CN108166620B - 一种装配式混凝土梁-柱、柱-柱连接节点 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及装配式混凝土梁‑柱、柱‑柱连接节点，其中的梁‑柱连接节点，包括预制混凝土梁以及节点连接构件；预制混凝土梁包括左预制混凝土梁(1)、右预制混凝土梁(2)、梁上部钢筋(8)、梁下部钢筋(9)、梁上部预埋钢板(601)、梁下部预埋钢板(602)、梁上部锁具(501)、梁下部锁具(502)和分别固定在左预制混凝土梁(1)和右预制混凝土梁(2)上的钢模。拼接面处采用相互配合尺寸对应的锯齿状截面形式；左预制混凝土梁(1)和右预制混凝土梁(2)的上部和下部分别预埋有梁上部锁具(501)和梁下部锁具(502)；通过预制钢制锁(15)拼接后，梁上部锁具(501)和梁下部锁具(502)分别围成棱柱形状。

Description

一种装配式混凝土梁-柱、柱-柱连接节点
技术领域：
本发明属于结构工程领域，特别是涉及一种新型装配式混凝土梁-柱、柱-柱连接节点。
背景技术：
装配式混凝土建筑是指以工厂化生产的混凝土预制构件为主，通过现场装配的方法设计建造的混凝土结构类房屋建筑。装配式混凝土建筑依据装配化程度高低可分为全装配和部分装配两大类，全装配建筑大多通过叠合梁、叠合板、预制柱、预制楼梯的整体配合体系来实现，预制率较高，现阶段多应用于多层框架结构；部分装配建筑通过部分构件的预制(外墙板、阳台等)，在现场通过现浇混凝土连接，形成装配整体式建筑，预制化程度较低，国内已经有应用于高层住宅的实际案例。对于装配式混凝土结构，理论分析和实际实践表明：节点连接处(梁-柱节点、梁-柱节点、柱-柱节点)成为了可能发生破坏的结构薄弱位置，节点连接面成为了截面承载力下降的薄弱面。因此，装配式混凝土连接节点的安全、适用、耐久性能是设计和分析需重点关注的方面，与此同时，节点施工的方便性与绿色性也是需考量的因素。现有工程实践和科学研究中存在一些颇具意义和价值的节点连接方式，现分类概述如下：“湿连接”是指预制构件在工厂加工时在端部拼接处预留出钢筋，在现场进行拼接时再后浇混凝土进行填充的节点连接方式。例如榫式接头连接就是把柱端或梁端做成榫头并伸出钢筋，榫头坐落在下柱顶端或另一侧梁端，把伸出的钢筋相互焊接，加上箍筋支模后浇筑混凝土，使其成为整体，构造较为简单。“湿连接”其性能与现浇节点最为相似，但由于现场存在湿作业，仍会造成不可避免的环境、噪音等污染。“干连接”中有几种较为常用的节点连接方式，北美地区广泛采用的焊接连接节点，通过在构件端部预埋钢构件(钢构件通过栓钉等方式锚固于预制构件)，在现场再以焊接的方式进行拼接，是一种刚性连接方式，但工艺较复杂，质量不易保证；近些年受到广泛研究的自复位预应力连接节点，通过在构件中预留孔洞、后张拉预应力筋的方式进行拼接，但由于预应力筋所带来的“捏拢效应”，对结构的变形能力会造成影响；钢骨混凝土构件的干式连接，在连接节点处通过螺栓连接于两部分构件内部钢骨翼缘与腹板处的钢板实现拼接，节点的承载力较有保证，但却带来用钢量的显著增加及结构面层平整度的破坏；综上，一种传力明确、截面承载力有保证且施工方便的新型装配式混凝土梁-柱、柱-柱连接节点是必要的。
发明内容：
本发明的目的在于设计一种新型装配式混凝土节点，该新型节点具有对截面承载力无削弱、传力路径明确且构造合理等特征，可以根据所需承载力要求在工厂进行大规模批量生产，现场施工方便且基本无湿作业，缩短施工周期，符合我国建筑行业工业化、绿色化的发展趋势。本发明采用以下技术方案实现：
本发明提供的装配式混凝土梁-柱连接节点，包括预制混凝土梁以及节点连接构件；所述预制混凝土梁包括左预制混凝土梁1、右预制混凝土梁2、梁上部钢筋8、梁下部钢筋9、梁上部预埋钢板601、梁下部预埋钢板602、梁上部锁具501、梁下部锁具502和分别固定在左预制混凝土梁1和右预制混凝土梁2上的钢模18。所述的钢模为用于浇筑混凝土后形成锯齿状截面的梁锯齿状截面成型钢模18，拼接面处采用相互配合尺寸对应的锯齿状截面形式；所述左预制混凝土梁1和右预制混凝土梁2的上部和下部分别预埋有梁上部锁具501和梁下部锁具502，锁具上槽孔7数量分别等于预制梁上部钢筋8和梁下部钢筋9数量；左预制混凝土梁1和右预制混凝土梁2在通过预制钢制锁15拼接后，梁上部锁具501和梁下部锁具502分别围成对称的棱柱形状，棱柱的形状和尺寸与预制钢制锁15相匹配；所述钢制锁15最小截面处宽度不小于钢筋直径；所述梁上部预埋钢板601的位置位于梁上部钢筋8和锁具501的焊接处，梁上部预埋钢板601上表面焊接梁上部钢筋8，端侧面焊接于梁上部锁具501，梁下部预埋钢板602的位置位于梁下部钢筋9和锁具502的焊接处，梁下部预埋钢板602下表面焊接梁下部钢筋9，端侧面焊接于锁具502。
本发明提供的装配式混凝土柱-柱节点，包括上预制混凝土柱10、下预制混凝土柱11、柱截面四周钢筋14、柱预埋钢板A16、柱预埋钢板B17、预制柱锁具A503、预制柱锁具B504和钢模19；其特征在于，所述钢模19为用于浇筑混凝土后形成预制柱四棱台构造的四棱台截面成型钢模19，两个预制混凝土柱相拼接的表面，一个表面的四棱台截面成型钢模制作为多个凸四棱台形式，另一表面的四棱台截面成型钢模制作为对应的多个凹四棱台形式，两者相互配套、尺寸对应；上预制混凝土柱10和下预制混凝土柱11在拼接截面四周均设置有锁具，锁具上槽孔7数量等于预制柱截面四周钢筋14数量；锁具通过预制钢制锁15拼接后围成了对称的棱柱形状，且棱柱较小梯形面的宽度不小于钢筋的直径，预制钢制锁15的尺寸与锁具槽孔7对应，最小截面处宽度不小于柱截面四周钢筋14的直径；所述柱预埋钢板A16、B17的位置位于预制柱锁具A503、B504的内侧和预制柱四棱台构造12、13外侧，其外侧面焊接有柱截面四周钢筋14，其端侧面焊接于对应的预制柱锁具A503、B504，预制柱截面四周的柱预埋钢板A16、柱预埋钢板B17整体围成一个闭合区域。
附图说明：
图1是本发明新型装配式混凝土梁-柱节点拼接示意图；
图2是新型装配式混凝土梁-柱节点柱端外伸短肢示意图；
图3是柱端短肢钢筋骨架及“梁靴”详图；
图4是钢制锁详图；
图5是新型装配式混凝土柱-柱节点拼接示意图；
图6是新型装配式混凝土柱-柱节点下预制柱拼接处详图；
图7是新型装配式混凝土柱-柱节点上预制柱拼接处详图；
图8是下预制柱钢筋骨架及“柱靴”详图；
本发明附图标记如下：
1------左预制混凝土梁 2------右预制混凝土梁
3------左预制梁锯齿状截面 4------右预制梁锯齿状截面
501----梁上部锁具 502----梁下部锁具
503----预制柱锁具A 504----预制柱锁具B
601----梁上部预埋钢板 602----梁下部预埋钢板
7------锁具槽孔 8------梁上部钢筋
9------梁下部钢筋 10-----上预制混凝土柱
11-----下预制混凝土柱 12-----上预制柱四棱台构造
13-----下预制柱四棱台构造 14-----柱截面四周钢筋
15-----钢制锁 16-----柱预埋钢板A
17-----柱预埋钢板B 18-----梁锯齿状截面成型钢模
19-----柱四棱台截面成型钢模
具体实施方式
为了进一步说明本发明，下面结合附图及实施案例对本发明进行详细的阐述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定(对新型装配式混凝土梁-柱、柱-柱连接节点进行分开说明)。
如图1、图2所示，装配式混凝土梁-柱连接节点，包括左预制混凝土梁1、右预制混凝土梁2，拼接系统包括梁上部锁具501、梁下部锁具502、梁上部预埋钢板601、梁下部预埋钢板602、梁锯齿状截面成型钢模18及钢质锁7。左(右)预制混凝土梁1(2)在制作过程中：在梁上部钢筋8及梁下部钢筋9靠近梁中性轴的一侧焊接梁预埋钢板601、602，梁上(下)部钢筋8(9)在预埋钢板上的焊接长度为Lx，在预埋钢板601(602)的端侧面分别焊接锁具501、502，梁上(下)部钢筋8(9)的端部也焊接在锁具501(502)上，随后将梁锯齿状截面成型钢模18的上表面焊接于梁上部锁具501的下表面，将其下表面焊接于梁下部锁具502的上表面，见图3所示，至此，一个完整的“梁靴”就预制完成。
钢筋笼及预埋件位置固定后，构件支模并浇筑混凝土，养护28天后，拼接截面成型四十五度倾角的左(右)预制梁锯齿状截面3(4)，梁锯齿状截面成型钢模18在混凝土硬化成型后不再拆下。左(右)预制混凝土梁1(2)在现场拼接时，在塔吊及人工的辅助之下，左右方向推入拼接，因为左(右)预制混凝土梁1(2)采用了相同的梁锯齿状截面成型钢模18，所以可以做到“齿齿相依、一一对应、严丝合缝”。同时，因为锁具槽孔7的存在，拼接后会形成对称的棱柱型孔。所述预制的钢制锁15尺寸与棱柱型孔的尺寸误差控制在±1mm,待预制混凝土梁拼接时将钢制锁15锤入棱柱型孔中，保证了纵筋应力传递的连续性。
所述聚丙烯腈纤维砂浆(无收缩灌浆料)是为在最后进行勾缝处理，以平衡掉生产和施工过程中产生的误差。值得注意的是，可以根据理论计算得到锯齿深度h1、锯齿个数m和截面的抗剪承载力V的关系，这样便建立起了预制梁内力与截面构造之间的函数关系h1(V)、m(V)。类似的，焊缝长度Lx可以依据应力传递所需的距离来确定，这些设计和计算所得数据可以反应在工厂不同标准型号预制构件的制作上面。
如图5、图6、图7所示，一种装配式混凝土柱-柱连接节点，包括上预制混凝土柱10、下预制混凝土柱11，拼接系统包括上预制柱锁具503、下预制柱锁具504、柱预埋钢板A16、柱预埋钢板B17、柱四棱台截面成型钢模19及钢质锁7。上(下)预制混凝土柱10(11)在制作过程中：在柱截面四周钢筋14的内侧分别焊接四块预埋钢板A16、B17，钢筋在预埋钢板上的焊缝长度为Ly，在预埋钢板A16(预埋钢板B17)的端侧面分别焊接预制柱锁具A503(预制柱锁具B504)，柱截面四周钢筋14的端部也分别焊接在预制柱锁具A503(预制柱锁具B504)之上，随后将柱四棱台截面成型钢模19的四个侧面焊接于预制柱锁具A503和预制柱锁具B504的侧面，如图8所示，至此，一个完整的“柱靴”就预制完成。
钢筋笼及预埋件位置固定后，构件支模并浇筑混凝土，柱四棱台截面成型钢模19在混凝土硬化成型后不再拆下，养护28天后，上下柱拼接截面成型为多个对应位置处凹凸的四棱台，四棱台四个斜面与垂直面成四十五度角(四棱台高度为h2,个数为n)；上(下)预制混凝土柱10(11)在现场拼接时，在塔吊及人工的辅助之下，从上向下落，因为上(下)预制混凝土柱10(11)采用了相同的四棱台成型钢模19，在拼接时按照凸凹一一对应的原则也会给定位带来方便。同时，因为锁具槽孔7的存在，拼接后会形成对称的棱柱型孔。所述预制的钢制锁15尺寸与棱柱型孔的尺寸误差控制在±1mm,待预制混凝土柱拼接时将钢制锁15锤入棱柱型孔中，保证了纵筋应力传递的连续性。
所述聚丙烯腈纤维砂浆(无收缩灌浆料)是为在最后进行勾缝处理，以平衡掉生产和施工过程中产生的误差。同样的，可以根据理论计算得到四棱台高度h2和四棱台个数n与截面的抗剪承载力V的关系，这样便建立起了预制柱内力与截面构造之间的函数关系h2(V)、n(V)。类似的，焊缝长度Ly可以依据应力传递所需的距离来确定，这些设计和计算所得数据可以反应在工厂不同标准型号预制构件的制作上面。

Claims (4)

1.一种装配式混凝土梁-柱连接节点，包括预制混凝土梁以及节点连接构件；所述预制混凝土梁包括左预制混凝土梁(1)、右预制混凝土梁(2)、梁上部钢筋(8)、梁下部钢筋(9)、梁上部预埋钢板(601)、梁下部预埋钢板(602)、梁上部锁具(501)、梁下部锁具(502)和分别固定在左预制混凝土梁(1)和右预制混凝土梁(2)上的钢模(18)，其特征在于，所述的钢模为用于浇筑混凝土后形成锯齿状截面的梁锯齿状截面成型钢模(18)，拼接面处采用相互配合尺寸对应的锯齿状截面形式；所述左预制混凝土梁(1)和右预制混凝土梁(2)的上部和下部分别预埋有梁上部锁具(501)和梁下部锁具(502)，锁具上槽孔(7)数量分别等于预制梁上部钢筋(8)和梁下部钢筋(9)数量；左预制混凝土梁(1)和右预制混凝土梁(2)在通过预制钢制锁(15)拼接后，梁上部锁具(501)和梁下部锁具(502)分别围成对称的棱柱形状，棱柱的形状和尺寸与预制钢制锁(15)相匹配；所述钢制锁(15)最小截面处宽度不小于钢筋直径；所述梁上部预埋钢板(601)的位置位于梁上部钢筋(8)和梁上部锁具(501)的焊接处，梁上部预埋钢板(601)上表面焊接梁上部钢筋(8)，端侧面焊接于梁上部锁具(501)，
梁下部预埋钢板(602)的位置位于梁下部钢筋(9)和锁具(502)的焊接处，梁下部预埋钢板(602)下表面焊接梁下部钢筋(9)，端侧面焊接于梁下部锁具(502)。
2.根据权利要求1所述的装配式混凝土梁-柱连接节点，其特征在于，梁锯齿状截面的锯齿状构造开口大小为九十度，锯齿状截面沿与水平面呈四十五度的方向展开，符合剪力的传力路径。
3.一种装配式混凝土柱-柱节点，包括上预制混凝土柱(10)、下预制混凝土柱(11)、柱截面四周钢筋(14)、柱预埋钢板A(16)、柱预埋钢板B(17)、预制柱锁具A(503)、预制柱锁具B(504)和钢模(19)；其特征在于，所述钢模(19)为用于浇筑混凝土后形成预制柱四棱台构造的四棱台截面成型钢模(19)，两个预制混凝土柱相拼接的表面，一个表面的四棱台截面成型钢模制作为多个凸四棱台形式，另一表面的四棱台截面成型钢模制作为对应的多个凹四棱台形式，两者相互配套、尺寸对应；上预制混凝土柱(10)和下预制混凝土柱(11)在拼接截面四周均设置有锁具，锁具上槽孔(7)数量等于预制柱截面四周钢筋(14)数量；锁具通过预制钢制锁(15)拼接后围成对称的棱柱形状，且棱柱较小梯形面的宽度不小于钢筋的直径，预制钢制锁(15)的尺寸与锁具槽孔(7)对应，最小截面处宽度不小于柱截面四周钢筋(14)的直径；所述柱预埋钢板A(16)、柱预埋钢板B(17)的位置位于预制柱锁具A(503)、预制柱锁具B(504)的内侧和预制柱四棱台构造(12)、(13)外侧，其外侧面焊接有柱截面四周钢筋(14)，其端侧面焊接于对应的预制柱锁具A(503)、预制柱锁具B(504)，预制柱截面四周的柱预埋钢板A(16)、柱预埋钢板B(17)整体围成一个闭合区域。
4.根据权利要求3所述的装配式混凝土柱-柱节点，其特征在于，所述两个预制混凝土柱的四棱台构造各表面在空间呈四十五度铺展开，符合剪力的传力路径。
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