CN110056086A - 新型frp型材快速装配式梁柱节点结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种新型FRP型材快速装配式梁柱节点结构，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、预制十字环节点和配套螺栓。预制十字环节点与内嵌十字FRP型材的FRP管混凝土柱的十字FRP型材拼装，箱槽形FRP型材混凝土组合梁通过端部预埋槽形钢板与预制十字环节点连接。本装配式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

新型FRP型材快速装配式梁柱节点结构

技术领域

本发明涉及建筑工程领域，具体是指一种新型FRP型材快速装配式梁柱节点结构。

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，本发明的目的是提供一种新型FRP型材快速装配式梁柱节点结构，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，本发明提供的新型FRP型材快速装配式梁柱节点结构，其特征在于：包括设有十字环的预制十字环节点、四个箱槽形FRP型材混凝土组合梁、两个内嵌十字FRP型材的FRP管混凝土柱及若干螺栓；所述预制十字环节点的上下部分分别通过若干螺栓与两个内嵌十字FRP型材的FRP管混凝土柱连接，所述预制十字环节点的十字环的四个面分别通过若干螺栓与四个箱槽形FRP型材混凝土组合梁连接；

所述预制十字环节点为工厂预制成型的一体式十字节点，所述预制十字环节点四个方向均预留有多列布置的多个第一螺栓孔；在所述十字环中心部位设有加劲环，用以进一步增强预制十字环节点的刚度和耗能能力；所述加劲环围绕十字环的中心布置；

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第一螺栓孔和第三螺栓孔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管与所述预制十字环节点的连接方向上延伸出连接部，所述十字FRP型材的四个方向均设有多个第三螺栓孔；所述第一螺栓孔、第二螺栓孔和第三螺栓孔之间相互对应。

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不小于2倍箱槽形FRP型材混凝土组合梁的高度，且不小于600mm；所述加劲环总厚度不小于30mm；所述十字FRP型材厚度不小于20mm；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；所用螺栓直径不小于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为距离预制十字环节点中心最远一列的第一螺栓孔与预制十字环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；以预制十字环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均需要与预制梁连接，因此布置多列螺栓孔，此处列按竖向分，以与预制十字环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；所述预制十字环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，该节点相当于有两道防线：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、不管是中柱、边柱还是角柱，节点形式完全一致，即在方形环节点的四个方向上，不管梁是十字形、T字形和L字形布置，节点形式可保持不变，与梁连接的方向按前述方式连接，未与梁连接的方向也正常使用螺栓将十字环节点与柱内十字FRP型材连接，减少了工厂设计及生产成本。

3、节点采用预制构件现场装配，具有方便、快捷的优点，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为本发明预制十字环节点的整体装配示意图。

图2为本发明预制十字环节点的透视图a。

图3为本发明预制十字环节点的主视图b。

图4为本发明预制十字环节点的断面图c。

图5为本发明梁端部透视图a及断面图b。

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：预制十字环节点1，十字环101，第一螺栓孔102，加劲环103，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

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

如图所示的新型FRP型材快速装配式梁柱节点结构，包括设有十字环101的预制十字环节点1、四个箱槽形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及若干螺栓4；预制十字环节点1的上下部分分别通过若干螺栓4与两个内嵌十字FRP型材的FRP管混凝土柱3连接，预制十字环节点1的十字环101的四个面分别通过若干螺栓4与四个箱槽形FRP型材混凝土组合梁2连接；预制十字环节点1为工厂预制成型的一体式十字节点，预制十字环节点1四个方向均预留有多列布置的多个第一螺栓孔102；在十字环101中心部位设有加劲环103，用以进一步增强预制十字环节点1的刚度和耗能能力；加劲环103围绕十字环101的中心布置；

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十字环节点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与预制十字环节点1的连接方向上延伸出连接部301.1，十字FRP型材301的四个方向均设有多个第三螺栓孔304；第一螺栓孔102、第二螺栓孔202和第三螺栓孔304之间相互对应。

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内部分长度不小于2倍箱槽形FRP型材混凝土组合梁2的高度，且不小于600mm；加劲环103总厚度不小于30mm；十字FRP型材301厚度不小于20mm；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；所用螺栓4直径不小于20mm；

第一螺栓孔102、第二螺栓孔202和第三螺栓孔304的孔径均为r；边孔距M为距离预制十字环节点1中心最远一列的第一螺栓孔102与预制十字环节点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102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；预制十字环节点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。

新型FRP型材快速装配式梁柱节点结构的施工方法：

(1)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。模板材料为四片FRP环形片材，片材厚度不应小于柱身FRP圆管壁厚，且不宜小于15mm。环形片材上下两端与内嵌十字FRP型材的FRP管混凝土柱3的搭接长度不应小于内嵌十字FRP型材的FRP管混凝土柱3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)将预制十字环节点1套入柱内十字FRP型材301的伸出部分，注意检查使得第一螺栓孔102和第三螺栓孔304对照。

(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形成的空腔与预制十字环节点1找准并就位，对照第一螺栓孔102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及预制十字环节点1处混凝土。

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：将预制十字环节点1套入十字FRP型材301柱内伸出的部分，注意检查使得第一螺栓孔102和第三螺栓孔304对照。

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形成的空腔与十字环节点1找准并就位，对照第一螺栓孔102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5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内及预制十字环节点1处混凝土，养护成型。

Claims (3)

1.一种新型FRP型材快速装配式梁柱节点结构，其特征在于：包括设有十字环(101)的预制十字环节点(1)、四个箱槽形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)及若干螺栓(4)；所述预制十字环节点(1)的上下部分分别通过若干螺栓(4)与两个内嵌十字FRP型材的FRP管混凝土柱(3)连接，所述预制十字环节点(1)的十字环(101)的四个面分别通过若干螺栓(4)与四个箱槽形FRP型材混凝土组合梁(2)连接；

所述预制十字环节点(1)为工厂预制成型的一体式十字节点，所述预制十字环节点(1)四个方向均预留有多列布置的多个第一螺栓孔(102)；在所述十字环(101)中心部位设有加劲环(103)，用以进一步增强预制十字环节点(1)的刚度和耗能能力；所述加劲环(103)围绕十字环(101)的中心布置；

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十字环节点(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)与所述预制十字环节点(1)的连接方向上延伸出连接部(301.1)，所述十字FRP型材(301)的四个方向均设有多个第三螺栓孔(304)；所述第一螺栓孔(102)、第二螺栓孔(202)和第三螺栓孔(304)之间相互对应。

2.根据权利要求1所述的新型FRP型材快速装配式梁柱节点结构，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)内部分长度不小于2倍箱槽形FRP型材混凝土组合梁(2)的高度，且不小于600mm；所述加劲环(103)总厚度不小于30mm；所述十字FRP型材(301)厚度不小于20mm；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；所用螺栓(4)直径不小于20mm；

所述第一螺栓孔(102)、第二螺栓孔(202)和第三螺栓孔(304)的孔径均为r；所述边孔距M为距离预制十字环节点(1)中心最远一列的第一螺栓孔(102)与预制十字环节点(1)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(102)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所述的新型FRP型材快速装配式梁柱节点结构，其特征在于：所述螺栓(4)为包含螺母和螺帽的成品螺栓；所述预制十字环节点(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。