CN102733486B - 预制装配式混凝土框架高效延性节点的制作方法 - Google Patents

Abstract

发明了一种预制装配式混凝土框架高效延性节点，属于建筑工程领域。其技术方案为：在预制柱节点核芯区预埋低屈服高延性连杆，预制梁通过高强螺栓、连接块与连杆相连，地震作用下，连杆首先屈服并发生充分的塑性变形，避免其它构件破坏。预制装配式混凝土框架高效延性节点承载力高于现浇节点，抗震延性可提高40％。预制装配式混凝土框架高效延性节点符合建筑工业化发展要求，具有预制化生产、装配式施工的突出优点。

Description

预制装配式混凝土框架高效延性节点的制作方法

技术领域

本发明属于建筑工程领域，涉及预制装配式混凝土框架结构，具体为预制装配式混凝土框架结构的高效延性节点。

背景技术

预制混凝土结构是一种符合工业化生产方式的结构型式，随着我国建筑工业化的不断推广，未来将有大量此类型结构建成。预制混凝土结构根据其节点连接方式可分为后浇整体式和装配式两大类。后浇整体式结构在施工时仍存在大量湿作业，施工复杂性有时反会增加，使得建筑工业化程度提高不大。装配式结构则可以实现标准化设计、预制化生产、装配化施工，最大程度符合建筑工业化要求。尤其是装配式延性连接，地震作用下弹塑性变形通常发生在连接处，而梁柱构件本身不会破坏，变形在弹性范围内，因此结构恢复性能好，震后只需对连接部位进行修复就可继续使用，具有较好的可修复性能。延性连接具有优良的非线性反应特性，而且它的布置无需避免塑性铰区与节点的重合。由于采用延性连接的装配式混凝土结构符合渐趋主流的“基于性能”的抗震设计思想，越来越受到重视。

发明内容

本发明旨在提供一种预制装配式混凝土框架高效延性节点。

这种预制装配式混凝土框架高效延性节点的设计思想为：在预制柱节点核芯区预埋低屈服高延性连杆，预制梁通过高强螺栓、连接块与连杆相连，地震作用下，连杆首先屈服并发生充分的塑性变形，避免其它构件破坏；通过连杆的低屈服高延性特性，增强节点的后期变形能力，从而显著提高节点的抗震延性。

本发明通过以下技术方案实现：预制装配式混凝土框架高效延性节点，制作方法包括如下步骤：如图1和图2所示，

1）预制梁和预制柱浇筑

预制梁浇筑，预制梁1内设置预制梁钢筋6，并且在预制梁钢筋之间设置螺栓孔11，预制梁钢筋与螺栓孔交错均匀布置；梁端设凹槽7，梁端凹槽的宽度应保证预制梁柱组装时螺栓顺利通过，宽度为80～220mm，优选200mm；

预制柱浇筑，预制柱内设置低屈服高延性连杆3；

低屈服高延性连杆的结构包括中间翼缘块33及两侧依次连接的受力主杆32和端头31；在两边的端头上打孔形成钻孔35，并且在钻孔表面形成刻丝36；钻孔内的刻丝总长度不小于50mm；低屈服高延性连杆的材料的屈服强度为205MPa～245MPa，屈强比小于80%，延伸率大于40%；

预制梁钢筋相对于低屈服高延性连杆的超强系数为1.2～1.4；预制柱节点核芯区箍筋间距取45～60mm，优选为50mm；

低屈服高延性连杆全长截面变化处均进行圆角处理；端头31与受力主杆32的外表面进行刻肋处理，肋高0.5～1.5mm，优选1mm；中间翼缘块33尺寸为45～60mm×45～60mm×45～60mm，优选50mm×50mm×50mm；端头净截面面积不小于受力主杆截面面积；连杆总长度与预制柱截面高度（平行于梁长度方向）相同；

预制柱内低屈服高延性连杆的位置与预制梁内螺栓孔的位置相对应；

2）连接预制梁和预制柱

预制柱就位后，用高强螺栓5将连接块固定在预制柱内低屈服高延性连杆3的端头31，高强螺栓与端头通过刻丝连接；连接块上设置钢筋连接孔41和螺栓穿越孔42，位置分别与预制梁钢筋6和预制柱的低屈服高延性连杆的位置对应；

连接块材料为钢材，优选Q345钢材；横截面取45～60mm×45～60mm，优选50mm×50mm，长度与预制梁截面宽度相适应；钢筋连接孔与螺栓穿越孔交错均匀布置，且孔心位于连接块长度方向的中轴线上，螺栓穿越孔径比高强度螺栓直径大1～2.5mm，优选2mm；

再就位预制梁，预制梁内的预制梁钢筋6固定在连接块4的钢筋连接孔41内；连接块的钢筋连接孔与预制梁钢筋的端头通过刻丝连接，刻丝长度为45～60mm，优选50mm，刻丝采用细牙螺纹；

并且高强度螺栓5的一端连接低屈服高延性连杆的端头31，另一端通过螺栓穿越孔42连接到预制梁的螺栓孔11内；

3）在预制梁凹槽7处灌浆，灌浆料的强度比预制梁和预制柱的混凝土强度高5MPa～10MPa；灌浆面要事先刷毛并清洁处理。

根据设计要求确定预制梁、预制柱的截面尺寸、配筋、混凝土强度等级；确定预制梁钢筋系统相对于连杆系统的超强系数；为有效控制预制柱节点核芯区的剪切变形，预制柱节点核芯区箍筋间距优选取50mm；其它内容可按现行相关规范设计。

预制梁柱浇筑时，预先加工与梁截面尺寸完全相同的定位模板，并在螺栓穿过位置处开洞，用螺栓配合定位模板对连杆的位置进行精确定位。

根据设计要求及超强系数确定低屈服高延性连杆各组成部分的尺寸，低屈服高延性连杆两端头车粗后钻孔并刻丝（采用细牙螺纹），刻丝孔径和刻丝长度根据螺栓连接的受力计算确定，刻丝长度不小于50mm，端头外径要考虑端头净截面面积不小于受力主杆截面面积；受力主杆直径根据连杆的受力计算确定，对受力主杆（包括端头部分）进行刻肋处理，肋高取1mm（端头外径和受力主杆直径均不包含肋高），以增强连杆与混凝土的粘结性能；中间设置的翼缘块起锚固作用，防止受力过程中连杆产生较大的滑移；连杆总长度与预制柱截面高度（平行于梁长度方向）相同；连杆全长截面变化处均进行圆角处理以消除应力集中现象。

根据预制梁截面尺寸、梁中钢筋及连杆确定连接块尺寸和成孔要求；根据螺栓连接的受力计算确定高强螺栓的型号和数量。

预制梁钢筋系统相对于连杆系统的超强系数取1.2～1.4，以保证受力过程中连杆首先屈服；为有效控制预制

连接块采用Q345钢材；横截面取50mm×50mm，长度与预制梁截面宽度相适应；梁中钢筋与连接块通过刻丝连接，螺栓穿过连接块与连杆端头通过刻丝连接，钢筋连接孔与螺栓穿越孔交错均匀布置，且孔心位于连接块长度方向的中轴线上，钢筋连接孔与钢筋端头均采用细牙螺纹，刻丝长度取50mm，为适应施工误差，螺栓穿越孔径要比螺栓直径大1.5～2.5mm，优选2mm。

高强度螺栓的具体型号（等级、直径）和数量根据螺栓连接的受力计算确定。螺栓与连接块之间根据需要增设弹簧垫圈和平垫圈。

预制梁柱组装时，先就位预制柱，再就位预制梁，使用应力扳手按照计算（按相关技术规范规定进行）的预紧力扭紧螺栓；灌浆料比原混凝土（用于灌注预制梁和预制柱的混凝土）强度高5MPa～10MPa，灌浆面要事先刷毛并清洁处理。

按照以上技术方案设计的预制装配式混凝土框架高效延性节点，在预制柱节点核芯区预埋低屈服高延性连杆，预制梁通过高强螺栓、连接块与连杆相连，能够实现以下受力机制：地震作用下，加载过程中，连杆首先屈服并发生充分的塑性变形，梁柱基本保持弹性状态，避免其它构件破坏；承载力高于现浇节点，抗震延性可提高40%。另外，这种节点能够实现标准化设计、预制化生产、装配化施工，现场除少量非结构性灌浆外，基本没有其它湿作业，机械化程度高，施工速度快，能够节省施工成本，符合建筑工业化趋势，具有优良的经济效益和环境效益。

附图说明

图1为预制装配式混凝土框架高效延性节点连接图

图2为低屈服高延性连杆3剖视图

1—预制梁，2—预制柱，3—低屈服高延性连杆，4—连接块，5—高强螺栓，6—预制梁钢筋，7—梁端凹槽部分；11—螺栓孔，31—连杆端头，32—受力主杆，33—中间翼缘块，35—端头钻孔，36—刻丝，41—钢筋连接孔，42—螺栓穿越孔

具体实施方式

（1）根据设计要求确定预制梁1、预制柱2的截面尺寸、配筋、混凝土强度等级；确定预制梁钢筋6系统相对于连杆3系统的超强系数为1.2～1.4；预制柱2节点核芯区箍筋间距取50mm；其它内容可按现行相关规范设计。

（2）选择低屈服高延性连杆3的材料（材料的屈服强度为205MPa～245MPa，屈强比小于80%，延伸率大于40%）。

低屈服高延性连杆3的结构包括中间翼缘块33及两侧依次连接的受力主杆32和端头31，如图2所示。在两边的端头31车粗后打孔形成钻孔35，并且在钻孔35表面形成刻丝36，刻丝长度50～70mm，端头净截面面积不小于受力主杆截面面积；刻丝采用细牙螺纹。

根据设计要求及确定的超强系数设计低屈服高延性连杆3的基本尺寸，包括端头31、受力主杆32、中间翼缘块33的尺寸。低屈服高延性连杆3总长度与预制柱2截面高度（平行于梁长度方向）相同；低屈服高延性连杆全长截面变化处均进行圆角处理。

对受力主杆32和端头31进行刻肋处理，肋高取1mm(端头31外径和受力主杆32直径均不包含肋高)，连杆3全长截面变化处均进行圆角处理。受力主杆（包括端头部分）肋高取1mm（端头外径和受力主杆直径均不包含肋高）；中间翼缘块的尺寸取50mm×50mm×50mm。

根据螺栓连接的受力计算确定高强螺栓5的型号和数量。根据预制梁1截面尺寸、预制梁钢筋6及低屈服高延性连杆3确定连接块4尺寸和成孔要求；钢筋连接孔41与螺栓穿越孔42交错均匀布置，且孔心位于连接块4长度方向的中轴线上。

（3）梁柱钢筋绑扎；预先制作定位模板，定位模板与梁截面尺寸完全相同，在螺栓穿过位置处开洞，用高强螺栓5配合定位模板对低屈服高延性连杆3的位置进行精确定位；预制梁的梁端设置凹槽7，凹槽的宽度为200mm；梁柱及梁端凹槽7处将定位模板就位，浇筑预制梁和预制柱。

（4）连接预制梁和预制柱

计算高强螺栓5预紧力；预制柱就位后，使用应力扳手扭紧高强螺栓5，用高强螺栓5将连接块固定在预制柱内低屈服高延性连杆3的端头31，高强螺栓与端头通过刻丝连接；连接块上设置钢筋连接孔41和螺栓穿越孔42，位置分别与预制梁钢筋6和预制柱的低屈服高延性连杆的位置对应；高强螺栓5与连接块4之间根据需要增设弹簧垫圈和平垫圈。

连接块材料为Q345钢材；横截面为50mm×50mm，长度与预制梁截面宽度相适应；钢筋连接孔与螺栓穿越孔交错均匀布置，且孔心位于连接块长度方向的中轴线上，螺栓穿越孔的孔径比高强螺栓直径大2mm以适应施工误差；

再就位预制梁，预制梁内的预制梁钢筋6固定在连接块4的钢筋连接孔41内；连接块的钢筋连接孔与预制梁钢筋的端头通过刻丝连接，刻丝长度50mm，刻丝采用细牙螺纹；

并且高强度螺栓5的一端连接低屈服高延性连杆的端头31，另一端通过螺栓穿越孔42连接到预制梁的螺栓孔11内。

（5）对灌浆面进行刷毛处理；梁端凹槽7处灌浆，灌浆料比原混凝土高5MPa～10MPa。

根据以上具体实施方式，设计了预制装配式混凝土框架高效延性节点和现浇对比节点，并对其进行了静力低周反复加载试验。试验结果表明，低屈服高延性连杆首先屈服并发生充分的塑性变形，梁柱基本保持弹性状态；预制装配式混凝土框架高效延性节点承载力高于现浇节点，正负向加载抗震延性均比现浇节点提高40%以上。

Claims (8)

1.预制装配式混凝土框架高效延性节点的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）预制梁和预制柱浇筑

预制梁浇筑，预制梁（1）内设置预制梁钢筋（6），并且在预制梁钢筋之间设置螺栓孔，预制梁钢筋与螺栓孔交错均匀布置；梁端设凹槽（7）；

预制柱浇筑，预制柱内设置低屈服高延性连杆（3）；低屈服高延性连杆（3）的结构包括中间翼缘块（33）及两侧依次连接的受力主杆（32）和端头（31）；在两边的端头（31）上打孔形成钻孔（35），并且在钻孔（35）表面形成刻丝（36）；钻孔内的刻丝总长度不小于50mm；

预制柱内低屈服高延性连杆的位置与预制梁内螺栓孔的位置相对应；

2）连接预制梁和预制柱

预制柱就位后，用高强度螺栓（5）将连接块固定在预制柱内低屈服高延性连杆（3）的端头（31），高强度螺栓（5）与端头（31）通过刻丝连接；连接块上设置钢筋连接孔和螺栓穿越孔，位置分别与预制梁钢筋（6）和预制柱的低屈服高延性连杆（3）的位置对应；

再就位预制梁，预制梁内的预制梁钢筋（6）固定在连接块（4）的钢筋连接孔内；并且高强度螺栓（5）的一端连接低屈服高延性连杆（3）的端头（31），另一端通过螺栓穿越孔（42）连接到预制梁的螺栓孔（11）内；

3）在预制梁凹槽（7）处灌浆。

2.权利要求1所述预制装配式混凝土框架高效延性节点的制作方法，其特征在于，所述低屈服高延性连杆（3）的材料的屈服强度为205MPa～245MPa，屈强比小于80%，延伸率大于40%；

低屈服高延性连杆（3）的总长度与预制柱的截面高度相同；

预制梁钢筋相对于低屈服高延性连杆的超强系数为1.2～1.4；

预制柱节点核芯区箍筋间距取45～60mm。

3.权利要求1所述预制装配式混凝土框架高效延性节点的制作方法，其特征在于，步骤3）中，灌浆料的强度比预制梁和预制柱的混凝土强度高5MPa～10MPa。

4.权利要求1所述预制装配式混凝土框架高效延性节点的制作方法，其特征在于，连接块材料为钢材；横截面取45～60mm×45～60mm，长度与预制梁截面宽度相适应；钢筋连接孔与螺栓穿越孔交错均匀布置，且孔心位于连接块长度方向的中轴线上，螺栓穿越孔径比高强度螺栓直径大1～2.5mm。

5.权利要求1所述预制装配式混凝土框架高效延性节点的制作方法，其特征在于，连接块的钢筋连接孔与预制梁钢筋的端头通过刻丝连接。

6.权利要求5所述预制装配式混凝土框架高效延性节点的制作方法，其特征在于，所述刻丝长度为45～60mm，刻丝采用细牙螺纹。

7.权利要求1所述预制装配式混凝土框架高效延性节点的制作方法，其特征在于，低屈服高延性连杆全长截面变化处均进行圆角处理；端头（31）与受力主杆（32）的外表面进行刻肋处理，肋高0.5～1.5mm；中间翼缘块（33）尺寸为45～60mm×45～60mm×45～60mm。

8.权利要求1所述预制装配式混凝土框架高效延性节点的制作方法，其特征在于，梁端凹槽宽度为80～220mm。

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