CN110056085B - 可快速装配的frp型材梁柱节点 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可快速装配的FRP型材梁柱节点，该节点包括内嵌十字FRP型材的FRP管混凝土柱、箱槽形FRP型材混凝土组合梁、预制节点和配套螺栓。节点主体由两个相同部分组成，与柱内嵌十字FRP型材拼装，梁通过端部预埋槽形钢板与节点连接。其主要施工步骤是：将的柱预制FRP管及十字FRP型材放置就位；将节点与柱内伸出的十字FRP型材拼装对应并拧紧无梁连接方向螺栓；将梁吊装就位，梁端槽形钢板与节点对照预留螺孔并拧紧螺栓；支设模板，浇筑柱内及节点处混凝土。本装配式节点构造简单且施工方便，能极大程度地提高施工效率，且易于质量控制。同时节点传力路径清晰，具有良好的耗能能力，能很好地保证主体结构的安全。

Description

可快速装配的FRP型材梁柱节点

技术领域

本发明涉及建筑工程领域，具体是指一种可快速装配的FRP型材梁柱节点。

背景技术

现代建筑面临着越来越多的高腐蚀性、干湿交替等严苛环境，这给传统钢筋混凝土结构的耐久性造成了巨大威胁。为了从根本上避免锈蚀等问题，利用耐腐性良好的高性能复合材料替代钢材是极为有效的处理方式。而FRP材料不仅轻质高强，还具有良好的耐腐蚀性和很强的可设计性，是一种良好的替代材料。目前已有许多使用FRP型材来代替钢材的建筑应用案例，其中多数属于装配式结构体系。

而在装配式结构体系中，虽然梁、柱等构件易于实现工厂化生产，质量相对容易保证，但梁柱节点大都高度依赖现场湿作业，质量不易保证，从而严重制约了其发展。目前，已有的装配式梁柱节点连接形式可分为三大类：一类是预制混凝土柱与预制混凝土梁的后浇法连接，该方法先以节点处梁柱纵筋的交叉配合，在构件吊装就位后再浇筑混凝土，从而达到连接目的；第二类是钢管混凝土柱与预制混凝土梁的连接，主要包括以加强环式节点、环梁节点、钢筋环绕式节点等为代表的非穿心节点和以牛腿穿心节点、钢筋贯穿式节点、十字板式节点等为代表的穿心式节点；第三类是装配式钢结构中的节点连接，主要以焊接作业和螺栓连接为代表。

上述前两类节点构造复杂、浇筑困难，且存在柱的局部破坏使得承载力降低的缺点。且由于新型梁中没有钢筋(用FRP代替钢筋承受拉力)，所以不适用于以内嵌FRP型材的FRP管混凝土柱、箱槽形FRP型材混凝土组合梁为代表的新型装配式结构体系的节点连接。同样由于该新型快速装配式结构体系中没有钢材，所以第三类节点连接方式(焊接和螺栓连接)也不适用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种可快速装配的FRP型材梁柱节点，该节点采用预制构件现场装配，构造简单且施工方便，能最大程度地提高施工效率，且易于质量控制。同时该节点传力路径清晰，并具有良好的耗能能力，能很好地保证主体结构的安全，为人们生命安全提供保障。

为实现上述目的，本发明提供的可快速装配的FRP型材梁柱节点，其特征在于：包括预制节点、两个箱槽形FRP型材混凝土组合梁，两个内嵌十字FRP型材的FRP管混凝土柱和若干螺栓；

所述预制节点为分体式十字节点，由两个相同节点组成十字形且四个方向均预设有与FRP管混凝土柱十字FRP型材对应的多个第一螺栓孔；所述多个第一螺栓孔在预制节点十字形与FRP管混凝土柱连接的两个方向上为多列布置，所述多个第一螺栓孔在预制节点十字形的另两个方向上为单列布置；所述预制节点的中心部位设有加劲环用以进一步增强节点的刚度和耗能能力，所述加劲环围绕预制节点的十字形中心布置；该节点适用于文中所述的装配式梁与装配式柱的连接，如摘要附图所示，在该十字形节点四个相互垂直的方向上，有两个相对方向需要与预制梁连接，另外两个方向仅需要与柱连接，连接完成后的梁呈一字形；因此，在十字形节点与梁连接的两个方向上，第一螺栓孔应多列布置，具体来讲不少于三列；而在另外两个方向上，第一螺栓孔单列布置即可；

所述箱槽形FRP型材混凝土组合梁的端部设有两块槽形钢板，所述两块槽形钢板为靠背式放置；所述槽形钢板的一部分伸入箱槽形FRP型材混凝土组合梁内，槽形钢板另一部分设有与FRP管混凝土柱及预制节点相对应的多个第二螺栓孔；所述槽形钢板设有腹板和翼缘，所述两个靠背式放置的槽形钢板腹板之间形成竖向空腔；所述竖向空腔用以与预制节点的十字形板连接；

所述FRP管混凝土柱由外围的预制FRP管、中间的十字FRP型材和其间的第二混凝土组成，所述十字FRP型材位于所述预制FRP管的内部且沿预制FRP管与所述预制节点的连接方向上延伸出连接部，所述连接部的四个方向均设有多个第三螺栓孔。

作为优选方案，所述槽形钢板厚度不小于15mm；所述槽形钢板伸入箱槽形FRP型材混凝土组合梁内部分长度h不小于2倍箱槽形FRP型材混凝土组合梁的高度H，且不小于600mm；所述十字FRP型材的厚度不小于20mm；所述加劲环的总厚度不小于30mm；所述多个第一螺栓孔、多个第二螺栓孔和多个第三螺栓孔的螺纹均与所述多个螺栓相对应；所述螺栓直径不小于20mm；

所述第一螺栓孔、第二螺栓孔和第三螺栓孔的孔径均为r；所述边孔距M为距离预制节点中心最远一列的第一螺栓孔与预制节点外纵向边缘的垂直距离；所述中孔距m为相邻两列第一螺栓孔孔心间的垂直距离或者为相邻两列第二螺栓孔孔心间的垂直距离或者为相邻两列第三螺栓孔孔心间的垂直距离；所述中孔距m不小于3倍的孔径r，所述边孔距M不小于2倍孔径r以减少应力集中的影响。中孔距应不小于3倍的孔径，边孔距应不小于2倍孔径，以减少应力集中的影响；以预制节点上的螺栓孔为例进行说明，该节点四个相互垂直的方向上，有两个相对的方向需要与预制梁连接，因此布置多列螺栓孔，此处列按竖向分，以与预制节点中心的距离为度量，距离最远的一列螺栓孔称为边孔，其余列的孔称为中孔；边孔距指边孔与节点外纵向边缘的垂直距离，中孔距是指其他列的孔与各自相邻列的垂直距离。

进一步地，所述螺栓为包含螺母和螺帽的成品螺栓；所述预制节点和螺栓的材料均为Cr-Cu-Mo系特种耐海水腐蚀钢材；所述槽形钢板的材料为Cr-Cu-Mo系特种耐海水腐蚀钢材。

本发明的优点和有益效果如下：

1、该节点连接方式结合了钢结构螺栓连接和普通预制装配式结构后浇混凝土的连接方式，相当于有两道抗震防线：在小震来临时，节点核心区混凝土首先产生裂缝进行耗能；在超过设防烈度的大震来临时，节点本身产生塑性变形，具有很好的变形和耗能能力，保证梁端不会脱落，从而保证主体结构的完整性。

2、节点采用预制构件现场装配，具有方便、快捷的优点，可大幅度提高施工效率，工业化程度高；且所用的组件均为工厂预制，能有效进行质量管控，提高了结构精度，适应新型高性能材料快速装配式结构的发展理念。

附图说明

图1为本发明预制节点的整体装配示意图。

图2为本发明预制节点的透视图a。

图3为本发明预制节点主视图b。

图4为本发明预制节点断面图c。

图5为本发明梁端部透视图a。

图6为本发明梁端部断面图b。

图7为本发明柱端部透视图a。

图8为本发明柱端部断面图b。

图9为本发明整体装配效果图。

图中：预制节点1，第一螺栓孔101，加劲环102，箱槽形FRP型材混凝土组合梁2，槽形钢板201，第二螺栓孔202，FRP箱型型材203，第一混凝土204，内嵌十字FRP型材的FRP管混凝土柱3，十字FRP型材301，连接部301.1，第二混凝土302，预制FRP管303，第三螺栓孔304，螺栓4。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

如图所示的可快速装配的FRP型材梁柱节点，其特征在于：包括预制节点1、两个箱槽形FRP型材混凝土组合梁2，两个内嵌十字FRP型材的FRP管混凝土柱3和若干螺栓4；预制节点1为分体式十字节点，由两个相同节点组成十字形且四个方向均预设有与FRP管混凝土柱3十字FRP型材对应的多个第一螺栓孔101；多个第一螺栓孔101在预制节点1十字形与FRP管混凝土柱3连接的两个方向上为不少于三列布置，多个第一螺栓孔101在预制节点1十字形的另两个方向上为单列布置；预制节点1的中心部位设有加劲环102用以进一步增强节点的刚度和耗能能力，加劲环102围绕预制节点1的十字形中心布置；

箱槽形FRP型材混凝土组合梁2的端部设有两块槽形钢板201，两块槽形钢板201为靠背式放置；槽形钢板201的一部分伸入箱槽形FRP型材混凝土组合梁2内，槽形钢板201另一部分设有与FRP管混凝土柱3及预制节点1相对应的多个第二螺栓孔202；槽形钢板201设有腹板和翼缘，两个靠背式放置的槽形钢板201腹板之间形成竖向空腔；竖向空腔用以与预制节点1的十字形板连接；FRP管混凝土柱3由外围的预制FRP管303、中间的十字FRP型材301和其间的第二混凝土302组成，十字FRP型材301位于预制FRP管303的内部且沿预制FRP管303与预制节点1的连接方向上延伸出连接部301.1，连接部301.1的四个方向均设有多个第三螺栓孔304。

槽形钢板201厚度不小于15mm；槽形钢板201伸入箱槽形FRP型材混凝土组合梁2内部分长度h不小于2倍箱槽形FRP型材混凝土组合梁2的高度H，且不小于600mm；十字FRP型材301的厚度不小于20mm；加劲环102的总厚度不小于30mm；多个第一螺栓孔101、多个第二螺栓孔202和多个第三螺栓孔304的螺纹均与多个螺栓4相对应；螺栓4直径不小于20mm；

第一螺栓孔101、第二螺栓孔202和第三螺栓孔304的孔径均为r；边孔距M为距离预制节点1中心最远一列的第一螺栓孔101与预制节点1外纵向边缘的垂直距离；中孔距m为相邻两列第一螺栓孔101孔心间的垂直距离或者为相邻两列第二螺栓孔202孔心间的垂直距离或者为相邻两列第三螺栓孔304孔心间的垂直距离；中孔距m不小于3倍的孔径r，边孔距M不小于2倍孔径r以减少应力集中的影响。螺栓4为包含螺母和螺帽的成品螺栓；预制节点1和螺栓4的材料均为Cr-Cu-Mo系特种耐海水腐蚀钢材；槽形钢板201的材料为Cr-Cu-Mo系特种耐海水腐蚀钢材。

分下列步骤施工：

内嵌FRP型材的FRP管混凝土柱3的制作：将预制FRP管303及十字FRP型材301吊装就位并进行固定，形成浇筑模板。

将节点与柱连接：将预制节点1与柱内伸出的十字FRP型材301拼装，并将螺栓孔101和第三螺栓孔304对中，将节点未与梁连接的两个方向螺栓拧紧。

将节点与梁连接：将箱槽形FRP型材混凝土组合梁2吊装就位，端部的槽形钢板201形成的空腔与预制节点1找准并就位，对照预留第一螺栓孔101与第二螺栓孔202后用螺栓4连接。安装完成的节点效果图如图9所示。

混凝土浇筑：支设节点模板，浇筑内嵌十字FRP型材的FRP管混凝土柱3内及预制节点1处混凝土，养护成型，使得预制节点1、箱槽形FRP型材混凝土组合梁2和内嵌十字FRP型材的FRP管混凝土柱3形成整体。

可快速装配的FRP型材梁柱节点的施工方法，它包括如下步骤：

(1)将预制预制FRP管303及十字FRP型材301吊装就位并进行固定，十字FRP型材301在节点处伸出预制FRP管303，形成浇筑模板；模板材料为两片FRP环形片材，片材厚度不应小于柱身预制FRP管303壁厚，且不宜小于15mm；环形片材上下两端与柱的搭接长度不应小于内嵌十字FRP型材的FRP管混凝土柱的半径，且不宜小于200mm；模板就位后分别在上下端用两片半圆环形卡环固定，两片卡环之间用高强螺栓连接；

(2)将预制节点1与柱内伸出的十字FRP型材301拼装，并将将第一螺栓孔101与第三螺栓孔304对中，将预制节点1未与箱槽形FRP型材混凝土组合梁2连接的两个方向螺栓拧紧；

(3)将箱槽形FRP型材混凝土组合梁2吊装就位，端部的槽形钢板201形成的空腔与预制节点1找准并就位，对照预留第一螺栓孔101和第二螺栓孔202后用螺栓4连接；

(4)支设节点模板，浇筑内嵌十字FRP型材的FRP管混凝土柱3及预制节点1处混凝土。

Claims (3)

1.一种可快速装配的FRP型材梁柱节点，其特征在于：包括预制节点(1)、两个箱槽形FRP型材混凝土组合梁(2)，两个内嵌十字FRP型材的FRP管混凝土柱(3)和若干螺栓(4)；

所述预制节点(1)为分体式十字节点，由两个相同节点组成十字形且四个方向均预设有与FRP管混凝土柱(3)十字FRP型材对应的多个第一螺栓孔(101)；所述预制节点(1)的中心部位设有加劲环(102)用以进一步增强节点的刚度和耗能能力，所述加劲环(102)围绕预制节点(1)的十字形中心布置；

所述箱槽形FRP型材混凝土组合梁(2)的端部设有两块槽形钢板(201)，所述两块槽形钢板(201)为靠背式放置；所述槽形钢板(201)的一部分伸入箱槽形FRP型材混凝土组合梁(2)内，槽形钢板(201)另一部分设有与FRP管混凝土柱(3)及预制节点(1)相对应的多个第二螺栓孔(202)；所述槽形钢板(201)设有腹板和翼缘，所述两个靠背式放置的槽形钢板(201)腹板之间形成竖向空腔；所述竖向空腔用以与预制节点(1)的十字形板连接；

所述FRP管混凝土柱(3)由外围的预制FRP管(303)、中间的十字FRP型材(301)和其间的第二混凝土(302)组成，所述十字FRP型材(301)位于所述预制FRP管(303)的内部且沿预制FRP管(303)与所述预制节点(1)的连接方向上延伸出连接部(301.1)，所述连接部(301.1)的四个方向均设有多个第三螺栓孔(304)。

2.根据权利要求1所述可快速装配的FRP型材梁柱节点，其特征在于：所述槽形钢板(201)厚度不小于15mm；所述槽形钢板(201)伸入箱槽形FRP型材混凝土组合梁(2)内部分长度h不小于2倍箱槽形FRP型材混凝土组合梁(2)的高度H，且不小于600mm；所述十字FRP型材(301)的厚度不小于20mm；所述加劲环(102)的总厚度不小于30mm；所述多个第一螺栓孔(101)、多个第二螺栓孔(202)和多个第三螺栓孔(304)的螺纹均与所述多个螺栓(4)相对应；所述螺栓(4)直径不小于20mm；

所述第一螺栓孔(101)、第二螺栓孔(202)和第三螺栓孔(304)的孔径均为r；边孔距M为距离预制节点(1)中心最远一列的第一螺栓孔(101)孔心与预制节点(1)外纵向边缘的垂直距离；中孔距m为相邻两列第一螺栓孔(101)孔心间的垂直距离或者为相邻两列第二螺栓孔(202)孔心间的垂直距离或者为相邻两列第三螺栓孔(304)孔心间的垂直距离；所述中孔距m不小于3倍的孔径r，所述边孔距M不小于2倍孔径r以减少应力集中的影响。

3.根据权利要求1或2所述的可快速装配的FRP型材梁柱节点，其特征在于：所述螺栓(4)为包含螺母和螺帽的成品螺栓；所述预制节点(1)和螺栓(4)的材料均为Cr-Cu-Mo系特种耐海水腐蚀钢材；所述槽形钢板(201)的材料为Cr-Cu-Mo系特种耐海水腐蚀钢材。

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