CN109707039B - 一种配式结构梁-梁人工塑性铰连接结点及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种装配式结构梁‑梁人工塑性铰连接结点及其施工方法,包括预制钢筋混凝土横梁、预制钢筋混凝土梁柱子结构、销轴、耳板、端板及锚筋;梁‑梁人工塑性铰连接结点区距柱中心线1/5L~1/4L及3/4L~4/5L的梁上区域,区域内弯矩值分别小于该跨中弯矩值的0.2倍和梁端弯矩值的0.15倍;本发明还公开一种装配式结构梁‑梁人工塑性铰连接结点的施工方法。本发明设计梁‑梁人工塑性铰连接结点远离梁柱节点,提高装配式结构的整体性及节点的可靠性,通过削弱连接结点的刚度,使连接结点区先于梁柱节点屈服产生塑性铰,实现“强柱弱梁”、“强节点弱构件”的抗震目标,震后修复比现浇结构方便经济;同时简化了施工过程,并保障了施工质量,实用性强,便于推广使用。

Description

一种配式结构梁-梁人工塑性铰连接结点及其施工方法
技术领域
本发明属于建筑工程技术领域,具体涉及一种配式结构梁-梁人工塑性铰连接结点及其施工方法。
背景技术
我国是世界上地震多发且震害严重的国家之一,我国大部分地区处于高烈度区。而各国的抗震规范都强调强柱弱梁、强节点弱构件这一基本的设计要求。然而,由于设计、运输及施工原因,连接结点通常设置在梁柱节点区,使得节点区受力复杂,难以满足承载力、抗裂和易施工等要求,在地震中大量装配式结构出现强梁弱柱、强构件弱节点的实际破坏情况,这一点已经被国内外多次地震灾害所证实。为了实现梁铰机制的破坏模式,当前虽然有学者提出人工塑性铰、加强连接节点等解决办法,但是由于靠近梁柱节点核心区,节点受力复杂、施工水平及震后修复困难,并没有得到广泛的采用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对现有的装配式结构的节点可靠性差、结构的整性差及难以实现“强柱弱梁、强节点弱构件”的抗震目标等不足,提供一种配式结构梁-梁人工塑性铰连接结点及其施工方法,将梁-梁连接点设置为梁-梁人工塑性铰结点并远离梁柱节点核心区,以提高装配式结构的节点可靠性、结构的整性及实现“强柱弱梁、强节点弱构件”的抗震目标,现场施工方便,且震后修复比现浇结构更加方便经济,更加利于装配式建筑产业化发展。
本发明采用以下技术方案:
一种配式结构梁-梁人工塑性铰连接结点,包括预制钢筋混凝土横梁和预制钢筋混凝土梁柱子结构,预制钢筋混凝土横梁和预制钢筋混凝土梁柱子结构内均设置有锚筋,预制钢筋混凝土横梁和预制钢筋混凝土梁柱子结构的端部均设有端板,端板上开有预留孔,梁上4根角筋及锚筋贯穿预留孔通过螺帽与端板连接;端板上对应设置有耳板,耳板上设置有用于连接销轴的耳孔,销轴分别与预制钢筋混凝土横梁和预制钢筋混凝土梁柱子结构的耳板连接构成配式结构梁-梁人工塑性铰连接结点。
具体的,梁端预埋锚筋选HRB400或HPB300钢筋,框架抗震等级为一、二级,锚筋的锚固长度大于等于锚筋直径的41倍,框架抗震等级为三级,锚筋的锚固长度大于等于锚筋直径的37倍,锚筋延伸至梁端板外部分刻丝,刻丝长度应大于等于40mm,耳板与端板焊接的焊缝质量等级大于等于二级。
具体的,端板的厚度大于等于锚筋直径的0.6倍,端板的长度和宽度与预制钢筋混凝土横梁和预制钢筋混凝土梁柱子结构梁的截面保持一致,预留孔的孔径比锚筋的直径大1~1.5mm。
具体的,耳板的屈服强度为215~245MPa,屈强比小于0.8,延伸率大于40%。
进一步的,耳板包括第一耳板和第二耳板,端板包括第一端板和第二端板,第一端板设置在预制钢筋混凝土横梁的端部,与第一耳板焊接连接;第二端板设置在预制钢筋混凝土梁柱子结构的端部,与第二耳板焊接连接,第一耳板和第二耳板的间隙为5~10mm。
更进一步的,连接结点中耳板为两行两列,第二耳板为双耳板,第一耳板为单耳板;连接结点中耳板为一行两列,第二耳板为双耳板,第一耳板为单耳板。
具体的,销轴的直径与耳孔孔径之间的间隙为1~1.5mm。
进一步的,梁-梁人工塑性铰连接结点的结点区位于梁的跨中,距柱中心线1/5L~1/4L及3/4L~4/5L的区域,区域内弯矩值分别小于跨中弯矩值的0.2倍和梁端弯矩值的0.15倍,L为梁的跨度。
一种配式结构梁-梁人工塑性铰连接结点的施工方法,包括以下步骤:
S1、根据内力分析结果,设计梁-梁人工塑性铰连接结点区域、耳板的排布形式、耳板尺寸、端板尺寸、销轴的尺寸及锚筋的尺寸和数量,设计横梁、梁柱子结构截面设计;
S2、根据S1的设计结构,绑扎预制钢筋混凝土横梁及预制梁柱子结构,锚筋伸出预制钢筋混凝土横梁梁端部分刻丝,将锚筋分别预埋至预制钢筋混凝土横梁及预制梁柱子结构的梁端,并浇筑混凝土成型、养护;将耳板与端板焊接,预制钢筋混凝土横梁梁端部预埋的锚筋外伸出部分穿过端板的预留孔,用螺帽拧紧,确保了左、右梁中钢筋传力的连续性;
S3、待耳板、端板安装在梁端后,分别对其表面做防锈处理;
S4、将在安装好端板和耳板的横梁吊装后与安装好端板和耳板的梁柱子结构梁端保持在同一水平线上,将销轴插入耳板上预留孔中,确保了结构安装的精度形成装配式钢筋混凝土结构梁-梁人工塑性铰连接结点。
具体的,设销轴的直径为D1,耳洞直径为D2,锚筋的直径为D3,第一耳板4-1厚度为t1,第二耳板4-2厚度为t2,耳板高度为H1,长度为L1,第一耳板与第二耳板之间的间隙为s,上排、下排销轴中心线之间距离为H3,端板厚度为t3,端板高为H,宽为B,销轴强度满足要求如下:
销轴所受的弯曲应力为:
式中,fb为钢材的抗拉强度;
销轴抗剪强度验算:
式中,nv为受剪面数,为钢材的抗剪强度;销轴截面同时受弯、受剪组合强度按下式验算:
耳板强度满足要求如下:
第一耳板承压强度验算:
第二耳板承压强度验算:
第一耳板抗剪强度验算:
第二耳板抗剪强度验算:
式中,为钢材的承压强度,fv为钢材的抗剪强度;
耳板与端板连接焊缝强度满足要求如下:
由剪力引起的附加弯矩为:
式中,hf为焊脚尺寸;lw为焊缝的计算长度,lw=H2-2hf;n1为直角焊缝的条数,当为第一耳板时,n1取2;当为第二耳板时,n1取4。
直角焊缝在轴拉力、剪力及弯矩作用下按下式验算:
式中,βf为正面角焊缝的强度设计值增大系数:对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构,βf=1.22,对直接承受动力荷载的结构,βf=1.0。
锚筋强度满足要求如下:
当节点处截面有弯矩M、剪力FQ及轴力N,轴力N为拉力,锚筋在有剪力、法向拉力和弯矩作用时,按下式计算:
当节点处截面的轴力N为压力,受拉侧锚筋在剪力、法向压力和弯矩作用时,按下式验算:
式中,αb=0.6+0.25t/d,当αv大于0.7时,取0.7;fy锚筋的抗拉强度设计值;αr锚筋层数的影响系数;当锚筋按等间距布置时:两层取1.0;三层取0.9;四层取0.85;M小于0.4Nz时,取0.4Nz;z为沿着作用力方向最外层锚筋中心线之间的距离;
端板强度满足要求如下:
每根锚筋承受的剪力为:
式中,n2为锚筋的根数;
端板承压强度验算:
式中,为端板的承压强度;
端板抗剪强度验算:
式中,n3沿截面宽度方向一排预留孔数量,fv为端板的抗剪强度。
与现有技术相比,本发明至少具有以下有益效果:
本发明一种配式结构梁-梁人工塑性铰连接结点,梁柱节点核心区在工厂中预制,梁-梁连接结点避开受力最大域,可以提高连接的可靠性及结构的安全性。
进一步的,提高连接结点安全性和可靠性,使得构件制作简单、施工简便及震后修复方便。
进一步的,耳板采用屈服强度低,延性大,在满足强度条件下,地震作用后可以使连接结点先于梁柱节点之前屈服而出现塑性铰。
进一步的,连接结点的两种不的装配方案,其主要区别是两种连接结点是否承受弯矩。
进一步的,耳洞与销轴之间的间隙主要是考虑安装方便。
进一步的,梁柱节点区是预制,梁-梁连接结点远离梁柱节点,通过削弱连接结点的刚度,使连接结点先于梁柱节点之前出现塑性铰,可实现强柱弱梁、强节点弱构件。
进一步的,在保证结点在保证安全的情况下,实现结点耳板屈服,产生塑性铰,从而实现塑性铰从柱面转移。
进一步的,连接结点左、右梁中纵向钢筋插入端板中,确保了左、右梁中钢筋传力的连续性。
本发明还公开了一种配式结构梁-梁人工塑性铰连接结点的施工方法,该连接结点设计合理,所有构件在工厂预制,施工简便,具有生产效率高、建设周期短、环境影响小、可持续发展及耗费人工少等优点,梁-梁人工塑性铰连接结点可靠性高及安装精度高,而且地震后修复比现浇结构方便经济,更适用于未来建筑产业的发展。
综上所述,本发明使连接结点远离梁柱节点,通过削弱梁-梁人工塑性铰连接结点的刚度,可以使梁-梁人工塑性铰连接结点先于梁柱节点之前破坏,施工简便,而且地震后修复比现浇结构方便经济,更适用于未来建筑产业的发展。
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明连接结点俯视图;
图2为本发明实施例1连接结点正立面图;
图3为本发明实施例1连接结点详图;
图4为本发明实施例1连接结点中端平面布置图,其中,(a)为第一耳板,(b)为第二耳板;
图5为本发明实施例2连接结点正立面图;
图6为本发明实施例2连接结点详图;
图7为本发明实施例2连接结点中端平面布置图,其中,(a)为第一耳板,(b)为第二耳板;
图8为本发明连接结点中耳板详图;
图9为本发明实施例1结点的应力云图;
图10为本发明实施例1混凝土的应力云图;
图11为本发明实施例2结点的应力云图;
图12为本发明实施例2混凝土的应力云图。
其中:1.预制钢筋混凝土横梁;2.预制梁柱子结构;3.销轴;4-1.第一耳板;4-2.第二耳板;5-1.第一端板;5-2.第二端板;6.锚筋;7.螺帽;8.预留孔;9.耳孔。
具体实施方式
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1至图4,本发明提供了一种配式结构梁-梁人工塑性铰连接结点,包括预制钢筋混凝土横梁1、预制钢筋混凝土梁柱子结构2、销轴3、耳板、端板及锚筋6,预制钢筋混凝土横梁1的梁端部和预制钢筋混凝土梁柱子结构2的梁端部均设有锚筋6和端板,端板上开有用于穿过锚筋6的预留孔8,梁上4根角筋及锚筋6外伸出梁端板部分刻丝后穿过预留孔8通过螺帽7拧紧连接,第一耳板4-1和第二耳板4-2分别与第一端板5-1和第二端板5-2焊接连接,连接结点通过销轴3插入耳板上的耳孔9实现连接。
梁-梁人工塑性铰连接结点的结点区位于梁的跨中,距柱中心线1/5L~1/4L及3/4L~4/5L的区域,区域内弯矩值分别小于该跨跨中弯矩值的0.2倍和梁端弯矩值的0.15倍,L为梁的跨度。
梁端预埋的锚筋6选HRB400钢筋,框架抗震等级为一、二级,锚筋6的锚固长度不小于锚筋6直径的41倍,框架抗震等级为三级,锚筋6的锚固长度不小于锚筋6直径的37倍,锚筋6延伸至梁端板外部分刻丝,刻丝长度不小于40mm。
第一端板5-1和第二端板5-2的厚度不小于锚筋6直径的0.6倍,采用Q235,第一端板5-1和第二端板5-2的长度和宽度与梁截面保持一致,端板上预留孔8孔径比锚筋6的直径大1~1.5mm。
第一耳板4-1和第二耳板4-2采用屈服强度为215~245MPa,屈强比小于0.8,延伸率大于40%,现场拼装后第一耳板4-1和第二耳板4-2之间的间隙为5~10mm。
请参阅图3和图6,连接结点中耳板为两行两列,第二耳板4-2为双耳板,第一耳板4-1为单耳板;连接结点中耳板有一行两列,第二耳板4-2为双耳板,第一耳板4-1为单耳板。
耳板与端板焊接中,焊缝质量等级不应低于二级。
销轴3用Q345、Q390与Q420,销轴3直径与耳孔9孔径之间的间隙1~1.5mm。
第一端板5-1、第二端板5-2与第一耳板4-1、第二耳板4-2的表面均做防锈处理。
上述连接结点可以承受弯矩、剪力和轴力;
请参阅图9和图10,该连接结点处耳板已达到屈服应力并产生塑性变形,实现塑性铰从柱面外移至连接结点处。
优选的,请参阅图5和图6,连接结点处耳板布置为一行两列,其余结构均相同;从受力机理上区别是连接结点只承受剪力和轴力。
请参阅图11和图12,该连接结点处耳板已经达到屈服应力并产生塑性变形,实现塑性铰从柱面外移至连接结点处。
请参阅图2、图3、图5和图6,本发明一种配式结构梁-梁人工塑性铰连接结点施工方法,包括以下步骤:
S1、内力分析及连接结点设计
根据内力分析结果,设计横梁1、梁柱子结构2截面设计,设计梁-梁人工塑性铰连接结点区域、第一耳板(4-1)和第二耳板(4-2)的排布形式、第一耳板(4-1)和第二耳板(4-1)耳板尺寸、第一端板(5-1)和第二端板(5-2)尺寸、销轴3的尺寸及锚筋6的尺寸和数量;
S2、构件预制
根据S1的设计结构,在工厂中绑扎预制钢筋混凝土横梁1及预制梁柱子结构2,锚筋6伸出预制钢筋混凝土横梁1梁端部分刻丝,将锚筋6分别预埋至预制钢筋混凝土横梁1及预制梁柱子结构2的梁端,并浇筑混凝土成型、养护;将耳板与端板焊接,预制钢筋混凝土横梁1梁端部预埋锚筋6外伸出部分穿过端板的预留孔8,用螺帽7拧紧,确保了左、右梁中钢筋传力的连续性;
S3、防锈处理
待耳板、端板在工厂中安装在梁端后,然后对其表面做防锈处理;
S4、现场装配
将在安装好端板(5-1)和耳板(4-1)的横梁1吊装后与安装好端板(5-2)和耳板(5-2)的梁柱子结构2的梁端保持在同一水平线上,将销轴3插入耳板上预留孔中,确保了结构安装的精度,形成装配式钢筋混凝土结构梁-梁人工塑性铰连接结点。
将销轴3插入耳板上预留的耳孔9中,形成装配式钢筋混凝土结构连接结点。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图4、图7和图8,销轴、耳板、端板和锚筋强度验算具体过程为:
设销轴的直径为D1,耳洞直径为D2,锚筋的直径为D3,第一耳板4-1厚度为t1,第二耳板4-2厚度为t2,耳板高度为H1,长度为L1,第一耳板4-1与第二耳板4-2之间的间隙为s,上排、下排销轴中心线之间距离为H3,端板厚度为t3,端板高为H,宽为B。
销轴强度验算:
当内力分析得到截面有弯矩M、剪力FQ及轴力N,按下式(1)~(8)验算;当内力分析得到截面只有剪力FQ,轴力N,除(1)式及(4)式不用计算,(5)式中N'w=0,其余均需要验算;
根据内力分析所得到的截面弯矩M,剪力FQ,轴力N,由弯矩所得到的水平拉力Nw为:
每个销轴所承受的剪力为:
每个销轴所承受的轴力为:
受拉侧每个销轴由弯矩引起的拉力为:
式(2)、(3)及(4)中,n为销轴个数;
销轴所受的最大合力为:
如果结点处截面所承受N为拉力,则(5)式计算的N1为受拉一侧销轴所受的最大合力;轴力N为压力,则(5)式计算的N1为受压一侧销轴所受的最大合力;
销轴所受的弯曲应力为:
式中,fb为钢材的抗拉强度;
销轴抗剪强度验算:
式中,nv为受剪面数,为钢材的抗剪强度;
销轴截面同时受弯、受剪组合强度应按下式验算:
当公式(6)、(7)及(8)分别成立时,继续下一步验算;否则,增大销轴直径D1,重新验算直到满足;
耳板强度验算:
第一耳板4-1承压强度验算:
第二耳板4-2承压强度验算:
第一耳板4-1抗剪强度验算:
第二耳板4-2抗剪强度验算:
式中为钢材的承压强度,fv为钢材的抗剪强度;
当公式(9)、(10)、(11)及(12)分别成立时,继续下一步验算;否则,增大第一耳板4-1厚度t1或第二耳板4-2厚度t2重新验算。
耳板与端板连接焊缝强度验算:
由剪力引起的附加弯矩为:
当内力分析所得到的截面有弯矩M、剪力FQ及轴力N,按下式(14-1)、(14-2)、(14-3)、(14-4)及(14-5)均需要验算;当内力分析所得到的截面只有剪力FQ,轴力N:当轴力为拉力时,下式(14-1)、(14-2)、(14-3)、(14-4)及(14-5)都需要验算,且(14-2)式中N'w=0;当轴力为压力时,下式中除(14-2)不需要验算,其余均需要验算;
由轴力、剪力及附加弯矩引起的应力:
当节点处截面所承受轴力N为拉力时,则受拉一侧焊缝应按下式(14-1)、(14-2)、(14-3)、(14-4)及(14-5)计算,另一侧如果Nw-0.5N大于0,则除下式(14-2)不需要计算,其余都需要计算,如果Nw-0.5N小于0,应按下式(14-1)、(14-2)、(14-3)、(14-4)及(14-5)计算;
当节点处截面所承受轴力N为压力时,则受压一侧焊缝除下式中(14-2)不需要计算外,其余都需要计算,另一侧如果Nw-0.5N大于0,应按下式(14-1)、(14-2)、(14-3)、(14-4)及(14-5)计算;如果Nw-0.5N小于0,则除下式(14-2)不需要计算,其余都需要计算。
式中,hf为焊脚尺寸;lw为焊缝的计算长度,lw=H2-2hf;n1为直角焊缝的条数,当为耳板(4-1)时n1取2;当为耳板(4-2)时n1取4。
直角焊缝在轴拉力、剪力及弯矩作用下应按下式验算:
式中,βf为正面角焊缝的强度设计值增大系数:对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构,βf=1.22,对直接承受动力荷载的结构,βf=1.0。
当公式(15)成立时,焊缝满足设计要求;当公式(15)不成立时,增加耳板的高度H1,重新对焊缝验算。
锚筋强度验算:
当节点处截面有弯矩M、剪力FQ及轴力N:
轴力N为拉力,锚筋在有剪力、法向拉力和弯矩作用时,应该按下式计算:
当(16-1)和(16-2)同时成立时,进行下一步验算,当(16-1)或(16-2)不成立时,增加锚筋的数量,重新对(16-1)和(16-2)验算,直到同时成立;
当节点处截面的轴力N为压力,受拉侧锚筋在剪力、法向压力和弯矩作用时,应该按下式验算:
式中,αb=0.6+0.25t/d,当αv大于0.7时,取0.7;fy锚筋的抗拉强度设计值;αr锚筋层数的影响系数;当锚筋按等间距布置时:两层取1.0;三层取0.9;四层取0.85;M小于0.4Nz时,取0.4Nz;z为沿着作用力方向最外层锚筋中心线之间的距离;
当(17-1)和(17-2)同时成立时,进行下一步计算,当(17-1)和(17-2)不同时成立时,增加锚筋的数量或者增大锚筋的直径,重新对(17-1)和(17-2)验算,直到同时成立;
当节点处截面只有剪力FQ及轴力N:式(16-1)、(16-2)、(17-1)及(17-2)中M=0,分别验算同时成立。
端板强度验算:
每根锚筋承受的剪力为:
式中,n2为锚筋的根数;
端板承压强度验算:
式中,为端板的承压强度;
端板抗剪强度验算:
式中,n3沿截面宽度方向一排预留孔数量,fv为端板的抗剪强度。
综上所述,本发明通过对梁-梁人工塑性铰连接结点承载力进行复核,在保证连接结点抗力基础上,一方面,梁柱节点工厂预制,梁-梁人工塑性铰连接结点远离梁柱节点,通过削弱梁-梁人工塑性铰连接结点的刚度,可以使连接结点先于梁柱节点出现塑性铰,实现“强柱弱梁”、“强节点弱构件”的目标;另一方面,梁-梁人工塑性铰连接结点避开受力最大域,可以提高连接的可靠性,使结构施工方便、质量易于保障,而且地震后修复比现浇结构方便经济,因此更适用于未来建筑产业的发展。
以上内容仅为说明本发明的技术思想,不能以此限定本发明的保护范围,凡是按照本发明提出的技术思想,在技术方案基础上所做的任何改动,均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种配式结构梁-梁人工塑性铰连接结点的施工方法,其特征在于,配式结构梁-梁人工塑性铰连接结点,其特征在于,包括预制钢筋混凝土横梁(1)和预制钢筋混凝土梁柱子结构(2),预制钢筋混凝土横梁(1)和预制钢筋混凝土梁柱子结构(2)内均设置有锚筋(6),预制钢筋混凝土横梁(1)和预制钢筋混凝土梁柱子结构(2)的端部均设有端板,端板上开有预留孔(8),梁上4根角筋及锚筋(6)贯穿预留孔(8)通过螺帽(7)与端板连接;端板上对应设置有耳板,耳板上设置有用于连接销轴(3)的耳孔(9),销轴(3)分别与预制钢筋混凝土横梁(1)和预制钢筋混凝土梁柱子结构(2)的耳板连接构成配式结构梁-梁人工塑性铰连接结点;
耳板包括第一耳板(4-1)和第二耳板(4-2),端板包括第一端板(5-1)和第二端板(5-2),第一端板(5-1)设置在预制钢筋混凝土横梁(1)的端部,与第一耳板(4-1)焊接连接;第二端板(5-2)设置在预制钢筋混凝土梁柱子结构(2)的端部,与第二耳板(4-2)焊接连接,第一耳板(4-1)和第二耳板(4-2)的间隙为5~10mm;连接结点中耳板为两行两列,第二耳板(4-2)为双耳板,第一耳板(4-1)为单耳板;连接结点中耳板为一行两列,第二耳板(4-2)为双耳板,第一耳板(4-1)为单耳板;
梁端预埋锚筋(6)选HRB400或HPB300钢筋,框架抗震等级为一、二级,锚筋(6)的锚固长度大于等于锚筋直径的41倍,框架抗震等级为三级,锚筋(6)的锚固长度大于等于锚筋(6)直径的37倍,锚筋(6)延伸至梁端板(5)外部分刻丝,刻丝长度应大于等于40mm,耳板与端板焊接的焊缝质量等级大于等于二级,端板的厚度大于等于锚筋(6)直径的0.6倍,端板的长度和宽度与预制钢筋混凝土横梁(1)和预制钢筋混凝土梁柱子结构(2)梁的截面保持一致,预留孔(8)的孔径比锚筋(6)的直径大1~1.5mm,耳板的屈服强度为215~245MPa,屈强比小于0.8,延伸率大于40%,销轴(3)的直径与耳孔(9)孔径之间的间隙为1~1.5mm;
梁-梁人工塑性铰连接结点的结点区位于梁的跨中,距柱中心线1/5L~1/4L及3/4L~4/5L的区域,区域内弯矩值分别小于跨中弯矩值的0.2倍和梁端弯矩值的0.15倍,L为梁的跨度;
包括以下步骤:
S1、根据内力分析结果,设计梁-梁人工塑性铰连接结点区域、耳板的排布形式、耳板尺寸、端板尺寸、销轴的尺寸及锚筋的尺寸和数量,设计横梁、梁柱子结构截面设计;
S2、根据S1的设计结构,绑扎预制钢筋混凝土横梁及预制梁柱子结构,锚筋伸出预制钢筋混凝土横梁梁端部分刻丝,将锚筋分别预埋至预制钢筋混凝土横梁及预制梁柱子结构的梁端,并浇筑混凝土成型、养护;将耳板与端板焊接,预制钢筋混凝土横梁梁端部预埋的锚筋外伸出部分穿过端板的预留孔,用螺帽拧紧,确保了左、右梁中钢筋传力的连续性;
S3、待耳板、端板安装在梁端后,分别对其表面做防锈处理;
S4、将在安装好端板和耳板的横梁吊装后与安装好端板和耳板的梁柱子结构梁端保持在同一水平线上,将销轴插入耳板上预留孔中,确保结构的安装精度,形成装配式钢筋混凝土结构梁-梁人工塑性铰连接结点。
2.根据权利要求1所述配式结构梁-梁人工塑性铰连接结点的施工方法,其特征在于,设销轴的直径为D1,耳洞直径为D2,锚筋的直径为D3,第一耳板( 4-1) 厚度为t1,第二耳板( 4-2) 厚度为t2,耳板高度为H1,长度为L1,第一耳板与第二耳板之间的间隙为s,上排、下排销轴中心线之间距离为H3,端板厚度为t3,端板高为H,宽为B,销轴强度满足要求如下:
销轴所受的弯曲应力为:
式中,fb为钢材的抗拉强度;
销轴抗剪强度验算:
式中,nv为受剪面数,为钢材的抗剪强度;
销轴截面同时受弯、受剪组合强度按下式验算:
耳板强度满足要求如下:
第一耳板承压强度验算:
第二耳板承压强度验算:
第一耳板抗剪强度验算:
第二耳板抗剪强度验算:
式中,为钢材的承压强度,fv为钢材的抗剪强度;
耳板与端板连接焊缝强度满足要求如下:
由剪力引起的附加弯矩为:
式中,hf为焊脚尺寸;lw为焊缝的计算长度,lw=H2-2hf;n1为直角焊缝的条数,当为第一耳板时,n1取2;当为第二耳板时,n1取4;
直角焊缝在轴拉力、剪力及弯矩作用下按下式验算:
式中,βf为正面角焊缝的强度设计值增大系数:对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构,βf=1.22,对直接承受动力荷载的结构,βf=1.0;
锚筋强度满足要求如下:
当节点处截面有弯矩M、剪力FQ及轴力N,轴力N为拉力,锚筋在有剪力、法向拉力和弯矩作用时,按下式计算:
当节点处截面的轴力N为压力,受拉侧锚筋在剪力、法向压力和弯矩作用时,按下式验算:
式中,αb=0.6+0.25t/d,当αv大于0.7时,取0.7;fy锚筋的抗拉强度设计值;αr锚筋层数的影响系数;当锚筋按等间距布置时:两层取1.0;三层取0.9;四层取0.85;M小于0.4Nz时,取0.4Nz;z为沿着作用力方向最外层锚筋中心线之间的距离;
端板强度满足要求如下:
每根锚筋承受的剪力为:
式中,n2为锚筋的根数;
端板承压强度验算:
式中,为端板的承压强度;
端板抗剪强度验算:
式中,n3沿截面宽度方向一排预留孔数量,fv为端板的抗剪强度。
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