CN108277889B - 一种预制装配型钢混凝土柱间快速连接结构与方法 - Google Patents
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Abstract
一种预制装配型钢混凝土柱间快速连接结构与方法，采用钢结构快速连接的思想，基于力学优化分析，提出于柱中部连接的方式。其特征在于：柱中型钢在连接部局部截面扩大，使用型钢套筒连接局部截面扩大的上下柱型钢。本发明装配性极强，柱间连接方式为全干式连接，装配方式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。同时本发明使用的型钢套筒经过合理设计，可较好解决干式连接的可靠性问题，连接部强度及变形能力均可有效保证。
Description
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快速连接结构与方法。
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快速连接结构与方法，结合预制装配结构的施工特点，基于钢结构快速连接的思想，采用柱中型钢截面局部扩大并使用型钢套筒连接的全干式连接方式，具有施工简便和性能优良的特点。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，故选择柱中部连接方式。
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快速连接结构，包括型钢套筒1，上柱和下柱在型钢套筒1中连接形成连接部，其中，上柱的型钢一5的底部外伸且底部截面相对于其余部分局部扩大，下柱的型钢二6的顶部外伸且顶部截面相对于其余部分局部扩大，在型钢套筒1的外侧面安装有若干螺栓板4，螺栓板4上配置若干高强单侧螺栓2和若干高强螺栓3，型钢套筒1在预制工厂通过若干高强螺栓3安装在型钢二6的外伸部分上，施工现场通过将型钢一5的外伸部分插入型钢套筒1，并用若干高强单侧螺栓2固定即可实现快速连接。
所述型钢套筒1在预制工厂通过若干高强螺栓3安装在型钢二6的截面扩大部分上，所述型钢一5的截面扩大部分用若干高强单侧螺栓2固定在型钢套筒1上。
所述型钢一5与型钢二6扩大型钢腹板高度与型钢套筒1的高度相同，以便于型钢套筒1连接。柱截面高度可根据具体设计选择，但其截面高度与型钢套筒1应相同。
所述型钢一5和型钢二6均包括原始型钢部分、截面扩大部分以及连接部分，连接部分呈线性连接原始型钢部分和截面扩大部分。
所述上柱和下柱中均有受力纵筋7，受力纵筋7在预制工厂通过锚具8锚固在柱的两侧。
所述上柱和下柱中均有箍扎受力纵筋7和型钢的柱中箍筋9。
本发明可根据实际需求，设置耗能原件10，取消型钢套筒1，耗能元件10为带上下端板11的“井”字形软钢耗能元，通过高强螺栓12与预设于上下柱的端板13连接。
所述型钢套筒1采用普通钢材或者低屈服点钢材，所述型钢一5和型钢二6为H型钢、工字钢或十字型钢。
本发明还提供了一种预制装配型钢混凝土柱间快速连接方法，包括如下步骤：
步骤1，在预制工厂生产预制装配型钢混凝土柱，使型钢外伸并局部扩大型钢截面形成型钢一5和型钢二6；
步骤2，在预制工厂生产的预制装配型钢混凝土柱中，将受力纵筋7通过锚具8锚固在柱的两侧；
步骤3，在预制工厂使用高强螺栓3将型钢套筒1固定于连接部下柱的型钢二6外伸部分上；
步骤4，在施工现场，将下柱固定好后，将型钢一5的外伸部分插入型钢套筒1中，并使用高强单向螺栓2固定，即实现快速连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)施工简便。
本发明中连接部上下侧SRC柱中型钢截面局部扩大，通过型钢套筒连接。套筒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完成柱间连接。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；相比于全现浇SRC柱间接与采用等同现浇思想的预制SRC柱间连接，本发明采用全干式连接，施工现场无需大面积混凝土作业，连接部不设置箍筋，通过合理设计型钢套筒补强连接部承载力，施工简便。在本发明中，柱中纵筋在预制场中通过锚具锚固在柱的两侧，现场施工时，无需钢筋连接工序，进一步简化了施工。
(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。
本发明连接部型钢型钢套筒的使用，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。
本发明中的型钢套筒可采用普通钢材或者低屈服点钢材。在采用普通钢材时，通过合理设计，可保证连接部的承载力与延性需求；在采用低屈服点钢材时，连接部可当做耗能元，合理布置时有利于抗震设计。在抗震要求较高的地区，可在柱间加设耗能元件进一步提升抗震能力。
附图说明
图1是本发明柱间连接安装示意图。
图2是本发明柱间连接示意图。
图3是本发明柱间连接主视图。
图4是本发明柱间连接A-A截面剖面图。
图5是本发明柱间连接B-B截面剖面图。
图6是连接处设置耗能段的预制装配型钢混凝土柱间连接示意图。
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和图5所示，本发明一种预制装配型钢混凝土柱间快速连接结构，包括型钢套筒1，型钢套筒1采用普通钢材或者低屈服点钢材，上柱和下柱在型钢套筒1中连接形成连接部。
其中，上柱的型钢一5的底部外伸且底部截面相对于其余部分局部扩大，下柱的型钢二6的顶部外伸且顶部截面相对于其余部分局部扩大，型钢一5和型钢二6为H型钢、工字钢或十字型钢。
其具体结构参考图1和图2，型钢一5和型钢二6均包括原始型钢部分、截面扩大部分以及连接部分，连接部分呈线性连接原始型钢部分和截面扩大部分，即连接部分是斜面。同时，所述型钢一5与型钢二6扩大型钢腹板高度(即截面扩大部分高度)与型钢套筒1的高度相同，以便于型钢套筒1连接。
上柱和下柱中均有受力纵筋7，受力纵筋7在预制工厂通过锚具8锚固在柱的两侧，并用柱中箍筋9。箍扎受力纵筋7和型钢。在型钢套筒1的外侧面安装有若干螺栓板4，螺栓板4上配置若干高强单侧螺栓2和若干高强螺栓3，型钢套筒1在预制工厂通过若干高强螺栓3安装在型钢二6外伸部分的截面扩大部分上，施工现场通过将型钢一5外伸部分的截面扩大部分插入型钢套筒1，并用若干高强单侧螺栓2固定即可实现快速连接。
图6中，设置耗能元件10、端板11、螺栓12时，不需要型钢套筒1，耗能元件10为带上下端板11的“井”形软钢耗能元，通过高强螺栓12与预设于上下柱的端板13连接。
耗能元件10可根据需求选择多种样式。
本发明还提供了一种预制装配型钢混凝土柱间快速连接方法，包括如下步骤：
步骤1，在预制工厂生产预制装配型钢混凝土柱，使型钢外伸并局部扩大型钢截面形成型钢一5和型钢二6；
步骤2，在预制工厂生产的预制装配型钢混凝土柱中，将受力纵筋7通过锚具8锚固在柱的两侧，然后布置柱中箍筋9；
步骤3，在预制工厂使用高强螺栓3将型钢套筒1固定于连接部下柱的型钢二6外伸部分上；
步骤4，在施工现场，将下柱固定好后，将型钢一5的外伸部分插入型钢套筒1中，并使用高强单向螺栓2固定，即实现快速连接。
若设计中需使用耗能段增强柱的地震下耗能能力，则可按图6所示在柱中使用螺栓及端板加设耗能元件，耗能元件10为带上下端板的“井”形软钢耗能单元。
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，则型钢套筒连接工序完成后即完成了整个连接工序；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，使连接部整体性更强。
(3)耗能段可根据需求选择多种耗能元件。
综上，本发明采用钢结构快速连接的思想，基于力学优化分析，提出于柱中部连接的方式。其装配性极强，柱间连接方式为全干式连接，装配方式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。同时本发明使用的型钢套筒经过合理设计，可较好解决干式连接的可靠性问题，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快速连接结构，其特征在于，包括型钢套筒(1)，上柱和下柱在型钢套筒(1)中连接形成连接部，其中，上柱的型钢一(5)的底部外伸且底部截面相对于其余部分局部扩大，下柱的型钢二(6)的顶部外伸且顶部截面相对于其余部分局部扩大，在型钢套筒(1)的外侧面安装有若干螺栓板(4)，螺栓板(4)上配置若干高强单侧螺栓(2)和若干高强螺栓(3)，型钢套筒(1)在预制工厂通过若干高强螺栓(3)安装在型钢二(6)的外伸部分上，施工现场通过将型钢一(5)的外伸部分插入型钢套筒(1)，并用若干高强单侧螺栓(2)固定即可实现快速连接；
所述型钢一(5)和型钢二(6)均包括原始型钢部分、截面扩大部分以及连接部分，连接部分呈线性连接原始型钢部分和截面扩大部分；所述上柱和下柱中均有受力纵筋(7)，受力纵筋(7)在预制工厂通过锚具(8)锚固在柱的两侧。
2.根据权利要求1所述预制装配型钢混凝土柱间快速连接结构，其特征在于，所述型钢套筒(1)在预制工厂通过若干高强螺栓(3)安装在型钢二(6)的截面扩大部分上，所述型钢一(5)的截面扩大部分用若干高强单侧螺栓(2)固定在型钢套筒(1)上。
3.根据权利要求1所述预制装配型钢混凝土柱间快速连接结构，其特征在于，所述型钢一(5)与型钢二(6)扩大型钢腹板高度与型钢套筒(1)的高度相同，以便于型钢套筒(1)连接。
4.根据权利要求1所述预制装配型钢混凝土柱间快速连接结构，其特征在于，所述上柱和下柱中均有箍扎受力纵筋(7)和型钢的柱中箍筋(9)。
5.根据权利要求1所述预制装配型钢混凝土柱间快速连接结构，其特征在于，所述型钢套筒(1)采用普通钢材或者低屈服点钢材，所述型钢一(5)和型钢二(6)为H型钢、工字钢或十字型钢。
6.一种预制装配型钢混凝土柱间快速连接结构，其特征在于，包括耗能元件(10)，耗能元件(10)为带上下端板(11)的“井”字形软钢耗能元件，通过高强螺栓(12)与预设于上下柱的端板(13)连接，其中，上柱的型钢一(5)的底部外伸且底部截面相对于其余部分局部扩大，下柱的型钢二(6)的顶部外伸且顶部截面相对于其余部分局部扩大；所述型钢一(5)和型钢二(6)均包括原始型钢部分、截面扩大部分以及连接部分，连接部分呈线性连接原始型钢部分和截面扩大部分。
7.一种权利要求1所述预制装配型钢混凝土柱间快速连接结构的快速连接方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，在预制工厂生产预制装配型钢混凝土柱，使型钢外伸并局部扩大型钢截面形成型钢一(5)和型钢二(6)；
步骤2，在预制工厂生产的预制装配型钢混凝土柱中，将受力纵筋(7)通过锚具(8)锚固在柱的两侧；
步骤3，在预制工厂使用高强螺栓(3)将型钢套筒(1)固定于连接部的下柱的型钢二(6)外伸部分上；
步骤4，在施工现场，将下柱固定好后，将型钢一(5)的外伸部分插入型钢套筒(1)中，并使用高强单向螺栓(2)固定，即实现快速连接。
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