CN110924523B - 一种钢筋混凝土柱与基础的钢板界面柔性连接结构及连接方法 - Google Patents

一种钢筋混凝土柱与基础的钢板界面柔性连接结构及连接方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钢筋混凝土柱与基础的钢板界面柔性连接结构及连接方法,通过钢板组件和夹层组件实现柱和基础的连接;钢板组件由一块界面钢板、抗剪键、一组内圈圆孔以及一组外圈圆孔组成;夹层组件由钢管箍及填充于其内的微膨胀细石混凝土组成;锚筋由无粘结预应力钢绞线制作而成,由锚具段、无粘结段、圆弧锚固段以及直线锚固段接续组成。连接时,先制作柱及固定于其底面的钢板组件;再制作基础并留设锚筋及基顶凹痕;就位钢管箍并在其内填充微膨胀细石混凝土;将柱与钢板组件落座到微膨胀细石混凝土顶面,然后对穿过界面钢板外圈圆孔的锚筋进行张拉和锚固,柱与基础的连接完成。本发明提供了一种柱与基础更为简化且性能优越的连接结构。

Description

一种钢筋混凝土柱与基础的钢板界面柔性连接结构及连接 方法
技术领域
本发明涉及一种钢筋混凝土柱与基础的钢板界面柔性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,而框架柱与基础的连接是其中必不可少的连接部位。
现有装配式钢筋混凝土框架结构的柱与基础连接,主要是采用预制柱在柱底外露锚固钢筋然后将其与基础进行现浇的连接方式,其预制柱构件会有较长钢筋外露,而且现场装配连接时还需要支模和浇筑基础,湿作业量大。
另有一种柱与基础的干式连接方法,是将预制好的柱插入到预制好的基础的杯口内,然后在杯口空隙内灌注细石混凝土,该连接方式极为简便,但连接节点只能提供铰接连接效果,主要应用于单层排架等结构中,无法应用于框架结构等需要提供固结连接效果的结构中。
因此,目前装配式框架结构的柱与基础连接,亟需既能提供干式连接的便利装配性能、又能提供固结连接的力学性能的连接技术。
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柱与基础的钢板界面柔性连接结构及方法,既可实现便利的干式连接,也可保证连接节点能够提供小震下的固结连接效果及良好的整体性、以及大震时良好的弹性变形能力而对柱脚提供保护作用。
技术方案:为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种钢筋混凝土柱与基础的钢板界面柔性连接结构,通过钢板组件和夹层组件实现柱和基础的连接;
所述上柱为常规矩形截面的钢筋混凝土预制柱,主要由柱混凝土和柱纵筋组成,柱纵筋伸出柱底端面,伸出长度超出界面钢板厚度和锚头高度之和,柱纵筋伸出部分的末端设置有螺纹;
所述钢板组件包括一块界面钢板,界面钢板的长宽均大于柱底端面的长宽,柱底端面贴合在钢板组件顶面的中部,并且长宽各自平行;在界面钢板顶面和底面各焊接有一组抗剪键,界面钢板顶面的抗剪键预埋在柱内,界面钢板底面的抗剪键埋设在夹层组件的混凝土内;在界面钢板上设置有内圈圆孔,柱纵筋通过内圈圆孔伸出后与锚头通过螺纹结构连接;在界面钢板超出柱底端面区域环绕上柱底端面设置有一圈外圈圆孔;
所述基础为常规形式预制钢筋混凝土独立基础,在基础顶面做包含界面钢板对应的区域的等效圆,在基础顶面的等效圆范围内设有基顶凹痕,在基础内设置有锚筋,锚筋的上端部伸出基础顶端面,并穿过界面钢板上的对应外圈圆孔通过锚具固定;
所述锚筋由无粘结预应力钢绞线制作而成,由上至下由锚具段、无粘结段、圆弧锚固段和直线锚固段四段接续组成,锚具段和无粘结段在同一条铅锤线上,圆弧锚固段为四分之一圆弧,直线锚固段在一条水平线上,通过圆弧锚固段将锚筋从铅锤方向过渡至水平方向,直线锚固段的延伸方向朝向无粘结段所处的柱的侧面的对立侧面;锚具段的底端与界面钢板底面齐平,顶端通过外圈圆孔伸出界面钢板顶面,并与锚具固定,直线锚固段高于基础底面50~150mm;
所述夹层组件包括钢管箍,钢管箍为一圆形截面筒,钢管箍的直径与基础顶面的等效圆直径适配,在钢管箍内填充混凝土;夹层组件放置在基础顶面的等效圆上。
优选的,将所有锚筋分为主对边锚筋和副对边锚筋两组,主对边锚筋是无粘结段所处的柱的侧面在同一侧面或对立侧面的所有锚筋,剩余的锚筋为副对边锚筋;若存在锚筋同时能够作为主对边锚筋和副对边锚筋,将该锚筋分配为主对边锚筋;所有锚筋的无粘结段平行,所有主对边锚筋的直线锚固段在同一水平面内且相互平行,所有副对边锚筋的直线锚固段在同一水平面内且相互平行。
优选的,所述抗剪键为带肋钢筋;所有同一平面上的抗剪键纵横正交、均匀对称分布,平行于柱底端面的长宽方向。
优选的,所述同一平面上的抗剪键的数量为7根,纵横正交形成田字格形。
优选的,所述钢板组件、夹层组件、柱和基础的铅垂轴线在同一竖直线上。
优选的,所述钢板组件的侧边距离柱底端面对应侧边的距离为50~100mm。
一种基于上述钢筋混凝土柱与基础的钢板界面柔性连接结构的连接方法,包括如下步骤:
(a)制作和准备钢板组件、钢管箍、锚头以及锚具;
(b)制作柱钢筋笼,并将其放置到模板内,其中,柱底模板用界面钢板充当;
(c)在柱纵筋伸出界面钢板段固定好锚头;
(d)浇筑柱混凝土并养护完成;
(e)制作并绑扎基础钢筋;其中,锚筋由无粘结预应力钢绞线制作,具体是将锚具段、圆弧锚固段以及直线锚固段的护套及防锈油脂去除掉,而将无粘结段的护套及防锈油脂保留;
(f)预制基础,并在基础混凝土初凝前压制好基顶凹痕;
(g)将柱组件及基础组件运输到装配现场,并将基础组件安装就位;
(h)将钢管箍就位到基础顶面,并在其内填充略高于其高度的微膨胀细石混凝土;
(i)(不必等待微膨胀细石混凝土结硬)将柱组件通过界面钢板落座到微膨胀细石混凝土顶面,其中基础的锚筋穿过界面钢板的外圈圆孔,然后对锚筋进行张拉并用锚具将其锚固,柱与基础的连接完成。
有益效果:本发明提供的适用于钢筋混凝土框架柱与基础的钢板界面柔性连接结构及方法,是一种柱与基础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、预制柱和基础外形规则、不留孔,预制柱不出筋、预制基础只有顶面出筋,这些特征都给制作、运输、吊装、安装等环节带来便利;
2、现场装配安装时,由于钢管箍的围压作用,微膨胀细石混凝土不需结硬即可直接支承预制柱传来的压力以及张拉预应力,免去了等待结硬的时间,大幅提高了装配效率;在此基础上,只需在基础锚筋顶端进行张拉锚固即可完成连接,给装配安装带来便利;
3、焊接在界面钢板上的田字格式的抗剪键,制作简便,抗剪受力性能好;
4、柱纵筋在界面钢板外用锚头锚固,锚固效率系数很高,因而对柱纵筋的削弱极小,锚固效果好;
5、采用了钢管箍内灌微膨胀细石混凝土的夹层组件,其中钢管箍对内灌微膨胀细石混凝土能够形成围压作用,从而提高了夹层的抗压及抗剪能力,保证了连接的可靠性;
6、锚筋水平锚固段不仅起到锚筋的锚固作用,还能兼做基础底板受力纵筋的作用,不造成浪费;
7、锚筋设有预应力无粘结段,这种连接在小震作用下接近于固结连接状态,连接刚度及整体性好;而在大震作用下,具有一定长度的无粘结段钢绞线又拥有良好的受拉弹性变形能力,另一方面,受到钢管箍围压的细石混凝土也拥有良好的弹性受压变形能力,二者协同提供良好的柱脚弯曲弹性变形能力,从而对柱脚提供良好的保护作用,进而对防止结构倒塌具有有益作用。
附图说明
图1为柱与基础的连接结构整体示意图;
图2为柱(混凝土剖分)与钢板组件的结构示意图;
图3为基础(混凝土剖分)与钢板组件以及夹层组件的结构示意图;
图4(a)主对边锚筋布置示意图;
图4(b)为副对边锚筋布置示意图;
图5为单根锚筋组成结构示意图。
图中包括:1-柱;1-1-柱混凝土;1-2-柱纵筋;1-3-锚头;2-基础;2-1-基础混凝土;2-2-基顶凹痕;2-3-锚筋;2-3-1-主对边锚筋;2-3-2-副对边锚筋;2-3-11-锚具段;2-3-12-无粘结段;2-3-13-圆弧锚固段;2-3-14-直线锚固段;2-4-锚具;3-钢板组件;3-1-界面钢板;3-2-抗剪键;3-3-内圈圆孔;3-4-外圈圆孔;4-夹层组件;4-1-钢管箍;4-2-微膨胀细石混凝土。
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1~5所示为一种钢筋混凝土柱与基础的钢板界面柔性连接结构,是将具有无粘结段的基础2上的锚筋2-3向上延伸,穿过夹层组件4,用锚具2-4(张拉锚)固定到钢板组件3上,实现预制柱1和基础2的连接。预制柱1和基础2均为常规规则外形、不留孔、少量出筋且出筋位置友好。
所述柱1的主体为常规矩形截面的钢筋混凝土预制柱,包括必要的柱混凝土1-1、柱纵筋1-2以及锚头1-3;柱纵筋1-2伸出柱1底端面一定长度,该长度略大于界面钢板3-1厚度加上锚头1-3高度;锚头1-3是一种市场上可以买到的锚固钢筋专用锚具。
钢板组件3设置在柱1底端面,钢板组件3包括一块界面钢板3-1,在界面钢板3-1的顶面和底面各焊接有抗剪键3-2,在界面钢板3-1上设置一组内圈圆孔3-3以及一组外圈圆孔3-4组成。
界面钢板3-1是一块顶面贴合在柱1底端面上的钢板,其四周超出柱1底端面相等宽度,该宽度优选为50~100mm,界面钢板3-1的厚度根据界面受力计算确定;界面钢板3-1顶面和底面的居中部位各焊接有一组相同的抗剪键3-2;同一平面上的所有抗剪键3-2纵横正交、均匀对称分布,平行于柱1底端面的长宽方向,一般可采用7根钢筋拼成田字格形式布置,田字格外边长等于柱1底端面边长减去150mm;所述界面钢板3-1的顶面和底面的抗剪键3-2分别嵌置在柱1底端面以内及微膨胀细石混凝土4-2以内;在柱纵筋1-2穿过界面钢板3-1的位置处设有内圈圆孔3-3,柱纵筋1-2穿过内圈圆孔3-3后用锚头1-3锚固使之端承在界面钢板3-1的底面;在界面钢板3-1超出柱1底端面宽度的居中部位,设有一圈均匀分布的外圈圆孔3-4供锚筋2-3穿过,孔径及数量根据连接计算确定。
所述基础2的主体为常规形式预制钢筋混凝土独立基础;在基础2顶面做包含界面钢板3-1对应的区域的等效圆,在等效圆范围内设有基顶凹痕2-2以形成粗糙面;在基础2内设有一组锚筋2-3,所述锚筋2-3根数与外圈圆孔3-4数量相同。
所述锚筋2-3由无粘结预应力钢绞线制作而成,由上至下由锚具段2-3-11、无粘结段2-3-12、圆弧锚固段2-3-13和直线锚固段2-3-14四段接续组成,锚具段2-3-11和无粘结段2-3-12在同一条铅锤线上,圆弧锚固段2-3-13为四分之一圆弧,直线锚固段2-3-14在一条水平线上,通过圆弧锚固段2-3-13将锚筋2-3从铅锤方向过渡至水平方向,直线锚固段2-3-14的延伸方向朝向无粘结段2-3-12所处的柱1的侧面的对立侧面;锚具段2-3-11的底端与界面钢板3-1底面齐平,顶端通过外圈圆孔3-4伸出界面钢板3-1顶面,并与锚具2-4固定,可设计无粘结段2-3-12的底端高于基础2底面约500mm,可设计直线锚固段2-3-14的底端高于基础2底面约400mm。
将所有锚筋2-3分为主对边锚筋2-3-1和副对边锚筋2-3-2两组,主对边锚筋2-3-1包含穿过界面钢板3-1某一对对边(称为主对边)邻近的全部外圈圆孔3-4的锚筋2-3,副对边锚筋2-3-2只包含穿过界面钢板3-1另一对对边(称为副对边)邻近的全部外圈圆孔3-4除去四个角部外圈圆孔3-4的锚筋2-3;每根主对边锚筋2-3-1所在的平面,均垂直于主对边所在平面;每根副对边锚筋2-3-2所在的平面,均垂直于副对边所在平面;每根锚筋2-3的圆弧锚固段2-3-13的弯折方向均指向对边方向。
所述夹层组件4由钢管箍4-1及填充于其内的微膨胀细石混凝土4-2组成,钢管箍4-1是一个圆形截面筒,筒的横截面内径略大于界面钢板3-1板面外接圆的直径,我们取与等效圆直径一致,筒的高度可选取为50~100mm,钢管箍4-1的壁厚根据微膨胀细石混凝土4-2围压需求计算确定。
所述夹层组件4的上、下表面分别与界面钢板3-1底面及基础2顶面接触,其铅垂轴线与柱1及基础2的铅垂轴线重合;所述基础2内的锚筋2-3向上穿过夹层组件4中的微膨胀细石混凝土4-2和界面钢板上3-1的外圈圆孔3-4,在界面钢板3-1顶面用锚具2-4将其锚固,由此实现柱与基础的连接。
所述夹层组件上、下表面分别与界面钢板底面及基础顶面接触,其铅垂轴线与柱及基础的铅垂轴线重合;所述基础内的锚筋向上穿过夹层中的微膨胀细石混凝土和界面钢板上的外圈圆孔,在界面钢板顶面张拉并用锚具将其锚固,由此实现柱与基础的连接。
一种钢筋混凝土柱与基础的钢板界面柔性连接结构的连接方法,包括如下步骤:
(a)制作和准备钢板组件、钢管箍、锚头以及锚具;
(b)制作柱钢筋笼,并将其放置到模板内,其中,柱底模板用界面钢板充当;
(c)在柱纵筋伸出界面钢板段固定好锚头;
(d)浇筑柱混凝土并养护完成;
(e)制作并绑扎基础钢筋;其中,锚筋由无粘结预应力钢绞线制作,具体是将锚具段、圆弧锚固段以及直线锚固段的护套及防锈油脂去除掉,而将无粘结段的护套及防锈油脂保留;
(f)预制基础,并在基础混凝土初凝前压制好基顶凹痕;
(g)将柱组件及基础组件运输到装配现场,并将基础组件安装就位;
(h)将钢管箍就位到基础顶面,并在其内填充略高于其高度的微膨胀细石混凝土;
(i)将柱组件通过界面钢板落座到微膨胀细石混凝土顶面,其中基础的锚筋穿过界面钢板的外圈圆孔,然后对锚筋进行张拉并用锚具将其锚固,柱与基础的连接完成。
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 (6)

1.一种钢筋混凝土柱与基础的钢板界面柔性连接结构,其特征在于:通过钢板组件(3)和夹层组件(4)实现柱(1)和基础(2)的连接;
所述柱(1)为矩形截面的钢筋混凝土预制柱,主要由柱混凝土(1-1)和柱纵筋(1-2)组成,柱纵筋(1-2)伸出柱(1)底端面,伸出长度超出界面钢板(3-1)厚度和锚头(1-3)高度之和,柱纵筋(1-2)伸出部分的末端设置有螺纹;
所述钢板组件(3)包括一块界面钢板(3-1),界面钢板(3-1)的长宽均大于柱(1)底端面的长宽,柱底端面贴合在钢板组件(3)顶面的中部,并且长宽各自平行;在界面钢板(3-1)顶面和底面各焊接有一组抗剪键(3-2),界面钢板(3-1)顶面的抗剪键(3-2)预埋在柱(1)内,界面钢板(3-1)底面的抗剪键(3-2)埋设在夹层组件(4)的混凝土(4-2)内;在界面钢板(3-1)上设置有内圈圆孔(3-3),柱纵筋(1-2)通过内圈圆孔(3-3)伸出后与锚头(1-3)通过螺纹结构连接;在界面钢板(3-1)超出柱(1)底端面区域环绕柱(1)底端面设置有一圈外圈圆孔(3-4);
所述基础(2)为预制钢筋混凝土独立基础,在基础(2)顶面做包含界面钢板(3-1)对应的区域的等效圆,在基础(2)顶面的等效圆范围内设有基顶凹痕(2-2),在基础(2)内设置有锚筋(2-3),锚筋(2-3)的上端部伸出基础(2)顶端面,并穿过界面钢板(3-1)上的对应外圈圆孔(3-4)通过锚具(2-4)固定;
所述锚筋(2-3)由无粘结预应力钢绞线制作而成,由上至下由锚具段(2-3-11)、无粘结段(2-3-12)、圆弧锚固段(2-3-13)和直线锚固段(2-3-14)四段接续组成,锚具段(2-3-11)和无粘结段(2-3-12)在同一条铅锤线上,圆弧锚固段(2-3-13)为四分之一圆弧,直线锚固段(2-3-14)在一条水平线上,通过圆弧锚固段(2-3-13)将锚筋(2-3)从铅锤方向过渡至水平方向,直线锚固段(2-3-14)的延伸方向朝向无粘结段(2-3-12)所处的柱(1)的侧面的对立侧面;锚具段(2-3-11)的底端与界面钢板(3-1)底面齐平,顶端通过外圈圆孔(3-4)伸出界面钢板(3-1)顶面,并与锚具(2-4)固定,直线锚固段(2-3-14)高于基础(2)底面50~150mm;
所述夹层组件(4)包括钢管箍(4-1),钢管箍(4-1)为一圆形截面筒,钢管箍(4-1)的直径与基础(2)顶面的等效圆直径适配,在钢管箍(4-1)内填充混凝土(4-2);夹层组件(4)放置在基础(2)顶面的等效圆上。
2.根据权利要求1所述的钢筋混凝土柱与基础的钢板界面柔性连接结构,其特征在于:所述抗剪键(3-2)为带肋钢筋;所有同一平面上的抗剪键(3-2)纵横正交、均匀对称分布,平行于柱(1)底端面的长宽方向。
3.根据权利要求2所述的钢筋混凝土柱与基础的钢板界面柔性连接结构,其特征在于:所述同一平面上的抗剪键(3-2)的数量为7根,纵横正交形成田字格形。
4.根据权利要求1所述的钢筋混凝土柱与基础的钢板界面柔性连接结构,其特征在于:所述钢板组件(3)、夹层组件(4)、柱(1)和基础(2)的铅垂轴线在同一竖直线上。
5.根据权利要求1所述的钢筋混凝土柱与基础的钢板界面柔性连接结构,其特征在于:所述钢板组件(3)的侧边距离柱(1)底端面对应侧边的距离为50~100mm。
6.一种基于权利要求1~4任意所述钢筋混凝土柱与基础的钢板界面柔性连接结构的连接方法,其特征在于:包括如下步骤:
(a)制作和准备钢板组件、钢管箍、锚头以及锚具;
(b)制作柱钢筋笼,并将其放置到模板内,其中,柱底模板用界面钢板充当;
(c)在柱纵筋伸出界面钢板段固定好锚头;
(d)浇筑柱混凝土并养护完成;
(e)制作并绑扎基础钢筋;其中,锚筋由无粘结预应力钢绞线制作,具体是将锚具段、圆弧锚固段以及直线锚固段的护套及防锈油脂去除掉,而将无粘结段的护套及防锈油脂保留;
(f)预制基础,并在基础混凝土初凝前压制好基顶凹痕;
(g)将柱组件及基础组件运输到装配现场,并将基础组件安装就位;
(h)将钢管箍就位到基础顶面,并在其内填充略高于其高度的微膨胀细石混凝土;
(i)将柱组件通过界面钢板落座到微膨胀细石混凝土顶面,其中基础的锚筋穿过界面钢板的外圈圆孔,然后对锚筋进行张拉并用锚具将其锚固,柱与基础的连接完成。
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