CN107254937A - 一种内藏x形低屈服点型钢连接件的装配式耗能梁节点 - Google Patents

一种内藏x形低屈服点型钢连接件的装配式耗能梁节点 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种内藏X形低屈服点型钢连接件的装配式耗能梁节点，包括主要包括预制梁、梁端连接段、连接槽钢、普通受力钢筋、型钢连接件、后浇节点、连接套筒。本发明设置了一段在现场制作的带马牙槎的预制梁的连接段，预制梁在工厂加工好之后运输至现场，在现场用高强螺栓和型钢连接件将预制梁定位后用灌浆套筒将预制梁和连接段的预留连接钢筋连接并浇筑超高韧性水泥基复合材料后即可形成可靠连接节点。本发明降低了现场施工难度，改善了剪力墙—梁节点的耗能能力和变形能力，保证了墙—梁节点的整体抗震性能。

Description

一种内藏X形低屈服点型钢连接件的装配式耗能梁节点
技术领域
本发明涉及一种内藏X形低屈服点型钢连接件的装配式耗能梁连接节点，在正常使用荷载下满足承载力要求，在地震作用下可以通过局部耗能的方式保证节点和结构整体的承载力和抗震能力，施工简便，并且在很大程度上改善了装配式梁节点的力学性能，属于装配式混凝土结构技术领域。
背景技术
近年来，建筑工业化的概念在我国得到了持续推广，并在一些工程中得到应用。推广装配式建筑是实现建筑工业化的重要实现方式，而装配式混凝土是装配式建筑的重要组成部分。该种建筑形式能提高建造质量、缩短施工周期、节省建筑材料、减少污染物排放。完全符合我国未来建筑业的发展趋势。
有研究表明，装配式混凝土建筑质量的关键在于预制构件之间的节点的制造工艺和施工质量。目前，国内外针对装配式框架结构中的梁—柱节点、柱、柱节点、装配式剪力墙结构中的墙—墙节点等进行了一系列的试验和理论研究。然而，目前装配梁经常出现现场定位较困难、在荷载作用下后浇混凝土与预制构件的界面容易开裂且开裂后裂缝容易开展贯通、梁端因为箍筋加密造成的混凝土振捣困难，不易浇筑密实等问题。实现预制梁与其他构件的有效连接，已经成为推广装配式建筑、提高其建造质量的关键环节。
相关研究已经证明
在受剪较大梁构件预埋低屈服钢板可以有效帮助梁端受力后实现内力重分布，改善梁端的脆性破坏，提高节点延性和抗剪承载力，而预埋开孔低屈服钢版可以进一步改善梁端的破坏特征和耗能能力，增强节点耗能能力。超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)的韧性是普通混凝土的2.6倍以上，开裂后韧性还会进一步提高，且具备一定的开裂后自恢复能力，非常适合用该种材料来解决预制混凝土节点开裂荷载较低，开裂后裂缝发展较快且易形成水平通缝的弊端。
目前，如何利用已有的材料和技术手段构造一种受力性能良好、受力合理、传力明确且施工方便快捷的新型制梁连接节点，已经成为将装配式混凝土技术必须要解决的技术难点。
发明内容
本发明提供了一种传力合理，施工便捷，施工质量易控制，耗能能力较强的内藏X形低屈服点型钢连接件的装配式耗能梁连接节点。该种连接节点在日常使用时可满足荷载需求，在地震时作用下，该种节点可以通过较大应变来耗散地震能量。
本发明采用的技术方案为一种内藏X形低屈服点型钢连接件的装配式耗能梁连接节点，该节点包括：预制梁1、梁端连接段2、连接槽钢3、开孔型钢连接件4、受力钢筋5、后浇节点6、钢筋灌浆套筒7和高强螺栓8。预制梁1为预制件。梁端连接段2为与现场浇筑构件整体浇筑的一段悬臂梁，预制梁1和梁端连接段2之间为后浇节点6；梁端连接段2和预制梁1内都设置有连接槽钢3和受力钢筋5，梁端连接段2和预制梁1内的连接槽钢3通过高强螺栓8与开孔型钢连接件4连接，钢筋灌浆套筒7用以连接梁端连接段2和预制梁1内的受力钢筋5；所述后浇节点6填充超高韧性水泥基复合材料，提高节点延性和耗能能力。现场连接时将连接槽钢3的锚固段浇入混凝土内，并预留一部分外伸段和纵向的受力钢筋5；预制梁1内预留的受力钢筋5和梁端连接段2内预留的受力钢筋5位置一一对应。现场施工时，将预制梁1吊装至指定位置，使用高强螺栓8将连接槽钢3通过开孔型钢连接件4进行连接，并将梁端连接段2内预留的连接钢筋和预制梁1内预留的连接钢筋一一采用钢筋灌浆套筒7进行连接。灌浆料养护一天后用超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)进行浇筑后浇拼缝，养护28天后，即形成有效传力的节点。
所述梁端连接段2采用超高韧性水泥基复合材料浇筑，且在端部设置马牙槎。梁端连接段2的长度为设计梁长度的1/12-1/10，且不低于50mm，梁端连接段2的钢筋标号均与预制梁1相同，采用的超高韧性水泥基复合材料抗压设计值与预制梁相同。连接段受力钢筋的配置与预制梁1一一对应，且需要在梁外侧预留一定长度的钢筋连接段，钢筋连接段长度为后浇节点设计长度的1/2。
所述预制梁1为工厂预制结构，预制梁1的端部预留马牙槎，并预留连接槽钢3和连接钢筋，预制梁1的加工长度＝设计梁长度-梁端连接段长度-预留后浇拼缝长度。
后浇节点6的轴心抗压强度设计值与预制梁中混凝土的轴心抗压强度设计值相同，且后浇区超高韧性水泥基复合材料的极限拉应变应为预制梁中普通混凝土极限应变的3.0倍以上。
后浇节点6的高度、宽度均与预制梁1和梁端连接段2相一致，后浇节点6的长度取设计梁长度的1/12到1/8且不小于600mm。
开孔型钢连接件4在施工过程中起到定位的作用，在地震作用下开孔型钢连接段先行屈服并发挥耗能能力并提高截面的抗剪承载力。开孔型钢连接件4和预埋连接槽钢3互连接的位置需预先加工螺栓孔以便于现场进行螺栓连接。
开孔型钢连接件4选取屈服强度小于235Mpa，且屈强比小于等于0.8，断后伸长率大于40％的型钢制作，焊缝施工要求及焊接尺寸需满足相关加工要求。开孔型钢连接件4的型钢延梁长度方向长度为梁长度的1/8-1/6且不小于0.5m，翼缘宽度为梁宽度的1/3-1/2,高度为梁高的1/3-1/2，型钢连接件的腹板制作成内凹的阶梯形，每个阶梯段的高度为开孔型钢连接件总高度的1/6-1/4。每个阶梯段的内凹深度为开孔型钢连接件总高度的1/6-1/4,为提高该种连接件的耗能能力，需要在腹板上开孔，开孔面积不应大于腹板面积的20％。在梁截面内，开孔型钢连接件的截面积不应小于预制梁截面总面积的0.4％。在加工完成后需在开孔型钢连接件表面涂抹2mm厚的硅胶，开口内也需用硅胶填充密实。
钢筋灌浆套筒7的连接部位设置在后浇节点6区内，现场将连接钢筋调整到对应位置后，即可进行灌浆操作；钢筋灌浆套筒7由套筒和灌浆料组成，套筒和灌浆料的材料属性满足《装配式混凝土结构技术规程》中的相关规定。套筒内灌注灌浆料这种连接形式提高节点钢筋连接的可靠度，并预防传统的套筒连接造成的钢筋连接处因钢筋截面过度削弱而造成的破坏。
在梁端连接段2和后浇节点6配置箍筋，但不需要加密，以保证超高韧性水泥基复合材料协同箍筋一同受剪能力并充分发挥其塑性变形能力。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：
(1)预先设置一定长度的水平梁端连接段，可以避免装配连接部位处于梁端受力最为不利的位置，避免梁端现浇混凝土与预制混凝土之间因为荷载作用过早开裂及节点施工困难等问题，并可以控制梁端塑性铰出现的位置，使塑性铰出现的位置位于距离梁端有一段距离的部位。
(2)在梁端连接段及预制梁的梁端设置马牙搓可以有效避免混凝土连接界面过早开裂并形成水平通缝，提高界面抗剪性能。
(3)在后浇节点处采用预留槽钢配合焊接H型钢连接件，使用高强螺栓连接，可有效提高现场施工的安装质量，提高建筑工业化水平，降低现场安装定位的难度。在地震作用下，焊接H型钢连接件也可以自由变形预先屈服，从而提高梁端抗剪能力，耗散地震能量，避免后浇位置出现节点区的脆性破坏。
(3)目前超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)的成本比普通混凝土高，若和现场浇筑构件预制梁整体采用该种材料并不经济，因此本发明在荷载较大的区域和关键性的连接节点使用该种材料，具有经济上的可行性。
(4)采用超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)作为后浇区浇筑的材料，可以有效改善梁端连接的延性和变形能力，同时增强节点在地震中的耗能能力，抑制主裂缝的产生和发展，避免预制混凝土梁在连接处发生脆性破坏，可以达到既提高结构的抗震性能又不过多的提高成本的需求。
(5)与现浇混凝土节点相比较，该种节点采用工业化的方式进行生产，按标准严格检验出厂产品，施工质量更加容易保证，且相关试验已经证明，超高韧性水泥基复合材料可以同受剪钢筋协同受剪，梁端部及后浇区无需箍筋加密，避免传统装配式技术因节点区箍筋过于密集造成节点部分混凝土浇筑不密实造成的安全问题。
本发明的功能如下：
一种内藏X形低屈服点型钢连接件的装配式耗能梁连接节点，通过设置与现场浇筑构件整体浇筑的梁端连接段、使用超高韧性水泥基复合材料浇筑的后浇节点，并使用灌浆套筒连接梁内受力钢筋和梁端连接段内预留钢筋，将预制梁在和既有混凝土构件连接成一个整体。同时，通过设置连接槽钢和型钢连接件，不仅提高了施工精度降低了现场装配的难度，而且能够在地震作用下耗散地震的能量，并改善预制梁节点变形和受力情况，实现“强节点、弱构件”的设计准则，提高节点的变形和耗能能力，最终实现整个建筑结构的减震耗能。
预制梁端设置由超高韧性水泥基复合材料浇筑的连接段，并在相交平面加工马牙搓可以有效抑制后浇节点处裂缝过早开展，同时，超高韧性水泥基复合材料能够参与梁端受剪，有效地耗散地震中的能量，避免梁端节点脆性破坏，减小建筑结构的破损。
附图说明
图1为本发明一个实施例的示意图。
图2为本发明的节点平面图。
图3为本发明的节点俯视图。
图4为本发明中在后浇节点出的剖面图
图5为本发明中型钢连接件示意图
图中：1－预制梁、2－梁端连接段、3－连接槽钢、4－型钢连接件、5－受力钢筋、6－后浇节点、7－钢筋灌浆套筒、8—高强螺栓。
具体实施方式
实施例1：
结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
第一阶段：
对于某超高层钢筋混凝土框架—核心筒结构，根据结构设计要求，预制梁与剪力墙平面外相交，梁的截面为400mm×900mm，梁跨度为10m，选择普通受梁端连接段力钢筋为HRB400，确定连接段3的外伸长度为1000mm，宽度为400mm,后浇段的长度为1000mm,与后浇节点相接触的部分设置马牙槎，在3内布置连接钢筋，钢筋的标号和直径均与预制梁内的普通受力钢筋一一对应，上下纵筋及抗扭腰筋均伸出梁平面500mm，并按要求配制已加工完毕的连接槽钢。连接槽钢伸入梁端连接段并固定好，并预留好外伸段，外伸段长度500mm，最后在现场浇筑超高韧性水泥基复合材料，形成梁端连接段。
第二阶段：
在预制混凝土工厂加工预制梁，按照设计要求布置其普通受力钢筋，并在预制梁端制作马牙搓和粗糙面，马牙搓尺寸和形状均与和梁端连接段3对称布置。预先将连接槽钢的锚固段浇筑入预制梁混凝土中并预留500mm长的连接段，梁中纵向受力钢筋的布置与梁端连接段相同并预留500mm长的钢筋连接段，架设好模板之后浇筑预制梁的混凝土并进行养护。
第三阶段：
现场作业时，将预制梁吊装至设计指定地点，配置后浇区箍筋后，将伸出剪力墙和预制梁的预留钢筋伸入钢筋灌浆套筒，并用高强螺栓将连接槽钢及型钢连接件固定在一起，然后再灌浆套筒内灌入专用的微膨胀水泥砂浆。现场支设模板，待微膨胀水泥砂浆初凝后，使用超高韧性水泥基复合材料浇筑节点区。养护28天后，即可形成本发明所述节点。以上为本发明的一个典型实施例，但本发明的实施不限于此。

Claims (9)

1.一种内藏X形低屈服点型钢连接件的装配式耗能梁连接节点，其特征在于：该节点包括：预制梁(1)、梁端连接段(2)、连接槽钢(3)、开孔型钢连接件(4)、受力钢筋(5)、后浇节点(6)、钢筋灌浆套筒(7)和高强螺栓(8)；预制梁(1)为预制件；梁端连接段(2)为与现场浇筑构件整体浇筑的一段悬臂梁，预制梁(1)和梁端连接段(2)之间为后浇节点(6)；梁端连接段(2)和预制梁(1)内都设置有连接槽钢(3)和受力钢筋(5)，梁端连接段(2)和预制梁(1)内的连接槽钢(3)通过高强螺栓(8)与开孔型钢连接件(4)连接，钢筋灌浆套筒(7)用以连接梁端连接段(2)和预制梁(1)内的受力钢筋(5)；所述后浇节点(6)填充超高韧性水泥基复合材料，提高节点延性和耗能能力；现场连接时将连接槽钢(3)的锚固段浇入混凝土内，并预留一部分外伸段和纵向的受力钢筋(5)；预制梁(1)内预留的受力钢筋(5)和梁端连接段(2)内预留的连接受力(5)位置一一对应；现场施工时，将预制梁(1)吊装至指定位置，使用高强螺栓(8)将连接槽钢(3)通过开孔型钢连接件(4)进行连接，并将梁端连接段(2)内预留的连接钢筋和预制梁(1)内预留的连接钢筋一一采用钢筋灌浆套筒(7)进行连接；灌浆料养护一天后用超高韧性水泥基复合材料进行浇筑后浇拼缝，养护28天后，即形成有效传力的节点。
2.根据权利要求1所述的一种内藏X形低屈服点型钢连接件的装配式耗能梁连接节点，其特征在于：所述梁端连接段(2)采用超高韧性水泥基复合材料浇筑，且在端部设置马牙槎；梁端连接段(2)的长度为设计梁长度的1/12-1/10，且不低于50mm，梁端连接段(2)的钢筋标号均与预制梁(1)相同，采用的超高韧性水泥基复合材料抗压设计值与预制梁相同；连接段受力钢筋的配置与预制梁(1)一一对应，且需要在梁外侧预留一定长度的钢筋连接段，钢筋连接段长度为后浇节点设计长度的1/2。
3.根据权利要求1所述的一种内藏X形低屈服点型钢连接件的装配式耗能梁连接节点，其特征在于：所述预制梁(1)为工厂预制结构，预制梁(1)的端部预留马牙槎，并预留连接槽钢(3)和连接钢筋，预制梁(1)的加工长度＝设计梁长度-梁端连接段长度-预留后浇拼缝长度。
4.根据权利要求1所述的一种内藏X形低屈服点型钢连接件的装配式耗能梁连接节点，其特征在于：后浇节点(6)的轴心抗压强度设计值与预制梁中混凝土的轴心抗压强度设计值相同，且后浇区超高韧性水泥基复合材料的极限拉应变应为预制梁中普通混凝土极限应变的3.0倍以上。
5.根据权利要求1所述的一种内藏X形低屈服点型钢连接件的装配式耗能梁连接节点，其特征在于：后浇节点(6)的高度、宽度均与预制梁(1)和梁端连接段(2)相一致，后浇节点(6)的长度取设计梁长度的1/12到1/8且不小于600mm。
6.根据权利要求1所述的一种内藏X形低屈服点型钢连接件的装配式耗能梁连接节点，其特征在于：开孔型钢连接件(4)在施工过程中起到定位的作用，在地震作用下开孔型钢连接段先行屈服并发挥耗能能力并提高截面的抗剪承载力；开孔型钢连接件(4)和预埋连接槽钢(3)互连接的位置需预先加工螺栓孔以便于现场进行螺栓连接。
7.根据权利要求1所述的一种内藏X形低屈服点型钢连接件的装配式耗能梁连接节点，其特征在于：开孔型钢连接件(4)选取屈服强度小于235Mpa，且屈强比小于等于0.8，断后伸长率大于40％的型钢制作，焊缝施工要求及焊接尺寸需满足相关加工要求；开孔型钢连接件(4)的型钢延梁长度方向长度为梁长度的1/8-1/6且不小于0.5m，翼缘宽度为梁宽度的1/3-1/2,高度为梁高的1/3-1/2，型钢连接件的腹板制作成内凹的阶梯形，每个阶梯段的高度为开孔型钢连接件总高度的1/6-1/4；每个阶梯段的内凹深度为开孔型钢连接件总高度的1/6-1/4,为提高该种连接件的耗能能力，需要在腹板上开孔，开孔面积不应大于腹板面积的20％；在梁截面内，开孔型钢连接件的截面积不应小于预制梁截面总面积的0.4％；在加工完成后需在开孔型钢连接件表面涂抹2mm厚的硅胶，开口内也需用硅胶填充密实。
8.根据权利要求1所述的一种内藏X形低屈服点型钢连接件的装配式耗能梁连接节点，其特征在于：钢筋灌浆套筒(7)的连接部位设置在后浇节点(6)区内，现场将连接钢筋调整到对应位置后，即可进行灌浆操作；钢筋灌浆套筒(7)由套筒和灌浆料组成。
9.根据权利要求1所述的一种内藏X形低屈服点型钢连接件的装配式耗能梁连接节点，其特征在于：在梁端连接段(2)和后浇节点(6)配置箍筋，但不需要加密，以保证超高韧性水泥基复合材料协同箍筋一同受剪能力并充分发挥其塑性变形能力。
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