CN108252424A - 一种预制装配型钢混凝土柱间连接结构与方法 - Google Patents

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Abstract

一种预制装配型钢混凝土柱间连接结构与方法，采用等同现浇的思想，基于力学优化分析，提出于柱中部连接的方式：柱中型钢采用型钢套筒连接，而非工程中常用的焊接及螺栓连接，简便了施工；柱中钢筋采用机械套筒连接，而非装配式钢筋混凝土结构常采用的灌浆套筒连接，降低了造价；连接部位外包钢板筒且不设箍筋，简便了施工；于连接部上部预制型钢混凝土柱预留孔洞，在外包钢板筒安装完成后可灌入高性能工程水泥基复合材料(ECC)，进一步保证了连接部整体强度及变形能力。本发明装配性极强，装配方式基本为施工便捷的螺栓连接，避免了现场焊接及大面积混凝土浇筑作业，施工便捷。同时本发明基于等同现浇的思想，连接部强度及变形能力均可有效保证。

Description

一种预制装配型钢混凝土柱间连接结构与方法
技术领域
本发明属于建筑技术领域，特别涉及一种预制装配型钢混凝土柱间连接结构与方法。
背景技术
型钢混凝土结构(SRC)是指在普通钢筋混凝土构件截面内配置型钢所形成的钢-混凝土组合结构形式。型钢混凝土结构兼具混凝土结构和钢结构二者优点，具有显著性能优势，是一种非常适合于抗震、抗火和抗风的高层建筑结构类型。
虽然型钢混凝土结构在受力性能方面存在明显性能优势，但是由于型钢混凝土结构工序繁多、施工复杂这一明显缺点，导致型钢混凝土结构在实际工程推广应用中受到严重制约。
近年来预制装配结构发展迅速，其中预制装配SRC结构也有所发展。针对现浇SRC结构施工复杂的问题，现有的较好解决方式为将施工复杂的梁柱节点核心区在施工条件较好的工厂预制，在现场施工时仅进行预制构件的梁梁、柱柱连接，使施工更加便捷。但由于型钢混凝土构件中型钢的存在，在构件连接时如何便捷有效地连接型钢，保证其传力机制不变仍是亟待解决的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种预制装配型钢混凝土柱间连接结构与方法，结合预制装配结构的施工特点，基于等同现浇的思想，使用型钢套筒连接的型钢连接方式及使用外包钢板筒的连接部加强方案，具有施工简便和性能优良的特点。同时选择柱中部连接方式，基于力学优化分析，因承受水平荷载时框架柱中部存在反弯点，受力较小。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种预制装配型钢混凝土柱间连接结构，包括型钢套筒1、机械套筒7和外包钢板筒8，型钢套筒1用于连接上侧SRC柱的外伸型钢2与下侧SRC柱的外伸型钢3，机械套筒7用于连接上下侧SRC柱中的纵向钢筋，外包钢板筒8设置在型钢套筒1外且二者之间有一定空间。
所述上侧SRC柱的外伸型钢2伸出上侧SRC柱的下底面，所述下侧SRC柱的外伸型钢3伸出下侧SRC柱的上表面。
所述型钢套筒1外部安装有若干螺栓板一4，通过高强螺栓一5和螺栓板一4实现型钢套筒1与下侧SRC柱的外伸型钢3之间的固定连接，通过高强单侧螺栓6实现型钢套筒1与上侧SRC柱的外伸型钢2之间的固定连接。
所述外包钢板筒8分为左右两个部分，外包钢板筒8外部安装有若干螺栓板二9，通过高强螺栓二10和螺栓板二9将外包钢板筒8拼接为一个整体。
所述上侧SRC柱上设置有用于向外包钢板筒8与型钢套筒1之间的空间中注入现浇工程水泥基复合材料12的预留孔洞11。
所述上侧SRC柱的外伸型钢2与下侧SRC柱的外伸型钢3为H型钢、工字钢或十字型钢。
所述机械套筒7为现场施工常用的金属机械套筒，用于钢筋的接头及延长。本发明还提供了一种预制装配型钢混凝土柱间连接方法，包括如下步骤：
步骤1，在预制工厂生产上侧SRC柱与下侧SRC柱，其中，上侧SRC柱的外伸型钢2和纵向钢筋伸出上侧SRC柱的下底面，下侧SRC柱的外伸型钢3和纵向钢筋伸出下侧SRC柱的上表面，上侧SRC柱上设置有预留孔洞11；
步骤2，在预制工厂使用高强螺栓一5将型钢套筒1固定于下侧SRC柱的外伸型钢3上；
步骤3，在施工现场，将下侧SRC柱固定好后，将上侧SRC柱的外伸型钢2插入型钢套筒1中，并使用高强单向螺栓6固定；
步骤4，使用钢筋机械套筒7连接上下侧SRC柱中的纵向钢筋；
步骤5，将外包钢板筒8的左右两部分包在型钢套筒1外，通过高强螺栓二10将外包钢板筒8固定为一个整体；
步骤6，通过预留孔洞11将现浇工程水泥基复合材料12灌入外包钢板筒8与型钢套筒1间，完成连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)施工简便。
本发明中上下SRC柱中外伸型钢通过型钢套筒连接，套筒一侧通过高强螺栓预制在连接部下侧SRC柱中型钢上，现场施工时只需将连接上侧SRC柱中型钢插入型钢套筒中并用高强单侧螺栓固定即可。相比于目前型钢连接常用的焊接及全螺栓连接，型钢套筒连接使用螺栓数量少，且避免了施工现场的焊接工序。连接部不设置箍筋，使用外部钢板筒补强，施工简便。
(2)施工质量高。
相比于目前型钢连接多用的全螺栓连接与焊接，本发明使用的型钢套筒均占有施工质量高的优势。
因在SRC柱中多使用十字型钢，且在SRC柱中型钢截面大小可根据实际受力情况而定，故在全螺栓连接中，在型钢截面较小的情况下，螺栓连接会因施工空间较小而难以保证连接质量；在焊接连接中，因现阶段现场施工人员专业素质良莠不齐，且焊接需要使用多种配套仪器设施，导致施工质量难以保证且工序更为复杂。
本发明型钢套筒的使用，避免了施工现场的焊接施工，且型钢套筒在工厂预制并经过预拼装，在施工精度可以得到有效保证的同时在施工现场仅需从外部拧紧高强单向螺栓即可完成型钢连接，不受施工空间的影响，且可保证较高的施工质量。
(3)功能提升。
本发明在使用型钢套筒连接的同时，在柱最外侧使用了外包钢板筒连接。钢板筒在施工现场通过高强螺栓拼装完成后，通过连接区上部SRC柱预留孔11注入ECC12。因ECC具有的高延性特点，补强了连接部因混凝土不连续而造成的局部削弱，且因钢板筒的作用，后浇ECC处于三向受力状态，性能可得到较大提升。
附图说明
图1是本发明型钢套筒示意图。
图2是本发明型钢套筒A-A截面剖面图。
图3是本发明柱间连接安装示意图。
图4是本发明柱间连接示意图。
图5是本发明柱间连接B-B截面剖面图。
图6是本发明柱间连接主视图(未安装外包钢板筒8)。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本发明一种预制装配型钢混凝土柱间连接结构，连接结构包括型钢套筒1、机械套筒7和外包钢板筒8，待连接的柱为上侧SRC柱和下侧SRC柱。
其中，上侧SRC柱的外伸型钢2伸出上侧SRC柱的下底面，下侧SRC柱的外伸型钢3伸出下侧SRC柱的上表面。上侧SRC柱的外伸型钢2与下侧SRC柱的外伸型钢3为H型钢、工字钢或十字型钢等形式。
型钢套筒1外部安装有若干螺栓板一4，通过高强螺栓一5和螺栓板一4实现型钢套筒1与下侧SRC柱的外伸型钢3之间的固定连接，通过高强单侧螺栓6实现型钢套筒1与上侧SRC柱的外伸型钢2之间的固定连接，从而实现上侧SRC柱的外伸型钢2与下侧SRC柱的外伸型钢3之间的连接。
机械套筒7用于连接上下侧SRC柱中的纵向钢筋，机械套筒7为现场施工常用的金属机械套筒，用于钢筋的接头及延长。
外包钢板筒8设置在型钢套筒1外且二者之间有一定空间，外包钢板筒8分为左右两个部分，外包钢板筒8外部安装有若干螺栓板二9，通过高强螺栓二10和螺栓板二9将外包钢板筒8拼接为一个整体。
上侧SRC柱上设置有用于向外包钢板筒8与型钢套筒1之间的空间中注入现浇工程水泥基复合材料12的预留孔洞11。
根据以上结构，本发明预制装配型钢混凝土柱间连接方法，采用等同现浇的思想，包括如下步骤：
步骤1，在预制工厂生产上侧SRC柱与下侧SRC柱，其中，上侧SRC柱的外伸型钢2和纵向钢筋伸出上侧SRC柱的下底面，下侧SRC柱的外伸型钢3和纵向钢筋伸出下侧SRC柱的上表面，上侧SRC柱上设置有预留孔洞11；
步骤2，在预制工厂使用高强螺栓一5将型钢套筒1固定于下侧SRC柱的外伸型钢3上；
步骤3，在施工现场，将下侧SRC柱固定好后，将上侧SRC柱的外伸型钢2插入型钢套筒1中，并使用高强单向螺栓6固定；
步骤4，使用钢筋机械套筒7连接上下侧SRC柱中的纵向钢筋；
步骤5，将外包钢板筒8的左右两部分包在型钢套筒1外，通过高强螺栓二10将外包钢板筒8固定为一个整体；
步骤6，通过预留孔洞11将现浇工程水泥基复合材料12灌入外包钢板筒8与型钢套筒1间，完成连接。
其中：
(1)本发明型钢套筒所涉及的强度及厚度等各设计参数可以根据相应的设计计算方法进行优化设计。
(2)本发明型钢套筒长度为整个连接部高度h，如图6所示。
(3)本发明连接部上下柱可使用全预制装配型钢混凝土柱也可使用型钢内部混凝土现浇的部分预制装配式型钢混凝土柱。若使用全预制装配型钢混凝土柱，则型钢套筒内部无现浇混凝土；若使用部分预制装配式型钢混凝土柱，则型钢套筒内部混凝土可与部分预制装配式型钢混凝土柱型钢内部混凝土同时浇筑。
综上，本发明采用等同现浇的思想，基于力学优化分析，提出于柱中部连接的方式。柱中型钢采用型钢套筒连接，而非工程中常用的焊接及螺栓连接，简便了施工；柱中钢筋采用机械套筒连接，而非装配式钢筋混凝土结构常采用的灌浆套筒连接，降低了造价；连接部位外包钢板筒且不设箍筋，简便了施工；于连接部上部预制型钢混凝土柱预留孔洞，在外包钢板筒安装完成后可灌入高性能工程水泥基复合材料(ECC)，进一步保证了连接部整体强度及变形能力。本发明装配性极强，装配方式基本为施工便捷的螺栓连接，避免了现场焊接及大面积混凝土浇筑作业，施工便捷。同时本发明基于等同现浇的思想，连接部强度及变形能力均可有效保证。

Claims (7)

1.一种预制装配型钢混凝土柱间连接结构，其特征在于，包括型钢套筒(1)、机械套筒(7)和外包钢板筒(8)，型钢套筒(1)用于连接上侧SRC柱的外伸型钢(2)与下侧SRC柱的外伸型钢(3)，机械套筒(7)用于连接上下侧SRC柱中的纵向钢筋，外包钢板筒(8)设置在型钢套筒(1)外且二者之间有一定空间。
2.根据权利要求1所述预制装配型钢混凝土柱间连接结构，其特征在于，所述上侧SRC柱的外伸型钢(2)伸出上侧SRC柱的下底面，所述下侧SRC柱的外伸型钢(3)伸出下侧SRC柱的上表面。
3.根据权利要求1所述预制装配型钢混凝土柱间连接结构，其特征在于，所述型钢套筒(1)外部安装有若干螺栓板一(4)，通过高强螺栓一(5)和螺栓板一(4)实现型钢套筒(1)与下侧SRC柱的外伸型钢(3)之间的固定连接，通过高强单侧螺栓(6)实现型钢套筒(1)与上侧SRC柱的外伸型钢(2)之间的固定连接。
4.根据权利要求1所述预制装配型钢混凝土柱间连接结构，其特征在于，所述外包钢板筒(8)分为左右两个部分，外包钢板筒(8)外部安装有若干螺栓板二(9)，通过高强螺栓二(10)和螺栓板二(9)将外包钢板筒(8)拼接为一个整体。
5.根据权利要求1所述预制装配型钢混凝土柱间连接结构，其特征在于，所述上侧SRC柱上设置有用于向外包钢板筒(8)与型钢套筒(1)之间的空间中注入现浇工程水泥基复合材料(12)的预留孔洞(11)。
6.根据权利要求1所述预制装配型钢混凝土柱间连接结构，其特征在于，所述上侧SRC柱的外伸型钢(2)与下侧SRC柱的外伸型钢(3)为H型钢、工字钢或十字型钢。
7.一种预制装配型钢混凝土柱间连接方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，在预制工厂生产上侧SRC柱与下侧SRC柱，其中，上侧SRC柱的外伸型钢(2)和纵向钢筋伸出上侧SRC柱的下底面，下侧SRC柱的外伸型钢(3)和纵向钢筋伸出下侧SRC柱的上表面，上侧SRC柱上设置有预留孔洞(11)；
步骤2，在预制工厂使用高强螺栓一(5)将型钢套筒(1)固定于下侧SRC柱的外伸型钢(3)上；
步骤3，在施工现场，将下侧SRC柱固定好后，将上侧SRC柱的外伸型钢(2)插入型钢套筒(1)中，并使用高强单向螺栓(6)固定；
步骤4，使用钢筋机械套筒(7)连接上下侧SRC柱中的纵向钢筋；
步骤5，将外包钢板筒(8)的左右两部分包在型钢套筒(1)外，通过高强螺栓二(10)将外包钢板筒(8)固定为一个整体；
步骤6，通过预留孔洞(11)将现浇工程水泥基复合材料(12)灌入外包钢板筒(8)与型钢套筒(1)间，完成连接。
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