CN107165185B - 一种外包钢板的装配式混凝土柱脚节点及其施工方法 - Google Patents

Abstract

一种外包钢板的装配式混凝土柱脚节点及其施工方法，该柱脚节点包括预制钢筋混凝土柱、钢筋混凝土基础，在与混凝土柱一体预制、柱脚处外部围合的外包钢板筒，外包钢板筒的底端与基础上表面之间留有缝隙，缝隙处外侧补有封堵材料，节点还包括四周边缘与外包钢板筒的内壁水平无缝连接、中部开有肋板洞口的环形肋板，环形肋板开有与灌浆套筒装置相适应的套筒洞口，钢板筒边沿、环形肋板、封堵材料以及基础上表面形成封闭的拼缝腔，拼缝腔内填满注浆材料。本发明提高了对柱脚混凝土的约束作用，提高了柱脚节点的延性水平，省去了构件生产过程中套筒的固定工装，提高了预制柱的套筒定位精度，构造简单，施工方便。

Description

一种外包钢板的装配式混凝土柱脚节点及其施工方法

技术领域

本发明属于装配式混凝土结构建筑领域，特别是一种装配式混凝土外包钢板的柱脚节点及其施工方法。

背景技术

在罕遇地震作用下，混凝土框架结构的柱脚节点部位易屈服并形成塑性铰，特别是当转角较大时，经常会由于柱箍筋的约束作用不足而使根部混凝土剥落或压酥。柱脚节点的这种破坏形式，不但加大了震后修复的难度，还大大提高了修复所需的经济成本。

装配式混凝土建筑中常用的套筒灌浆连接柱脚节点虽然具有和现浇结构相同的受力性能，但也同样存在震后不易修复的问题；同时，在生产预制混凝土柱的过程中，通常需要设计专用的工装来精确固定灌浆套筒，生产附加成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种外包钢板的装配式混凝土柱脚节点及其施工方法，要解决现有装配式混凝土柱脚节点中存在根部箍筋约束不足、震后修复代价高、灌浆套筒生产中难以精确固定的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种外包钢板的装配式混凝土柱脚节点，包括竖向对应拼接的上部的预制钢筋混凝土柱和下部的钢筋混凝土基础，所述预制钢筋混凝土柱内预埋有沿柱身均布一周的柱内纵筋、柱内箍筋和灌浆套筒装置，所述钢筋混凝土基础内预埋有基础锚固插入钢筋，所述基础锚固插入钢筋与柱内纵筋通过灌浆套筒装置内充满的注浆材料连接，钢筋混凝土基础和预制钢筋混凝土柱拼接缝处也充满有注浆材料，

节点还包括在与混凝土柱一体预制、柱脚处外部围合的外包钢板筒，所述外包钢板筒的顶端低于灌浆套筒装置的注浆孔和出浆孔的位置，外包钢板筒的底端与基础上表面之间留有缝隙，缝隙处外侧补有封堵材料，

节点还包括四周边缘与外包钢板筒的内壁水平无缝连接、中部开有肋板洞口的环形肋板，所述环形肋板位于外包钢板筒的底部、高于外包钢板筒的底端以预留出钢板筒边沿，所述钢板筒边沿、环形肋板、封堵材料以及基础上表面形成封闭的拼缝腔，所述环形肋板开有与灌浆套筒装置相适应的套筒洞口，灌浆套筒装置依次穿过套筒洞口伸入拼缝腔内，灌浆套筒装置的底侧面与外包钢板筒的底侧面平齐，所述拼缝腔内填满注浆材料。

所述外包钢板筒的高度为柱截面长边长度的1-3倍，厚度为10-30mm，材质为Q235B或Q345B的钢材。

所述外包钢板筒的外侧表面与预制钢筋混凝土柱的外侧表面平齐或者凸出。

所述柱内箍筋加密区的设置范围为自柱底端直至外包钢板筒上端以上、柱截面长边长度的0.5-1倍位置处。

所述预制钢筋混凝土柱的肋板洞口范围内预制有与环形肋板平齐的粗糙面层，或者预制钢筋混凝土柱的底部一体预制有抗剪键体，该抗剪键体的四周边沿包裹灌浆套筒装置、与外包钢板筒的底端平齐，抗剪键体的中部内凹斗状。

所述灌浆套筒装置为设置非独立注浆孔和独立出浆孔的第一套筒，第一套筒和拼缝腔内的注浆材料为一体浇筑，或者设置独立注浆孔和独立出浆孔的第二套筒，第二套筒和拼缝腔内的注浆材料为分体浇筑，

独立注浆孔和独立出浆孔均通过相应埋设在柱内的注浆管与套筒连通。

所述非独立注浆孔位于柱侧壁上，非独立注浆孔和拼缝腔之间连通有一条柱内浆液流通管道，该柱内浆液流通管道位于预制钢筋混凝土柱的内部，一端连通独立注浆孔，另一端穿过环形肋板连通拼缝腔，所述拼缝腔形成灌浆套筒装置的柱外浆体流通管道，

所述第一套筒的注浆材料的运动轨迹自非独立注浆孔、柱内浆液流通管道、柱外浆体流通管道、各个套筒通过独立出浆孔流出。

所述柱内浆液流通管道为埋在柱内的金属波纹管或者与柱一体预制的管道，柱内浆液流通管道呈倒L形，包括水平管道和竖向管道，所述水平管道（91）连通侧壁外部并与侧壁具有倾角，竖向管道连通拼缝腔。

所述粗糙面层的中部或抗剪键体的中部均预留有柱内浆液流通管道的注浆孔洞口。

一种外包钢板装配式混凝土柱脚节点的施工方法，施工步骤如下：

步骤一：在工厂内将柱内纵筋、柱内箍筋和套筒灌浆装置固定连接、绑扎成钢筋笼。

步骤二：在工厂内将四块钢板焊接成矩形外包钢板筒，环形肋板上开设有与套筒灌浆装置相对应的套筒洞口，然后将环形肋板用角焊缝焊与外包钢板筒的内壁焊接固定。

步骤三：将步骤一制作的钢筋笼插入到步骤二制作的外包钢板筒中，灌浆套筒装置精确插入套筒洞口内形成整体后一起放入柱体模板中。

步骤四：向柱体模板内浇注混凝土，此时完成预制钢筋混凝土柱的工厂制作，将预制钢筋混凝土柱运至施工现场。

步骤五：基础施工完成后，将基础锚固插入钢筋插入到预制钢筋混凝土柱中的灌浆套筒装置中并临时固定，然后使用封堵材料封闭拼缝腔，用临时支撑固定好预制钢筋混凝土柱。

步骤六：配好注浆材料，注浆材料自从注浆孔注入自出浆孔流出，根据套筒的形式，拼缝腔与套筒内的注浆材料一体或分体充满，注浆结束。

步骤七：待注浆材料凝结达到一定强度后，拆除预制钢筋混凝土柱的临时支撑，完成此柱脚节点施工。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

本发明公开的是装配式混凝土结构建筑领域的一种柱脚节点，柱脚节点在一定高度范围内设置附加外包钢板筒以加强对柱底混凝土的约束作用，外包钢板筒和柱底的加密箍筋协同作用更好的起到对柱脚混凝土的约束作用，降低了柱脚在较大转角时的破坏程度，提高了柱脚节点的延性水平。

同时，在外包钢板筒的内部设置环形肋板，既可增加外包钢板筒的约束作用，同时环形肋板上开设用于钢筋套筒在浇注时固定的洞口，省去了构件生产过程中套筒的固定工装，提高了预制柱的套筒定位精度，构造简单，施工方便。

还有，本发明的套筒灌浆装置可采用无独立注浆口的形式，也可采用有独立注浆口的形式，分别根据不同的形式设计，在环形肋板、外包钢板筒还有基础顶面形成，环形肋板的设置使得柱脚底部形成拼缝腔，进而在拼缝腔内进行注浆连接，较现有技术中的拼缝连接厚度增大，同时还可以在预制柱底面设有粗糙面或抗剪键体，进一步增强柱脚节点的抗剪能力。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明实施例一示意图。

图2是环形肋板的结构示意图。

图3是本发明实施例一柱底视图。

图4是本发明实施例二示意图。

图5是本发明实施例二柱底视图。

图6是本发明实施例三示意图。

图7是本发明实施例三柱底视图。

图8是本发明实施例四示意图。

图9是本发明实施例四柱底视图。

附图标记：1－钢筋混凝土基础、2－预制钢筋混凝土柱、3－封堵材料、4－柱内纵筋、5－柱内箍筋、6－灌浆套筒装置、61－非独立注浆孔、62－独立注浆孔、63－独立出浆孔、7－外包钢板筒、8－环形肋板、81－肋板洞口、82－套筒洞口、9－柱内浆液流通管道、91－水平管道、92－竖向管道、10－粗糙面层、11－抗剪键体、12－基础锚固插入钢筋、13－注浆材料、14－注浆孔洞口。

具体实施方式

实施例一参见图1-3所示，一种外包钢板的装配式混凝土柱脚节点，包括竖向对应拼接的上部的预制钢筋混凝土柱2和下部的钢筋混凝土基础1，所述预制钢筋混凝土柱2内预埋有沿柱身均布一周的柱内纵筋4、柱内箍筋5和灌浆套筒装置6，所述钢筋混凝土基础1内预埋有基础锚固插入钢筋12，所述基础锚固插入钢筋12与柱内纵筋4通过灌浆套筒装置6内充满的注浆材料13连接，钢筋混凝土基础1和预制钢筋混凝土柱2拼接缝处也充满有注浆材料13。

节点还包括在与混凝土柱一体预制、柱脚处外部围合的外包钢板筒7，所述外包钢板筒7的顶端低于灌浆套筒装置的注浆孔和出浆孔的位置，外包钢板筒7的底端与基础上表面之间留有缝隙，在安装过程中作为消除安全误差的措施，缝隙的宽度为20-30mm，缝隙处外侧补有封堵材料3。

节点还包括四周边缘与外包钢板筒7的内壁水平无缝连接、中部开有肋板洞口81的环形肋板8，所述环形肋板8位于外包钢板筒的底部、高于外包钢板筒7的底端以预留出钢板筒边沿，所述钢板筒边沿、环形肋板8、封堵材料3以及基础上表面形成封闭的拼缝腔，所述环形肋板开有与灌浆套筒装置6相适应的套筒洞口82，灌浆套筒装置6依次穿过套筒洞口82伸入拼缝腔内，灌浆套筒装置6的底侧面与外包钢板筒7的底侧面平齐，所述拼缝腔内填满注浆材料13。所述注浆材料13为无收缩高强灌浆料，可采用抗压强度45MPa以上的高强快硬水泥基灌浆料、钢纤维快硬水泥基灌浆料、碳纤维快硬水泥基灌浆料或聚合物砂浆料。

所述外包钢板筒7的高度为柱截面长边长度的1-3倍，厚度为10-30mm，材质为Q235B或Q345B的钢材。所述外包钢板筒7的外侧表面与预制钢筋混凝土柱2的外侧表面平齐或者凸出。本实施例中为平齐。所述柱内箍筋5加密区的设置范围为自柱底端直至外包钢板筒7上端以上、柱截面长边长度的0.5-1倍位置处。

参见图2所示，本实施例中，外包钢板筒7为矩形，因此环形肋板也为矩形，中部开有矩形的肋板洞口81，套筒洞口82沿环形肋板与套筒对应均布一周。套筒洞口82的直径比套筒直径大2-4mm。

灌浆套筒装置6为设置非独立注浆孔61和独立出浆孔63的第一套筒，第一套筒和拼缝腔内的注浆材料13为一体浇筑，独立出浆孔63通过相应埋设在柱内的注浆管与套筒连通，

非独立注浆孔61位于柱侧壁上，非独立注浆孔61和拼缝腔之间连通有一条柱内浆液流通管道9，该柱内浆液流通管道位于预制钢筋混凝土柱2的内部，一端连通独立注浆孔61，另一端穿过环形肋板连通拼缝腔，所述拼缝腔形成灌浆套筒装置6的柱外浆体流通管道，所述第一套筒的注浆材料13的运动轨迹自非独立注浆孔61、柱内浆液流通管道9、柱外浆体流通管道、各个套筒通过独立出浆孔63流出。

所述柱内浆液流通管道9为埋在柱内的金属波纹管。柱内浆液流通管道9呈倒L形，包括水平管道91和竖向管道92，所述水平管道91连通侧壁外部并与侧壁具有倾角，方便浆液流入，竖向管道92连通拼缝腔。

所述预制钢筋混凝土柱2的肋板洞口81范围内预制有与环形肋板8平齐的粗糙面层10。粗糙面层10的凸凹不小于6mm，中部预留有柱内浆液流通管道的注浆孔洞口14。

实施例二参见图4-5所示，与实施例一不同的是，灌浆套筒装置6为设置独立注浆孔62和独立出浆孔63的第二套筒，第二套筒和拼缝腔内的注浆材料13为分体浇筑，独立注浆孔62和独立出浆孔63均通过相应埋设在柱内的注浆管与套筒连通。

实施例三参见图6-7所示，与实施例一不同的是，所述柱内浆液流通管道9为与柱一体预制的管道，所示预制钢筋混凝土柱2的底部一体预制有抗剪键体11，该抗剪键体11的四周边沿包裹灌浆套筒装置6、与外包钢板筒7的底端平齐，抗剪键体11的中部内凹斗状，内凹斗状与基础顶面形成空腔，空腔内注满注浆材料13，所述抗剪键体11的中部均预留有柱内浆液流通管道的注浆孔洞口14。

实施例四参见图8-9所示，与实施例二不同的是，所示预制钢筋混凝土柱2的底部一体预制有抗剪键体11，该抗剪键体11的四周边沿包裹灌浆套筒装置6、与外包钢板筒7的底端平齐，抗剪键体11的中部内凹斗状，内凹斗状与基础顶面形成空腔，空腔内注满注浆材料13。所述抗剪键体11的中部均预留有柱内浆液流通管道的注浆孔洞口14。

以上实施例一、三所述的外包钢板装配式混凝土柱脚节点的施工方法，施工步骤如下：

步骤一：将柱内纵筋4、柱内箍筋5和套筒灌浆装置6固定连接、绑扎成钢筋笼。

步骤二：在工厂内将四块钢板焊接成矩形外包钢板筒7，环形肋板8上开设有与套筒灌浆装置6相对应的套筒洞口82，然后将环形肋板8用角焊缝焊与外包钢板筒7的内壁焊接固定。

步骤三：将步骤一制作的钢筋笼插入到步骤二制作的外包钢板筒7中，灌浆套筒装置6精确插入套筒洞口82内形成整体后一起放入柱体模板中。

步骤四：向柱体模板内浇注混凝土，此时完成预制钢筋混凝土柱2的工厂制作，将预制钢筋混凝土柱2运至施工现场。

步骤五：基础施工完成后，将基础锚固插入钢筋12插入到预制钢筋混凝土柱2中的灌浆套筒装置6中并临时固定，然后使用封堵材料3封闭拼缝腔，用临时支撑固定好预制钢筋混凝土柱2。

步骤六：配好注浆材料13，从非独立注浆孔61注入，流经柱内浆液流通管道9将柱外浆体流通管道填满，然后注浆材料13上行填满各个套筒，套筒内充满浆液后通过独立出浆孔63流出，然后逐个将出浆孔封闭，直至所有出浆孔都封闭完，注浆结束。

步骤七：待注浆材料13凝结达到一定强度后，拆除预制钢筋混凝土柱的临时支撑，完成此柱脚节点施工。

以上实施例二、四所述的外包钢板装配式混凝土柱脚节点的施工方法，施工步骤如下：

步骤一：将柱内纵筋4、柱内箍筋5和套筒灌浆装置6固定连接、绑扎成钢筋笼。

步骤二：在工厂内将四块钢板焊接成矩形外包钢板筒7，环形肋板8上开设有与套筒灌浆装置6相对应的套筒洞口82，然后将环形肋板8用角焊缝焊与外包钢板筒7的内壁焊接固定。

步骤三：将步骤一制作的钢筋笼插入到步骤二制作的外包钢板筒7中，灌浆套筒装置6精确插入套筒洞口82内形成整体后一起放入柱体模板中。

步骤四：向柱体模板内浇注混凝土，此时完成预制钢筋混凝土柱2的工厂制作，将预制钢筋混凝土柱2运至施工现场。

步骤五：基础施工完成后，将基础锚固插入钢筋12插入到预制钢筋混凝土柱2中的灌浆套筒装置6中并临时固定，然后使用封堵材料3封闭拼缝腔，随后在拼缝腔内填满注浆材料13，用临时支撑固定好预制钢筋混凝土柱2。

步骤六：配好注浆材料13，从独立注浆孔62注入，流经注浆管填满各个套筒，套筒内充满浆液后通过独立出浆孔63流出，然后逐个将出浆孔封闭，直至所有出浆孔都封闭完，注浆结束。

步骤七：待注浆材料13凝结达到一定强度后，拆除预制钢筋混凝土柱的临时支撑，完成此柱脚节点施工。

Claims (10)

1.一种外包钢板的装配式混凝土柱脚节点，包括竖向对应拼接的上部的预制钢筋混凝土柱（2）和下部的钢筋混凝土基础（1），所述预制钢筋混凝土柱（2）内预埋有沿柱身均布一周的柱内纵筋（4）、柱内箍筋（5）和灌浆套筒装置（6），所述钢筋混凝土基础（1）内预埋有基础锚固插入钢筋（12），所述基础锚固插入钢筋（12）与柱内纵筋（4）通过灌浆套筒装置（6）内充满的注浆材料（13）连接，钢筋混凝土基础（1）和预制钢筋混凝土柱（2）拼接缝处也充满有注浆材料（13），

其特征在于：节点还包括在与混凝土柱一体预制、柱脚处外部围合的外包钢板筒（7），所述外包钢板筒（7）的顶端低于灌浆套筒装置的注浆孔和出浆孔的位置，外包钢板筒（7）的底端与基础上表面之间留有缝隙，缝隙处外侧补有封堵材料（3），

节点还包括四周边缘与外包钢板筒（7）的内壁水平无缝连接、中部开有肋板洞口（81）的环形肋板（8），所述环形肋板（8）位于外包钢板筒的底部、高于外包钢板筒（7）的底端以预留出钢板筒边沿，所述钢板筒边沿、环形肋板（8）、封堵材料（3）以及基础上表面形成封闭的拼缝腔，所述环形肋板开有与灌浆套筒装置（6）相适应的套筒洞口（82），灌浆套筒装置（6）依次穿过套筒洞口（82）伸入拼缝腔内，灌浆套筒装置（6）的底侧面与外包钢板筒（7）的底侧面平齐，所述拼缝腔内填满注浆材料（13）。

2.根据权利要求1所述的外包钢板的装配式混凝土柱脚节点，其特征在于：所述外包钢板筒（7）的高度为柱截面长边长度的1-3倍，厚度为10-30mm，材质为Q235B或Q345B的钢材。

3.根据权利要求1所述的外包钢板的装配式混凝土柱脚节点，其特征在于：所述外包钢板筒（7）的外侧表面与预制钢筋混凝土柱（2）的外侧表面平齐或者凸出。

4.根据权利要求1所述的外包钢板的装配式混凝土柱脚节点，其特征在于：所述柱内箍筋（5）加密区的设置范围为自柱底端直至外包钢板筒（7）上端以上、柱截面长边长度的0.5-1倍位置处。

5.根据权利要求1所述的一种外包钢板装配式混凝土柱脚节点，其特征在于：所述预制钢筋混凝土柱（2）的肋板洞口（81）范围内预制有与环形肋板（8）平齐的粗糙面层（10），或者预制钢筋混凝土柱（2）的底部一体预制的抗剪键体（11），该抗剪键体（11）的四周边沿包裹灌浆套筒装置（6）、与外包钢板筒（7）的底端平齐，抗剪键体（11）的中部内凹斗状。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的外包钢板的装配式混凝土柱脚节点，其特征在于：所述灌浆套筒装置（6）为设置非独立注浆孔（61）和独立出浆孔（63）的第一套筒，第一套筒和拼缝腔内的注浆材料（13）为一体浇筑，或者设置独立注浆孔（62）和独立出浆孔（63）的第二套筒，第二套筒和拼缝腔内的注浆材料（13）为分体浇筑，

独立注浆孔（62）和独立出浆孔（63）均通过相应埋设在柱内的注浆管与套筒连通。

7.根据权利要求6所述的外包钢板的装配式混凝土柱脚节点，其特征在于：所述非独立注浆孔（61）位于柱侧壁上，非独立注浆孔（61）和拼缝腔之间连通有一条柱内浆液流通管道（9），该柱内浆液流通管道位于预制钢筋混凝土柱（2）的内部，一端连通独立注浆孔（61），另一端穿过环形肋板连通拼缝腔，所述拼缝腔形成灌浆套筒装置（6）的柱外浆体流通管道，

所述第一套筒的注浆材料（13）的运动轨迹自非独立注浆孔（61）、柱内浆液流通管道（9）、柱外浆体流通管道、各个套筒通过独立出浆孔（63）流出。

8.根据权利要求7所述的外包钢板的装配式混凝土柱脚节点，其特征在于：所述柱内浆液流通管道（9）为埋在柱内的金属波纹管或者与柱一体预制的管道，柱内浆液流通管道（9）呈倒L形，包括水平管道（91）和竖向管道（92），所述水平管道（91）连通侧壁外部并与侧壁具有倾角，竖向管道（92）连通拼缝腔。

9.根据权利要求7或8所述的一种外包钢板装配式混凝土柱脚节点，其特征在于：所述粗糙面层（10）的中部或抗剪键体（11）的中部均预留有柱内浆液流通管道的注浆孔洞口（14）。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的外包钢板装配式混凝土柱脚节点的施工方法，其特征在于，施工步骤如下：

步骤一：在工厂内将柱内纵筋（4）、柱内箍筋（5）和套筒灌浆装置（6）固定连接、绑扎成钢筋笼；

步骤二：在工厂内将四块钢板焊接成矩形外包钢板筒（7），环形肋板（8）上开设有与套筒灌浆装置（6）相对应的套筒洞口（82），然后将环形肋板（8）用角焊缝焊与外包钢板筒（7）的内壁焊接固定；

步骤三：将步骤一制作的钢筋笼插入到步骤二制作的外包钢板筒（7）中，灌浆套筒装置（6）精确插入套筒洞口（82）内形成整体后一起放入柱体模板中；

步骤四：向柱体模板内浇注混凝土，此时完成预制钢筋混凝土柱（2）的工厂制作，将预制钢筋混凝土柱（2）运至施工现场；

步骤五：基础施工完成后，将基础锚固插入钢筋（12）插入到预制钢筋混凝土柱（2）中的灌浆套筒装置（6）中并临时固定，然后使用封堵材料（3）封闭拼缝腔，用临时支撑固定好预制钢筋混凝土柱（2）；

步骤六：配好注浆材料（13），注浆材料自从注浆孔注入自出浆孔流出，根据套筒的形式，拼缝腔与套筒内的注浆材料一体或分体充满，注浆结束；

步骤七：待注浆材料（13）凝结达到一定强度后，拆除预制钢筋混凝土柱的临时支撑，完成此柱脚节点施工。