CN106968332A - 一种预应力装配式高性能圆钢管混凝土柱‑混凝土梁节点及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种预应力装配式高性能圆钢管混凝土柱‑混凝土梁节点，该节点包括混凝土柱、钢筋混凝土梁、预应力筋；所述混凝土柱与钢筋混凝土梁内分别设置有相互配合的预应力筋孔道；所述方钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁内部通过穿过预应力筋孔道的预应力筋连接；所述方钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁外部通过角钢连接。其主要施工步骤是：（1）制作钢管混凝土柱；（2）制作混凝土梁；（3）现场安装。本装配式节点与常见的梁柱节点相比，具有延性好、施工简便、构件易更换、抗震性能好等优点。
Description
技术领域
发明涉及一种新型梁柱节点的结构，具体涉及一种预应力装配式高性能圆钢管混凝土柱-混凝土梁节点及其施工方法。
背景技术
梁柱节点是指框架梁与框架柱相交的节点核心区域，在结构中起着连接梁柱、传递内力和协调变形的作用。大量的地震资料表明，在地震中结构的破坏大多发生在梁柱节点上，或者是由梁柱节点的破坏而引起的整个结构的坍塌。因此，梁柱节点工作的安全可靠性是保证结构功能正常发挥的前提。只有通过设计施工，提高节点的强度及延性，防止节点剪切和压缩脆性破坏早于梁、柱的破坏，其他构件的强度设计才有实际意义，整个结构的安全性及稳定性才有保障。
目前，钢管混凝土柱-混凝土梁节点按其穿心构件是否穿过钢管混凝土柱，可分为非穿心节点和穿心节点两大类。常见的非穿心节点有加强环式节点、环梁节点、钢筋环绕式节点等。加强环式节点通过上下钢板加强环传递弯矩，同时两个加强环之间设置竖向加劲肋板，用以传递剪力。环梁节点依靠钢管壁外贴焊的环形钢筋或短牛腿将梁端剪力传递给核心混凝土，梁端弯矩由部分焊于牛腿翼缘上的钢筋和部分锚固在环梁里的钢筋传递。钢筋环绕式节点的梁钢筋从钢管边绕过，以有效承受弯矩，另加焊于钢管的短牛腿作为支承，以承受剪力。非穿心节点没有零部件穿过钢管，因此特别适用于小直径的钢管混凝土柱；但节点用钢量大，加工复杂，现场焊接工作量大，焊接质量要求高。
常见的穿心节点有牛腿穿心节点、钢筋贯穿式节点、十字板式节点等几种形式。穿心牛腿节点有明牛腿和暗牛腿之分，暗牛腿可以只承受剪力，即通常所说的承重销节点，也可以同时承受剪力和弯矩。钢筋贯穿式节点是通过在钢管壁上开孔，使梁纵筋贯穿钢管柱，以达到传递弯矩的目的，剪力由直接焊于钢管壁的明牛腿或暗牛腿承担。十字板式节点是在钢管内设置十字加劲板以提高节点区的整体刚度和承载力。穿心节点整体刚度较大，但节点处构造复杂，浇筑困难，存在因钢管局部破坏而降低柱承载力的风险。同时这种两大类传统节点形式都限制了节点内的相对位移，刚度大，但是延性较差，不能有效地消耗地震作用，往往先于梁、柱发生破坏，难以满足“强节点”的要求。
发明内容
本发明基于上述情况，提出一种预应力装配式高性能圆钢管混凝土柱-混凝土梁节点及其制作方法，该节点采用预制构件现场装配，最大程度的提高了施工效率且易于质量控制。同时利用预应力筋为节点提供地震作用下的自动复位功能，提高节点的耗能能力，增强节点抗震性能，达到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防目标，保证主体结构在地震中基本保持完好，为人们生命安全提供保障。
本发明的具体技术方案如下：
一种预应力装配式高性能圆钢管混凝土柱-混凝土梁节点，
该节点包括钢管混凝土柱、钢筋混凝土梁、预应力筋；所述混凝土柱与钢筋混凝土梁内分别设置有相互配合的预应力筋孔道；所述方钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁内部通过穿过预应力筋孔道的预应力筋连接；所述方钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁外部通过角钢连接。
作为优选项：所述混凝土柱为浇筑混凝土的圆形钢管，所述圆形钢管由2块半圆形钢板焊接而成；所述每块钢板内壁上、在与钢筋混凝土梁连接区平行向钢管内侧垂直的设置有2块半圆环钢板，所述2块半圆环钢板间距较钢筋混凝土梁高度大80mm以上；所述半圆环钢板外径与半圆形钢板内径相等，并与钢板焊接，内径较外径小30mm以上；所述每块钢板上的2个半圆环钢板之间垂直焊接有加劲肋。
作为优选项：所述每块钢板上的2个半圆环钢板之间均匀焊接有2个加劲肋；所述加劲肋的厚度大于4mm，高度等于两端梯形钢板之间的距离，宽度与半圆环钢板宽度一致。
作为优选项：所述方钢管混凝土柱上的预应力筋孔道不少于4个，上下左右对称布置在钢管与钢筋混凝土梁连接区；当预留预应力筋孔道数为单数时，中部应预留1个预应力筋孔洞，其他预应力筋孔洞均匀分布在其周围。
作为优选项：所述钢筋混凝土梁的两端设置有钢套筒。
作为优选项：所述预应力筋为无粘结预应力筋。
本发明还提供一种如上述的预应力装配式高性能方钢管混凝土柱-混凝土梁节点的施工方法，
a钢管混凝土柱的制作：钢管由2块半圆形钢管焊接而成，在焊接之前，每块半圆形钢管内部焊接厚度大于4mm的2块半圆形环板，环板平行于钢筋混凝土梁，2块环板间距较钢筋混凝土梁的高大80mm以上，环板外径与钢管内径相同，环板内径较钢管内径小30mm以上，2块环板中间垂直焊接厚度大于4mm的2块加劲肋，2块加劲肋沿半圆形钢管环向均匀布置，加劲肋高度等于2块环板之间的垂直间距，加劲肋宽度与环板宽度相同；在钢管与钢筋混凝土梁连接区预留不少于2个预应力筋孔道，上下对称布置，当预留预应力筋孔道数为单数时，中部应预留1个预应力筋孔洞；在非连接区上部、下部预留不少于4个螺栓安装孔洞；将2块半圆形钢管通过焊接方式连接为钢管，浇筑混凝土形成钢管混凝土柱，并养护28天；
b钢筋混凝土梁的制作：在制作预制钢筋混凝土梁前，首先钢筋混凝土梁的两端布置钢套筒并在梁顶部和底部竖向预留螺栓安装孔洞，梁纵向预留预应力筋孔道，在工厂浇筑混凝土形成预制钢筋混凝土梁；
c节点安装：在钢管混凝土柱上通过螺栓安装角钢，吊装预制钢筋混凝土梁于角钢上，安装螺栓，在预留孔道中穿入预应力筋进行张拉，并利用锚具把张拉后的预应力筋锚固在钢管混凝土柱的外侧。
作为优选项：所述步骤b中，所述套筒的布置方法为在钢筋混凝土梁四面布置厚度大于4mm的方形钢板钢板的长度大于40mm，宽度分别与所在钢筋混凝土梁宽度b相同，采用直径大于12mm的短钢筋将两对面钢板通过焊接连接，短钢筋层数不少于3层，每层不少于2根；将4块钢板通过焊接方式连接为整体，在梁端部布置一块厚度大于2mm，尺寸与钢筋混凝土梁截面尺寸相同的钢板，并与4块钢板焊接。
作为优选项：所述施工方法中钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁连接部位不需作任何附加处理。
本发明中，角钢主要用于定位和临时支撑钢筋混凝土梁；
本发明中，通过张拉预应力筋使钢筋混凝土梁连接与钢管混凝土柱，预应力筋为无粘结预应力筋。
本发明的技术效果在于：
1、该节点非刚性节点，允许节点区的相对变形，构件内的应力集中得到了降低。在地震过程中，各耗能构件的变形可以吸收能量，从而降低位移反应，提高了节点的延性，在大震作用下，节点不会突然破坏，给人能有逃生的时间，保证人的生命安全；
2、预应力筋为节点提供地震作用下的自动复位功能。当地震作用达到一定程度时，预应力筋被拉伸，梁柱的接触面张开，角钢等耗能构件率先进入塑性状态以实现耗能，而梁柱等基本仍处于弹性范围，避免了主体构件的损坏。地震作用后，节点在预应力筋的作用下恢复到原先的状态，从而大大降低了结构在地震作用下的残余变形；
3、角钢主要用于支撑钢筋混凝土梁。当地震来临时，角钢的塑性变形可消耗地震能，减小主体结构的变形破坏。震后，损伤的角钢等附属构件的更换及修复也十分方便；
4、节点采用预制构件现场装配，现场连接多采用焊接、螺栓连接等干性连接方法，具有方便、快捷的优点，大幅度提高施工效率，工业化程度高。预制构件通过工业化流水线方式制作，大大提高了生产力且易于质量控制，提高了结构精度。同时减少建筑垃圾的产生、建筑污水的排放、建筑噪声的干扰。
附图说明
图1为钢管混凝土柱正视结构示意图a及剖面图b；
图2为预制钢筋混凝土梁正视结构示意图a及剖面图b；
图3为预应力装配式高性能圆钢管混凝土柱-混凝土梁节点的正视结构示意图；
其中，1-混凝土柱，2-环板，3-加劲肋，4-预应力筋孔道，5-螺栓安装孔洞，6-焊缝，7-混凝土梁，8-钢板，9-短钢筋，10-螺栓安装孔洞，11-预应力筋孔道，12-钢板，13-角钢，14-螺栓，15-螺栓，16-预应力筋，17-锚具。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。
实施例1
本发明提供了一种预应力装配式高性能圆钢管混凝土柱-混凝土梁节点，包括以下步骤：
a钢管混凝土柱的制作：钢管由2块半圆形钢管焊接而成。在焊接之前，每块半圆形钢管内部焊接厚度大于4mm的2块半圆形环板（2），环板（2）平行于钢筋混凝土梁（7），2块环板（2）间距大于梁高h+80mm，环板（2）外径与钢管内径r相同，环板（2）内径小于r-30mm。2块环板（2）中间垂直焊接厚度大于4mm的2块加劲肋（3），2块加劲肋（3）沿半圆形钢管环向均匀布置，加劲肋（3）高度等于2块环板（2）之间的垂直间距，加劲肋（3）宽度与环板宽度相同。在钢管与钢筋混凝土梁（7）连接区预留不少于2个预应力筋孔道（4），上下对称布置，当预留预应力筋孔道数为单数时，中部应预留1个预应力筋孔洞。在非连接区上部、下部预留不少于4个螺栓安装孔洞（5）。将2块半圆形钢管通过焊接方式（6）连接为钢管，浇筑混凝土形成钢管混凝土柱（1），并养护28天。
b钢筋混凝土梁的制作：在制作预制钢筋混凝土梁前，首先钢筋混凝土梁的两端布置钢套筒或四面布置厚度大于4mm的钢板（8），钢板（8）的长度大于40mm，宽度分别与所在钢筋混凝土梁宽度b相同，采用直径大于12mm的短钢筋（9）将两对面钢板（2）通过焊接连接，短钢筋层数不少于3层，每层不少于2根；并在梁顶部和底部竖向预留螺栓安装孔洞（10），梁纵向预留预应力筋孔道（11），在工厂浇筑混凝土形成预制钢筋混凝土梁（7）。将4块钢板（8）通过焊接方式连接为整体，在梁端部布置一块厚度大于2mm，尺寸与钢筋混凝土梁截面尺寸相同的钢板（12），并与4块钢板（8）焊接。
c节点安装：在钢管混凝土柱上通过螺栓（14）安装角钢（13），吊装预制钢筋混凝土梁（7）于角钢上，安装螺栓（15），在预留孔道中穿入预应力筋（16）进行张拉，并利用锚具（17）把张拉后的预应力筋锚固在钢管混凝土柱（1）的外侧。
所述钢管混凝土柱（1）与钢筋混凝土梁（7）连接部位不作任何附加处理。
所述角钢（13）主要用于定位和临时支撑钢筋混凝土梁。
所述钢筋混凝土梁（7）与钢管混凝土柱（1）通过张拉预应力筋（16）连接，预应力筋（16）为无粘结预应力筋。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种预应力装配式高性能圆钢管混凝土柱-混凝土梁节点，其特征在于：
该节点包括钢管混凝土柱(1)、钢筋混凝土梁(7)、预应力筋(16)；所述混凝土柱(1)与钢筋混凝土梁(7)内分别设置有相互配合的预应力筋孔道(4、11)；所述方钢管混凝土柱(1)与钢筋混凝土梁(7)内部通过穿过预应力筋孔道(4、11)的预应力筋(16)连接；所述方钢管混凝土柱(1)与钢筋混凝土梁(7)外部通过角钢(13)连接。
2.如权利1所述的预应力装配式高性能圆钢管混凝土柱-混凝土梁节点，其特征在于：所述混凝土柱(1)为浇筑混凝土的圆形钢管，所述圆形钢管由2块半圆形钢板焊接而成；所述每块钢板内壁上、在与钢筋混凝土梁(7)连接区平行向钢管内侧垂直的设置有2块半圆环钢板(2)，所述2块半圆环钢板(2)间距较钢筋混凝土梁(7)的高度大80mm以上；所述半圆环钢板(2)外径与半圆形钢板内径相等，并与钢板焊接，内径较外径小30mm以上；所述每块钢板上的2个半圆环钢板(2)之间垂直焊接有加劲肋(3)。
3.如权利2所述的预应力装配式高性能圆钢管混凝土柱-混凝土梁节点，其特征在于：所述每块钢板上的2个半圆环钢板(2)之间均匀焊接有2个加劲肋(3)；所述加劲肋(3)的厚度大于4mm，高度等于两端梯形钢板(2)之间的距离，宽度与半圆环钢板(2)宽度一致。
4.如权利1所述的预应力装配式高性能圆钢管混凝土柱-混凝土梁节点，其特征在于：所述混凝土柱(1)上的预应力筋孔道(4)不少于4个，上下左右对称布置在钢管与钢筋混凝土梁(7)连接区；当预留预应力筋孔道(4)数为单数时，中部应预留1个预应力筋孔洞，其他预应力筋孔洞均匀分布在其周围。
5.如权利1所述的预应力装配式高性能圆钢管混凝土柱-混凝土梁节点，其特征在于：所述钢筋混凝土梁(7)的两端设置有钢套筒。
6.如权利1所述的预应力装配式高性能圆钢管混凝土柱-混凝土梁节点，其特征在于：所述预应力筋(16)为无粘结预应力筋。
7.一种如权利要求1所述的预应力装配式高性能圆钢管混凝土柱-混凝土梁节点的施工方法，其特征在于：
a钢管混凝土柱的制作：钢管由2块半圆形钢管焊接而成，在焊接之前，每块半圆形钢管内部焊接厚度大于4mm的2块半圆形环板(2)，环板(2)平行于钢筋混凝土梁(7)，2块环板(2)间距较钢筋混凝土梁的高大80mm以上，环板(2)外径与钢管内径相同，环板(2)内径较钢管内径小30mm以上，2块环板(2)中间垂直焊接厚度大于4mm的2块加劲肋(3)，2块加劲肋(3)沿半圆形钢管环向均匀布置，加劲肋(3)高度等于2块环板(2)之间的垂直间距，加劲肋(3)宽度与环板宽度相同；在钢管与钢筋混凝土梁(7)连接区预留不少于2个预应力筋孔道(4)，上下对称布置，当预留预应力筋孔道数为单数时，中部应预留1个预应力筋孔洞；在非连接区上部、下部预留不少于4个螺栓安装孔洞(5)；将2块半圆形钢管通过焊接方式(6)连接为钢管，浇筑混凝土形成钢管混凝土柱(1)，并养护28天；
b钢筋混凝土梁的制作：在制作预制钢筋混凝土梁前，首先钢筋混凝土梁的两端布置钢套筒并在梁顶部和底部竖向预留螺栓安装孔洞(10)，梁纵向预留预应力筋孔道(11)，在工厂浇筑混凝土形成预制钢筋混凝土梁(7)；
c节点安装：在钢管混凝土柱上通过螺栓(14)安装角钢(13)，吊装预制钢筋混凝土梁(7)于角钢上，安装螺栓(15)，在预留孔道中穿入预应力筋(16)进行张拉，并利用锚具(17)把张拉后的预应力筋锚固在钢管混凝土柱(1)的外侧。
8.如权利要求7所述的施工方法，其特征在于：所述步骤b中，所述套筒的布置方法为在钢筋混凝土梁四面布置厚度大于4mm的方形钢板(8)钢板(8)的长度大于40mm，宽度分别与所在钢筋混凝土梁宽度b相同，采用直径大于12mm的短钢筋(9)将两对面钢板(2)通过焊接连接，短钢筋层数不少于3层，每层不少于2根；将4块钢板(8)通过焊接方式连接为整体，在梁端部布置一块厚度大于2mm，尺寸与钢筋混凝土梁截面尺寸相同的钢板(12)，并与4块钢板(8)焊接。
9.如权利要求7所述的施工方法，其特征在于：所述施工方法中钢管混凝土柱(1)与钢筋混凝土梁(7)连接部位不需作任何附加处理。
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