CN110924522B - 一种钢筋混凝土梁与柱的钢板界面连接结构及连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢筋混凝土梁与柱的钢板界面连接结构及连接方法，通过辅助的界面钢套和钢梁靴实现预制柱和梁的连接。界面钢套由两个界面钢板、两组抗剪键和两组锚拉筋连接而成一个整体，界面钢套包嵌在柱子上；钢梁靴由两块侧板、一块底板、一块顶板合围而成一个两端开口钢套，装配后预制梁套接在钢梁靴内；界面钢套和钢梁靴通过焊接进行连接。连接时，先将界面钢套与柱预制成一个整体，再将钢梁靴的底板和两个侧板焊接到界面钢板上形成槽口，使之与柱连成整体；将梁落座进钢梁靴的槽口内，再将钢梁靴的顶板焊接到界面钢板和侧板上形成合围；塞焊孔焊接、螺钉旋进螺丝孔，完成装配连接。本发明提供了一种梁与柱更为简化且性能优越的连接结构。

Description

一种钢筋混凝土梁与柱的钢板界面连接结构及连接方法

技术领域

本发明涉及一种钢筋混凝土梁与柱的钢板界面连接结构及连接方法，是一种建筑工程领域中的装配式结构技术。

背景技术

近些年来，随着人们对居住条件和生活环境的要求不断提升，建筑业飞速发展。然而建筑业的发展造成严重的资源耗费和环境污染，迫使人们寻求建筑业的新出路。当前，以预制装配式建筑为特征的建筑工业化是建筑业领域实现低碳、可持续化发展的关键途径之一。

在预制装配式建筑中，结构构件的连接对于预制和装配施工效率以及服役力学性能有着至关重要的影响。其中，装配式框架结构是当前装配式结构中最适用的结构形式，而框架梁与柱的连接则是其中最为基础、至关重要的连接部位，其连接性能(包括预制装配施工性能、使用中的结构工作性能)影响着整个结构的连接性能。

现有装配式钢筋混凝土框架结构主要是采用现浇节点进行梁柱连接，其预制梁柱构件都会有钢筋外露，而且现场装配连接时还需要支模和浇筑，预制装配效率较低，连接界面整体性较弱。

另有预应力装配钢筋混凝土框架结构也得到了较为广泛的应用，其是一种高效预制装配结构体系。该体系采用局部无粘结筋将框架梁预压连接到框架柱上，简化了连接方式，保证了良好的抗震能力。然而，这种结构的连接方法还存在一些不足，主要包括：一、为了便于后张预应力束两端的张拉及锚固操作，装配预应力束一般都是贯穿整个横向或纵向的多跨框架梁之后向两端伸出边柱而后进行张拉及锚固操作，这给穿束带来了很大困难，同时也导致张拉摩擦预应力损失过大；二、另一种既有预应力装配钢筋混凝土框架结构中，为了便于穿束，将梁柱节点两侧局部范围内的梁段截面扩宽形成局部端面，然后在该范围内穿束并在局部端面上张拉锚固而形成局部预应力装配连接，但这样导致框架梁异形而给其预制及将来的使用带来麻烦。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种钢筋混凝土框架(包含预应力混凝土框架)梁与框架柱的钢板界面连接结构及连接方法，既可实现便利的干式连接方式，也可提供良好的结构工作性能，包括在大震时提供滑动摩擦耗能功能。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种钢筋混凝土梁与柱的钢板界面连接结构，所述柱为矩形截面的钢筋混凝土预制柱，其在与梁连接的侧面保持连续，所述梁为矩形截面的钢筋混凝土预制梁；其特征在于：该连接结构包括界面钢套和钢梁靴；

所述界面钢套包括两个界面钢板、两组抗剪键和两组锚拉筋；两个界面钢板分别与待连接的两个正对的梁的端面贴合适配，在界面钢板的上下两侧各设置有一排圆孔，每排中的圆孔位置对称且均匀分布；每个界面钢板贴合柱的侧面焊接一组横向的抗剪键，两组抗剪键在两个界面钢板上的位置对应，抗剪键为光圆钢筋，抗剪键的长度与界面钢板的宽度相同；锚拉筋的两端分别穿过界面钢板上相对的两个圆孔并向外延伸，锚拉筋的端部为螺纹结构，螺纹结构上安装有螺帽，将两个界面钢套固定在柱的两侧；抗剪键和锚拉筋预埋在柱内；

所述梁内的上下两侧各设置有一排梁内纵筋，在梁朝向柱的一端上下两侧各设置有一个梁端锚垫板，在梁端锚垫板上设置有通孔，梁内纵筋伸出梁的端面并穿过梁端锚垫板上对应的通孔，通过锚头将梁内纵筋固定在梁端锚垫板上；在梁的顶面和底面各设置一个预埋摩擦板；

所述钢梁靴是由两块侧板、一块底板和一块顶板合围而成的用于包裹梁横截面的两头开口钢套，钢梁靴的一个开口端四边分别与界面钢板的四边对应焊接，梁从钢梁靴的另一个开口端插入，两块侧板的顶边和底边分别与顶板和底板的对应边缘焊接；在底板和顶板上各设置有一排塞焊孔和一排螺丝孔，塞焊孔的位置与梁端锚垫板位置对应，螺丝孔的位置与预埋摩擦板位置对应。

优选的，所述预埋摩擦板包括一块钢板和两根粗钢筋，两根粗钢筋位置对称且均匀焊接在钢板的内侧面；钢板的外侧面与梁的顶面或底面平齐，两根粗钢筋垂直插入梁内。

优选的，所述界面钢板上的两排圆孔，上排圆孔和下排圆孔距离界面钢板顶面和底面的距离为50～100mm。

优选的，所述抗剪键的长度短于界面钢板的宽度0～50mm。

优选的，所述锚拉筋为带肋钢筋。

优选的，位于上侧的梁端锚垫板的顶面与梁的顶面齐平，位于下侧的梁端锚垫板的顶面与梁的底面齐平；梁端锚垫板的长度与界面钢板的宽度相等。

优选的，梁从钢梁靴的另一个开口端插入，插入的深度长于梁的高度50～100mm。

一种基于上述钢筋混凝土梁与柱的钢板界面连接结构的连接方法，包括如下步骤：

(a)制作界面钢板，并将抗剪键焊接到界面钢板上；

(b)制作柱内钢筋笼，并将其放置到柱模板内；其中，连接梁部位的模板用界面钢板充当；

(c)穿置锚拉筋并带上螺帽；

(d)浇筑柱混凝土并养护完成；

(e)将钢梁靴的底板和侧板焊接到界面钢板上；(此步骤亦可放到紧随第(8)步之后)

(f)制作梁内钢筋笼及预埋摩擦板，并将其放置到梁模板内，然后浇筑梁混凝土并养护完成；

(g)将梁端锚垫板套在梁内钢筋伸出段上，然后将锚头安装到梁内钢筋伸出段上；

(h)将柱组件及梁组件运输到装配现场，并将柱组件安装就位；

(i)将梁组件落座进钢梁靴的槽口内，并用高强、微膨胀砂浆灌满梁与钢梁靴之间的空隙；

(j)将钢梁靴的顶板焊接到界面钢板和侧板上；

(k)在钢梁靴顶板与底板上的塞焊孔内塞焊；

(l)在钢梁靴顶板与底板上的螺丝孔内旋进且旋紧螺钉，使螺钉紧紧地顶在预埋摩擦板上，完成装配连接。

另一种基于上述钢筋混凝土梁与柱的钢板界面连接结构的连接方法，相对上述方法来说，将步骤(e)放置在步骤(h)之后。

有益效果：本发明提供的钢筋混凝土梁与柱的钢板界面连接结构及连接方法，是一种梁与柱更为简化且性能优越的连接结构，相对于现有技术，具有如下优势：

1、预制梁和预制柱外形规则、不出筋、不留孔，给制作、运输、吊装、安装等环节带来便利；安装完成后的结构也具有规则的外形，给使用带来便利；

2、现场吊装就位所需的精度不高，给吊装就位带来便利；同时，梁与柱的装配安装只需就位后焊接一块顶板、几个塞焊孔以及拧紧几个螺钉即可完成，给装配安装带来便利；

3、钢梁靴的螺钉通过螺丝孔紧紧顶在预埋摩擦板上，这能够保证梁柱节点在地震作用下的优良工作性能，即在小震时，螺钉与预埋摩擦板之间的静摩擦保证梁与钢梁靴之间不滑动而使节点处于刚弹性工作状态，而在大震时，螺钉与预埋摩擦板之间出现滑动摩擦，这使得节点处于滑动摩擦耗能的工作状态；

4、钢梁靴的顶板和底板在远离柱一端要比侧板长出50mm，这长出的50mm处于悬臂状态，弯曲刚度较小，这使得梁在此处上下位移时受到顶板和底板板端约束较小，从而保护梁在此处的混凝土免受局部受压破坏；

5、界面钢套与柱整浇在一起，使柱内不必留设后穿筋用孔道，保证了柱不受削弱；同时，锚拉筋水平穿过柱，提高了节点的抗剪能力。

附图说明

图1为梁与柱的连接结构整体结构示意图；

图2为梁、柱的结构示意图；

图3为界面钢套的结构示意图；

图4为钢梁靴的结构示意图。

图中包括：1-柱；2-梁；2-1-梁内纵筋；2-2-梁端锚垫板；2-3-锚头；2-4-预埋摩擦板；3-界面钢套；3-1-界面钢板；3-2-抗剪键；3-3-圆孔；3-4-锚拉筋；3-5-螺帽；4-钢梁靴；4-1-侧板；4-2-底板；4-3-顶板；4-4-塞焊孔；4-5-螺丝孔；4-6-螺钉。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1～4所示为一种钢筋混凝土梁与柱的钢板界面连接结构，通过辅助的界面钢套3和钢梁靴4实现预制柱1和梁2的连接。

所述柱1为矩形截面的钢筋混凝土预制柱，其在与梁2连接的侧面保持连续，不出筋、不留孔。

在柱1与梁2连接的部位设有界面钢套3，界面钢套3由两个界面钢板3-1、两组抗剪键3-2和两组锚拉筋3-4组成。

所述界面钢板3-1为大小和位置与梁2的端面相匹配，且内侧贴合于柱表面的矩形钢板；在距界面钢板3-1的顶面和底面各一定距离(优选的为50mm)处设有一排位置对称、分布均匀的若干个(优选的为3个)圆孔3-3；靠近界面钢板两侧边的圆孔3-3，其中心距离相邻侧边的距离适当(优选的为50mm左右)；所述圆孔3-3的直径与锚拉筋3-4的直径匹配。

所述抗剪键3-2，优选采用光圆钢筋，每一组由若干段(优选的为3段)水平位向的抗剪键3-2由上至下均匀分布焊接在界面钢板3-1内侧，各段的长度一般等于界面钢板3-1的宽度减去0～50mm。

所述锚拉筋3-4，优选的采用带肋钢筋，每组锚拉筋3-4的直径和数量根据连接受力计算确定；锚拉筋3-4两头分别穿过界面钢板3-1上的圆孔并向外伸出，伸出段上车有外丝，并用螺帽上到外丝上，使锚拉筋3-4两端承载在界面钢板3-1的外表面。

所述抗剪键3-2和锚拉筋3-4埋置在所述柱1内。

所述梁2为矩形截面的钢筋混凝土预制梁，不出筋、不留孔；梁2内的上下两侧各设置有一排梁内纵筋2-1，其在梁端伸出梁2外并穿过梁端锚垫板2-2后，通过锚头2-3锚固到梁端锚垫板2-2上；梁2的顶面和底面各设有一块预埋摩擦板2-4。

所述梁端锚垫板2-2为钢板，长度与梁端宽度相等，厚度优选的取为30～50mm；上部梁端锚垫板2-2的顶面与梁端顶面平齐，下部梁端锚垫板2-2的底面与梁端底面平齐；梁端锚垫板2-2在梁内纵筋2-1位置处对应设有通孔使梁内纵筋2-1顺利穿过，通孔在上下方向处于梁端锚垫板2-2宽度的中部。

所述预埋摩擦板2-4由一块钢板和对称均匀分布焊接在钢板内表面的两根粗钢筋组成。钢板顶面与梁顶面或底面平齐，两根粗钢筋插入梁内；预埋摩擦板2-4沿梁宽度方向的尺寸优选的等于梁的宽度；预埋摩擦板2-4沿梁纵向的位置，与钢梁靴4上的螺丝孔4-5位置对应。

所述钢梁靴5是由两块侧板4-1、一块底板4-2、一块顶板4-3合围而成的两头开口钢套，其开口内空正好包住梁的横截面；其一开口端的四边焊接到界面钢板3-1的四边上，梁2从另一端开口插入其内，插入长度优选的等于梁2的截面高度。

所述底板4-2和顶板4-3，两侧边缘焊接到侧板4-1上，靠近界面钢板3-1的一端焊接到界面钢板3-1的上下边缘；底板4-2和顶板4-3沿梁纵向的长度一般设计等于梁横截面高度加上100mm；底板4-2和顶板4-3上均设有一排塞焊孔4-4和一排螺丝孔4-5，塞焊孔4-4的直径和数量根据连接受力计算确定；塞焊孔4-4沿梁纵向的位置与梁端锚垫板2-2对应、沿梁横向均匀分布于底板4-2或顶板4-3宽度范围内；螺丝孔4-5沿梁纵向的位置，距离顶板4-3或底板4-2的板端(靠近钢梁靴4的开口端者)距离优选为100mm。

所述侧板4-1，其顶边与底边分别焊接到顶板4-3和底板4-2的两侧边缘，靠近界面钢板3-1的一端焊接到界面钢板3-1两侧边缘；侧板4-1沿梁纵向的长度一般设计等于底板4-2或顶板4-3的长度减去50mm。

一种钢筋混凝土梁与柱的钢板界面连接方法，包括如下步骤：

(a)制作界面钢板，并将抗剪键焊接到界面钢板上；

(b)制作柱内钢筋笼，并将其放置到柱模板内；其中，连接梁部位的模板用界面钢板充当；

(c)穿置锚拉筋并带上螺帽；

(d)浇筑柱混凝土并养护完成；

(e)将钢梁靴的底板和侧板焊接到界面钢板上；(该步骤也可以放置在步骤(h)之后)

(f)制作梁内钢筋笼及预埋摩擦板，并将其放置到梁模板内，然后浇筑梁混凝土并养护完成；

(g)将梁端锚垫板套在梁内钢筋伸出段上，然后将锚头安装到梁内钢筋伸出段上；

(h)将柱组件及梁组件运输到装配现场，并将柱组件安装就位；

(i)将梁组件落座进钢梁靴的槽口内，并用高强、微膨胀砂浆灌满梁与钢梁靴之间的空隙；

(j)将钢梁靴的顶板焊接到界面钢板和侧板上；

(k)在钢梁靴顶板与底板上的塞焊孔内塞焊；

(l)在钢梁靴顶板与底板上的螺丝孔内旋进且旋紧螺钉，使螺钉紧紧地顶在预埋摩擦板上，完成装配连接。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种钢筋混凝土梁与柱的钢板界面连接结构，所述柱(1)为矩形截面的钢筋混凝土预制柱，其在与梁(2)连接的侧面保持连续，所述梁(2)为矩形截面的钢筋混凝土预制梁；其特征在于：该连接结构包括界面钢套(3)和钢梁靴(4)；

所述界面钢套(3)包括两个界面钢板(3-1)、两组抗剪键(3-2)和两组锚拉筋(3-4)；两个界面钢板(3-1)分别与待连接的两个正对的梁(2)的端面贴合适配，在界面钢板(3-1)的上下两侧各设置有一排圆孔(3-3)，每排中的圆孔(3-3)位置对称且均匀分布；每个界面钢板(3-1)贴合柱(1)的侧面焊接一组横向的抗剪键(3-2)，两组抗剪键(3-2)在两个界面钢板(3-1)上的位置对应，抗剪键(3-2)为光圆钢筋，抗剪键(3-2)的长度短于界面钢板(3-1)的宽度0～50mm；锚拉筋(3-4)的两端分别穿过界面钢板(3-1)上相对的两个圆孔(3-3)并向外延伸，锚拉筋(3-4)的端部为螺纹结构，螺纹结构上安装有螺帽(3-5)，将两个界面钢套(3)固定在柱(1)的两侧；抗剪键(3-2)和锚拉筋(3-4)预埋在柱(1)内；

所述梁(2)内的上下两侧各设置有一排梁内纵筋(2-1)，在梁(2)朝向柱(1)的一端上下两侧各设置有一个梁端锚垫板(2-2)，在梁端锚垫板(2-2)上设置有通孔，梁内纵筋(2-1)伸出梁(2)的端面并穿过梁端锚垫板(2-2)上对应的通孔，通过锚头(2-3)将梁内纵筋(2-1)固定在梁端锚垫板(2-2)上；在梁(2)的顶面和底面各设置一个预埋摩擦板(2-4)；

所述钢梁靴(4)是由两块侧板(4-1)、一块底板(4-2)和一块顶板(4-3)合围而成的用于包裹梁(2)横截面的两头开口钢套，钢梁靴(4)的一个开口端四边分别与界面钢板(3-1)的四边对应焊接，梁(2)从钢梁靴(4)的另一个开口端插入，两块侧板(4-1)的顶边和底边分别与顶板(4-3)和底板(4-2)的对应边缘焊接；在底板(4-2)和顶板(4-3)上各设置有一排塞焊孔(4-4)和一排螺丝孔(4-5)，塞焊孔(4-4)的位置与梁端锚垫板(2-2)位置对应，螺丝孔(4-5)的位置与预埋摩擦板(2-4)位置对应。

2.根据权利要求1所述的钢筋混凝土梁与柱的钢板界面连接结构，其特征在于：所述预埋摩擦板(2-4)包括一块钢板和两根钢筋，两根钢筋位置对称且均匀焊接在钢板的内侧面；钢板的外侧面与梁(2)的顶面或底面平齐，两根钢筋垂直插入梁(2)内。

3.根据权利要求1所述的钢筋混凝土梁与柱的钢板界面连接结构，其特征在于：所述界面钢板(3-1)上的两排圆孔(3-3)，上排圆孔(3-3)和下排圆孔(3-3)距离界面钢板(3-1)顶面和底面的距离为50～100mm。

4.根据权利要求1所述的钢筋混凝土梁与柱的钢板界面连接结构，其特征在于：所述锚拉筋(3-4)为带肋钢筋。

5.根据权利要求1所述的钢筋混凝土梁与柱的钢板界面连接结构，其特征在于：位于上侧的梁端锚垫板(2-2)的顶面与梁(2)的顶面齐平，位于下侧的梁端锚垫板(2-2)的顶面与梁(2)的底面齐平；梁端锚垫板(2-2)的长度与界面钢板(3-1)的宽度相等。

6.根据权利要求1所述的钢筋混凝土梁与柱的钢板界面连接结构，其特征在于：梁(2)从钢梁靴(4)的另一个开口端插入，插入的深度长于梁(2)的高度50～100mm。

7.一种基于权利要求1～6任意所述钢筋混凝土梁与柱的钢板界面连接结构的连接方法，其特征在于：包括如下步骤：

(a)制作界面钢板，并将抗剪键焊接到界面钢板上；

(b)制作柱内钢筋笼，并将其放置到柱模板内；其中，连接梁部位的模板用界面钢板充当；

(c)穿置锚拉筋并带上螺帽；

(d)浇筑柱混凝土并养护完成；

(e)将钢梁靴的底板和侧板焊接到界面钢板上；

(f)制作梁内钢筋笼及预埋摩擦板，并将其放置到梁模板内，然后浇筑梁混凝土并养护完成；

(g)将梁端锚垫板套在梁内钢筋伸出段上，然后将锚头安装到梁内钢筋伸出段上；

(h)将柱组件及梁组件运输到装配现场，并将柱组件安装就位；

(i)将梁组件落座进钢梁靴的槽口内，并用砂浆灌满梁与钢梁靴之间的空隙；

(j)将钢梁靴的顶板焊接到界面钢板和侧板上；

(k)在钢梁靴顶板与底板上的塞焊孔内塞焊；

(l)在钢梁靴顶板与底板上的螺丝孔内旋进且旋紧螺钉，使螺钉紧紧地顶在预埋摩擦板上，完成装配连接。

8.根据权利要求7所述的连接方法，其特征在于：将步骤(e)放置在步骤(h)之后。

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