CN102587576A

CN102587576A - 一种带节点的组合预制柱

Info

Publication number: CN102587576A
Application number: CN2012100517150A
Authority: CN
Inventors: 潘金龙; 马涛
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2032-03-02
Also published as: CN102587576B

Abstract

本发明公开了一种带节点的组合预制柱，包括立柱和节点，节点设置在立柱的上下两端和层高整数倍处，立柱包括依次连接的底层柱、中间层柱和顶层柱，底层柱由工程用纤维水泥基复合材料、纵筋和箍筋组成，底层柱的高度为层高的3/2，中间层柱和顶层柱均由混凝土、纵筋和箍筋组成，中间层柱的高度为1或2个层高，顶层柱的高度为层高的3/2。本发明应用于装配整体式框架结构中，与普通装配整体式框架柱相比，本发明可提高装配整体式框架柱的抗震性能，增强了连接区的承载力，并能方便施工，缩短施工周期。

Description

一种带节点的组合预制柱

技术领域

本发明属于结构工程领域，涉及一种带节点的组合预制柱，主要用于装配整体式框架结构中。

背景技术

预制混凝土结构具有施工速度快、环境污染小、经济效益高、耐久性好、保证产品质量以及节约大量劳动力和材料等优点，使其具备很好的发展和应用前景。积极发展预制混凝土结构也符合我国政府现阶段“节能省地”和“构建产业体系”的住宅产业化指导思想。

但是在预制混凝土结构的实际施工过程中，预制构件连接处的施工定位不易，因此降低了施工速度和效率；对于预制混凝土结构而言，构件的连接质量是否能得到保证是整个结构能否发挥设计功能的关键所在，而通常预制结构连接处的抗剪承载力和延性较差，容易成为结构体系中的薄弱部位，从而对整个结构的安全性造成威胁；已有的一些研究成果也表明，预制装配整体式结构的抗震性能与现浇混凝土结构相比也有所差别，所以如何进一步提高预制装配整体式结构的抗震性能仍然值得进行深入的研究。

现有的装配式结构的柱拆分部位也不利于结构的安全，因此需要选择更理想的柱拆分部位；水平地震作用下，框架底层柱将承受很大的地震剪力和倾覆弯矩，是结构受力不利部位，因此底层柱需要具有较大的抗弯、抗剪承载力、延性和耗能性能。

框架结构的梁柱节点及附近区域在地震作用下要承受很大的内力，而且一般结构为了实现“强柱弱梁”、 “强剪弱弯”和“强节点”的抗震设计概念和要求，在混凝土梁、柱及其梁柱节点处都配置了致密的箍筋，防止梁柱的剪切破坏，但是致密的箍筋给现场施工带来了极大的困难，容易造成节点或者关键部位混凝土振捣不密实，带来安全隐患。

ECC即Engineered Cementitious Composites，是一种具有超强韧性的新型水泥基复合材料，该材料以水泥和细沙为填料，然后加入合成纤维形成。已有的研究成果表明，该材料的极限拉应变值可稳定达到3%-5%，大约为普通的混凝土材料的100～300倍左右，为钢筋的5～10倍左右。ECC材料不但具有超高的韧性，其多缝稳态开裂的特点，在安全性、耐久性、适用性等方面有着优异的性能，可以很好地解决传统混凝土由于易脆性、弱拉伸性而导致的种种缺陷。同时ECC具有较强的能量吸收能力，较高的抗剪强度，也为结构抗震设计提供了新的选择。

发明内容

技术问题：本发明提供了一种施工方便、可提高装配整体式框架结构抗震性能的带节点的组合预制柱。

技术方案：本发明的一种带节点的组合预制柱，包括立柱和节点，节点设置在立柱的上下两端和层高整数倍处，立柱包括依次连接的底层柱、中间层柱和顶层柱，底层柱的柱体由工程用纤维水泥基复合材料浇筑而成，底层柱的柱体中预埋有纵筋和箍筋，底层柱的高度为层高的3/2，所述中间层柱和顶层柱的柱体均由混凝土浇筑而成，柱体中预埋有纵筋和箍筋，中间层柱的高度为1或2倍层高，顶层柱的高度为层高的3/2。

本发明中，底层柱与中间层柱之间，上下两相邻的中间层柱之间，以及中间层柱与顶层柱之间的连接段采用工程用纤维水泥基复合材料浇筑，连接段的高度为400~600mm。

本发明中，底层柱和中间层柱的上端面预埋有H型钢，顶层柱和中间层柱的下端面预埋有角钢，两上下相邻端面的H型钢和角钢之间搭接后用高强螺栓固定。

本发明中，两上下相邻端面的纵筋之间采用直螺纹套筒连接。

本发明中，底层柱、中间层柱和顶层柱与梁相交的节点区域由工程用纤维水泥基复合材料浇筑而成，节点区域为柱与梁相交点的上下200~300mm的区域。

有益效果：本发明和现有的装配整体式框架结构体系相比，具有如下优点：

1.现有装配式结构多把柱拆分位置选在楼层处，但是楼层处位于节点区附近，内力复杂并且较大，同时构件拼接处又是结构的薄弱部位，如果在地震或是风等水平荷载的作用下，可能使结构处于极不安全的状态。通过有限元软件进行内力分析可知，框架柱在竖向和水平荷载作用下，距柱端1/3至1/2处为弯矩较小处，因此本发明提出将柱的拆分位置选为层高的1/2处，能使薄弱部位避开内力最大处，提高结构构件的安全性。同时在这个高度上，也很利于施工，给施工带来了便捷。

2.柱与柱连接处采用型钢连接，能够保证施工拼装时获得一定的刚度，方便定位和固定；型钢间采用螺栓连接，施工非常方便，可以提高施工速度；而且在水平地震作用下，型钢处也能提供一定的抗剪承载力，从而提高连接区的承载力。

3.节点核心区及附近区域结构中的关键受力部位，在地震作用下，主要承担了吸收和耗散地震能量的作用，采用ECC材料后构件表现出了较高的延性和良好耗能性能。通过ECC节点试验表明，与完全相同配筋率的传统钢筋混凝土梁柱节点相比，本发明的各项抗震指标均表现出明显优势，ECC节点比普通RC节点的极限承载力提高了20%，破坏时位移提高15%；ECC节点在到达极限荷载之后，承载能力并未迅速下降，而是有更长更平稳的下降段，这是由于ECC材料具有高韧性，能抑制裂缝的开展，保证节点在屈服以后仍具有较大的承载力和变形能力。

4.本发明将ECC这种材料的运用扩展到了近核心区的梁端和柱端塑性铰区，在地震作用下，这些区域受到较大的弯矩，裂缝首先是在此处出现、发展，最终当某条主裂缝扩展至一定宽度时，承载力迅速降低，构件失效破坏。在这一区域，ECC材料的微裂缝开展特点将得以发挥，这将延缓主裂缝出现时间，延长构件在较高承载力下工作的时间，提高结构整体的延性及耗能性能。

5.与现浇的钢筋混凝土比较，带节点的ECC-RC组合预制柱采用工业化生产，劳动生产效率高、生产环境稳定，构件的定型和标准化有利于机械化生产，而且按标准严格检验出厂产品，因而更容易控制和保证质量。ECC材料的使用，解决了现浇节点处施工时钢筋网密集，混凝土浇筑不实的难题，节点部分整体性好。

6.对于现有的装配式结构，连接区是结构中的薄弱部位，连接处的可靠与否关系着整个结构的安全。而ECC的抗剪承载力及延性均比普通混凝土高，通过在连接区采用ECC材料，能有效提高现有装配式框架结构连接区的耗能性能及承载力。

7.由于在地震作用下，底层框架柱要承担很大的底部剪力与倾覆弯矩，且ECC材料的受拉延性、耗能性能都优于普通混凝土，因此在底层柱采用ECC材料，与普通混凝土柱相比具有更好的抗震性能。

8.由于ECC材料的成本较高，其每立方米的价格是普通混凝土的4倍多，因此本发明提出在结构的关键部位（节点、底层柱及预制构件连接处）采用ECC材料，使其在实际工程中的应用具有经济上的可行性。

9.ECC材料中70%以上是粉煤灰，主要来源于火力发电厂煤燃烧后的废渣，而浇筑而成的预制构件是对粉煤灰的废物再利用，因此ECC是一种环境友好型材料，在保证构件优越的性能的同时到达对资源的重复利用，符合节能环保的思想。

10.实验研究显示，钢筋混凝土节点在低周循环荷载作用下最终达到了节点破坏，而具有同样配筋率的ECC节点则最终表现为梁端破坏，达到了抗震规范所要求的“强节点”和梁端破坏形式。ECC节点在节点核心区内，使用比钢筋混凝土节点更少的箍筋就可以满足抗震规范要求，这说明了ECC材料在节点核心区实现了和节点箍筋共同抗剪，相当程度上已经取代了箍筋的作用，使用更少的箍筋则可以有效地解决节点区箍筋过密的施工难题。

11.本发明中提出的梁与节点连接处的钢筋接头处采用上下错开的构造可以避免连接处薄弱位置集中的缺点。角钢的摆放也方便钢筋与其进行焊接，避免了仰焊，方便施工。连接处通过角钢相连可以增大其抗剪能力，而且角钢的刚度较钢筋大，施工的时候不容易错动，方便定位。施工时与后浇叠合梁一起浇筑，能够加强结构整体性。

附图说明

图1为本发明的预制柱在装配框架中的的整体结构图。

图2为本发明的带节点的底层预制柱。

图3为本发明的带节点的中间层预制柱。

图4为本发明的带节点的顶层预制柱。

图5为本发明的柱连接处构造详图。

图6为本发明的预制柱截面图。

图7为本发明的预制柱下部构造详图。

图8为本发明的预制柱上部构造详图。

图中有：立柱1、节点2、底层柱11、中间层柱12、顶层柱13、纵筋5、箍筋6、直螺纹套筒7、H型钢9以及角钢10。

具体实施方式

本发明的一种带节点的组合预制柱，包括立柱1和节点2，节点2设置在立柱1的上下两端和层高整数倍处，立柱1包括依次连接的底层柱11、中间层柱12和顶层柱13，底层柱11的柱体由工程用纤维水泥基复合材料浇筑而成，底层柱11的柱体中预埋有纵筋5和箍筋6，底层柱11的高度为层高的3/2，中间层柱12和顶层柱13的柱体均由混凝土浇筑而成，柱体中预埋有纵筋5和箍筋6，中间层柱12的高度为1或2倍层高，顶层柱13的高度为层高的3/2。

本发明的一个实施例中，底层柱11与中间层柱12之间，上下两相邻的中间层柱12之间，以及中间层柱12与顶层柱13之间的连接段采用工程用纤维水泥基复合材料浇筑，所述连接段的高度为400~600mm。

本发明的另一个实施例中，底层柱11和中间层柱12的上端面预埋有H型钢9，顶层柱13和中间层柱12的下端面预埋有角钢10，两上下相邻端面的H型钢9和角钢10之间搭接后用高强螺栓固定。两上下相邻端面的纵筋5之间采用直螺纹套筒7连接。底层柱11、中间层柱12和顶层柱13与梁相交的节点区域由工程用纤维水泥基复合材料浇筑而成，节点区域为柱与梁相交点的上下200~300mm的区域。

本发明即带节点的组合预制柱的制备过程应用过程为：

1. 根据实际设计要求确定带节点的ECC-RC组合预制柱构件的尺寸，配筋等。然后制作模具，绑扎钢筋，定位预埋件位置。

2. 待混凝土初凝后浇筑ECC，待ECC初凝后浇筑混凝土，根据施工图分层分段浇筑预制柱构件，浇筑过程中小心振捣。养护28天即形成预制件。

3. 施工时，先将底层柱吊装就位，定位固定好后，吊装下一层柱，上下柱对齐定位好后通过螺栓将上下预埋角钢连接起来，并在柱侧加适量侧向支撑，之后将柱纵筋采用直螺纹套筒连接起来，并在连接区侧面放置模板，浇筑ECC，完成柱连接区施工。

Claims

1.一种带节点的组合预制柱，其特征在于，包括立柱（1）和节点（2），所述节点（2）设置在立柱（1）的上下两端和层高整数倍处，所述立柱（1）包括依次连接的底层柱（11）、中间层柱（12）和顶层柱（13），所述底层柱（11）的柱体由工程用纤维水泥基复合材料浇筑而成，底层柱（11）的柱体中预埋有纵筋（5）和箍筋（6），底层柱（11）的高度为层高的3/2，所述中间层柱（12）和顶层柱（13）的柱体均由混凝土浇筑而成，柱体中预埋有纵筋（5）和箍筋（6），中间层柱（12）的高度为1或2倍层高，顶层柱（13）的高度为层高的3/2。

2.根据权利要求1所述的带节点的组合预制柱，其特征在于，所述底层柱（11）与中间层柱（12）之间，上下两相邻的中间层柱（12）之间，以及中间层柱（12）与顶层柱（13）之间的连接段采用工程用纤维水泥基复合材料浇筑，所述连接段的高度为400~600mm。

3.根据权利要求1或2所述的带节点的组合预制柱，其特征在于，所述底层柱（11）和中间层柱（12）的上端面预埋有H型钢（9），所述顶层柱（13）和中间层柱（12）的下端面预埋有角钢（10），两上下相邻端面的H型钢（9）和角钢（10）之间搭接后用高强螺栓固定。

4.根据权利要求3所述的带节点的组合预制柱，其特征在于，两上下相邻端面的纵筋（5）之间采用直螺纹套筒（7）连接。

5.根据权利要求1或2所述的带节点的组合预制柱，其特征在于，所述底层柱（11）、中间层柱（12）和顶层柱（13）与梁相交的节点区域由工程用纤维水泥基复合材料浇筑而成，所述节点区域为柱与梁相交点的上下200~300mm的区域。