CN108487459B - 一种无损伤可调刚度预制框架柱脚连接结构及其施工方法 - Google Patents

一种无损伤可调刚度预制框架柱脚连接结构及其施工方法 Download PDF

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Abstract

一种无损伤可调刚度预制框架柱脚连接结构及其施工方法，连接结构包括基础和预制混凝土柱，预制混凝土柱预埋有端钢板，端钢板的下表面设有抗剪键，端钢板的上方设有连接装置，连接装置上设有定位螺栓，基础连接预制混凝土柱预埋有承接钢板，承接钢板的上表面设有抗剪键槽，端钢板与承接钢板之间设有抗弯弹簧。本发明克服了目前预制装配化结构体系的缺点，柱和基础之间节点采用“弯剪分开，强剪弱弯，弯剪弹性”思路，构造简单，加工方便，预制可精确定位预埋件，现场安装简便，提高安装效率，经济可行，性价比高。

Description

一种无损伤可调刚度预制框架柱脚连接结构及其施工方法
技术领域
本发明涉及一种框架结构柱底连接结构，特别是一种无损伤可调刚度的预制框架柱柱脚连接及其施工方法。
背景技术
由于经济发展与技术进步的推动，以及城镇化进程中住宅需求巨大，劳动力短缺等限制因素，为住宅产业化和预制构件的应用奠定了基础。预制装配式结构是以预制构件为主要构件，经装配、连接、部分现浇而成的混凝土结构，其具有建造效率高，成本低，同时符合“四节一环保”的绿色施工原则，是土木工程领域的发展方向。根据建筑抗震设计规范(GB50011-2010)中6.2.2-6.2.3对“强柱弱梁”计算措施做出了相应的规定。然而现实中强柱弱梁依然难以实现，并且现在的预制装配化体系，大都采用节点现浇的方式，给施工带来了许多麻烦。特别是柱脚位置处现浇，柱脚处抗弯强度往往大于预制柱本身，使地震来临后往往预制柱容易被先破坏，房屋倒塌无法恢复。
发明内容
本发明的目的是提供一种无损伤可调刚度预制框架柱脚连接结构及其施工方法，要解决预制柱柱脚节点现浇连接施工繁琐，地震来临后预制柱容易破坏无法恢复的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种无损伤可调刚度预制框架柱脚连接结构，包括基础和基础连接的预制混凝土柱，
所述预制混凝土柱的底端面预埋有水平的端钢板，所述端钢板的中心与预制混凝土柱的横截面中心重合，所述端钢板的下表面设有向下外凸的抗剪键，所述端钢板的外表面与预制混凝土柱的外表面平齐，
所述端钢板的上方、预制混凝土柱的底端部四周设有连接装置，所述连接装置上、围绕预制混凝土柱间隔设有一周定位螺栓，
所述基础连接预制混凝土柱的位置处预埋有水平的承接钢板，承接钢板的上表面与基础的上侧表面平齐，所述承接钢板的中心与端钢板的中心重合，所述承接钢板与连接装置的外边缘平齐，所述承接钢板的上表面设有与抗剪键相适应设置、向下内凹的抗剪键槽，
所述端钢板与承接钢板之间还设有与定位螺栓一一对应的抗弯弹簧，所述抗弯弹簧的底部通过弹簧定位键固定连接在承接钢板的上表面，所述抗弯弹簧的顶部通过定位螺栓连接，所述抗弯弹簧连接后以保证其可以自由伸缩为准
所述抗剪键的抗剪强度不小于预制混凝土柱本身的抗剪强度。
所述抗剪键与端钢板一体机械加工成型，所述抗剪键在端钢板上中心对称设置，为位于底端钢封板中央的凸块、凸条或者两者的结合，
所述抗剪键槽与承接钢板一体机械加工成型。
所述抗弯弹簧的弯矩承载力小于预制混凝土柱本身的抗弯承载力。
所述连接装置包括预埋围合预制混凝土柱四周的柱钢套以及围合套在柱钢套底端外侧的连接环板，所述连接环板与柱钢套的横截面中心重合，所述柱钢套的外表面与预制混凝土柱的外表面平齐，
柱钢套与连接环板之间设有围绕预制混凝土一周间隔设置的底端加劲板，所述加劲板空间垂直柱钢套的外侧表面以及连接环板的上侧表面，并且与两者均焊接连接，加劲板的上边缘与柱钢套的上边缘平齐，底端加劲板的外边缘与连接环板的外边缘平齐。
所述连接环板的外边缘尺寸与承接钢板的外边缘尺寸相等，
所述定位螺栓包括定位螺杆和定位螺母，所述连接环板上围绕预制混凝土柱间隔开有一圈螺栓孔，螺栓孔内自上而下穿有定位螺杆，所述抗弯弹簧的底部通过弹簧定位键固定连接在承接钢板的上表面，所述抗弯弹簧的顶部通过与其预先固定的定位螺母与定位螺杆螺纹连接，定位螺母顶紧在端钢板的下侧表面。
一种无损伤可调刚度预制框架柱脚连接结构的施工方法，施工步骤如下：
步骤一，设计抗剪键设置的位置和尺寸，设计抗弯弹簧的位置和个数；
步骤二，在工厂加工抗弯弹簧、弹簧定位键、定位螺栓、端钢板、承接钢板和连接装置；
承接钢板上机械加工一体成型的抗剪键槽，将抗弯弹簧的底部固定在弹簧定位键上，弹簧定位键固定在承接钢板的设计位置上，将抗弯弹簧的顶部固定连接定位螺栓的定位螺母；
端钢板上机械加工一体成型的抗剪键，连接环板上对应抗弯弹簧开螺栓孔；
步骤三，在预制混凝土柱的底端面位置预埋端钢板，在端钢板的上方位置预埋连接装置，柱钢套的内壁上固定连接有锚入预制混凝土柱内的锚杆，支模后浇筑预制混凝土柱的混凝土；
步骤四，将预制好的预制混凝土柱和承接钢板运至施工现场；
步骤五，施工基础，在基础上表面的位置上预埋承接钢板，然后浇筑基础混凝土；
步骤六，按照设计在基础上吊装对接预制混凝土柱，端钢板与承接钢板紧密贴合，同时将抗剪键向下卡入抗剪键槽内，抗剪键与抗剪键槽紧密配合，将定位螺栓的定位螺杆穿过螺栓孔与下方的抗弯弹簧对齐，将定位螺杆与定位螺母拧紧、固定抗弯弹簧，使预制混凝土柱与基础固定连接。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：
本发明克服了目前预制装配化结构体系的缺点，提出无损伤可调刚度预制装配式框架柱脚连接结构。柱和基础之间节点采用“弯剪分开，强剪弱弯，弯剪弹性”思路。
弯剪分开是将预制柱采用抗剪键与基础连接保证剪力传递，周边采用弹簧连接保证抗弯弹性连接，弯矩和剪力的传递分开在两个构件上，力学明确，抗震性能优良。强剪弱弯是与传统的连接节点相比，采用相对弱化设计，采用弹簧连接，将抗弯连接设计的比较弱，确保弹簧的抗弯承载力小于柱子的抗弯承载力，保证大震下预制柱构件不出现损伤，实现保护柱子不被破坏的抗震理念，震后免修复施工方便等优点。弯剪弹性是弹簧采用定位键和定位螺母进行定位和紧固，保证弹簧可以被拉伸，从设计上实现了抗弯刚度可调，保持受剪弹性且提供恢复力，保持柱与基础连接弹性，通过调节弹簧的刚度使得弹簧的抗弯承载力小于柱子的抗弯承载力，确保具有一定的恢复力，保证大震来临时柱子不被破坏。
本发明经过构造简单，加工方便，预制可精确定位预埋件，现场安装简便，提高安装效率，经济可行，性价比高。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1的节点拼接组装示意图。
图3是图2的中A-A处的俯视结构示意图。
图4是图2的中A-A处的仰视结构示意图。
图5是图1的受力分析图。
附图标记：1－预制混凝土柱、2－端钢板、3－定位螺母、4－抗弯弹簧、5－抗剪键、6－抗剪键槽、7－弹簧定位键、8－承接钢板、9－连接装置、91－柱钢套、92－连接环板、93－螺栓孔、10－定位螺杆、11－基础。
具体实施方式
实施例参见图1-5所示，一种无损伤可调刚度预制框架柱脚连接结构，包括基础11和基础连接的预制混凝土柱1。
所述预制混凝土柱的底端面预埋有水平的端钢板2，所述端钢板2的中心与预制混凝土柱的横截面中心重合，所述端钢板2的下表面设有向下外凸的抗剪键5，所述端钢板2的外表面与预制混凝土柱的外表面平齐。所述抗剪键5与端钢板2一体机械加工成型，均为钢制。所述抗剪键5在端钢板2上中心对称设置，为位于底端钢封板中央的凸块、凸条或者两者的结合。
所述基础连接预制混凝土柱的位置处预埋有水平的承接钢板8，承接钢板的上表面与基础的上侧表面平齐，所述承接钢板8的中心与端钢板2的中心重合，所述承接钢板8与连接装置9的外边缘平齐，所述承接钢板8的上表面设有与抗剪键5相适应设置、向下内凹的抗剪键槽6。所述抗剪键槽6与承接钢板8一体机械加工成型，均为钢制。
所述端钢板2与承接钢板8之间还设有与定位螺栓一一对应的抗弯弹簧4，所述抗弯弹簧的底部通过弹簧定位键7固定连接在承接钢板8的上表面，所述抗弯弹簧的顶部通过定位螺栓连接。所述抗弯弹簧连接后以保证其可以自由伸缩为准。
所述端钢板2的上方、预制混凝土柱的底端部四周设有连接装置9，所述连接装置上、围绕预制混凝土柱间隔设有一周定位螺栓。所述连接装置9包括预埋围合预制混凝土柱四周的柱钢套91以及围合套在柱钢套91底端外侧的连接环板92，所述连接环板92与柱钢套91的横截面中心重合，所述柱钢套91的外表面与预制混凝土柱的外表面平齐。所述连接环板92的外边缘尺寸与承接钢板8的外边缘尺寸相等。柱钢套91与连接环板92之间设有围绕预制混凝土一周间隔设置的底端加劲板94，所述加劲板94空间垂直柱钢套91的外侧表面以及连接环板92的上侧表面，并且与两者均焊接连接，加劲板94的上边缘与柱钢套91的上边缘平齐，底端加劲板94的外边缘与连接环板92的外边缘平齐。
所述定位螺栓包括定位螺杆10和定位螺母3，所述连接环板92上围绕预制混凝土柱间隔开有一圈螺栓孔93，螺栓孔93内自上而下穿有定位螺杆10，所述抗弯弹簧4的底部通过弹簧定位键7固定连接在承接钢板8的上表面，所述抗弯弹簧的顶部通过与其预先固定的定位螺母3与定位螺杆10螺纹连接，定位螺母3顶紧在端钢板2的下侧表面。
所述抗剪键的抗剪强度不小于预制混凝土柱本身的抗剪强度。所述抗弯弹簧的弯矩承载力小于预制混凝土柱本身的抗弯承载力。参见图5，本发明受力机理如下：通过在柱脚部位设置，剪力V传递依靠抗剪键与键槽，而上下段预紧螺栓的拉压力F1F2，形成力偶M，保证柱底部转动后依然能恢复到原来位置。
这种无损伤可调刚度预制框架柱脚连接结构的施工方法，施工步骤如下：
步骤一，设计抗剪键设置的位置和尺寸，设计抗弯弹簧的位置和个数。
步骤二，在工厂加工抗弯弹簧4、弹簧定位键7、定位螺栓、端钢板2、承接钢板8和连接装置9。
承接钢板8上机械加工一体成型的抗剪键槽6，将抗弯弹簧4的底部固定在弹簧定位键7上，弹簧定位键7固定在承接钢板8的设计位置上，将抗弯弹簧4的顶部固定连接定位螺栓的定位螺母3；端钢板2上机械加工一体成型的抗剪键5，连接环板92上对应抗弯弹簧4开螺栓孔93。
步骤三，在预制混凝土柱的底端面位置预埋端钢板2，在端钢板2的上方位置预埋连接装置9，柱钢套91的内壁上固定连接有锚入预制混凝土柱内的锚杆，支模后浇筑预制混凝土柱1的混凝土。
步骤四，将预制好的预制混凝土柱和承接钢板8运至施工现场。
步骤五，施工基础，在基础11上表面的位置上预埋承接钢板8，然后浇筑基础混凝土。
步骤六，按照设计在基础上吊装对接预制混凝土柱1，端钢板2与承接钢板8紧密贴合，同时将抗剪键5向下卡入抗剪键槽6内，抗剪键5与抗剪键槽6紧密配合，将定位螺栓的定位螺杆10穿过螺栓孔93与下方的抗弯弹簧4对齐，将定位螺杆10与定位螺母3拧紧、固定抗弯弹簧4，使预制混凝土柱与基础固定连接。

Claims (4)

1.一种无损伤可调刚度预制框架柱脚连接结构，包括基础（11）和基础连接的预制混凝土柱（1），其特征在于：
所述预制混凝土柱的底端面预埋有水平的端钢板（2），所述端钢板（2）的中心与预制混凝土柱的横截面中心重合，所述端钢板（2）的下表面设有向下外凸的抗剪键（5），所述端钢板（2）的外表面与预制混凝土柱的外表面平齐，
所述端钢板（2）的上方、预制混凝土柱的底端部四周设有连接装置（9），所述连接装置上、围绕预制混凝土柱间隔设有一周定位螺栓，
所述基础连接预制混凝土柱的位置处预埋有水平的承接钢板（8），承接钢板的上表面与基础的上侧表面平齐，所述承接钢板（8）的中心与端钢板（2）的中心重合，所述承接钢板（8）与连接装置（9）的外边缘平齐，所述承接钢板（8）的上表面设有与抗剪键（5）相适应设置、向下内凹的抗剪键槽（6），
所述端钢板（2）与承接钢板（8）之间还设有与定位螺栓一一对应的抗弯弹簧（4），所述抗弯弹簧的底部通过弹簧定位键（7）固定连接在承接钢板（8）的上表面，所述抗弯弹簧的顶部通过定位螺栓连接，所述抗弯弹簧连接后以保证其可以自由伸缩为准，
所述抗剪键的抗剪强度不小于预制混凝土柱本身的抗剪强度，所述抗弯弹簧的弯矩承载力小于预制混凝土柱本身的抗弯承载力，
所述抗剪键（5）与端钢板（2）一体机械加工成型，所述抗剪键（5）在端钢板（2）上中心对称设置，为位于底端钢封板中央的凸块、凸条或者两者的结合，
所述抗剪键槽（6）与承接钢板（8）一体机械加工成型。
2.根据权利要求1的无损伤可调刚度预制框架柱脚连接结构，其特征在于：所述连接装置（9）包括预埋围合预制混凝土柱四周的柱钢套（91）以及围合套在柱钢套（91）底端外侧的连接环板（92），所述连接环板（92）与柱钢套（91）的横截面中心重合，所述柱钢套（91）的外表面与预制混凝土柱的外表面平齐，
柱钢套（91）与连接环板（92）之间设有围绕预制混凝土一周间隔设置的底端加劲板（94），所述加劲板（94）空间垂直柱钢套（91）的外侧表面以及连接环板（92）的上侧表面，并且与两者均焊接连接，加劲板（94）的上边缘与柱钢套（91）的上边缘平齐，底端加劲板（94）的外边缘与连接环板（92）的外边缘平齐。
3.根据权利要求2的无损伤可调刚度预制框架柱脚连接结构，其特征在于：所述连接环板（92）的外边缘尺寸与承接钢板（8）的外边缘尺寸相等，
所述定位螺栓包括定位螺杆（10）和定位螺母（3），所述连接环板（92）上围绕预制混凝土柱间隔开有一圈螺栓孔（93），螺栓孔（93）内自上而下穿有定位螺杆（10），所述抗弯弹簧（4）的底部通过弹簧定位键（7）固定连接在承接钢板（8）的上表面，所述抗弯弹簧的顶部通过与其预先固定的定位螺母（3）与定位螺杆（10）螺纹连接，定位螺母（3）顶紧在端钢板（2）的下侧表面。
4.一种根据权利要求3所述的无损伤可调刚度预制框架柱脚连接结构的施工方法，其特征在于，施工步骤如下：
步骤一，设计抗剪键设置的位置和尺寸，设计抗弯弹簧的位置和个数；
步骤二，在工厂加工抗弯弹簧（4）、弹簧定位键（7）、定位螺栓、端钢板（2）、承接钢板（8）和连接装置（9）；
承接钢板（8）上机械加工一体成型的抗剪键槽（6），将抗弯弹簧（4）的底部固定在弹簧定位键（7）上，弹簧定位键（7）固定在承接钢板（8）的设计位置上，将抗弯弹簧（4）的顶部固定连接定位螺栓的定位螺母（3）；
端钢板（2）上机械加工一体成型的抗剪键（5），连接环板（92）上对应抗弯弹簧（4）开螺栓孔（93）；
步骤三，在预制混凝土柱的底端面位置预埋端钢板（2），在端钢板（2）的上方位置预埋连接装置（9），柱钢套（91）的内壁上固定连接有锚入预制混凝土柱内的锚杆，支模后浇筑预制混凝土柱（1）的混凝土；
步骤四，将预制好的预制混凝土柱和承接钢板（8）运至施工现场；
步骤五，施工基础，在基础（11）上表面的位置上预埋承接钢板（8），然后浇筑基础混凝土；步骤六，按照设计在基础上吊装对接预制混凝土柱（1），端钢板（2）与承接钢板（8）紧密贴合，同时将抗剪键（5）向下卡入抗剪键槽（6）内，抗剪键（5）与抗剪键槽（6）紧密配合，将定位螺栓的定位螺杆（10）穿过螺栓孔（93）与下方的抗弯弹簧（4）对齐，将定位螺杆（10）与定位螺母（3）拧紧、固定抗弯弹簧（4），使预制混凝土柱与基础固定连接。
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