CN109183985A - 一种新型干式全预制装配式混凝土框架连接体系 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型干式全预制装配式混凝土框架连接体系，包括梁柱干式延性连接和柱间干式连接；所述梁柱干式延性连接主要由：预制混凝土柱、预制混凝土梁、连接螺栓、型钢连接端板、预埋钢衬板、预制混凝土梁端锚板及预埋钢衬板锚固钢筋组成；所述柱间干式连接主要由上预制混凝土柱和下预制混凝土柱、上高标号混凝土加强块和下高标号混凝土加强块及配合使用的上柱端钢板和下柱端钢板。本发明中的框架连接体系构造简单、结构合理、材料常见，同时结合成熟的混凝土结构和钢结构工程技术，其性能可靠、工作稳定，可广泛运用于各类结构工程。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型干式全预制装配式混凝土框架连接体系，属于预制装配式混凝土结构工程技术领域。
背景技术
随着我国社会经济的快速发展，人口红利正在消失，建筑行业面临劳动力短缺、人工成本快速上升的问题，同时传统现浇建造方式也存在环境污染、水资源浪费、建筑垃圾量大等日益凸出的弊端。为解决这些问题，推动建筑业的转型升级及保持建筑业的可持续性发展，近年来我国各级政府出台了一系列政策，推广预制装配式建筑，促进建筑工业化，以实现“四节一环保”的目标。
预制装配式混凝土框架是常见的预制装配式结构形式，由梁柱连接和柱间连接构成上部结构连接体系。按施工方式，其构件间的连接分为湿式连接和干式连接。在湿式连接中，通常需要安装支撑，并现场浇筑混凝土，施工工艺复杂且施工质量难于保证。同时，现场钢筋连接施工难度大，缺乏有效检测手段，可能造成结构安全隐患。而干式连接则避免了现场浇筑混凝土，可实现混凝土框架的全预制装配化，是预制装配式混凝土结构重要的发展方向。现有的干式连接主要有浆锚、焊接和螺栓连接，其中：浆锚连接需要现场灌注高强度浆料，对浆料要求很高，质量无法逐一验证，且浆料也存在耐久性的问题；焊接连接对工人技术要求高，由于现场施工条件复杂，焊接质量很难保证；螺栓连接安装方便，具有可拆性，但常用的法兰突出构件截面，影响结构的美观和使用。
预制装配式混凝土框架中的连接是保证结构整体性能的重要环节。对历次世界上发生大地震的震害调查表明，大量预制装配式混凝土框架遭到破坏甚至倒塌，主要问题是连接部位没有能实现抗震设计中的性能要求。由于预制装配式混凝土框架连接的可靠性差及修复难度大等缺陷，极大限制了这种结构在地震区的工程应用。因此，如何进一步提高预制装配式框架连接的抗震性能是建筑工业化和结构工程防灾领域的研究重点。
在传统的预制装配式混凝土框架连接体系中，结构主要通过混凝土构件自身的塑性变形提供延性和耗散地震能量。在地震中，一旦混凝土构件产生了损伤或破坏，修复将十分困难，甚至无法修复。传统的预制装配式混凝土框架连接体系已经很难满足人们进一步提高抗震性能的要求。因此，亟需研发一种构造简单、安装方便、工作可靠和抗震性能好的干式全预制装配式混凝土框架连接体系。
发明内容
本发明正是针对现有技术存在的不足，提供一种新型干式全预制装配式混凝土框架连接体系，解决了背景技术存在的问题，满足实际使用要求。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：
一种新型干式全预制装配式混凝土框架连接体系，包括：梁柱干式延性连接和柱间干式连接；
所述梁柱干式延性连接主要由：预制混凝土柱、预制混凝土梁、连接螺栓、型钢连接端板、预埋钢衬板、预埋钢衬板锚固钢筋、预制混凝土梁端锚板、型钢削弱段及防火填充材料组成；所述预制混凝土梁通过型钢连接端板与预制混凝土柱连接；所述型钢连接端板上开设有预留螺栓孔且通过在预留螺栓孔内装配连接螺栓实现与预制混凝土柱的固定连接；所述预制混凝土柱内与型钢连接端板位置对应处装配有预埋钢衬板，两预埋钢衬板之间固定连接有配合使用的预埋钢衬板锚固钢筋；所述型钢削弱段两端分别装配型钢连接端板和预制混凝土梁端锚板；所述防火填充材料包裹在型钢削弱段四周。
所述柱间干式连接包括上预制混凝土柱和下预制混凝土柱、上高标号混凝土加强块和下高标号混凝土加强块、上柱端钢板和下柱端钢板及防火填充材料；所述上高标号混凝土加强块一端嵌入固定于上预制混凝土柱底端、另一端固定在上柱端钢板上；所述下高标号混凝土加强块一端嵌入固定于下预制混凝土柱顶端、另一端固定于下柱端钢板上；所述上柱端钢板和下柱端钢板上对应设有若干预留螺栓孔，若干所述预留螺栓孔内均设有配合使用的连接螺栓；所述防火填充材料填充在外露上下高标号混凝土加强块四周。
作为上述技术方案的改进，所述预制混凝土梁端部装配有预制混凝土梁端锚板，所述型钢连接端板上设有焊接固定的型钢削弱段，所述预制混凝土梁端锚板的外侧面与型钢削弱段焊接固定；所述预制混凝土柱的侧壁且位于型钢连接端板的正下方安装有配合使用的钢支托。
作为上述技术方案的改进，所述预制混凝土梁内还装配有预制混凝土梁纵向钢筋和预制混凝土梁端锚固钢筋，所述预制混凝土梁纵向钢筋和预制混凝土梁端锚固钢筋均通过焊接与预制混凝土梁端锚板内侧面固定连接。
作为上述技术方案的改进，所述全预制装配式混凝土柱间干式连接还包括上柱锚固钢筋和下柱锚固钢筋、及上柱内纵向钢筋和下柱内纵向钢筋，所述上柱锚固钢筋和上柱内纵向钢筋均装配在上预制混凝土柱内，且所述上柱锚固钢筋均设置在所述上柱内纵向钢筋所包围的内部，所述下柱锚固钢筋和下柱内纵向钢筋均装配在下预制混凝土柱内，且所述下柱锚固钢筋也设置在所述下柱内纵向钢筋所包围的内部。
作为上述技术方案的改进，所述上高标号混凝土加强块和下高标号混凝土加强块分别部分内嵌入上预制混凝土柱端部和下预制混凝土柱端部，所述上高标号混凝土加强块和下高标号混凝土加强块未嵌入上预制混凝土柱端部和下预制混凝土柱端部的外露部分均外包有高强度纤维布。
本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：
(1)本发明使用到的所有部件均可在工厂生产，部件外形规整无出筋，工厂制造方便，混凝土模板利用率高，提高了运输效率；现场安装均采用螺栓连接，避免了施工现场湿作业，施工进度快和质量易保证，有效降低了施工成本；同时，针对“梁柱干式延性连接”在预制混凝土柱边设置了钢支托，现场无需对梁进行临时支撑，可简化现场的安装。
(2)本发明的柱间连接位置设置在结构反弯点处，符合力学原理和结构设计原则，避免了传统柱间连接设置在梁柱节点处导致的预制构件连接薄弱处过于集中的弊端，提高了结构的整体性能。
(3)本发明的柱间连接和梁柱连接，在截面缩小处和型钢削弱段周边填充防火材料，不仅可使构件保持规整的外观，而且保护了钢结构连接部分，提高了连接的抗火性能，减少了结构维护费用。
(4)本发明采用的梁柱连接方式将损伤从难于修复的混凝土构件转移至较易修复的型钢截面上，减少了震后修复工作，通常只需局部加固型钢削弱段。由于采用螺栓连接，梁柱连接本身为可拆卸结构，在损伤严重的情况下，可以直接进行构件的更换。
(5)本发明的柱间连接由于采用螺栓连接，且连接处于层间位置，易于开展检查和维护工作，也便于加固和修复。由于连接本身为可拆卸结构，在损伤严重的情况下，甚至可直接更换相关构件。
(6)型钢削弱段形成局部削弱截面，实现梁柱连接的塑性铰从柱边转移至削弱处，避免了梁柱连接核心区的损伤，且能形成有效的耗能梁铰屈服机制，实现“强柱弱梁”，“强节点弱构件”的抗震要求。在遭受小于设防烈度的地震时，梁柱连接的自身刚度可抵御地震作用；在中、大地震作用时，梁柱连接的变形和损伤主要集中于型钢削弱处，避免预制混凝土柱和梁的损伤，防止梁柱连接的整体失效，保证结构安全。
(6)本发明中的框架连接体系构造简单、结构合理、材料常见，同时结合成熟的混凝土和钢结构工程技术，其性能可靠、工作稳定，可广泛运用于各类结构工程。
附图说明
图1为本发明所述梁柱干式延性连接的立面示意图；
图2为本发明所述梁柱干式延性连接的平面示意图；
图3为图2中沿A-A方向的剖面图
图4为图2中沿B-B方向的剖面图
图5为本发明所述预制混凝土柱中预埋钢衬板示意图；
图6为采用本发明所述梁柱干式延性连接后的半跨框架梁的受力状态示意图；
图7为本发明所述梁柱干式延性连接后的框架结构屈服机制示意图；
图8为本发明所述柱间干式连接的立面示意图；
图9为图8中沿C-C方向的剖面图；
图10为图8中沿D-D方向的剖面图；
图11为本发明所述柱端钢板结构示意图；
图12为本发明所述高标号混凝土加强块结构示意图；
图13为本发明所述干式全预制装配混凝土框架体系示意图。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。
如图1至图13所示：为本发明所述新型干式全预制装配式混凝土框架连接体系结构示意图。
所述新型干式全预制装配式混凝土框架连接体系(如图13所示)，包括：梁柱干式延性连接和柱间干式连接；
一、如图1-7所示：梁柱延性连接部件主要包括：预制混凝土柱1、预制混凝土梁2、型钢削弱段5，预制混凝土梁端锚板8、型钢连接端板4、预埋钢衬板7、钢支托6、连接螺栓3、预埋钢衬板锚固钢筋11和防火填充材料13组成；所述的预制混凝土梁端锚板8的一面与预制混凝土梁2连接，其中预制混凝土梁纵向钢筋9和预制混凝土梁端锚固钢筋10采用穿孔塞焊固定于预制混凝土梁端锚板8，预制混凝土梁端锚板8另一面与型钢削弱段5焊接相连，总体上保证预制混凝土梁2与型钢削弱段5的内力进行有效传递；所述的型钢连接端板4主要起到采用连接螺栓3连接预制混凝土柱1和组合梁段(预制混凝土梁2和型钢削弱段5)的作用，该端板内侧面采用焊接方式与型钢削弱段5连接，在非焊接部分按设计要求预留连接螺栓孔12，在组装梁柱连接时，将连接螺栓3贯穿预制混凝土柱1中预留螺栓孔12，然后，用螺母将型钢连接端板4与预埋钢衬板7紧密连接；
此外，所述梁柱干式延性连接的型钢削弱段5是重要组成部分，其两端分别与预制混凝土梁端锚板8和型钢连接端板4采用焊接方法连接，型钢的翼缘部分依据设计形式(采用圆弧或其他形式)切除部分钢材，以形成型钢削弱段5，型钢削弱段5中截面削弱位置的抗弯承载力弱于相应的混凝土梁截面，其他位置的抗弯承载力则高于混凝土截面梁，这样在地震作用下，梁的塑性铰将发生在型钢削弱处，即将损伤控制在此处，有效保护了预制混凝土梁2和预制混凝土柱1。
所述梁柱干式延性连接的连接螺栓，其为对穿螺栓，贯穿预制混凝土柱1中预留螺栓孔12后，两端用螺母将型钢连接端板4固定于预制混凝土柱1边的预埋钢衬板7上，连接螺栓3的位置位于型钢四周及型钢翼缘的外侧，确保形成梁柱的刚性连接。
所述梁柱干式延性连接的预埋钢衬板7，其通过预埋衬板锚固钢筋11固定于预制混凝土柱1中，钢板上设有预留螺栓孔12和预留钢支托6的焊接位置，作用为在预制混凝土柱1中准确定位预埋螺栓孔位置，以及形成与型钢连接端板4连接的接触面。
所述梁柱干式延性连接的钢支托6，其为角钢(或厚钢板及其他型钢)形式的钢支托6焊接在预埋钢衬板7上，支撑在型钢连接端板4下方，起到安装时支撑和工作时承受端部剪力的作用。
所述梁柱干式延性连接的防火填充材料13，其在梁柱连接安装完成后，包裹在型钢削弱段5四周，使结构整体外观保持规整，且有效保护钢结构部分，提高梁柱干式连接的防火性能。
二、如图8-12所示：所述柱间干式连接，其柱间连接位置设置在反弯点处，使得连接的薄弱面远离了梁柱连接的节点区，提高了结构整体性能，同时螺栓连接方式实现了柱间连接的可拆卸性。
所述柱间干式连接，包括：上预制混凝土柱1U和下预制混凝土柱1D，上高标号混凝土加强块14U和下高标号混凝土加强块14D，上柱端钢板15U和下柱端钢板15D，上柱锚固钢筋16U和下柱锚固钢筋16D，连接螺栓3和防火填充材料13组成。
所述柱间干式连接的上下柱端钢板，位于上下柱端钢板(15U和15D)的外侧周边预留螺栓孔12位置，用于连接螺栓3的紧固；上下柱锚固钢筋(16U和16D)则采用焊接方法固定于上下柱端钢板(15U和15D)，上柱端钢板15U的外侧面与相应下柱端钢板15D通过连接螺栓3紧固，将两个上下预制混凝土柱(1U和1D)相连接；内侧面依靠上下柱锚固钢筋(16U和16D)的粘结力与上下高标号混凝土加强块(14U和14D)连成一整体。
所述柱间干式连接的连接螺栓3，布置在上下高标号混凝土加强块(14U和14D)的周围，使上下混凝土预制柱段间形成刚性连接，确保柱内力的有效传递，连接螺栓3的数量应依据内力计算来确定；具体安装时，将连接螺栓3穿过上下柱端钢板(15U和15D)的预留螺栓孔12，用螺母按一定预紧力进行紧固。
所述柱间干式连接的上下高标号混凝土加强块(14U和14D)的强度标号高于上下预制混凝土柱(1U和1D)的强度标号，来增加局部混凝土承载能力，补偿柱间连接处由于混凝土截面缩小而产生的不利影响；上下高标号混凝土加强块(14U和14D)的一端对应与上下柱端钢板(15U和15D)相连接，另一端混凝土表面要求粗糙处理来提高混凝土接触面间的粘结力，并局部嵌入上下预制混凝土柱(1U和1D)中，形成内嵌(19)；为了进一步增强柱间连接截面缩小处的抗剪和抗压能力，可在高标号混凝土加强块外露部分包裹粘贴高强度纤维布(18)来约束侧向变形从而提高其抗压和抗剪承载力。
所述柱间干式连接的上下柱锚固钢筋(16U和16D)，是传递上下预制混凝土柱(1U和1D)内上下柱内纵向钢筋(17U和17D)所受内力至上下柱端钢板(15U和15D)的重要部件，其一端通过焊接将柱锚固钢筋固定于柱端钢板上；另一端则穿过上下高标号混凝土加强块(14U和14D)，锚入上下预制混凝土柱(1U和1D)内一定长度，其锚固长度应通过计算确定，也可以采用其他有效方法提高锚固力；上下柱锚固钢筋(16U和16D)不仅起到了将上下预制混凝土柱(1U和1D)、上下高标号混凝土加强块(14U和14D)和上下柱端钢板(15U和15D)连接为一个整体的作用，也是柱间连接中内力传递的重要途径。
所述柱间连接的防火填充材料13，其在柱柱连接安装完成后，包裹在上下高标号混凝土加强块(14U和14D)四周，不仅使柱间连接截面的外观保持规整，而且有效保护钢结构部分，提高柱间连接的防火性能。
以上内容是结合具体的实施例对本发明所作的详细说明，不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明保护的范围。
Claims (5)
1.一种新型干式全预制装配式混凝土框架连接体系，其特征在于：包括梁柱干式延性连接和柱间干式连接；
所述梁柱干式延性连接主要由：预制混凝土柱(1)、预制混凝土梁(2)、连接螺栓(3)、型钢连接端板(4)、预埋钢衬板(7)、预埋钢衬板锚固钢筋(11)、预制混凝土梁端锚板(8)、型钢削弱段(5)及防火填充材料(13)组成；所述预制混凝土梁(2)通过型钢连接端板(4)与所述预制混凝土柱(1)连接，所述型钢连接端板(4)上开设有预留螺栓孔(12)且通过在预留螺栓孔内装配连接螺栓(3)实现与预制混凝土柱(1)的固定连接；所述预制混凝土柱(1)内且与型钢连接端板(4)位置对应处装配有预埋钢衬板(7)，两预埋钢衬板(7)之间固定连接有配合使用的预埋钢衬板锚固钢筋(11)；所述型钢削弱段(5)两端分别装配型钢连接端板(4)和预制混凝土梁端锚板(8)；所述防火填充材料(13)包裹在型钢削弱段(5)四周。
所述柱间干式连接包括上预制混凝土柱(1U)和下预制混凝土柱(1D)、上高标号混凝土加强块(14U)和下高标号混凝土加强块(14D)、上柱端钢板(15U)和下柱端钢板(15D)及防火填充材料(13)；所述上高标号混凝土加强块(14U)一端嵌入固定于上预制混凝土柱(1U)底端、另一端固定在上柱端钢板(15U)上，所述下高标号混凝土加强块(14D)一端嵌入固定于下预制混凝土柱(1D)顶端、另一端固定于下柱端钢板(15D)上，所述上柱端钢板(15U)和下柱端钢板(15D)上对应设有若干预留螺栓孔(12)，若干所述预留螺栓孔(12)内均设有配合使用的连接螺栓(3)；所述防火填充材料(13)填充在外露的上高标号混凝土加强块(14U)和下高标号混凝土加强块(14D)四周。
2.根据权利要求1所述全新型干式全预制装配式混凝土框架连接体系，其特征在于：所述预制混凝土梁(2)内端装配有预制混凝土梁端锚板(8)，所述型钢连接端板(4)上设有型钢削弱段(5)，所述预制混凝土梁端锚板(8)的外侧面与型钢削弱段(5)焊接固定；所述预制混凝土柱(1)的侧壁且位于型钢连接端板(4)的正下方安装有配合使用的钢支托(6)。
3.根据权利要求1所述全新型干式全预制装配式混凝土框架连接体系，其特征在于：所述预制混凝土梁(2)内还装配有预制混凝土梁纵向钢筋(9)和预制混凝土梁端锚固钢筋(10)，所述预制混凝土梁纵向钢筋(9)和预制混凝土梁端锚固钢筋(10)通过焊接与预制混凝土梁端锚板(4)内侧面固定连接。
4.根据权利要求1所述全新型干式全预制装配式混凝土框架连接体系，其特征在于：所述全预制装配式混凝土柱间干式连接还包括上柱锚固钢筋(16U)和下柱锚固钢筋(16D)、及上柱内纵向钢筋(17U)和下柱内纵向钢筋(17D)，所述上柱锚固钢筋(16U)和上柱内纵向钢筋(17U)均装配在上预制混凝土柱(1)内，且所述上柱锚固钢筋(17U)均设置在所述上柱内纵向钢筋(16U)所包围的内部，所述下柱锚固钢筋(16D)和下柱内纵向钢筋(17D)均装配在下预制混凝土柱(1D)内，且所述下柱锚固钢筋(17D)也设置在所述下柱内纵向钢筋(16D)所包围的内部。
5.根据权利要求1所述全新型干式全预制装配式混凝土框架连接体系，其特征在于：所述上高标号混凝土加强块(14U)和下高标号混凝土加强块(14D)是分别部分内嵌入上预制混凝土柱(1U)端部和下预制混凝土柱(1D)端部，所述上高标号混凝土加强块(14U)和下高标号混凝土加强块(14D)未嵌入上预制混凝土柱(1U)端部和下预制混凝土柱(1D)端部的外露部分均外包有高强度纤维布(18)。
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