CN111945879B - 双钢板螺栓连接全装配式柱节点及其施工方法及计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种双钢板螺栓连接全装配式柱节点，包括有装配式整体柱，装配式整体柱的四个侧壁上均设置双层连接钢板；装配式整体柱包括上段预制柱、中间填充层及下段预制柱，上段预制柱的底端端部中心处为凸出的榫头，上段预制柱的底端端部表面包裹有上段预制柱端部榫头预埋钢板；下段预制柱的顶端端部中心处开有用于安装榫头的杯口，下段预制柱的顶端端部表面覆盖有下段预制柱端部杯口预埋钢板；上段预制柱的四个侧壁均通过部分预埋螺栓与连接钢板单元连接，下段预制柱的四个侧壁均通过部分预埋螺栓与双层连接钢板连接。本发明的配式柱节点，提高了柱连接节点处的承载力和刚度。还提供了配式柱节点的施工方法及其的各个部件尺寸确定方法。

Description

双钢板螺栓连接全装配式柱节点及其施工方法及计算方法

技术领域

本发明属于建筑装配式技术领域，具体涉及一种双钢板螺栓连接全装配式柱节点，还涉及一种双钢板螺栓连接全装配式柱节点的施工方法及一种双钢板螺栓连接全装配式柱节点的各个部件尺寸确定方法。

背景技术

首先、传统的预制RC柱间连接需要现场绑扎钢筋，现场浇筑混凝土受温度影响较大，还需要养护时间；第二、虽然国内许多学者提出的采用钢板箍或钢板箍螺栓连接的新型连接形式，但是这些连接节点的变形及耗能能力不可控，无法实现震后可修复的性能；或者具有较好的连接节点变形及耗能性能，但构造繁复、制作困难、造价提高；第三、现有的钢板箍或钢板箍螺栓连接也需要现场浇筑砂浆或现场焊接，增加了施工步骤和难度。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种双钢板螺栓连接全装配式柱节点，既保证了连接节点的承载力、刚度，又提高了节点处的耗能能力和构件抗震性能的可控性，简化了节点区钢筋的搭接工作。

本发明的第二个目的是提供一种双钢板螺栓连接全装配式柱节点的施工方法。

本发明的第三个目的是提供一种双钢板螺栓连接全装配式柱节点的各个部件尺寸确定方法。

本发明所采用的第一种技术方案是，一种双钢板螺栓连接全装配式柱节点，包括有横截面为矩形的装配式整体柱，装配式整体柱的四个侧壁上均设置有通过若干个预埋螺栓连接的双层连接钢板；

装配式整体柱包括由上至下依次设置的上段预制柱、中间填充层及下段预制柱，上段预制柱的底端端部中心处为凸出的榫头，上段预制柱的底端端部表面包裹有上段预制柱端部榫头预埋钢板；下段预制柱的顶端端部中心处开有用于安装榫头的杯口，下段预制柱的顶端端部表面覆盖有下段预制柱端部杯口预埋钢板；上段预制柱的四个侧壁均通过部分预埋螺栓与连接钢板单元连接，下段预制柱的四个侧壁均通过部分预埋螺栓与双层连接钢板连接。

本发明的特征还在于，上段预制柱为钢筋混凝土预制柱，钢筋混凝土预制柱中心处竖直设置有上段抗剪连接件，上段抗剪连接件的一端端部点焊于上段预制柱端部榫头预埋钢板上，钢筋混凝土预制柱内部还设置有按照矩形均匀分布的八根上段柱纵筋，还包括有将位于矩形顶角处的四个不相邻的上段柱纵筋连接在一起的上段预制柱外圈箍筋，以及将另外四个上段柱纵筋连接在一起的上段预制柱内圈箍筋，每个安装于上段预制柱的预埋螺栓的尾部点焊于上段预制柱外圈箍筋上，上段柱纵筋的端部点焊于上段预制柱端部榫头预埋钢板上；

下段预制柱为钢筋混凝土预制柱，钢筋混凝土预制柱中心处竖直设置有下段抗剪连接件，下段抗剪连接件的一端端部点焊于下段预制柱端部杯口预埋钢板上，钢筋混凝土预制柱内部还设置有按照矩形均匀分布的八根下段柱纵筋，还包括有将位于矩形顶角处的四个不相邻的下段柱纵筋连接在一起的下段预制柱外圈箍筋，以及将另外四个下段柱纵筋连接在一起的下段预制柱内圈箍筋，每个安装于下段预制柱的预埋螺栓的尾部点焊于下段预制柱外圈箍筋上，下段柱纵筋的端部点焊于下段预制柱端部杯口预埋钢板上。

双层连接钢板包括由内向外依次设置的内层连接钢板及外层连接钢板，内层连接钢板上设置有若干个椭圆形螺栓孔，外层连接钢板上设置有若干个圆形螺栓孔，外层连接钢板上的圆形螺栓孔与内层连接钢板上的椭圆形螺栓孔一一对应。

本发明所采用的第二种技术方案是，一种双钢板螺栓连接全装配式柱节点的施工方法，具体包括以下步骤：

步骤一：根据需求选择合适长度尺寸的上段预制柱端部榫头预埋钢板、下段预制柱端部杯口预埋钢板、预埋螺栓、内层连接钢板及外层连接钢板；

步骤二：预制装配式柱节点所需的上段柱纵筋、下段柱纵筋、上段预制柱外圈箍筋、上段预制柱内圈箍筋、上段抗剪连接件、下段抗剪连接件、下段预制柱内圈箍筋及下段预制柱外圈箍筋；

步骤三：装配柱预制钢筋混凝土部分，上段预制柱的底端与下段预制柱的顶端节点连接区设有预埋螺栓、上段预制柱端部榫头预埋钢板及下段预制柱端部杯口预埋钢板，预埋螺栓点焊于对应的外圈箍筋上，上段预制柱端部榫头预埋钢板及下段预制柱端部杯口预埋钢板点焊于对应的纵筋上，上段预制柱与下段预制柱分开浇筑，依次进行支模板、浇筑混凝土、振捣、养护；

步骤四：待混凝土养护28天后，拆模，并将上段预制柱吊起，置于下段预制柱的正上方，上段预制柱与下段预制柱之间留有5～15mm的空隙，空隙就用来填充氯丁橡胶或砂浆作为中间填充层，四周安装开有椭圆形螺栓孔的内层连接钢板，然后再安装开有圆形螺栓孔的外层连接钢板，最后采用承压型高强螺栓帽拧在预埋螺栓杆上，将双层连接钢板固定。

本发明所采用的第二种技术方案是，一种双钢板螺栓连接全装配式柱节点的各个部件尺寸确定方法，具体包括以下步骤：

步骤1、根据柱的总高H及形式，设定所述待设置的装配式整体柱柱截面的高度h，宽度b，上段预制柱高度h₁、下段预制柱高度h₂、中间填充层厚度t₄，上段预制柱端部榫头预埋钢板及下段预制柱端部杯口预埋钢板的厚度t₃及四周双层连接钢板的厚度t，t≥6mm；根据四周双层连接钢板的厚度t，进而确定内层连接钢板的厚度t₁，t₁≥5mm；外层连接钢板的宽度b₂、长度L₂及厚度t₂，t₂≤4mm；

根据上段预制柱及下段预制柱接触面的形状确定榫头根部至上段预制柱外侧边缘的距离为a，a≥100mm、榫头的长度为c，c≥140mm、榫头端部的边长m和坡度为θ，进而确定下段预制柱杯口的尺寸；通过连接处的所能承受的轴力、剪力及弯矩的计算，预估设置内层连接钢板的长度L₁，宽度b₁，外层连接钢板的长度L₂，宽度b₂，开孔布置位置和预埋螺栓使用型号及直径；

步骤2、根据步骤1所述基础上，按规范选取适尺寸的上段柱纵筋及下段柱纵筋，包括纵筋的直径d₁；选择所需的合适尺寸的上段预制柱外圈箍筋、上段预制柱内圈箍筋、下段预制柱外圈箍筋及下段预制柱内圈箍筋，包括箍筋的直径d₂；选择所需的合适尺寸的上段抗剪连接件及下段抗剪连接件，包括抗剪栓钉直径d₁，抗剪栓钉长度L₃；

步骤1及步骤2中尺寸之间存在如下关系：

H＝h₁+h₂+t₄ 公式(1)

t＝t₁+t₂ 公式(2)

b＝b₁＝b₂ 公式(3)

L₁＝L₂ 公式(4)

步骤3、对一种双钢板螺栓连接全装配式柱节点截面尺寸进行复核，根据行业规范、标准的力学原理及结构理论计算出上下柱连接节点处的极限承载力，即：

M、V、N分别为构件的弯矩、剪力、轴力设计值，e为轴力作用点至连接钢板厚度中心的距离，f_c为混凝土的抗压强度设计值，f_s为连接钢板的抗压强度设计值；b_c、h_c分别为混凝土柱的截面宽度、高度，t₂为连接盖板的厚度，x为混凝土相对受压高度，系数α₁、β₁按现行混凝土结构设计规范取值；

λ为偏心受压构件计算截面的剪跨比，对各类构件的框架柱，取

当框架结构中柱的反弯点在层高范围内是，可取

H₀为柱的净高；当1＜λ时，取λ＝1；当λ＞3时，取λ＝3；当承受集中荷载时，取

a取集中荷载作用点至支座截面或节点边缘的距离；当λ＜1.5时，取λ＝1.5；当λ＞3时，取λ＝3；f_t为轴向抗拉混凝土强度设计值，h₀为构件截面有效高度，f_yv为箍筋强度设计值，A_sv为构件箍筋截面面积，s₁为箍筋的间距；

0.9为可靠度调整系数，

为钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数，f_y为纵筋的轴心抗压强度设计值；A_c、A_s分别是混凝土、纵筋的抗压截面面积；若公式(6)(7)(8)满足要求，即可确定上下柱节点处连接钢板的尺寸；若公式(6)(7)(8)不成立，返回步骤3重新设计，直至公式(6)(7)(8)成立为止；

步骤4、设置的装配式整体柱柱截面的高度h，宽度b，上柱高度h₁、下柱高度h₂、中间填充层的厚度t₄，为保证装配柱所产生的塑性铰区位于中间的节点连接处，即需满足：

步骤5、设置上下柱接触面的形状确定上柱榫头和下柱杯口处的侧向抗压抗剪承载力需满足：

抗压：F_c≤f_cbc 公式(10)

抗剪：F_v≤0.7f_tA_c+f_vA_s 公式(11)

f_c为上下柱接触面混凝土的抗压强度设计值，b为上柱榫头的宽度。c为上柱榫头的长度，f_t为上下柱接触面混凝土的抗拉强度设计值，A_c为下柱杯口内侧混凝土部分的受力面积；A_s为下柱杯口内侧预埋钢板部分的受力面积；若公式(10)(11)满足要求，确定上下柱接触面预埋钢板的尺寸；若公式(10)(11)不成立，返回步骤5重新设计，增加长度c或增加预埋钢板的厚度t，即调整上下柱接触面预埋钢板部分的受力面积，直至公式(10)(11)成立为止；

步骤6、设置连接钢板的螺栓数目需满足：

单根螺栓抗剪承载力：

单根螺栓孔孔壁承压：

则需要螺栓数：

为螺栓的抗剪强度设计值，A_c为螺栓的截面面积。

为连接钢板的抗拉强度设计值，d_c为螺栓孔部分所通过的螺栓杆直径，t₂为连接钢板的厚度，γ为加强系数，N为新型装配柱所受的轴向压力设计值；

步骤7、设置选取连接节点处的螺栓孔距尺寸，即估算满足：

中间孔距＞3d₀，＜min{12d₀，18t} 公式(15)

中心至构件边缘距离＞1.5d₀，＜min{4d₀，8t} 公式(16)。

本发明的有益效果是：

(1)本发明双钢板螺栓连接全装配式柱节点，采用双层连接钢板，内层连接钢板的螺栓孔均采用椭圆形螺栓孔，外层连接钢板的螺栓孔均采用圆形螺栓孔，此设计目的在于使外层连接钢板先耗能发生破坏，内层连接钢板的椭圆形螺栓孔提供有限位移，使柱连接节点处的耗能能力得到充分发挥。

(2)本发明双钢板螺栓连接全装配式柱节点，柱连接节点处上段预制柱的下端榫头部分和下段预制柱的上端杯口部分采用预埋钢板进行局部加强，目的是保证榫头和杯口部分在装配后遇到地震时不发生破坏，提高了柱连接节点处的承载力和刚度。

(3)本发明双钢板螺栓连接全装配式柱节点，装配柱采用预埋单向加强型高强螺栓进行预制柱与连接钢板进行连接，保证了现场拼装的效率。

(4)本发明双钢板螺栓连接全装配式柱节点，属于干式连接，便于工厂自动化生产线或工厂组合式立模工艺生产，不受温度影响，克服了传统预制RC柱间连接施工效率低、质量难以保证的缺点，可以加快施工进度、提高施工质量。

(5)本发明双钢板螺栓连接全装配式柱节点，通过采用双钢板及不同型式开洞、预制柱端加强钢板，既可保证连接节点处承受轴力、弯矩、剪力的能力，也可控制连接节点的变形和耗能能力，并有效实现震后的修复性能。

(6)本发明双钢板螺栓连接全装配式柱节点，无需现场湿作业或现场焊接，可快速安装，节省时间和成本，符合现代工业化生产的趋势，可在工厂批量生产加工，在装配式领域有较为广阔的应用前景；本发明柱节点结构设计合理，能够保证结构的良好抗震能力，简化了施工过程，保证了施工质量，实用性强，便于推广使用，在装配式领域有较为广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明一种双钢板螺栓连接全装配式柱节点的结构示意图；

图2本发明一种双钢板螺栓连接全装配式柱节点的外观示意图；

图3是图1中A_A处截面的结构示意图；

图4是图1中B_B处截面的结构示意图；

图5本发明一种双钢板螺栓连接全装配式柱节点的上段预制柱与下段预制柱连接处的横截面的结构示意图；

图6本发明一种双钢板螺栓连接全装配式柱节点的结构拆分示意图；

图7本发明一种双钢板螺栓连接全装配式柱节点的上段预制柱端部榫头预埋钢板的结构示意图；

图8本发明一种双钢板螺栓连接全装配式柱节点的下段预制柱端部杯口预埋钢板的结构示意图；

图9本发明一种双钢板螺栓连接全装配式柱节点的内侧连接钢板的结构示意图；

图10本发明一种双钢板螺栓连接全装配式柱节点的外侧连接钢板的结构示意图。

图中，1.装配式整体柱，2.上段预制柱，3.下段预制柱，4.上段预制柱端部榫头预埋钢板，5.下段预制柱端部杯口预埋钢板，6.上段柱纵筋，7.下段柱纵筋，8.上段预制柱外圈箍筋，9.上段预制柱内圈箍筋，10.上段抗剪连接件，11.下段抗剪连接件，12.预埋螺栓，13.内层连接钢板，14.外层连接钢板，15.下段预制柱外圈箍筋，16.下段预制柱内圈箍筋，17.中间填充层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种双钢板螺栓连接全装配式柱节点，如图1-10所示，包括有横截面为矩形的装配式整体柱1，装配式整体柱1的四个侧壁上均设置有通过若干个预埋螺栓12连接的双层连接钢板；

装配式整体柱1包括由上至下依次设置的上段预制柱2、中间填充层17(中间填充层17为氯丁橡胶层或砂浆层)及下段预制柱3，上段预制柱2用与下段预制柱3相连接的底端端部中心处为凸出的榫头，上段预制柱2的底端端部表面包裹有上段预制柱端部榫头预埋钢板4；下段预制柱3用与上段预制柱2连接的顶端端部中心处开有用于安装榫头的杯口，下段预制柱3的顶端端部表面覆盖有下段预制柱端部杯口预埋钢板5，带有上段预制柱端部榫头预埋钢板4的榫头与带有下段预制柱端部杯口预埋钢板5的杯口式凹槽配合使用；榫头可以为梯形榫头，对应的杯口也为梯形凹槽；榫头可以为矩形榫头，对应的杯口也为矩形凹槽；上段预制柱端部榫头预埋钢板4及下段预制柱端部杯口预埋钢板5目的是保护榫头和杯口的混凝土不被破坏；上段预制柱2的四个侧壁均通过部分预埋螺栓12与连接钢板单元连接，下段预制柱3的四个侧壁均通过部分预埋螺栓12与双层连接钢板连接。

上段预制柱2为钢筋混凝土预制柱，钢筋混凝土预制柱中心处竖直设置有上段抗剪连接件10，上段抗剪连接件10的一端端部点焊于上段预制柱端部榫头预埋钢板4上，钢筋混凝土预制柱内部还设置有按照矩形均匀分布的八根上段柱纵筋6，还包括有将位于矩形顶角处的四个不相邻的上段柱纵筋6连接在一起的上段预制柱外圈箍筋8，以及将另外四个上段柱纵筋6连接在一起的上段预制柱内圈箍筋9，每个安装于上段预制柱2的预埋螺栓12的尾部点焊于上段预制柱外圈箍筋8上，上段柱纵筋6的端部点焊于上段预制柱端部榫头预埋钢板4上；

下段预制柱3为钢筋混凝土预制柱，钢筋混凝土预制柱端部杯口预埋钢板的中心处竖直设置有下段抗剪连接件11，下段抗剪连接件11的一端端部点焊于下段预制柱端部杯口预埋钢板5上，钢筋混凝土预制柱内部还设置有按照矩形均匀分布的八根下段柱纵筋7，还包括有将位于矩形顶角处的四个不相邻的下段柱纵筋7连接在一起的下段预制柱外圈箍筋15，以及将另外四个下段柱纵筋7连接在一起的下段预制柱内圈箍筋16，每个安装于下段预制柱3的预埋螺栓12的尾部点焊于下段预制柱外圈箍筋15上，下段柱纵筋7的端部点焊于下段预制柱端部杯口预埋钢板5上。

双层连接钢板包括由内向外依次设置的内层连接钢板13及外层连接钢板14，内层连接钢板13上设置有若干个椭圆形螺栓孔，外层连接钢板14上设置有若干个圆形螺栓孔，外层连接钢板14上的圆形螺栓孔与内层连接钢板13上的椭圆形螺栓孔一一对应；内层连接钢板13的厚度根据计算结果确定，椭圆形螺栓孔的宽度为1～1.5倍的螺栓杆直径，长度为2倍的螺栓直径；外层连接钢板14的厚度根据计算结果确定，螺栓孔为圆形，圆孔的直径为1倍的螺栓杆直径；预埋螺栓12的型号为高强承压型螺栓，直径为大于等于22mm，螺栓数量按计算确定，同时满足大于等于4；螺栓孔间距满足：中间孔距＞3d₀，＜min{12d₀，18t}，螺栓孔中心至构件边缘距离＞1.5d₀,<min{4d₀，8t}。

本发明提供一种双钢板螺栓连接全装配式柱节点的施工方法，具体包括以下步骤：

步骤一：根据需求选择合适长度尺寸的上段预制柱端部榫头预埋钢板4、下段预制柱端部杯口预埋钢板5、预埋螺栓12、内层连接钢板13及外层连接钢板14；

步骤二：预制装配式柱节点所需的上段柱纵筋6、下段柱纵筋7、上段预制柱外圈箍筋8、上段预制柱内圈箍筋9、上段抗剪连接件10、下段抗剪连接件11、下段预制柱内圈箍筋16及下段预制柱外圈箍筋15；

步骤三：装配柱预制钢筋混凝土部分，上段预制柱2的底端与下段预制柱3的顶端节点连接区设有预埋螺栓12、上段预制柱端部榫头预埋钢板4及下段预制柱端部杯口预埋钢板5，预埋螺栓12点焊于对应的外圈箍筋上，上段预制柱端部榫头预埋钢板4及下段预制柱端部杯口预埋钢板5点焊于对应的纵筋上，上段预制柱2与下段预制柱3分开浇筑，依次进行支模板、浇筑混凝土、振捣、养护；

步骤四：待混凝土养护28天后，拆模，并将上段预制柱2吊起，置于下段预制柱3的正上方，上段预制柱2与下段预制柱3之间留有5～15mm的空隙，空隙就用来填充氯丁橡胶或砂浆作为中间填充层，四周安装开有椭圆形螺栓孔的内层连接钢板13，然后再安装开有圆形螺栓孔的外层连接钢板14，最后采用承压型高强螺栓帽拧在预埋螺栓杆上，将双层连接钢板固定。

本发明还提供上述一种双钢板螺栓连接全装配式柱节点的各个部件尺寸确定方法，具体包括以下步骤：

步骤1、根据柱的总高H及形式，设定待设置的装配式整体柱1柱截面的高度h，宽度b，上段预制柱2高度h₁、下段预制柱3高度h₂、中间填充层17厚度t₄，上段预制柱端部榫头预埋钢板4及下段预制柱端部杯口预埋钢板5的厚度t₃及四周双层连接钢板的厚度t(t≥6mm)，根据四周双层连接钢板的厚度t，进而确定内层连接钢板13的厚度t₁(t₁≥5mm)，外层连接钢板14的宽度b₂、长度L₂及厚度t₂(t₂≤4mm)；

根据上段预制柱2及下段预制柱3接触面的形状确定榫头根部至上段预制柱2外侧边缘的距离为a(a≥100mm)、榫头的长度为c(c≥140mm)、榫头端部的边长m和坡度为

进而确定下段预制柱3杯口的尺寸；通过连接处的所能承受的轴力、剪力及弯矩的计算，预估设置内层连接钢板13的长度L₁，宽度b₁，外层连接钢板14的长度L₂，宽度b₂，开孔布置位置和预埋螺栓12使用型号及直径；

步骤2、根据步骤1所述基础上，按规范选取适尺寸的上段柱纵筋6及下段柱纵筋7，包括纵筋的直径d₁；选择所需的合适尺寸的上段预制柱外圈箍筋8、上段预制柱内圈箍筋9、下段预制柱外圈箍筋15及下段预制柱内圈箍筋16，包括箍筋的直径d₂；选择所需的合适尺寸的上段抗剪连接件7及下段抗剪连接件11，包括抗剪栓钉直径d₁，抗剪栓钉长度L₃；

步骤1及步骤2中尺寸之间存在如下关系：

H＝h₁+h₂+t₄ 公式(1)

t＝t₁+t₂ 公式(2)

b＝b₁＝b₂ 公式(3)

L₁＝L₂ 公式(4)

步骤3、对一种双钢板螺栓连接全装配式柱节点截面尺寸进行复核，根据行业规范(具体包括有《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)、《钢结构设计规范》(GB50017-2017)及《组合结构设计规范》(JGJ138-2016))、标准的力学原理及结构理论计算出上下柱(即上段预制柱2及下段预制柱3)连接节点处的极限承载力，即：

M、V、N分别为构件的弯矩、剪力、轴力设计值，e为轴力作用点至连接钢板厚度中心的距离，f_c为混凝土的抗压强度设计值，f_s为连接钢板的抗压强度设计值；b_c、h_c分别为混凝土柱的截面宽度、高度，t₂为连接盖板的厚度，x为混凝土相对受压高度，系数α₁、β₁按现行混凝土结构设计规范取值；

λ为偏心受压构件计算截面的剪跨比，对各类构件的框架柱，取

当框架结构中柱的反弯点在层高范围内是，可取

(H₀为柱的净高)，当1＜λ时，取λ＝1；当λ＞3时，取λ＝3；当承受集中荷载时，取

(a取集中荷载作用点至支座截面或节点边缘的距离)，当λ＜1.5时，取λ＝1.5；当λ＞3时，取λ＝3；f_t为轴向抗拉混凝土强度设计值，h₀为构件截面有效高度，f_yv为箍筋强度设计值，A_sv为构件箍筋截面面积，s₁为箍筋的间距；

0.9为可靠度调整系数，

为钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数，f_y为纵筋的轴心抗压强度设计值；A_c、A_s分别是混凝土、纵筋的抗压截面面积；若公式(6)(7)(8)满足要求，即可确定上下柱节点处连接钢板的尺寸；若公式(6)(7)(8)不成立，返回步骤3重新设计，直至公式(6)(7)(8)成立为止；

步骤4、设置的装配式整体柱1柱截面的高度h宽度b，上柱高度h₁、下柱高度h₂、中间填充层17的厚度t₄，为保证装配柱所产生的塑性铰区位于中间的节点连接处，即需满足：

步骤5、设置上下柱接触面的形状确定上柱榫头和下柱杯口处的侧向抗压抗剪承载力需满足：

抗压：F_c≤f_cbc 公式(10)

抗剪：F_v≤0.7f_tA_c+f_vA_s 公式(11)

f_c为上下柱接触面混凝土的抗压强度设计值，b为上柱榫头的宽度。c为上柱榫头的长度，f_t为上下柱接触面混凝土的抗拉强度设计值，A_c为下柱杯口内侧混凝土部分的受力面积；A_s为下柱杯口内侧预埋钢板部分的受力面积；若公式(10)(11)满足要求，确定上下柱接触面预埋钢板的尺寸；若公式(10)(11)不成立，返回步骤5重新设计，增加长度c或增加预埋钢板的厚度t，即调整上下柱接触面预埋钢板部分的受力面积，直至公式(10)(11)成立为止；

步骤6、设置连接钢板的螺栓数目需满足：

单根螺栓抗剪承载力：

单根螺栓孔孔壁承压：

则需要螺栓数：

为螺栓的抗剪强度设计值，A_c为螺栓的截面面积。

为连接钢板的抗拉强度设计值，d_c为螺栓孔部分所通过的螺栓杆直径，t₂为连接钢板的厚度，γ为加强系数，N为新型装配柱所受的轴向压力设计值；

步骤7、设置选取连接节点处的螺栓孔距尺寸，即估算满足：

中间孔距＞3d₀，＜min{12d₀，18t} 公式(15)

中心至构件边缘距离＞1.5d₀，＜min{4d₀，8t} 公式(16)。

本发明双钢板螺栓连接全装配式柱节点主要是通过连接钢板将上、下段预制柱连接在一起，形成“协同”工作的组合体。新型连接形式的装配式柱具有节点结构简单，施工简便，造价较低，连接部件易于更换，简化了节点区钢筋的搭接工作等优点。该结构构件主要应用于低、中层装配式结构中。

柱-柱连接节点在框架结构中起着至关重要的作用，在正常使用状态下，柱-柱连接节点通过双层连接钢板将上柱与下柱连成整体柱，在地震作用下，柱连接节点域不先于梁发生破坏，保持弹性变形，从而满足外层连接钢板达到可更换的使用效果，最后才出现塑性变形，形成塑性铰，从而有效的吸收和耗散地震产生的能量，使框架真正做到“小震不坏，中震可修，大震不倒”。柱连接节点的连接位置是根据柱反弯点位置所确定，充分利用了反弯点受力小的特点进行合理设计。

双钢板螺栓连接全装配式柱节点的力学性能优越，受力分析明确，充分发挥柱连接节点处的耗能能力，提高了柱连接节点处的承载力和刚度，保证了现场拼装的效率。

Claims (3)

1.一种双钢板螺栓连接全装配式柱节点，其特征在于，包括有横截面为矩形的装配式整体柱(1)，装配式整体柱(1)的四个侧壁上均设置有通过若干个预埋螺栓(12)连接的双层连接钢板；

所述装配式整体柱(1)包括由上至下依次设置的上段预制柱(2)、中间填充层(17)及下段预制柱(3)，上段预制柱(2)的底端端部中心处为凸出的榫头，上段预制柱(2)的底端端部表面包裹有上段预制柱端部榫头预埋钢板(4)；下段预制柱(3)的顶端端部中心处开有用于安装榫头的杯口，下段预制柱(3)的顶端端部表面覆盖有下段预制柱端部杯口预埋钢板(5)；上段预制柱(2)的四个侧壁均通过部分预埋螺栓(12)与双层连接钢板连接，下段预制柱(3)的四个侧壁均通过部分预埋螺栓(12)与双层连接钢板连接；

所述上段预制柱(2)为钢筋混凝土预制柱，钢筋混凝土预制柱中心处竖直设置有上段抗剪连接件(10)，上段抗剪连接件(10)的一端端部点焊于上段预制柱端部榫头预埋钢板(4)上，钢筋混凝土预制柱内部还设置有按照矩形均匀分布的八根上段柱纵筋(6)，还包括有将位于矩形顶角处的四个不相邻的上段柱纵筋(6)连接在一起的上段预制柱外圈箍筋(8)，以及将另外四个上段柱纵筋(6)连接在一起的上段预制柱内圈箍筋(9)，每个安装于上段预制柱(2)的预埋螺栓(12)的尾部点焊于上段预制柱外圈箍筋(8)上，上段柱纵筋(6)的端部点焊于上段预制柱端部榫头预埋钢板(4)上；

所述下段预制柱(3)为钢筋混凝土预制柱，钢筋混凝土预制柱中心处竖直设置有下段抗剪连接件(11)，下段抗剪连接件(11)的一端端部点焊于下段预制柱端部杯口预埋钢板(5)上，钢筋混凝土预制柱内部还设置有按照矩形均匀分布的八根下段柱纵筋(7)，还包括有将位于矩形顶角处的四个不相邻的下段柱纵筋(7)连接在一起的下段预制柱外圈箍筋(15)，以及将另外四个下段柱纵筋(7)连接在一起的下段预制柱内圈箍筋(16)，每个安装于下段预制柱(3)的预埋螺栓(12)的尾部点焊于下段预制柱外圈箍筋(15)上，下段柱纵筋(7)的端部点焊于下段预制柱端部杯口预埋钢板(5)上；

双层连接钢板包括由内向外依次设置的内层连接钢板(13)及外层连接钢板(14)，内层连接钢板(13)上设置有若干个椭圆形螺栓孔，外层连接钢板(14)上设置有若干个圆形螺栓孔，外层连接钢板(14)上的圆形螺栓孔与内层连接钢板(13)上的椭圆形螺栓孔一一对应。

2.根据权利要求1所述的一种双钢板螺栓连接全装配式柱节点的施工方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤一：根据需求选择合适长度尺寸的上段预制柱端部榫头预埋钢板(4)、下段预制柱端部杯口预埋钢板(5)、预埋螺栓(12)、内层连接钢板(13)及外层连接钢板(14)；

步骤二：预制装配式柱节点所需的上段柱纵筋(6)、下段柱纵筋(7)、上段预制柱外圈箍筋(8)、上段预制柱内圈箍筋(9)、上段抗剪连接件(10)、下段抗剪连接件(11)、下段预制柱内圈箍筋(16)及下段预制柱外圈箍筋(15)；

步骤三：装配柱预制钢筋混凝土部分，上段预制柱(2)的底端与下段预制柱(3)的顶端节点连接区设有预埋螺栓(12)、上段预制柱端部榫头预埋钢板(4)及下段预制柱端部杯口预埋钢板(5)，预埋螺栓(12)点焊于对应的外圈箍筋上，上段预制柱端部榫头预埋钢板(4)及下段预制柱端部杯口预埋钢板(5)点焊于对应的纵筋上，上段预制柱(2)与下段预制柱(3)分开浇筑，依次进行支模板、浇筑混凝土、振捣、养护；

步骤四：待混凝土养护28天后，拆模，并将上段预制柱(2)吊起，置于下段预制柱(3)的正上方，上段预制柱(2)与下段预制柱(3)之间留有5～15mm的空隙，空隙就用来填充氯丁橡胶或砂浆作为中间填充层，四周安装开有椭圆形螺栓孔的内层连接钢板(13)，然后再安装开有圆形螺栓孔的外层连接钢板(14)，最后采用承压型高强螺栓帽拧在预埋螺栓杆上，将双层连接钢板固定。

3.根据权利要求1所述的一种双钢板螺栓连接全装配式柱节点的各个部件尺寸确定方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1、根据柱的总高H及形式，设定待设置的装配式整体柱(1)柱截面的高度h，宽度b，上段预制柱(2)高度h₁、下段预制柱(3)高度h₂、中间填充层(17)厚度t₄，上段预制柱端部榫头预埋钢板(4)及下段预制柱端部杯口预埋钢板(5)的厚度t₃及四周双层连接钢板的厚度t，t≥6mm；根据四周双层连接钢板的厚度t，进而确定内层连接钢板(13)的厚度t₁，t₁≥5mm；外层连接钢板(14)的宽度b₂、长度L₂及厚度t₂，t₂≤4mm；

根据上段预制柱(2)及下段预制柱(3)接触面的形状确定榫头根部至上段预制柱(2)外侧边缘的距离为a，a≥100mm、榫头的长度为c，c≥140mm、榫头端部的边长m和坡度为θ，进而确定下段预制柱(3)杯口的尺寸；通过连接处的所能承受的轴力、剪力及弯矩的计算，预估设置内层连接钢板(13)的长度L₁，宽度b₁，外层连接钢板(14)的长度L₂，宽度b₂，开孔布置位置和预埋螺栓(12)使用型号及直径；

步骤2、根据步骤1基础上，按规范选取适尺寸的上段柱纵筋(6)及下段柱纵筋(7)，包括纵筋的直径d₁；选择所需的合适尺寸的上段预制柱外圈箍筋(8)、上段预制柱内圈箍筋(9)、下段预制柱外圈箍筋(15)及下段预制柱内圈箍筋(16)，包括箍筋的直径d₂；选择所需的合适尺寸的上段抗剪连接件(7)及下段抗剪连接件(11)，包括抗剪栓钉直径d₁，抗剪栓钉长度L₃；

步骤1及步骤2中尺寸之间存在如下关系：

H＝h₁+h₂+t₄ 公式(1)

t＝t₁+t₂ 公式(2)

b＝b₁＝b₂ 公式(3)

L₁＝L₂ 公式(4)

步骤3、对一种双钢板螺栓连接全装配式柱节点截面尺寸进行复核，根据行业规范、标准的力学原理及结构理论计算出上下柱连接节点处的极限承载力，即：

M、V、N分别为构件的弯矩、剪力、轴力设计值，e为轴力作用点至连接钢板厚度中心的距离，f_c为混凝土的抗压强度设计值，f_s为连接钢板的抗压强度设计值；b_c、h_c分别为混凝土柱的截面宽度、高度，t₂为连接盖板的厚度，x为混凝土相对受压高度，系数α₁、β₁按现行混凝土结构设计规范取值；

λ为偏心受压构件计算截面的剪跨比，对各类构件的框架柱，取

当框架结构中柱的反弯点在层高范围内是，可取

H₀为柱的净高；当1＜λ时，取λ＝1；当λ＞3时，取λ＝3；当承受集中荷载时，取

a取集中荷载作用点至支座截面或节点边缘的距离；当λ＜1.5时，取λ＝1.5；当λ＞3时，取λ＝3；f_t为轴向抗拉混凝土强度设计值，h₀为构件截面有效高度，f_yv为箍筋强度设计值，A_sv为构件箍筋截面面积，s₁为箍筋的间距；

0.9为可靠度调整系数，

为钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数，f_y为纵筋的轴心抗压强度设计值；A_c、A_s分别是混凝土、纵筋的抗压截面面积；若公式(6)(7)(8)满足要求，即可确定上下柱节点处连接钢板的尺寸；若公式(6)(7)(8)不成立，返回步骤3重新设计，直至公式(6)(7)(8)成立为止；

步骤4、设置的装配式整体柱(1)柱截面的高度h，宽度b，上柱高度h₁、下柱高度h₂、中间填充层(17)的厚度t₄，为保证装配柱所产生的塑性铰区位于中间的节点连接处，即需满足：

步骤5、设置上下柱接触面的形状确定上柱榫头和下柱杯口处的侧向抗压抗剪承载力需满足：

抗压：F_c≤f_cbc 公式(10)

抗剪：F_v≤0.7f_tA_c+f_vA_s 公式(11)

f_c为上下柱接触面混凝土的抗压强度设计值，b为上柱榫头的宽度；c为上柱榫头的长度，f_t为上下柱接触面混凝土的抗拉强度设计值，A_c为下柱杯口内侧混凝土部分的受力面积；A_s为下柱杯口内侧预埋钢板部分的受力面积；若公式(10)(11)满足要求，确定上下柱接触面预埋钢板的尺寸；若公式(10)(11)不成立，返回步骤5重新设计，增加长度c或增加预埋钢板的厚度t，即调整上下柱接触面预埋钢板部分的受力面积，直至公式(10)(11)成立为止；

步骤6、设置连接钢板的螺栓数目需满足：

单根螺栓抗剪承载力：

单根螺栓孔孔壁承压：

则需要螺栓数：

为螺栓的抗剪强度设计值，A_c为螺栓的截面面积；

为连接钢板的抗拉强度设计值，d_c为螺栓孔部分所通过的螺栓杆直径，t₂为连接钢板的厚度，γ为加强系数，N为新型装配柱所受的轴向压力设计值；

步骤7、设置选取连接节点处的螺栓孔距尺寸，即估算满足：

中间孔距＞3d₀，＜nin{12d₀，18t} 公式(15)

中心至构件边缘距离＞1.5d₀，＜nin{4d₀，8t} 公式(16)。

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