CN103255841A - 一种装配式混凝土柱-钢梁外伸端板型节点连接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配式混凝土柱-钢梁外伸端板型节点连接装置，包括预制混凝土柱、钢构套、钢梁、端板和高强螺栓，钢梁包括预埋钢梁和中间段钢梁；钢构套包括一对由若干块钢板组成的田字型格栅、竖向角钢及扁钢，田字型格栅分别焊接在预埋钢梁的上下翼缘，使钢梁和钢构套成为一个整体。本发明中，预埋钢梁和中间段钢梁通过半刚性端板式连接，使震损集中在连接部位，减轻梁柱等主要构件的损伤；将塑性铰的位置从梁端外移到端板连接处，使结构形成合理的屈服机制；钢构套能够有效约束节点核心区混凝土，取代箍筋，提高节点的可靠性，实现抗震设计中的强节点和强柱弱梁的要求。本发明能解决装配式结构节点核心区施工的难题，具有很强的工程实用性。

Description

一种装配式混凝土柱-钢梁外伸端板型节点连接装置

技术领域

本发明涉及一种带新型节点连接的全预制装配式结构，提供一种干作业节点连接装置，可用于工业与民用建筑，以提高预制装配式结构的抗震性能，减少震后修复的代价。背景技术

地震历来是严重危害人类的一大自然灾害。大量地震震害表明，对于预制装配式混凝土框架结构，节点和连接部位的震害非常普遍。由于我国大部分地区处于地震多发区，装配式结构节点连接可靠性差，难以满足地震作用下的性能要求，甚至由于节点破坏导致整个框架丧失承载力，造成结构倒塌，加之节点区的震后修复难度较大，节点和连接因而成为制约装配式结构在地震区使用的瓶颈。

装配式混凝土框架的“干连接”无需后浇混凝土，比“湿连接”明显提高工效。在“湿连接”框架中，设计允许的塑性变形往往设置在连接区以外的区域，连接区保持弹性；而“干连接”的框架则力求预制构件保持在弹性范围，塑性变形尽量控制在连接区部位，因此“干连接”装配式混凝土结构的破坏程度要小得多，容易实现震后修复。但是采用“干连接”的装配式混凝土框架的耗能能力弱，梁柱在发生相对转角的时候，可能因为较早出现的局压破坏，影响整体结构的抗震性能。

混凝土柱-钢梁混合框架结构充分发挥了钢与混凝土两种材料各自的优点，是一种可持续发展的结构体系，其综合性能要优于传统钢筋混凝土框架结构和钢框架结构，被称为“低成本高效率”的结构形式。然而，混凝土柱-钢梁混合框架结构在节点上的研发较多，与全预制装配式工艺相关的连接装置研发不足，未能很好发挥钢结构在“干连接”上的优势。国内外针对混凝土柱-钢梁节点开发出的钢梁贯通型和柱贯通型节点当中，钢梁贯通型节点的核心区构造措施较多，浇捣混凝土困难，柱纵筋穿越核心区钢梁翼缘和柱箍筋穿越核心区钢梁腹板等施工操作复杂；柱贯通型节点中，两侧钢梁常采用螺栓穿越柱节点来间接传力，节点受力复杂，并且塑性铰因靠近节点核心区容易带来不利影响，降低节点抗震性能。这些问题的存在，严重制约了混凝土柱钢梁混合框架结构在工程实践中的应用推广。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种节点抗剪能力、耗能能力、震后修复和制作安装均较优越的装配式混凝土柱-钢梁外伸端板型节点连接装置。

技术方案：为实现上述目的，本发明的装配式混凝土柱-钢梁外伸端板型节点连接装置，包括预制混凝土柱、钢构套、钢梁、端板和高强螺栓，所述钢梁包括预埋钢梁和中间段钢梁；所述钢构套包括一对由若干块钢板组成的田字型格栅，所述一对田字型格栅上下排布并通过竖向四个角钢焊接在一起，每两个角钢之间沿着角钢外侧焊接水平扁钢；一对田字型格栅分别焊接在预埋钢梁的上下翼缘，使钢梁和钢构套焊接成一个整体，放置在预制混凝土柱的上端，钢构套与钢梁之间的节点核心区混凝土与预制混凝土柱的混凝土一次浇筑完成；所述预埋钢梁和中间段钢梁两侧分别焊接有端板并通过高强螺栓连接成整体。

其中，工厂预制的混凝土柱和钢梁，经现场吊装就位后，采用高强螺栓将预埋钢梁与中间段钢梁连接，形成整体框架结构。

所述预埋钢梁在混凝土柱内贯通，并外伸出预制混凝土柱柱面，使柱两侧的钢梁能直接传力，避免了柱贯通时通过节点间接传力的问题。所述钢构套与预埋钢梁通过焊接连接成整体，可以提高节点区的抗剪能力，同时能防止混凝土柱的局部承压破坏和避免节点区钢梁的滑移。钢构套可以取代节点核心区的箍筋，承担其抗剪作用。

所述预埋钢梁与预制混凝土柱的连接处两侧设置有钢板加劲肋，以避免钢梁过早的出现屈曲变形。

所述预制混凝土柱中纵向钢筋分布在柱的四个角落，节点核心部位取消箍筋。

钢梁在远离柱面处采用高强螺栓端板式连接，通过合理控制高强螺栓的预拉力，采用削弱外伸梁端板式连接的构造措施，可以耗散能量，控制位移反应，并且将塑性铰的位置从柱边外移到连接处，从而不仅使得塑性铰远离了柱面，有效地降低了节点核心区所受的剪力，为核心区取消箍筋创造条件，而且能够改善塑性铰区的转动能力和抗剪性能，提高塑性铰区的延性和耗能能力，最终实现整体框架强柱弱梁的屈服耗能机制。

鉴于混凝土框架在我国的应用广泛，而框架节点的震害非常普遍并且加固修复的难度较大，同时，建筑标准化、工业化是当前产业化的发展趋势，因此本申请具有积极的社会意义、科学意义和应用价值。

有益效果：本发明的装配式混凝土柱-钢梁外伸端板型节点连接装置，克服传统装配式混凝土和混凝土柱-钢梁节点的不足，可以获得如下优异性能：

（1）钢构套能够代替核心区的箍筋，节点核心区无需配置箍筋，构造简单，施工方便；

（2）钢构套够有效约束节点区的混凝土，提高节点的抗剪能力和防止混凝土柱局部的承压破坏，加强钢梁在节点内的锚固，实现抗震设计中的强节点和强锚固的要求；

（3）预埋钢梁和中间段钢梁通过半刚性端板式连接，承载力强，可以耗散能量，控制位移反应，抗震性能好；

（4）合理控制钢梁的承载力，采用削弱外伸梁端节点的设计，将塑性铰的位置从柱边外移到削弱处，避免塑性铰对核心区的不利影响，实现抗震设计中的强柱弱梁的要求；

（5）在强烈地震作用下端板式连接处震损的端板、螺栓和局部破损的钢梁可方便替换和修复，是一种可持续发展体系；

（6）钢梁和预制混凝土柱均可在采用工业化标准生产，到现场进行干作业装配，现场施工作业少，有利于降低人力成本、加快施工进度和保证质量；

（7）在火灾的情况下，由于作为关键竖向构件的柱采用混凝土结构，提高了结构抗火能力，特别是框架结构的抗倒塌能力。

附图说明

图1为采用本发明后的框架梁柱组合件结构示意图；

图2为本发明中钢构套和梁端板连接实施例1的结构示意图；

图3为梁端连接实施例2的框架梁柱组合件立面示意图；

图4为本发明在框架中的装配示意图；

图5为采用本发明后的框架结构立面图。

图中：1预制混凝土柱；2田字型格栅；3角钢；4扁钢；5预埋钢梁；6钢板加劲肋；7高强螺栓；8端板；9中间段钢梁；10纵筋；11端板外伸部加劲肋。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1至5所示，本发明的装配式混凝土柱-钢梁外伸端板型节点连接装置，主要由钢构套节点预埋钢件和外伸式钢梁端板连接两部分组成，包括预制混凝土柱1、钢构套、钢梁、端板8和高强螺栓7，钢梁包括预埋钢梁5和中间段钢梁9；钢构套包括一对由若干块钢板组成的田字型格栅2，一对田字型格栅2上下排布并通过竖向四个角钢3焊接在一起，每两个角钢3之间沿着角钢3外侧焊接水平扁钢4；一对田字型格栅2分别焊接在预埋钢梁5的上下翼缘，使钢梁和钢构套焊接成一个整体，放置在预制混凝土柱1的上端，钢构套与钢梁之间的节点核心区混凝土与预制混凝土柱1的混凝土一次浇筑完成；预埋钢梁5和中间段钢梁9两侧分别焊接有端板8并通过高强螺栓7连接成整体。

本发明中，钢梁的截面为I形或H形，如图1所示。预埋钢梁5在预制混凝土柱1内贯通，预埋钢梁5与预制混凝土柱1的连接处两侧设置有钢板加劲肋6。

如图2所示，田字型格栅2是由数块钢板组成，两块田字型格栅2分别紧靠预埋钢梁5的上下翼缘放置；沿着柱子四角竖向设四块角钢3，角钢3与田字型格栅2的钢板焊接在一起；将两块田字型格栅2与预埋钢梁5的上下翼缘焊接成为一个整体，在角钢3的中部沿着角钢外侧焊接水平扁钢4，组成封闭的钢构套。其中，扁钢4遇到钢板加劲肋6时，直接与钢板加劲肋6焊接，最终组成钢梁插入其中的钢构套节点预埋钢件。

本发明中，根据端板8形式不同，梁端板式连接分为两种不同实施情况。

实施例1：平齐式端板形式。

本实施例中，端板8的高度比钢梁略高，端板8的端头与钢梁上下翼缘基本平齐。如图2所示，预埋钢梁5和中间段钢梁9的两端都焊接端板8，端板8上开有螺栓孔。端板8与预埋钢梁5或中间段钢梁9的翼缘采用全熔透对接焊缝连接，端板8与预埋钢梁5或中间段钢梁9的腹板采用角焊缝连接，所有焊接工作均在工厂完成。通过高强螺栓7穿过两块端板8上的螺栓孔固定，把预埋钢梁5和中间段钢梁9连接起来。

实施例2：两端外伸式端板形式。

本实施例适用于要求刚度大、承载力高的框架结构。如图3所示，预埋钢梁5和中间段钢梁9的两端都焊接端板8，端板8上开有螺栓孔，端板8与预埋钢梁5或中间段钢梁9的翼缘采用全熔透对接焊缝连接，端板8与预埋钢梁5或中间段钢梁9的腹板采用角焊缝连接，所有焊接工作均在工厂完成。端板8伸出在钢梁上下翼缘之外，在端板8外伸部分设置有端板外伸部加劲肋11。通过高强螺栓7穿过两块端板8上的螺栓孔固定，把预埋钢梁5和中间段钢梁9连接起来。

本发明中，整体框架装配如图4所示，钢构套节点预埋钢件放置在预制混凝土柱1的上端，钢构套与钢梁之间的节点核心区不需设置箍筋，纵筋10由钢构套中穿过，伸出在预制混凝土柱1之外，核心区混凝土与预制混凝土柱1的混凝土在工厂一次浇筑完成。工厂预制的预制混凝土柱1，经现场吊装就位后，纵筋10外伸段与上部节段预制混凝土柱1之间通过套筒浆锚连接技术，进行柱和柱之间的连接。柱柱连接后，中间段钢梁9吊装就位后，按上述方法通过梁端端板连接形成整体框架。采用本发明装置后的框架结构立面如图5所示。

本发明中，田字格栅2的钢板焊接在预埋钢梁5的上下翼缘，使钢梁和钢构套成一个整体，预埋在梁柱节点部位；预埋钢梁5和中间段钢梁9两侧焊接端板8，通过高强螺栓固定连接，形成整体框架。与现有的技术相比，本发明中，预埋钢梁5和中间段钢梁9通过半刚性端板式连接，可以耗散能量，使震损集中在连接部位，减轻梁柱等主要构件的损伤；将塑性铰的位置从梁端外移到端板连接处，使结构形成合理的屈服机制；钢构套能够有效约束节点核心区混凝土，提高节点的可靠性，实现抗震设计中的强节点和强柱弱梁的要求。本发明的梁柱节点采用全预制的工业化标准生产，现场干作业安装，连接螺栓不需穿越节点，节点区无需配置箍筋，节点构造简单，施工可操作性强，能解决装配式结构节点核心区施工的难题，具有很强的工程实用性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种装配式混凝土柱-钢梁外伸端板型节点连接装置，其特征在于：包括预制混凝土柱（1）、钢构套、钢梁、端板（8）和高强螺栓（7），所述钢梁包括预埋钢梁（5）和中间段钢梁（9）；所述钢构套包括一对由若干块钢板组成的田字型格栅（2），所述一对田字型格栅（2）上下排布并通过竖向四个角钢（3）焊接在一起，每两个角钢（3）之间沿着角钢（3）外侧焊接水平扁钢（4）；一对田字型格栅（2）分别焊接在预埋钢梁（5）的上下翼缘，使钢梁和钢构套焊接成一个整体，放置在预制混凝土柱（1）的上端，钢构套与钢梁之间的节点核心区混凝土与预制混凝土柱（1）的混凝土一次浇筑完成；所述预埋钢梁（5）和中间段钢梁（9）两侧分别焊接有端板（8）并通过高强螺栓（7）连接成整体。

2.根据权利要求1所述的装配式混凝土柱-钢梁外伸端板型节点连接装置，其特征在于：所述预埋钢梁（5）在预制混凝土柱（1）内贯通，并外伸出预制混凝土柱（1）柱面。

3.根据权利要求1所述的装配式混凝土柱-钢梁外伸端板型节点连接装置，其特征在于：所述预埋钢梁（5）与预制混凝土柱（1）的连接处两侧设置有钢板加劲肋（6）。

4.根据权利要求1所述的装配式混凝土柱-钢梁外伸端板型节点连接装置，其特征在于：所述预制混凝土柱（1）中纵向钢筋分布在柱的四个角落，节点核心部位取消箍筋。

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