CN111173341A - 一种基于牛腿的新型干法连接耗能型梁柱节点 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于牛腿的新型干法连接耗能型梁柱节点，包括：预制混凝土牛腿柱，所述预制混凝土牛腿柱的牛腿断面呈阶梯状，预制混凝土缺口梁的缺口断面与所述牛腿的阶梯断面相适配并且搭接在所述阶梯断面上；分别预埋在所述牛腿及所述预制混凝土缺口梁上下表面的预埋钢板，所述预埋钢板的外侧设置有摩擦片，所述摩擦片面向预埋钢板的一侧设有轻微齿槽；连接钢板，所述连接钢板设置于所述预制混凝土缺口梁和所述牛腿搭接断面的左右两侧；本发明的梁柱节点克服了目前湿法作业在施工现场仍需进行支模，现浇混凝土，养护的缺点，提高施工效率，减少模板支架提高经济效益。

Description

一种基于牛腿的新型干法连接耗能型梁柱节点
技术领域
本发明涉及建筑结构技术领域，具体涉及一种新型干法连接耗能型梁柱节点结构。
背景技术
随着我国城镇化的不断推进，工业化的不断深入，人民受教育程度的不断提高和人口老龄化的不断加剧，我国的人口红利正在逐渐消失。劳动强度大，劳动环境差的建筑施工工种正在逐渐被人们摈弃。同时，传统建筑施工企业所面临的用工量大，资源消耗大，生产效率低和环境污染严重，水资源浪费等突出问题直接制约着传统建筑业的发展。为了解决这些问题，以装配式混凝土为主的建筑结构体系走入了人们的视野，被作为建筑工业化的重要手段加以推广、应用。
装配式混凝土结构因其工厂预制，施工现场吊装、拼接的特点，其梁、板、柱等构件的拼接节点成为其受力的薄弱点，节点的连接方式、施工特点不仅影响结构的整体受力性能而且影响生产效率。因此，深入研究装配式混凝土节点的连接方式对推进建筑工业化具有重要意义。
由于我国装配式建筑起步晚，基础研究多区域空白，不能给工程实际提供指导。因装配式的特点，节点的连接方式、施工特点不仅影响结构的整体受力性能而且影响生产效率。目前，我国主要采用湿式连接，但湿式连接影响工期，不能完全发挥装配式的优点。干式连接虽有应用但构造复杂安装困难，同时耗能能力严重不足。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种构造简单、施工方便、提高生产效率且能有效提高地震过程中的耗能能力的新型干法连接耗能型梁柱节点。技术方案如下：
一种基于牛腿的新型干法连接耗能型梁柱节点，包括：
预制混凝土牛腿柱，所述预制混凝土牛腿柱的牛腿断面呈阶梯状，预制混凝土缺口梁的缺口断面与所述牛腿的阶梯断面相适配并且搭接在所述阶梯断面上；
分别预埋在所述牛腿及所述预制混凝土缺口梁上下表面的预埋钢板，所述预埋钢板的外侧设置有摩擦片，所述摩擦片面向预埋钢板的一侧设有轻微齿槽；
连接钢板，所述连接钢板设置于所述预制混凝土缺口梁和所述牛腿搭接断面的左右两侧；
高强螺栓，竖直的高强螺栓贯穿所述摩擦片和所述预埋钢板并将它们固定在所述牛腿/所述预制混凝土缺口梁上；水平的高强螺栓贯穿所述牛腿/所述预制混凝土缺口梁并将两侧的连接钢板连接在一起。
进一步地，上下表面的所述预埋钢板各有两片，分别设置在所述牛腿和所述预制混凝土缺口梁上。
进一步地，上下表面的摩擦片各有一片。
进一步地，所述缺口梁与牛腿柱之间有一定空隙a以至在地震作用时有足够的行程供所述摩擦片耗能，根据节点转动的几何关系，空隙a可按如下方式进行计算：
Δ＝a
又由构件剪切变形角θ计算公式：
Figure BDA0002365971280000021
Δ—构件顶端在水平荷载作用下产生的位移；
l—构件的净高；
再由几何关系得：a＝Δ＝lθ。
另一方面，本申请还保护一种根据前述之一所述的基于牛腿的新型干法连接耗能型梁柱节点的施工方法，包括以下步骤：
a.根据设计文件根据设计文件确定摩擦片的尺寸、连接钢板的厚度和高强螺栓的数量和直径；
b.分别预制所述预制混凝土牛腿柱和所述预制混凝土缺口梁，预埋所述预埋钢板，在两个构件上弹安装定位线，注明方向、轴线编号、标高，首层柱还应注明±0.00mm水平线；
c.吊装预制混凝土牛腿柱，校正预制混凝土牛腿柱的平面位置及垂直度，符合要求后安装预制混凝土牛腿柱；
d.吊装预制混凝土缺口梁，校正预制混凝土缺口梁轴线位置及标高；
e.使用高强螺栓安装连接钢板，将预制混凝土缺口梁、预制混凝土牛腿柱连接成整体；
f.使用高强螺栓安装摩擦片。
进一步地，步骤c中，还包括：
沿纵轴方向依次吊装预制混凝土牛腿柱，起吊过程中应慢速起吊，待吊绳绷紧后暂停上升，及时检查吊点的可靠情况，防止脱落，为控制起吊就位时不来回摆动，在预制混凝土牛腿柱下部拴好溜绳，各部连接可靠、无误后方可起吊。
进一步地，步骤d中，还包括：
吊装缺口梁，吊装前再次检查牛腿的标高、位置，起吊过程中离地500mm左右时停止上升，认真检查吊具，确认无误后方可吊运就位，将缺口梁上的定位线与牛腿上的定位线对准，缓慢放入牛腿柱上，并进行调整，位置调整无误后将缺口梁重新吊起，稍离牛腿，操作人员分别从两端扶稳，目测对准轴线平稳落钩，使缺口梁平稳落座。
本发明的有益效果是：克服了目前湿法作业在施工现场仍需进行支模，现浇混凝土，养护的缺点，提高施工效率，减少模板支架提高经济效益；另外，本发明优于预应力连接方式，降低施工专业性和精确性，不需要专业人员操作。同时，也一改螺栓连接节点耗能差，抗震能力不足的缺点，可以在工程使用中大面积推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例的一种新型干法连接耗能型梁柱节点构造示意图(未显示连接钢板)。
图2为本申请实施例的一种新型干法连接耗能型梁柱节点构造示意图(显示连接钢板)。
图3为本申请实施例的一种新型干法连接耗能型梁柱节点预制混凝土牛腿柱立体图。
图4为本申请实施例的一种新型干法连接耗能型梁柱节点预制混凝缺口梁立体图。
图5为本申请实施例的一种新型干法连接耗能型梁柱节点预制混凝缺口梁的节点转动示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-4所示，本申请实施例的一种新型干法连接耗能型梁柱节点，包括用于连接紧固的高强螺栓5、用于承受竖直荷载的预制混凝土牛腿柱1，用于承受弯矩的预制混凝土缺口梁2、用于连接传力的连接钢板3，用于变形耗能的摩擦片4。
预制混凝土牛腿柱1的牛腿断面呈阶梯状，预制混凝土缺口梁2的缺口断面与前述牛腿的阶梯断面相适配并且搭接在所述阶梯断面上。
所述预埋钢板6，设置于预制混凝土缺口梁2、预制混凝土牛腿柱1上下两侧，通过预埋于预制混凝土缺口梁2、预制混凝土牛腿柱1的竖直高强螺栓5与预制混凝土缺口梁2、预制混凝土牛腿柱1连接形成整体。
在本申请的一个实施例中，所述预埋钢板6的外侧还设置有摩擦片4，所述摩擦片4面向预埋钢板6的一侧设有轻微齿槽，以在发生形变时候通过摩擦进行耗能；在本实施例中，摩擦片4亦通过竖直的高强螺栓5固定在所述牛腿或所述预制混凝土缺口梁2上。
连接钢板3设置于预制混凝土缺口梁2、预制混凝土牛腿柱1搭接断面的左右两侧，所述连接钢板3设置有螺栓孔，水平的高强螺栓5贯穿所述螺栓孔，并将牛腿或预制混凝土缺口梁2两侧的连接钢板3连接在一起。
所述缺口梁应与牛腿柱之间有一定空隙a以至在地震作用时有足够的行程供摩擦片耗能。
进一步的研究和理论分析表明：当梁的剪跨比λ≧4时，梁构件破坏形态是弯曲破坏，属于延性破坏；梁的剪跨比λ≦2时，梁构件破坏形态是剪切破坏，属于脆性破坏；当梁的剪跨比为2<λ<4时，梁构件破坏形态是弯剪破坏。
由梁的平衡公式得
Figure BDA0002365971280000041
fy—钢筋的抗拉设计强度；
As—受拉钢筋截面面积；
A′s—受压钢筋截面面积；
fc—混凝土轴心抗压设计强度；
b—梁截面的宽度；
h0—梁截面有效高度；
为了满足适筋梁即：ζ≤ζb (2)
ζb为梁相对受压区高度限值，即
Figure BDA0002365971280000042
令
Figure BDA0002365971280000043
由式(3)，(4)可知k≤1，因为k≤1，所以可取k＝0，0.1，0.2，...，1；将不同类型梁的轴心抗压设计强度、钢筋的抗拉设计强度等参数带回式(4)，可知k＝0.9，1.0不满足，因此，k的取值范围为0-0.8。
参见图5，在此引入构件剪切变形角θ作为变形参数：
构件剪切变形角计算公式为：
Figure BDA0002365971280000051
Δ—构件顶端在水平荷载作用下产生的位移；
l—构件的净高。
由几何关系得：a＝Δ＝lθ (6)
表1构件剪切变形角θ的数值模拟计算值表
k λ≧4 λ≦2 2<λ<4
0 0.02301 0.02257 0.02137
0.1 0.02122 0.02115 0.01979
0.2 0.01951 0.01925 0.01773
0.3 0.01657 0.01753 0.01621
0.4 0.01469 0.01559 0.01436
0.5 0.01233 0.01395 0.01222
0.6 0.01106 0.01267 0.01057
0.7 0.00927 0.01058 0.00916
0.8 0.00625 0.00771 0.00593
注：以上表中数据来自于刊登在沈阳工业大学学报期刊2011年第33卷第6期第715-720页上的文章《钢筋混凝土梁变形限值的分析》，作者是万海涛，韩小雷。
根据本申请设立的基于牛腿的新型干法连接耗能型梁柱节点施工方法，包括以下步骤：
根据设计文件确定摩擦片4的尺寸和钢板厚度。
根据设计文件确定高强螺栓的数量个直径。
吊装预制混凝土牛腿柱1，校正预制混凝土牛腿柱1的平面位置及垂直度。
符合要求后安装预制混凝土牛腿柱1。
重复步骤2将全部预制混凝土牛腿柱1安装完毕。
吊装预制混凝土缺口梁2，校正预制混凝土缺口梁2轴线位置及标高。
使用高强螺栓5安装连接钢板3，将预制混凝土缺口梁2、预制混凝土牛腿柱1连接成整体。
使用高强螺栓5安装摩擦片4。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于牛腿的新型干法连接耗能型梁柱节点，其特征在于，包括：
预制混凝土牛腿柱(1)，所述预制混凝土牛腿柱(1)的牛腿断面呈阶梯状，预制混凝土缺口梁(2)的缺口断面与所述牛腿的阶梯断面相适配并且搭接在所述阶梯断面上；
分别预埋在所述牛腿及所述预制混凝土缺口梁(2)上下表面的预埋钢板(6)，所述预埋钢板(6)的外侧设置有摩擦片(4)，所述摩擦片(4)面向预埋钢板(6)的一侧设有轻微齿槽；
连接钢板(3)，所述连接钢板(3)设置于所述预制混凝土缺口梁(2)和所述牛腿搭接断面的左右两侧；
高强螺栓(5)，竖直的高强螺栓(5)贯穿所述摩擦片(4)和所述预埋钢板(6)并将它们固定在所述牛腿/所述预制混凝土缺口梁(2)上；水平的高强螺栓(5)贯穿所述牛腿/所述预制混凝土缺口梁(2)并将两侧的连接钢板(3)连接在一起。
2.根据权利要求1所述的基于牛腿的新型干法连接耗能型梁柱节点，其特征在于，上下表面的所述预埋钢板(6)各有两片，分别设置在所述牛腿和所述预制混凝土缺口梁(2)上。
3.根据权利要求1或2所述的基于牛腿的新型干法连接耗能型梁柱节点，其特征在于，上下表面的摩擦片(4)各有一片。
4.根据权利要求1-3之一所述的基于牛腿的新型干法连接耗能型梁柱节点，其特征在于，所述缺口梁与牛腿柱之间有一定空隙a以至在地震作用时有足够的行程供所述摩擦片(4)耗能，根据节点转动的几何关系，空隙a可按如下方式进行计算：
Δ＝a
又由构件剪切变形角θ计算公式：
Figure FDA0002365971270000011
Δ—构件顶端在水平荷载作用下产生的位移；
l—构件的净高；
再由几何关系得：a＝Δ＝lθ。
5.根据权利要求1-4之一所述的基于牛腿的新型干法连接耗能型梁柱节点的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.根据设计文件根据设计文件确定摩擦片(4)的尺寸、连接钢板(3)的厚度和高强螺栓(5)的数量和直径；
b.分别预制所述预制混凝土牛腿柱(1)和所述预制混凝土缺口梁(2)，预埋所述预埋钢板(6)，在两个构件上弹安装定位线，注明方向、轴线编号、标高，首层柱还应注明±0.00mm水平线；
c.吊装预制混凝土牛腿柱(1)，校正预制混凝土牛腿柱(1)的平面位置及垂直度，符合要求后安装预制混凝土牛腿柱(1)；
d.吊装预制混凝土缺口梁(2)，校正预制混凝土缺口梁(2)轴线位置及标高；
e.使用高强螺栓(5)安装连接钢板(3)，将预制混凝土缺口梁(2)、预制混凝土牛腿柱(1)连接成整体；
f.使用高强螺栓(5)安装摩擦片(4)。
6.根据权利要求3所述的基于牛腿的新型干法连接耗能型梁柱节点的施工方法，其特征在于，步骤c中，还包括：
沿纵轴方向依次吊装预制混凝土牛腿柱(1)，起吊过程中应慢速起吊，待吊绳绷紧后暂停上升，及时检查吊点的可靠情况，防止脱落，为控制起吊就位时不来回摆动，在预制混凝土牛腿柱(1)下部拴好溜绳，各部连接可靠、无误后方可起吊。
7.根据权利要求3所述的基于牛腿的新型干法连接耗能型梁柱节点的施工方法，其特征在于，步骤d中，还包括：
吊装缺口梁(2)，吊装前再次检查牛腿的标高、位置，起吊过程中离地500mm左右时停止上升，认真检查吊具，确认无误后方可吊运就位，将缺口梁(2)上的定位线与牛腿上的定位线对准，缓慢放入牛腿柱上，并进行调整，操作人员分别从两端扶稳，目测对准轴线平稳落钩，使缺口梁平稳落座。
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