CN107842107A - 一种局部采用纤维增强混凝土的型钢混凝土柱‑钢梁节点 - Google Patents

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余吉鹏
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    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/18—Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
    • E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
    • E04H9/021—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings

Abstract

本发明公开了一种局部采用纤维增强混凝土的型钢混凝土柱‑钢梁节点，包括核心型钢、纤维增强混凝土、第一钢梁、第二钢梁、第三钢梁、第四钢梁；所述核心型钢包括第一型钢腹板及第二型钢腹板焊接形成十字形型钢，且第一型钢腹板的两端分别设有第一型钢翼缘及第二型钢翼缘，第二型钢腹板的两端分别设有第三型钢翼缘及第四型钢翼缘；第一型钢翼缘、第二型钢翼缘、第三型钢翼缘及第四型钢翼缘分别与第一钢梁、第二钢梁、第三钢梁、第四钢梁相连。本发明的特点是节点核心区采用纤维增强混凝土，可降低甚至消除节点核心区箍筋的用量，能显著提高节点抗剪承载力、节点转动能力、能量耗散能力，同时减少了施工的复杂性。

Description

一种局部采用纤维增强混凝土的型钢混凝土柱-钢梁节点
技术领域
本发明属于土木工程结构设计领域，涉及一种局部采用纤维增强混凝土的型钢混凝土柱-钢梁节点结构。
背景技术
型钢混凝土柱-钢梁混合结构具有承载力高、抗震性能好等特点。但型钢混凝土柱与钢梁连接时，节点核心区需布置加密箍筋以约束混凝土，保证纵向钢筋、型钢和混凝土共同工作。在节点核心区布置箍筋需要在钢梁上穿孔，削弱钢梁承载力。同时箍筋加密导致节点核心区混凝土浇筑和振捣困难，难以保证节点核心区混凝土浇筑质量，使得节点承载力降低、易开裂，抗震性能不足。
目前，除了使用普通混凝土，纤维增强混凝土等新型混凝土也在建筑结构设计和施工中得到了应用，但是，纤维增强混凝土普遍施用于建筑构件的塑性铰区，作用在于提高诸如剪力墙、钢筋混凝土柱和钢筋混凝土梁等构件的耗能能力、抗剪能力，及变形能力。
发明内容
本发明的目的是为了解决传统的型钢混凝土柱-钢梁节点施工复杂，箍筋对节点核心区约束作用低，节点转动能力不足、易开裂，容易发生脆性破坏等问题，提供一种局部采用纤维增强混凝土的型钢混凝土柱-钢梁节点。
为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：
该节点包括型钢混凝土柱及若干个钢梁，所述型钢混凝土柱包括与钢梁相连的核心型钢以及分段浇筑于核心型钢上的混凝土；所述混凝土包括用于将核心型钢与钢梁的连接部分埋置在内的纤维增强混凝土。
所述节点包括第一钢梁、第二钢梁、第三钢梁及第四钢梁，四个钢梁排列为十字形结构。
所述核心型钢包括由第一型钢腹板和第二型钢腹板构成的十字形型钢，钢梁与十字形型钢的翼缘相连，钢梁延伸至纤维增强混凝土外。
所述核心型钢还包括连接于第一型钢腹板和第二型钢腹板的相邻翼缘之间的加劲肋，加劲肋位于纤维增强混凝土内。
所述节点还包括设置于核心型钢外的用于浇筑混凝土的纵向钢筋和箍筋，箍筋绑扎于纵向钢筋上。
所述箍筋位于纤维增强混凝土以外的混凝土浇筑区段内。
所述纤维增强混凝土的浇筑范围为节点核心区及节点核心区向型钢混凝土柱两端延伸的区段内，该区段的延伸距离为型钢混凝土柱截面高度的0.5～1.5倍。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述局部采用纤维增强混凝土的型钢混凝土柱-钢梁节点，通过在节点核心区使用纤维增强混凝土，使结构除了具有抗坍塌能力和高损伤承受能力，遭受地震破坏后裂缝宽度较小，增加节点转动能力，避免节点核心区发生脆性破坏，显著降低了地震后的修复费用。本发明在节点核心区采用纤维增强混凝土，可降低甚至消除节点核心区箍筋的用量，能显著提高节点抗剪承载力、节点转动能力、能量耗散能力，同时减少了施工的复杂性。
附图说明
图1为本发明所述型钢混凝土柱-钢梁节点的结构示意图；
图2为本发明所述型钢混凝土柱-钢梁节点的节点核心区截面图；
图3为本发明所述型钢混凝土柱-钢梁节点的非节点核心区截面图；
图中：1为纵向钢筋、2为箍筋、3为普通混凝土、4为纤维增强混凝土、51第一加劲肋、52第二加劲肋、53第三加劲肋、54第四加劲肋、61为第一型钢腹板、62为第二型钢腹板、71为第一型钢翼缘、72为第二型钢翼缘、73为第三型钢翼缘、74为第四型钢翼缘、81为第一钢梁、82为第二钢梁、83为第三钢梁、84为第四钢梁。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述。
参见图1、图2以及图3，本发明所述的局部采用纤维增强混凝土的型钢混凝土柱-钢梁节点结构包括核心型钢、纤维增强混凝土4、第一加劲肋51、第二加劲肋52、第三加劲肋53、第四加劲肋54、第一钢梁81、第二钢梁82、第三钢梁83、第四钢梁84以及若干纵向钢筋1；核心型钢包括固定连接(焊接)成十字形型钢结构的第一型钢腹板61及第二型钢腹板62，第一型钢腹板61的两端分别焊有第一型钢翼缘71及第二型钢翼缘72，第二型钢腹板62的两端分别焊有第三型钢翼缘73及第四型钢翼缘74，第一型钢翼缘71的内侧面通过第一加劲肋51与第三型钢翼缘73的内侧面焊接，第一型钢翼缘71的内侧面通过第二加劲肋52与第四型钢翼缘74的内侧面焊接，第二型钢翼缘72的内侧面通过第三加劲肋53与第三型钢翼缘73的内侧面焊连接，第二型钢翼缘72的内侧面通过第四加劲肋54与第四型钢翼缘74的内侧面焊接。各纵向钢筋1沿核心型钢的周向分布，相互平行，贯穿节点核心区并一直延伸至柱两端。各纵向钢筋1经箍筋2绑扎形成钢筋笼，以便浇筑混凝土。
所述纤维增强混凝土的浇筑范围为核心区向柱两端延伸柱截面高度的1倍。核心型钢其余区段包裹在普通混凝土3(普通混凝土一般指以水泥为主要胶凝材料，与水、砂、石子，必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料，按适当比例配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材)内，第一钢梁81的端部、第二钢梁82的端部、第三钢梁83的端部及第四钢梁84的端部均插入于纤维增强混凝土4内后分别焊接于第一型钢翼缘71的外侧面上、第二型钢翼缘72的外侧面上、第三型钢翼缘73的外侧面上及第四型钢翼缘74的外侧面上(钢梁端部焊接于型钢翼缘，即节点核心区)，第一钢梁81、第二钢梁82、第三钢梁83及第四钢梁84构成十字形结构。
上述局部采用纤维增强混凝土的型钢混凝土柱-钢梁节点结构的施工过程为：1)按照设计要求制作核心型钢，然后在核心型钢上焊接第一加劲肋51、第二加劲肋52、第三加劲肋53及第四加劲肋54；2)吊装核心型钢；3)焊接第一钢梁81、第二钢梁82、第三钢梁83、第四钢梁84；4)绑扎纵向钢筋1和箍筋2；5)采用三段浇筑，先浇筑下部非节点核心区部分的普通混凝土3，再浇筑包含节点核心区部分的纤维增强混凝土4，最后浇筑上部非节点核心区部分的普通混凝土3。
以上实施例中，在纤维增强混凝土4浇筑区内未使用箍筋3绑扎纵向钢筋1。箍筋2平行分布于普通混凝土3浇筑区内。纤维增强混凝土一般以普通硅酸盐水泥、粉煤灰、天然细河砂(最大粒径为1.18mm)、PVA纤维和水制备而成，按适当比例配合。纤维增强混凝土制作在搅拌机中完成，首先将称好的胶凝材料(包括水泥和天然细河砂)和精细沙混合干拌1～2min，而后加水搅拌2～4min，然后加入减水剂再搅拌3～5min，此时的砂浆基体具有良好的流动性和适宜的黏聚性，最后人工慢慢地加入PVA纤维，待纤维完全加入后再搅拌4～6min，制备完成。
纤维增强混凝土在拉伸和剪切荷载下呈现高延展性。纤维体积掺量仅为2％的纤维增强混凝土，其单轴拉伸荷载下极限拉应变大于3％。初始裂缝之后的应变硬化过程伴随着多缝开裂。这种细密的微裂缝宽度是由材料自身性质决定的，微裂缝宽度与这种复合混凝土材料是否配钢筋以及配筋率大小无关。纤维增强混凝土还具有高能量吸收能力、大侧向位移下有稳定的滞回性能、整体性较好，纤维增强混凝土与钢筋和型钢变形协调能力较好，所以箍筋可以减少甚至取消。
本发明节点可以应用于工业厂房梁柱节点区，具有以下特点：
1.钢筋混凝土柱钢梁节点发生破坏时，节点核心区斜裂缝宽度较大，混凝土剥落严重，节点承载力退化快，节点后期变形能力较差，耗能能力较差，表现为脆性破坏。而纤维增强混凝土梁柱节点达到破坏时，节点核心区斜裂缝数量多而细密，节点核心区不会出现纤维增强混凝土剥落现象，节点承载力退化缓慢，节点后期变形能力较好，耗能能力较好，表现为延性破坏。
2.纤维增强混凝土与型钢和钢筋的变形协调能力较好，与现有型钢混凝土柱钢梁节点相比，纤维增强混凝土变形能力较好，纤维增强混凝土能与型钢、钢筋协调变形，提高节点受剪承载力。
3.纤维增强混凝土与普通混凝土相比，其自身抗拉强度较高，纤维增强混凝土自身桥接作用能够代替箍筋对核心区基体的约束作用，从而减少了混凝土对箍筋的依赖，可以降低箍筋用量，减少因箍筋穿孔对钢梁承载力的削弱，同时降低成本，便于施工。

Claims (7)

1.一种局部采用纤维增强混凝土的型钢混凝土柱-钢梁节点，其特征在于：该节点包括型钢混凝土柱及若干个钢梁，所述型钢混凝土柱包括与钢梁相连的核心型钢以及分段浇筑于核心型钢上的混凝土；所述混凝土包括用于将核心型钢与钢梁的连接部分埋置在内的纤维增强混凝土(4)。
2.根据权利要求1所述的局部采用纤维增强混凝土的型钢混凝土柱-钢梁节点，其特征在于：所述节点包括第一钢梁(81)、第二钢梁(82)、第三钢梁(83)及第四钢梁(84)，四个钢梁排列为十字形结构。
3.根据权利要求1或2所述的局部采用纤维增强混凝土的型钢混凝土柱-钢梁节点，其特征在于：所述核心型钢包括由第一型钢腹板(61)和第二型钢腹板(62)构成的十字形型钢，钢梁与十字形型钢的翼缘相连，钢梁延伸至纤维增强混凝土(4)外。
4.根据权利要求3所述的局部采用纤维增强混凝土的型钢混凝土柱-钢梁节点，其特征在于：所述核心型钢还包括连接于第一型钢腹板(61)和第二型钢腹板(62)的相邻翼缘之间的加劲肋，加劲肋位于纤维增强混凝土(4)内。
5.根据权利要求1所述的局部采用纤维增强混凝土的型钢混凝土柱-钢梁节点，其特征在于：所述节点还包括设置于核心型钢外的用于浇筑混凝土的纵向钢筋(1)和箍筋(2)，箍筋(2)绑扎于纵向钢筋(1)上。
6.根据权利要求5所述的局部采用纤维增强混凝土的型钢混凝土柱-钢梁节点，其特征在于：所述箍筋(2)位于纤维增强混凝土(4)以外的混凝土浇筑区段内。
7.根据权利要求1所述的局部采用纤维增强混凝土的型钢混凝土柱-钢梁节点，其特征在于：所述纤维增强混凝土(4)的浇筑范围为节点核心区及节点核心区向型钢混凝土柱两端延伸的区段内，该区段的延伸距离为型钢混凝土柱截面高度的0.5～1.5倍。
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