5.2)固定连接；所述梁顶部钢板(5.3)开设有洞口。
8.根据权利要求1所述的预约束块材钢箱梁，其特征在于：所述梁钢板(5)内放置有梁钢筋(6)；梁钢筋(6)包括梁纵向钢筋(6.1)和梁横向钢筋(6.2)；梁钢筋(6)和梁钢板(5)之间有间隙；所述聚合物(3)填充预约束块材(9)、梁钢筋(6)和梁钢板(5)相互之间的间隙。
9.一种预约束块材钢箱梁连接体系，包括有权利要求1-8中任意一项所述的预约束块材钢箱梁(a)和柱(b)，其特征在于：所述预约束块材钢箱梁(a)与柱(b)固定连接，形成梁柱节点区；所述柱(b)为钢柱或钢管混凝土柱或钢骨混凝土柱；所述梁钢板(5)与柱(b)的横向钢连接件(8)连接；所述横向钢连接件(8)包括横向钢板和纵向钢板；所述横向钢板与梁钢板(5)的梁底部钢板(5.1)或梁顶部钢板(5.3)或梁纵向钢筋(6.1)连接；所述横向钢连接件(8)的纵向钢板与梁侧向钢板(5.2)对应布置并固定连接，横向钢连接件(8)与柱(b)的钢构件部分固定连接。
10.根据权利要求1-8中任意一项所述的预约束块材钢箱梁的施工方法，其特征在于，施工步骤如下：
