CN108755975A - 一种可更换自复位的装配式连接节点及施工方法 - Google Patents

一种可更换自复位的装配式连接节点及施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于建筑工程中钢混结构技术领域，特别涉及一种可更换自复位的装配式连接节点及施工方法。该连接节点包括预制钢管混凝土柱和预制梁，两个预制梁位于预制钢管混凝土柱的两侧，端板与预制钢管混凝土柱相接触；预制梁端设有端板、钢套及加劲肋，提高预制梁的梁端刚度，有效防止地震作用下塑性铰产生在梁端节点处，发生脆性破坏；梁柱采用耗能钢筋及预应力筋连接，耗能钢筋震中可以耗散能量，震后可实现快速更换，提高修复效率，预应力筋在罕遇地震下仍保持弹性，震后起到自主复位的作用。本发明可实现建筑工业化，且施工现场无焊接及湿作业，具有抗震性能好、节能环保、构件质量好、施工便捷、震后损伤小、可更换自复位等优点。

Description

一种可更换自复位的装配式连接节点及施工方法
技术领域
本发明属于建筑工程中钢混结构技术领域，特别涉及一种可更换自复位的装配式连接节点及施工方法。
背景技术
地球每年约发生500万多次地震，地震不仅给人们带来身心上的损害和财产损失，建筑大面积倒塌或严重损毁也使人们失去了自己的家园。根据国内外历次大地震的震后修复工作发现，即使是较小损伤建筑的震后修复也是一个费时费力的巨大工程。因此，研究并开发地震作用下低损伤，震后可快速修复的新型建筑是当前抗震领域的迫切需要解决的重要课题。
另外，随着经济和社会的发展，对于多层及高层建筑的快速施工、规模化生产及可持续发展的需求日益增加，装配式混凝土结构技术因其工期短、现场湿作业少、节能环保及构件质量好等优点正被迅速的应用推广。由于装配式混凝土结构是通过构件在厂预制，运送现场组装拼接的形式，其节点处抗震性能问题成为限制其推广的主要因素。钢管混凝土在结构上能将钢材与混凝土的优点结合而被广泛应用到高层框架结构中，其抗震性能优越，相比普通钢筋混凝土结构承载力高、延性好、施工方便。目前，现有钢管混凝土节点的连接形式繁多，节点的现场安装成为制约新型优质结构推广的阻碍。
因此，研究开发一种地震作用下具有低损伤可修复性的新型装配式建筑结构，使其既符合可持续发展的绿色环保理念，又具有现场安装快捷方便，节点连接安全可靠等优点，显得十分重要。如能够将取得的研究成果在工程中应用和推广，势必可以有效改善建筑结构的安全性能，提高震后修复效率，保证人民生命财产安全。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种具有震后自复位可更换特点的装配式预制钢管混凝土柱与预制梁连接节点，该节点采用预制构件现场装配，最大程度的提高了施工效率且易控制质量。同时耗能钢筋在震中起到耗能作用，提高震后结构的可修复性。预应力筋在震后具有自复位功能，可以提高节点的抗震性能，达到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防目标，减轻结构的地震损伤。
本发明的技术方案如下：
一种可更换自复位的装配式连接节点，主要由预制钢管混凝土柱1、预制梁2、耗能钢筋3、端板5、锚板6、纵向钢筋8、钢套9、加劲肋10、预应力筋11和箍筋12组成；
所述的预制钢管混凝土柱1，外部为钢管，内部为混凝土；预制钢管混凝土柱1的上部和下部对称设有多个耗能钢筋孔道13，与耗能钢筋3相配合；预制钢管混凝土柱1的中部设有预应力筋孔道14，与预应力筋11相配合；
所述的预制梁2，其内部沿水平方向对称设置四根纵向钢筋8，纵向钢筋8分别位于预制梁2截面的上部和下部，并在四根纵向钢筋8的外围绑扎箍筋12；预制梁2的中心沿水平方向设有预应力筋孔道14，与预制钢管混凝土柱1中部的预应力筋孔道14相对应；预制梁2的梁端设有端板5，两块锚板6对称焊接在端板5的外侧，锚板6上对称设有两个通孔，与纵向钢筋8相配合，锚板6的通孔直径等于或大于纵向钢筋8的直径且小于纵筋螺母7的对角直径；端板5的上部和下部对称设有多个通孔，其中四个与两个锚板6上的通孔相对应，与纵向钢筋8相配合，其孔径等于或大于纵向钢筋螺母7的对角直径，其余通孔与预制钢管混凝土柱1上的耗能钢筋孔道13相对应，与耗能钢筋3相配合；四根纵向钢筋8依次穿过端板5和锚板6的通孔，并通过纵筋螺母7固定在端板5的通孔内；端板5的中心设有预应力筋孔道14，与预制梁2的预应力筋孔道14相对应；钢套9套在预制梁2的外壁上，并焊接在端板5上；钢套9外壁的上下表面对称设有两个加劲肋10，加劲肋10的一侧焊接在钢套9上，另一侧焊接在端板5上；
所述的预制钢管混凝土柱1垂直放置，两个预制梁2位于预制钢管混凝土柱1的两侧，端板5与预制钢管混凝土柱1相接触；预应力筋11依次穿过预制梁2、端板5及预制钢管混凝土柱1的预应力筋孔道14；预应力筋11张拉预应力锚固在预制梁2的两端实现梁柱连接，在震后起到自复位作用；耗能钢筋3依次穿过端板5的通孔与预制钢管混凝土柱1的耗能钢筋孔道13，并通过耗能钢筋螺母4进行固定，使预制钢管混凝土柱1与两个预制梁2连接成为整体；耗能钢筋3在地震作用下耗散能量，在震后进行更换且修复速度快。
所述的预制钢管混凝土柱1的横截面为矩形、正方形、正六边形或圆形。
所述的预制钢管混凝土柱1的耗能钢筋孔道13与耗能钢筋3之间填充无粘结微膨胀材料。
所述的预应力筋11为无粘结筋，数量及张拉应力根据计算确定，保证预应力筋11在对应设防烈度的罕遇地震下保持弹性。
所述的预应力筋11用钢绞线、钢条或钢索代替。
所述的耗能钢筋孔道13和预应力筋孔道14采用波纹管或钢管，预制钢管混凝土柱1、预制梁2和端板5上的预应力筋孔道14数量均为单数且不少于一个，中心一个，其余在中心的预应力筋孔道14的四周对称布置。
所述的耗能钢筋3的数量不少于四个，上下对称布置，具体数量及直径由承载力计算确定。
一种可更换自复位的装配式连接节点的施工方法，包括以下步骤：
S1、制作预制钢管混凝土柱1：在柱节点核心区布置成孔材料，预留耗能钢筋孔道13和预应力筋孔道14，在钢管内浇筑混凝土并养护；
S2、制作预制梁2：在端板5上根据纵向钢筋8、耗能钢筋3及预应力筋11的位置进行打孔，在锚板6上根据纵向钢筋8的位置进行打孔，锚板6四周焊接在端板5上，插入纵向钢筋8并用纵筋螺母7连接预埋在端板5的孔内，绑扎箍筋12；将钢套9焊接在端板5上，端板5与钢套9上下对称设置加劲肋10，加劲肋10的一侧焊接在钢套9上，另一侧焊接在端板5上；在预制梁2的梁中心部位布置成孔材料预留预应力筋孔道14，支模浇筑混凝土并养护；
S3、将预制钢管混凝土柱1和预制梁2吊装到位，将耗能钢筋3穿过端板5的通孔及预制钢管混凝土柱1的预留耗能钢筋孔道13，用耗能钢筋螺母4连接；将预应力筋11依次穿过预制梁2、端板5及预制钢管混凝土柱1的预应力筋孔道14，张拉预应力筋11并锚固在预制梁2两端，完成节点连接。
本发明的有益效果：
1、采用耗能钢筋连接的梁柱节点，在地震作用下允许节点区产生相对位移，可以减小构件的应力集中并吸收地震能力提高节点延性，在罕遇地震下节点不会发生脆性破坏，为人们留出逃生时间。
2、端板、钢套、锚板及纵向钢筋形成一个整体，提高了预制梁的梁端延性，增强了梁端的抗震性能，避免梁端混凝土出现脆性断裂而导致震后修复技术难度增大。
3、预应力筋不仅起到连接梁柱节点作用，在地震作用下具有自复位功能；当遇到强震时，预应力筋被拉伸，梁柱的接触面张开，此时耗能钢筋与加劲肋先进入塑性状态以实现耗能，而梁柱基本仍处于弹性范围，因此可以避免主体构件的破坏；震后预应力筋恢复原有状态，减小梁柱的残余变形；由于较小的构件损伤使得震后修复更加容易。
4、地震来临时，加劲肋与耗能钢筋都起到耗能的作用，震后损伤的加劲肋与耗能钢筋的更换与修复也十分方便快捷。
5、采用在工厂预制后运送到现场装配的方式，现场主要采用螺栓及张拉预应力筋的干式连接，减少现场湿作业，施工范围小，操作方便，可以大幅度缩短工期，工业化程度高。同时，预制构件采用工厂统一流水线方式加工制作，构件质量得以保证，同时减少建筑垃圾、污水排放及施工噪音污染。
附图说明
图1为本发明的梁柱节点构成的立面的示意图；
图2为本发明的梁柱节点构成的平面的示意图；
图3为图1的B-B剖面示意图；
图4为图1的A-A剖面示意图。
图中：1预制钢管混凝土柱；2预制梁；3耗能钢筋；4耗能钢筋螺母；5端板；
6锚板；7纵向钢筋螺母；8纵向钢筋；9钢套；10加劲肋；11预应力筋；
12箍筋；13耗能钢筋孔道；14预应力筋孔道。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1-图4所示，一种可更换自复位的装配式连接节点，主要由预制钢管混凝土柱1、预制梁2、耗能钢筋3、端板5、锚板6、钢套9、纵向钢筋8、加劲肋10、预应力筋11和箍筋12组成。预制钢管混凝土柱1沿高度的接缝部位设置在楼层内，在梁柱节点区域连续通过，预制梁2在节点区域间断，梁端与柱侧作为节点连接的接触面。
在预制梁2的纵向钢筋8位置对应的锚板6上开孔，其孔径等于或大于纵向钢筋8直径且小于纵筋螺母7对角直径；在锚板6开孔处对应的端板5上开孔，其孔径等于或大于纵向钢筋螺母7对角直径，纵向钢筋8端部套丝并穿入端板5和锚板6，用纵向钢筋螺母7固定于端板5的孔内；绑扎箍筋12后，将钢套9焊接在端板5上，端板5与钢套9的上下表面之间焊接加劲肋10；梁端设置端板5和钢套9，一方面可以在运输过程中起到对梁端的保护作用，另一方面可以增强梁端的承压能力，减轻其在地震作用下的损坏；预制梁2的中和轴处预留预应力筋孔道14，与预应力筋11配合，预应力筋孔道14采用波纹管或钢管，其数量应为单数不少于1个，上下左右对称布置在梁柱连接区，中部应预留一个预应力筋孔道14，其他预应力筋孔道14均匀分布在其周围；支模后浇筑混凝土并养护28天。
预制钢管混凝土柱1在节点核心区对应位置预留耗能钢筋孔道13及预应力筋孔道14，预埋波纹管或钢管，浇筑混凝土并养护28天。
耗能钢筋3穿过端板5的通孔及预制钢管混凝土柱1的耗能钢筋孔道13，填充无粘结微膨胀材料，耗能钢筋3端部套丝并用耗能钢筋螺母7连接固定在梁端板5上，耗能钢筋3数量不少于4条。耗能钢筋3在地震作用下起到耗能作用，震后易于更换。预应力筋11穿入预制钢管混凝土梁1与预制梁2的预应力筋孔道14，后张无粘结预应力筋11。预应力筋孔道14内径应根据所容纳的无粘结预应力筋数量及直径确定。预应力筋11不仅起到连接梁柱节点作用，在地震作用下具有自复位功能，减小结构震后的残余变形。

Claims (10)

1.一种可更换自复位的装配式连接节点，其特征在于，所述的装配式连接节点主要由预制钢管混凝土柱(1)、预制梁(2)、耗能钢筋(3)、端板(5)、锚板(6)、纵向钢筋(8)、钢套(9)、加劲肋(10)、预应力筋(11)和箍筋(12)组成；
所述的预制钢管混凝土柱(1)，外部为钢管，内部为混凝土；预制钢管混凝土柱1的上部和下部对称设有多个耗能钢筋孔道(13)，与耗能钢筋(3)相配合；预制钢管混凝土柱(1)的中部设有预应力筋孔道(14)，与预应力筋(11)相配合；
所述的预制梁(2)，其内部沿水平方向对称设置四根纵向钢筋(8)，纵向钢筋(8)分别位于预制梁(2)截面的上部和下部，并在四根纵向钢筋(8)的外围绑扎箍筋(12)；预制梁(2)的中心沿水平方向设有预应力筋孔道(14)，与预制钢管混凝土柱(1)中部的预应力筋孔道(14)相对应；预制梁(2)的梁端设有端板(5)，两块锚板(6)对称焊接在端板(5)的外侧，锚板(6)上对称设有两个通孔，与纵向钢筋(8)相配合，锚板(6)的通孔直径等于或大于纵向钢筋(8)的直径且小于纵筋螺母(7)的对角直径；端板(5)的上部和下部对称设有多个通孔，其中四个与两个锚板(6)上的通孔相对应，与纵向钢筋(8)相配合，其孔径等于或大于纵向钢筋螺母(7)的对角直径，其余通孔与预制钢管混凝土柱(1)上的耗能钢筋孔道(13)相对应，与耗能钢筋(3)相配合；四根纵向钢筋(8)依次穿过端板(5)和锚板(6)的通孔，并通过纵筋螺母(7)固定在端板(5)的通孔内；端板(5)的中心设有预应力筋孔道(14)，与预制梁(2)的预应力筋孔道(14)相对应；钢套(9)套在预制梁(2)的外壁上，并焊接在端板(5)上；钢套(9)外壁的上下表面对称设有两个加劲肋(10)，加劲肋(10)的一侧焊接在钢套(9)上，另一侧焊接在端板(5)上；
所述的预制钢管混凝土柱(1)垂直放置，两个预制梁(2)位于预制钢管混凝土柱(1)的两侧，端板(5)与预制钢管混凝土柱(1)相接触；预应力筋(11)依次穿过预制梁(2)、端板(5)及预制钢管混凝土柱(1)的预应力筋孔道(14)；预应力筋(11)张拉预应力锚固在预制梁(2)的两端实现梁柱连接，在震后起到自复位作用；耗能钢筋(3)依次穿过端板(5)的通孔与预制钢管混凝土柱(1)的耗能钢筋孔道(13)，并通过耗能钢筋螺母(4)进行固定，使预制钢管混凝土柱(1)与两个预制梁(2)连接成为整体；耗能钢筋(3)在地震作用下耗散能量，在震后进行更换且修复速度快。
2.根据权利要求1所述的一种可更换自复位的装配式连接节点，其特征在于，所述的耗能钢筋孔道(13)和预应力筋孔道(14)采用波纹管或钢管，预制钢管混凝土柱(1)、预制梁(2)和端板(5)上的预应力筋孔道(14)数量均为单数且不少于一个，中心一个，其余在中心的预应力筋孔道(14)的四周对称布置。
3.根据权利要求1或2所述的一种可更换自复位的装配式连接节点，其特征在于，所述的耗能钢筋(3)的数量不少于四个，上下对称布置，具体数量及直径由承载力计算确定。
4.根据权利要求1或2所述的一种可更换自复位的装配式连接节点，其特征在于，所述的预应力筋(11)为无粘结筋，数量及张拉应力根据计算确定，保证预应力筋(11)在对应设防烈度的罕遇地震下保持弹性。
5.根据权利要求3所述的一种可更换自复位的装配式连接节点，其特征在于，所述的预应力筋(11)为无粘结筋，数量及张拉应力根据计算确定，保证预应力筋(11)在对应设防烈度的罕遇地震下保持弹性。
6.根据权利要求1、2或5所述的一种可更换自复位的装配式连接节点，其特征在于，所述的预应力筋(11)用钢绞线、钢条或钢索代替。
7.根据权利要求4所述的一种可更换自复位的装配式连接节点，其特征在于，所述的预应力筋(11)用钢绞线、钢条或钢索代替。
8.根据权利要求1、2、5或7所述的一种可更换自复位的装配式连接节点，其特征在于，所述的预制钢管混凝土柱(1)的耗能钢筋孔道(13)与耗能钢筋(3)之间填充无粘结微膨胀材料。
9.根据权利要求8所述的一种可更换自复位的装配式连接节点，其特征在于，所述的预制钢管混凝土柱(1)的横截面为矩形、正方形、正六边形或圆形。
10.一种可更换自复位的装配式连接节点的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制作预制钢管混凝土柱(1)：在柱节点核心区布置成孔材料，预留耗能钢筋孔道(13)和预应力筋孔道(14)，在钢管内浇筑混凝土并养护；
S2、制作预制梁(2)：在端板(5)上根据纵向钢筋(8)、耗能钢筋(3)及预应力筋(11)的位置进行打孔，在锚板(6)上根据纵向钢筋(8)的位置进行打孔，锚板(6)四周焊接在端板(5)上，插入纵向钢筋(8)并用纵筋螺母(7)连接预埋在端板(5)的孔内，绑扎箍筋(12)；将钢套(9)焊接在端板(5)上，端板(5)与钢套(9)上下对称设置加劲肋(10)，加劲肋(10)的一侧焊接在钢套(9)上，另一侧焊接在端板(5)上；在预制梁(2)的梁中心部位布置成孔材料预留预应力筋孔道(14)，支模浇筑混凝土并养护；
S3、将预制钢管混凝土柱(1)和预制梁(2)吊装到位，将耗能钢筋(3)穿过端板(5)的通孔及预制钢管混凝土柱(1)的预留耗能钢筋孔道(13)，用耗能钢筋螺母(4)连接；将预应力筋(11)依次穿过预制梁(2)、端板(5)及预制钢管混凝土柱(1)的预应力筋孔道(14)，张拉预应力筋(11)并锚固在预制梁(2)两端，完成节点连接。
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