CN108824636A - 一种抗震耐火的预应力装配式混凝土节点 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抗震耐火的预应力装配式混凝土节点，由预埋钢板的混凝土梁和混凝土柱组成，混凝土梁通过垫板与所述混凝土柱上的垫板连接，混凝土梁的中部预留孔洞，该孔洞内贯穿预应力筋。与现有技术相比，本发明既能减少地震损伤，又能抵御地震次生火灾，在地震时具有良好的自我恢复能力，并在地震次生火灾下具有良好的抗火性能，从而在一定程度上减少生命财产的损失。
Description
技术领域
本发明涉及建筑领域，尤其是涉及一种抗震耐火的预应力装配式混凝土节点。
背景技术
地震次生火灾是地震的主要次生灾害之一。在世界上遭受大地震破坏的城市中，均有因为房屋倒塌、管道破裂等多种原因引起的地震火灾现象。在其中的许多城市中，地震火灾造成的损失远远超过了地震本身造成的损失，如1960年旧金山地震中出现火灾58起，1971年圣费尔南多地震中出现火灾109起，1989年洛马普利塔地震中出现火灾67起，1994年北岭地震中出现火灾87起。其中最为著名的是1923年的日本关东大地震，在14万伤亡人员中，有10万余人死于火灾，烧毁的房屋占总毁坏房屋的2/3以上，造成巨大损失。由此可见地震和地震火灾都极大地造成了社会损伤，制约了人类社会的发展进步。在建筑工业化的浪潮下，能够减少地震损伤的可恢复功能结构应运而生，而可恢复节点的设计则是重中之重。
现有针对减少地震损伤的节点设计方法，主要有基于顶底角钢耗能的自复位预应力预制装配混凝土框架节点(PTED节点)和PEC柱-钢梁BRS耗能自复位节点。然而，这两种方法只能抵抗地震作用，难以抵抗地震次生火灾的作用：前一种方法中，孔道中的预应力筋由于与高温环境直接接触，温度可以达到近400℃，由于其本身和混凝土的高温蠕变，会导致严重的预应力损失，产生严重的安全隐患；后一种方法中，不仅显著增加用钢量，还使钢梁大面积处于火灾中，增加结构受火丧失承载力的风险，导致结构整体坍塌。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种既能减少地震损伤，又能抵御地震次生火灾的可恢复装配式混凝土节点。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种抗震耐火的预应力装配式混凝土节点，由预埋钢板的混凝土梁和混凝土柱组成，
所述混凝土梁通过垫板与所述混凝土柱上的垫板连接，
所述混凝土梁的中部预留孔洞，该孔洞内贯穿预应力筋。
所述预应力筋由钢绞线和预应力形状记忆合金筋(SMA筋)组成，低温下钢绞线与SMA筋协同工作，高温下通过激发SMA筋的形状记忆效应，使其发生逆马氏体相变并产生预紧力，从而弥补钢绞线的预应力损失。
所述预应力筋在远离混凝土梁和混凝土柱的连接处设置锚具进行锚固。
所述混凝土梁有两根，相互交叉搭接在所述混凝土柱的牛腿上。
所述混凝土梁与混凝土柱的连接处还设有角钢，通过在混凝土梁、柱节点处设置角钢半刚性节点，以适当地放松梁柱间约束，从而允许框架梁的转动。在这种允许框架梁转动的节点中，结构可以在地震作用下自由发生摇摆，梁、柱构件参与耗能。此外，这些钢板还可以防止混凝土在碰撞时产生局部破坏，并便于螺栓连接的施工。在设置角钢的基础上，通过在梁内设置无黏结钢-SMA组合预应力筋，可以实现结构的自复位。SMA具有独特的形状记忆效应，SMA在高温下会从马氏体相转变为奥氏体相并恢复至初始形态。如果将传统预应力钢绞线与SMA筋组合使用，并对其两端施加预应力。在高温下SMA将产生相当可观的恢复力，从而可抵消钢绞线的预应力损失，保持总体预应力不致过低，甚至有所提高。
所述混凝土梁内的纵向钢筋焊接在钢条上，腰筋焊接在箍筋上，所述箍筋和钢条均焊接在垫板上。
与现有技术相比，本发明既能减少地震损伤，又能抵御地震次生火灾的可恢复装配式混凝土节点设计方法，从而使结构在地震时具有良好的自我恢复能力，并在地震次生火灾下具有良好的抗火性能，从而在一定程度上减少生命财产的损失。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为高温下SMA筋与传统预应力钢筋极限强度的对比。
图中，1-混凝土梁、2-钢绞线、3-预应力SMA筋、4-角钢、5-螺栓。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例
一种抗震耐火的预应力装配式混凝土节点，其结构如图1所示，由预埋钢板的混凝土梁1和混凝土柱组成，混凝土梁1通过垫板与混凝土柱上的垫板连接，混凝土梁1有两根，相互交叉搭接在混凝土柱的牛腿上，进而提高结构的整体刚度。
混凝土梁1的中部预留孔洞，该孔洞内贯穿预应力筋，本实施例中使用的预应力筋由钢绞线2和预应力SMA筋3组成，低温下钢绞线2与预应力SMA筋3协同工作，高温下通过激发SMA筋的形状记忆效应，使其发生逆马氏体相变并产生预紧力，从而弥补钢绞线的预应力损失。预应力筋在远离混凝土梁和混凝土柱的连接处设置锚具进行锚固。混凝土梁内的纵向钢筋焊接在钢条上，腰筋焊接在箍筋上，箍筋和钢条均焊接在垫板上。
混凝土梁1与混凝土柱的连接处还设有角钢4，角钢4通过螺栓5与混凝土梁1与混凝土柱的连接。通过在混凝土梁、柱节点处设置角钢半刚性节点，以适当地放松梁柱间约束，从而允许框架梁的转动。在这种允许框架梁转动的节点中，结构可以在地震作用下自由发生摇摆，梁、柱构件参与耗能。此外，这些钢板还可以防止混凝土在碰撞时产生局部破坏，并便于螺栓连接的施工。在设置角钢的基础上，通过在梁内设置无黏结钢-SMA组合预应力筋，可以实现结构的自复位。SMA具有独特的形状记忆效应，SMA在高温下会从马氏体相转变为奥氏体相并恢复至初始形态。如果将传统预应力钢绞线与SMA筋组合使用，并对其两端施加预应力。在高温下SMA将产生相当可观的恢复力，从而可抵消钢绞线的预应力损失，保持总体预应力不致过低，甚至有所提高。
图2为高温下SMA筋与传统预应力钢筋极限强度的对比，通过如图2所示的分析对比可知，该预应力筋不仅常温下的受力性能明显优于传统钢绞线，在温度达到400℃以前其受力性能均优于其常温下的表现。所以，本发明所提出的新型钢绞线在火灾全程中不仅不产生预应力损失，还可基本确保其具有比常温下更好的力学性能，从而可抵消由混凝土高温蠕变产生的结构变形、减缓混凝土开裂和火灾高温扩散。
本发明的制作工艺流程如下：(1)设计混凝土梁、柱的模具，并切割加工钢板和角钢。(2)绑扎钢筋、焊接钢条，浇筑混凝土梁、柱，并预埋螺栓和钢板。(3)安装预应力钢绞线和预应力SMA筋。(4)张拉预应力钢绞线和SMA筋，并用锚具锚固。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (8)
1.一种抗震耐火的预应力装配式混凝土节点，其特征在于，该混凝土节点由预埋钢板的混凝土梁和混凝土柱组成，
所述混凝土梁通过垫板与所述混凝土柱上的垫板连接，
所述混凝土梁的中部预留孔洞，该孔洞内贯穿预应力筋。
2.根据权利要求1所述的一种抗震耐火的预应力装配式混凝土节点，其特征在于，所述预应力筋由钢绞线和预应力形状记忆合金筋组成。
3.根据权利要求1或2所述的一种抗震耐火的预应力装配式混凝土节点，其特征在于，所述预应力筋在远离混凝土梁和混凝土柱的连接处设置锚具进行锚固。
4.根据权利要求1所述的一种抗震耐火的预应力装配式混凝土节点，其特征在于，所述混凝土梁有两根，相互交叉搭接在所述混凝土柱的牛腿上。
5.根据权利要求4所述的一种抗震耐火的预应力装配式混凝土节点，其特征在于，所述混凝土梁与混凝土柱的连接处还设有角钢。
6.根据权利要求5所述的一种抗震耐火的预应力装配式混凝土节点，其特征在于，所述角钢通过螺栓与混凝土梁及混凝土柱连接。
7.根据权利要求1所述的一种抗震耐火的预应力装配式混凝土节点，其特征在于，所述混凝土梁内的纵向钢筋焊接在钢条上，腰筋焊接在箍筋上。
8.根据权利要求7所述的一种抗震耐火的预应力装配式混凝土节点，其特征在于，所述箍筋和钢条均焊接在垫板上。
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