CN110924525A - 一种钢筋混凝土柱与柱的钢板界面螺栓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柱与柱的钢板界面螺栓连接结构及连接方法，通过固定在上柱柱底和下柱柱顶的上柱钢板组件和下柱钢板以及夹在它们之间的夹层组件、用连接螺栓实现预制柱和柱的连接。预制柱为常规规则外形、不出筋、不留孔；上柱及下柱的钢板组件均由一块界面钢板、一组抗剪键、一组内圈圆孔以及一组外圈圆孔组成；夹层组件由钢板箍及填充于其内的微膨胀砂浆组成。连接方法的主要步骤为：制作上柱及下柱的钢板组件并分别与上柱和下柱预制成整体；就位钢板箍并在其内填充微膨胀砂浆；用连接螺栓将上柱界面钢板和下柱界面钢板连接起来，上柱与下柱的连接完成。本发明提供了一种柱与柱更为简化且性能优越的连接结构。

Description

一种钢筋混凝土柱与柱的钢板界面螺栓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柱的钢板界面螺栓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，而框架柱与柱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主要是采用在楼层位置现浇节点进行柱与柱的连接，其预制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，同时，柱与柱的钢筋采用套筒灌浆连接方式，施工对位要求高，灌浆工艺水平要求高，因此，预制装配效率较低，连接界面整体性较弱。

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柱的钢板界面螺栓连接结构及连接方法，既可实现便利的干式连接，也可保证连接节点拥有较好的整体性。

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柱的钢板界面螺栓连接结构，通过上柱钢板组件、夹层组件和下柱钢板组件实现上柱和下柱的连接，所述上柱和下柱均为矩形截面的钢筋混凝土预制柱；

所述上柱主要由上柱混凝土和上柱纵筋组成，上柱纵筋伸出上柱底端面，伸出长度超出上柱界面钢板厚度和上柱螺帽厚度之和，上柱纵筋伸出部分的末端设置有螺纹；

所述下柱主要由下柱混凝土和下柱纵筋组成，下柱纵筋伸出下柱顶端面，伸出长度超出下柱界面钢板厚度和下柱螺帽厚度之和，下柱纵筋伸出部分的末端设置有螺纹；

所述上柱钢板组件包括一块上柱界面钢板，上柱界面钢板的长宽均大于上柱底端面的长宽，上柱底端面贴合在上柱钢板组件顶面的中部，并且长宽各自平行；在上柱界面钢板顶面和底面各焊接有一组上板抗剪键，上柱界面钢板顶面的上板抗剪键预埋在上柱内，上柱界面钢板底面的上板抗剪键埋设在夹层组件的砂浆内；在上柱界面钢板上设置有上板内圈圆孔，上柱纵筋通过上板内圈圆孔伸出后与上柱螺帽通过螺纹结构连接；在上柱界面钢板超出上柱底端面区域环绕上柱底端面设置有一圈上板外圈圆孔；

所述下柱钢板组件包括一块下柱界面钢板，下柱界面钢板的长宽均大于下柱顶端面的长宽，下柱顶端面贴合在下柱界面钢板底面的中部，并且长宽各自平行；在下柱界面钢板顶面和底面各焊接有一组下板抗剪键，下柱界面钢板底面的下板抗剪键预埋在下柱内，下柱界面钢板顶面的下板抗剪键埋设在夹层组件的砂浆内；在下柱界面钢板上设置有下板内圈圆孔，下柱纵筋通过下板内圈圆孔伸出后与下柱螺帽通过螺纹结构连接；在下柱界面钢板超出下柱顶端面区域环绕下柱顶端面设置有一圈下板外圈圆孔；

所述上板外圈圆孔与下板外圈圆孔的位置一一对应；

所述夹层组件包括钢板箍，钢板箍是一个由四块立放的钢板合围焊接而成的矩形截面筒，在矩形截面筒内填充微膨胀砂浆；夹层组件放置在上柱界面钢板底面和下柱界面钢板顶面之间，连接螺栓贯穿对应的上板外圈圆孔与下板外圈圆孔并固定。

优选的，所述上板抗剪键和下板抗剪键均为带肋钢筋；所有同一平面上的上板抗剪键纵横正交、均匀对称分布，平行于上柱底端面的长宽方向；所有同一平面上的下板抗剪键纵横正交、均匀对称分布，平行于下柱顶端面长宽方向。

优选的，所述同一平面上的上板抗剪键的数量为7根，纵横正交形成田字格形；所述同一平面上的下板抗剪键的数量为7根，纵横正交形成田字格形。

优选的，上柱界面钢板的侧边距离上柱底端面对应侧边的距离为50～100mm；下柱界面钢板的侧边距离下柱底端面对应侧边的距离为50～100mm。

优选的，上柱底端面、下柱底端面和夹层组件横截面的外形尺寸一致，且对应边在同一竖直面上。

一种基于上述钢筋混凝土柱与柱的钢板界面螺栓连接结构的连接方法，包括如下步骤：

(a)制作和准备上柱钢板组件、下柱钢板组件、钢板箍以及连接螺栓；

(b)制作上柱钢筋笼和下柱钢筋笼，并将其放置到各自的模板内；其中，上柱柱底模板和下柱柱顶模板分别用上柱界面钢板和下柱界面钢板充当；

(c)在上柱纵筋和下柱纵筋分别伸出上柱界面钢板和下柱界面钢板的部位带上上柱螺帽和下柱螺帽；

(d)浇筑上柱和下柱混凝土并养护完成；

(e)将上柱组件及下柱组件运输到装配现场；

(f)将钢板箍就位到下柱界面钢板顶面，并在其内填充略高于其高度的微膨胀砂浆；

(g)将上柱组件通过上柱界面钢板落座到钢板箍顶边上，并挤出钢板箍内微膨胀砂浆的多余部分；

(h)将连接螺栓的上、下端分别穿过上板外圈圆孔和下板外圈圆孔后拧紧，上柱与下柱的连接完成。

有益效果：本发明提供的适用于钢筋混凝土框架柱与柱的钢板界面螺栓连接结构及方法，是一种柱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、预制柱外形规则、不出筋、不留孔，便于制作、运输、吊装、安装等；

2、现场装配安装只需就位后在连接部位安装一圈螺栓即可完成，便于装配安装；

3、上柱与下柱在楼层中部连接，因而连接部位处在柱子反弯点附近，连接节点需要承受的弯矩接近于零，因而提高了连接的可靠性；

4、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；

5、柱纵筋在界面钢板外用螺帽锚固，然后灌注微膨胀砂浆，锚固效果好；

6、采用了钢板箍内灌微膨胀砂浆的夹层组件，其中钢板箍对内灌微膨胀砂浆能够形成围压作用，从而提高了夹层的抗压及抗剪能力，保证了连接的可靠性；

附图说明

图1为柱与柱的连接结构整体结构示意图；

图2为上柱及其钢板组件的结构示意图；

图3为下柱及其钢板组件的结构示意图；

图4为下柱钢板组件及夹层组件结构示意图。

图中包括：1-上柱；1-1-上柱混凝土；1-2-上柱纵筋；1-3-上柱螺帽；2-下柱；2-1-下柱混凝土；2-2-下柱纵筋；2-3-下柱螺帽；3-上柱钢板组件；3-1-上柱界面钢板；3-2-上板抗剪键；3-3-上板内圈圆孔；3-4-上板外圈圆孔；4-下柱钢板组件；4-1-下柱界面钢板；4-2-下板抗剪键；4-3-下板内圈圆孔；4-4-下板外圈圆孔；5-夹层组件；5-1-钢板箍；5-2-微膨胀砂浆；6-连接螺栓。

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柱与柱的钢板界面螺栓连接结构，通过辅助的上柱钢板组件3、下柱钢板组件4、夹层组件5以及连接螺栓6实现预制上柱1和下柱2的连接。

所述上柱1和下柱2，主体均为常规矩形截面的钢筋混凝土预制柱，不出筋、不留孔；上柱1由上柱混凝土1-1、上柱纵筋1-2、上柱螺帽1-3组成，下柱2由下柱混凝土2-1、下柱纵筋2-2、下柱螺帽2-3组成。

所述上柱纵筋1-2，伸出上柱1底端一定长度，该长度略大于上柱界面钢板3-1厚度加上上柱螺帽1-3厚度，并在上柱螺帽1-3厚度及以外范围内车有外丝。

所述下柱纵筋2-2，伸出下柱2底端一定长度，该长度略大于下柱界面钢板4-1厚度加上下柱螺帽2-3厚度，并在下柱螺帽2-3厚度及以外范围内车有外丝。

所述上柱钢板组件3设置在上柱1的底端，上柱钢板组件3由一块上柱界面钢板3-1、一组上板抗剪键3-2、一组上板内圈圆孔3-3以及一组上板外圈圆孔3-4组成。

所述上柱界面钢板3-1为一顶面贴合在上柱底端面的钢板，其四周伸出上柱底端面相等宽度(超出上柱底端面的宽度保持相同)，该宽度优选的取50～100mm，其厚度根据界面受力计算确定；上柱界面钢板3-1顶面和底面的居中部位各焊接有一组相同的上板抗剪键3-2；同一平面上(上柱界面钢板顶面或底面)的上板抗剪键3-2纵横正交、均匀对称分布，且平行于上柱截面边长方向；具体可用7根钢筋拼成田字格形式，田字格外边长等于上柱底端面对应边长减去150mm；所述上柱界面钢板3-1顶面和底面的上板抗剪键3-2分别嵌置在上柱底面以内及微膨胀砂浆以内；在上柱纵筋1-2穿过上柱界面钢板3-1位置处设有上板内圈圆孔3-3，上柱纵筋1-2穿过上柱界面钢板3-1后用上柱螺帽1-3上紧使之端承在上柱界面钢板3-1的底面；在上柱界面钢板3-1伸出上柱底端面宽度的居中部位，设有一圈均匀分布的上板外圈圆孔3-4供连接螺栓6穿过，孔径及数量根据连接计算确定。

所述下柱界面钢板4-1为一顶面贴合在下柱顶端面的钢板，其四周伸出下柱顶端面相等宽度(超出下柱顶端面的宽度保持相同)，该宽度优选的取50～100mm，其厚度根据界面受力计算确定；下柱界面钢板4-1顶面和底面的居中部位各焊接有一组相同的下板抗剪键4-2；同一平面上(下柱界面钢板顶面或底面)的下板抗剪键4-2纵横正交、均匀对称分布，且平行于下柱截面边长方向；具体可用7根钢筋拼成田字格形式，田字格外边长等于下柱顶端面对应边长减去150mm；所述下柱界面钢板4-1顶面和底面的下板抗剪键4-2分别嵌置在下柱顶面以内及微膨胀砂浆以内；在下柱纵筋2-2穿过下柱界面钢板4-1位置处设有下板内圈圆孔4-3，下柱纵筋2-2穿过下柱界面钢板4-1后用下柱螺帽2-3上紧使之端承在下柱界面钢板4-1的顶面；在下柱界面钢板4-1伸出下柱顶端面宽度的居中部位，设有一圈均匀分布的下板外圈圆孔4-4供连接螺栓6穿过，孔径及数量根据连接计算确定。

所述夹层组件5，由钢板箍5-5及填充于其内的微膨胀砂浆5-2组成。所述钢板箍5-1，是由四块立放的钢板合围焊接而成的一个矩形截面筒，筒的横截面外围线与上柱1及下柱2的横截面轮廓线重合，筒的高度优选的取50～100mm，钢板厚度根据微膨胀砂浆围压需求计算确定。

所述上柱界面钢板与下柱界面钢板位置相对，二者之间夹住夹层组件；连接螺栓的上、下端分别穿过上板外圈圆孔和下板外圈圆孔后拧紧，由此实现上柱与下柱的连接。

一种钢筋混凝土柱与柱的钢板界面螺栓连接方法，包括如下步骤：

(a)制作和准备上柱钢板组件、下柱钢板组件、钢板箍以及连接螺栓；

(b)制作上柱钢筋笼和下柱钢筋笼，并将其放置到各自的模板内；其中，上柱柱底模板和下柱柱顶模板分别用上柱界面钢板和下柱界面钢板充当；

(c)在上柱纵筋和下柱纵筋分别伸出上柱界面钢板和下柱界面钢板的部位带上上柱螺帽和下柱螺帽；

(d)浇筑上柱和下柱混凝土并养护完成；

(e)将上柱组件及下柱组件运输到装配现场；

(f)将钢板箍就位到下柱界面钢板顶面，并在其内填充略高于其高度的微膨胀砂浆；

(g)将上柱组件通过上柱界面钢板落座到钢板箍顶边上，并挤出钢板箍内微膨胀砂浆的多余部分；

(h)将连接螺栓的上、下端分别穿过上板外圈圆孔和下板外圈圆孔后拧紧，上柱与下柱的连接完成。

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柱的钢板界面螺栓连接结构，其特征在于：通过上柱钢板组件(3)、夹层组件(5)和下柱钢板组件(4)实现上柱(1)和下柱(2)的连接，所述上柱(1)和下柱(2)均为矩形截面的钢筋混凝土预制柱；

所述上柱(1)主要由上柱混凝土(1-1)和上柱纵筋(1-2)组成，上柱纵筋(1-2)伸出上柱(1)底端面，伸出长度超出上柱界面钢板(3-1)厚度和上柱螺帽(1-3)厚度之和，上柱纵筋(1-2)伸出部分的末端设置有螺纹；

所述下柱(2)主要由下柱混凝土(2-1)和下柱纵筋(2-2)组成，下柱纵筋(2-2)伸出下柱(2)顶端面，伸出长度超出下柱界面钢板(4-1)厚度和下柱螺帽(2-3)厚度之和，下柱纵筋(2-2)伸出部分的末端设置有螺纹；

所述上柱钢板组件(3)包括一块上柱界面钢板(3-1)，上柱界面钢板(3-1)的长宽均大于上柱(1)底端面的长宽，上柱(1)底端面贴合在上柱钢板组件(3)顶面的中部，并且长宽各自平行；在上柱界面钢板(3-1)顶面和底面各焊接有一组上板抗剪键(3-2)，上柱界面钢板(3-1)顶面的上板抗剪键(3-2)预埋在上柱(1)内，上柱界面钢板(3-1)底面的上板抗剪键(3-2)埋设在夹层组件(5)的砂浆(5-2)内；在上柱界面钢板(3-1)上设置有上板内圈圆孔(3-3)，上柱纵筋(1-2)通过上板内圈圆孔(3-3)伸出后与上柱螺帽(1-3)通过螺纹结构连接；在上柱界面钢板(3-1)超出上柱(1)底端面区域环绕上柱(1)底端面设置有一圈上板外圈圆孔(3-4)；

所述下柱钢板组件(4)包括一块下柱界面钢板(4-1)，下柱界面钢板(4-1)的长宽均大于下柱(2)顶端面的长宽，下柱(2)顶端面贴合在下柱界面钢板(4-1)底面的中部，并且长宽各自平行；在下柱界面钢板(4-1)顶面和底面各焊接有一组下板抗剪键(4-2)，下柱界面钢板(4-1)底面的下板抗剪键(4-2)预埋在下柱(2)内，下柱界面钢板(4-1)顶面的下板抗剪键(4-2)埋设在夹层组件(5)的砂浆(5-2)内；在下柱界面钢板(4-1)上设置有下板内圈圆孔(4-3)，下柱纵筋(2-2)通过下板内圈圆孔(4-3)伸出后与下柱螺帽(2-3)通过螺纹结构连接；在下柱界面钢板(4-1)超出下柱(2)顶端面区域环绕下柱(2)顶端面设置有一圈下板外圈圆孔(4-4)；

所述上板外圈圆孔(3-4)与下板外圈圆孔(4-4)的位置一一对应；

所述夹层组件(5)包括钢板箍(5-1)，钢板箍(5-1)是一个由四块立放的钢板合围焊接而成的矩形截面筒，在矩形截面筒内填充砂浆(5-2)；夹层组件(5)放置在上柱界面钢板(3-1)底面和下柱界面钢板(4-1)顶面之间，连接螺栓(6)贯穿对应的上板外圈圆孔(3-4)与下板外圈圆孔(4-4)并固定。

2.根据权利要求1所述的钢筋混凝土柱与柱的钢板界面螺栓连接结构，其特征在于：所述上板抗剪键(3-2)和下板抗剪键(4-2)均为带肋钢筋；所有同一平面上的上板抗剪键(3-2)纵横正交、均匀对称分布，平行于上柱(1)底端面的长宽方向；所有同一平面上的下板抗剪键(4-3)纵横正交、均匀对称分布，平行于下柱(2)顶端面长宽方向。

3.根据权利要求2所述的钢筋混凝土柱与柱的钢板界面螺栓连接结构，其特征在于：所述同一平面上的上板抗剪键(3-2)的数量为7根，纵横正交形成田字格形；所述同一平面上的下板抗剪键(4-3)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柱的钢板界面螺栓连接结构，其特征在于：上柱界面钢板(3-1)的侧边距离上柱(1)底端面对应侧边的距离为50～100mm；下柱界面钢板(4-1)的侧边距离下柱(2)底端面对应侧边的距离为50～100mm。

5.根据权利要求1所述的钢筋混凝土柱与柱的钢板界面螺栓连接结构，其特征在于：上柱(1)底端面、下柱(2)底端面和夹层组件(5)横截面的外形尺寸一致，且对应边在同一竖直面上。

6.一种基于权利要求1～5任意所述钢筋混凝土柱与柱的钢板界面螺栓连接结构的连接方法，其特征在于：包括如下步骤：

(a)制作和准备上柱钢板组件、下柱钢板组件、钢板箍以及连接螺栓；

(b)制作上柱钢筋笼和下柱钢筋笼，并将其放置到各自的模板内；其中，上柱柱底模板和下柱柱顶模板分别用上柱界面钢板和下柱界面钢板充当；

(c)在上柱纵筋和下柱纵筋分别伸出上柱界面钢板和下柱界面钢板的部位带上上柱螺帽和下柱螺帽；

(d)浇筑上柱和下柱混凝土并养护完成；

(e)将上柱组件及下柱组件运输到装配现场；

(f)将钢板箍就位到下柱界面钢板顶面，并在其内填充砂浆；

(g)将上柱组件通过上柱界面钢板落座到钢板箍顶边上，并挤出多余砂浆；

(h)将连接螺栓的上、下端分别穿过上板外圈圆孔和下板外圈圆孔后拧紧，上柱与下柱的连接完成。

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