CN113073746A - C型套筒可拆可换钢筋混凝土柱-柱连接结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种C型套筒可拆可换钢筋混凝土柱‑柱连接结构及施工方法，包括上、下段钢筋混凝土柱、盖板和高强螺栓，上、下柱柱端均设有柱端钢板和抗剪连接件，将纵筋和抗剪连接件焊接在柱端钢板的一侧，将C型套筒与矩形内套筒分别焊接在上、下柱柱端钢板的另一侧。通过高强螺栓将C型套筒和矩形内套筒连接起来，实现上、下柱的连接。通过松动螺栓，取下盖板，将需要更换的柱段沿水平方向取下，再将新的柱段通过吊装沿水平方向推进去，拧紧螺栓，来实现对钢筋混凝土柱的拆卸和更换。本发明受力性能良好，加工制作方便，解决了传统钢套筒构件在服役期内不可灵活拆除和更换的缺陷，为全生命周期可拆可换结构体系的连接提供了新的思路。

Description

C型套筒可拆可换钢筋混凝土柱-柱连接结构及施工方法

技术领域

本发明涉及全生命周期可拆可换结构体系中柱-柱连接领域，具体涉及一种C型套筒可拆可换钢筋混凝土柱-柱连接结构及方法。

背景技术

随着我国经济水平和建筑产业的快速发展，传统建筑结构的弊端逐渐突显，例如，在新建、改建、扩建和拆除环节产生大量建筑垃圾、扬尘和噪音，造成资源浪费，危害生态环境。自21世纪以来，随着低碳经济理念的不断发展，装配式结构逐渐兴起，使得施工噪音大、建筑垃圾产量大和建设周期长的问题得到了有效的解决，但其在服役期满进行拆除时仍表现出材料不环保、拆除难度大、预制构件无法回收等缺点。

由此，在装配式结构的基础上又逐渐发展出“可拆卸装配式结构”和“可更换装配式结构”，但目前国内外学者对可拆卸结构的研究，主要是从结构构件的预制装配以及服役期满后可以对构件拆除的角度进行的，目的的是使结构拆除后不产生或仅产生少量建筑垃圾，并可对拆除后的构件进行再利用。可拆卸结构的局限性主要体现在两个方面：一是只能在服役期满后对结构整体按自上而下的顺序进行拆除，而不能在服役期间对结构构件进行局部拆除或更换；二是未能解决地震作用后结构使用功能快速恢复的问题。

因此，在此基础上又催生了新的结构体系即全生命周期可拆可换结构体系。全生命周期可拆可换结构体系是一种全新的结构体系概念，将“可拆卸”与“可更换”两大功能进行了有机融合，即结构在正常使用状态或服役期满后能够将结构拆解为单个构件，实现构件的回收或重复利用；在地震作用下当构件受到损坏时，可对受损构件进行拆卸和更换，实现震后结构功能的快速恢复；当原有结构使用功能发生变化时，可对构件进行拆卸更新，从而实现结构使用功能的快速更新。全生命周期可拆可换结构体系有效地解决装配式建筑结构拆除难度大、预制构件无法回收等一系列问题，能够更好地契合绿色发展理念。但传统的连接结构不能很好地适用于所提出的全生命周期可拆可换结构体系，相关的连接结构还需进一步进行研究。

发明内容

针对现有钢筋混凝土柱-柱连接结构不能很好地进行全生命周期的可拆卸和可更换，本发明提出一种C型套筒可拆可换钢筋混凝土柱-柱连接结构。本发明结构构造形式简单、新颖，受力性能良好，加工制作方便，现场装配简洁清晰，实现了钢筋混凝土柱在全生命周期可拆可换，为全生命周期可拆可换结构体系的连接形式提供了新的思路。

为解决以上问题，本发明所采用的技术方案是：一种C型套筒可拆可换钢筋混凝土柱-柱连接结构，所述结构包括上、下段钢筋混凝土柱，盖板和高强螺栓。上段钢筋混凝土柱包括C型外套筒、柱端钢板、抗剪连接件、纵筋、箍筋；下段钢筋混凝土柱包括矩形内套筒、钢管加钢套筒组合装置、十字形开孔钢板、抗剪连接件、纵筋、箍筋；其中上、下柱中所预埋的抗剪连接件置于纵筋与箍筋形成的钢筋骨架内侧，并将纵筋与抗剪连接件焊接在柱端钢板的一侧，将C型套筒与矩形内套筒分别焊接在上、下柱柱端钢板的另一侧，C型套筒与矩形内套筒均在相应位置设有螺栓孔。通过高强螺栓将C型套筒和内套筒连接起来，从而实现上下柱的连接。

本发明结构中的C型套筒、矩形内套筒、盖板上的相应位置均开有一定数量的螺栓孔，便于上下柱之间的安装连接与固定，十字形开孔钢板上也开有一定数量的螺栓孔，便于固定钢管并与其形成核心来抵抗拉压变形。

进一步，在矩形内套筒内部螺栓孔处设置钢管加钢套筒装置以及十字形开孔钢板，既能使上下柱的现场连接更加简单方便，又能起到对内套筒的支撑作用和节点处抗拉作用，防止受压屈曲，使该连接结构更加牢固可靠且易于拆卸。

所述连接中，矩形内套筒、C型套筒、柱端钢板和盖板的厚度均为20mm，十字形开孔钢板的厚度为15mm，且可根据实际受力情况对厚度进行调整以及可在高强螺栓连接处增设垫片。

所述钢筋混凝土柱中预埋箍筋、纵筋和抗剪连接件，将抗剪连接件置于箍筋和纵筋所形成的钢筋骨架的内侧，且将纵筋和抗剪连接件与柱端钢板焊接连接。

所述钢筋混凝土柱采用C40混凝土；纵筋采用HRB500钢筋；箍筋采用HRB400钢筋；抗剪连接件材料采用Q420钢材；柱端钢板、盖板、十字形开孔钢板及矩形内套筒采用Q420钢材。

对于上述技术方案，本发明还有进一步优选的方案。

优选的，所述矩形内套筒中预设的组合连接装置，在技术条件不允许的情况下，也可不预设组合装置，而是通过盲眼螺栓将上下柱进行连接。在这种情况下，C型套筒、盖板和矩形内套筒的开孔位置可设置在同一水平高度处。

优选的，所述抗剪连接件除本说明图中所画的H型钢抗剪连接件之外，还可使用十字形抗剪连接件、井字形抗剪连接件、内矩形抗剪连接件。

优选的，所述矩形内套筒中的十字形钢板，还可使用H型钢、加劲肋等方式来提高连接处的抗压能力。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

钢筋混凝土柱通过在矩形内套筒中的预设装置使用高强螺栓进行连接，且在进行拆卸时，通过松动螺栓、取下盖板来实现对钢筋混凝土柱的可拆可换。

通过控制上下柱的刚度、高度、截面面积的不同，使该结构的破坏发生在预期位置(上柱或下柱)，并可通过在下柱的矩形内套筒里焊接十字形钢板、H型钢、加劲肋等来提高连接处的刚度和抗拉能力，使其在预期荷载作用下能够使矩形内套筒与C型套筒不发生变形或只产生较小变形。以便在需要进行更换时，能较容易地取下高强螺栓和盖板，实现对上柱或下柱的更换，进而实现震后结构功能的快速恢复或使用功能的快速更新。

通过C型套筒及矩形内套筒中预埋的连接组合装置，可实现将构件在服役期内沿水平方向进行拆卸，解决了传统矩形内套筒在服役期内不便拆卸和更换的缺陷；另外，使用矩形内套筒进行连接，不会使连接处的截面形状和面积发生较大变化，且在现场只需将构件拼接好后将高强螺栓拧进预留孔洞内即可，工人操作简单，易于上手，同时有利于该连接方式的推广和应用。

C型套筒连接的可拆可换钢筋混凝土柱-柱连接实现了钢筋混凝土柱在全生命周期可拆可换，且连接结构形式简洁，受力性能良好，可实现钢筋混凝土柱-柱全装配式连接，提高工程施工效率，促进该构件连接形式的推广和应用。本发明是全生命周期可拆可换结构体系的重要组成部分，是可拆可换结构体系中的一种新的连接结构，为全生命周期可拆可换体系中构件的连接提供了一个新的思路。本发明不仅适用于全生命周期可拆可换结构体系，还可以很好地适用于现有的装配式结构体系；不仅适用于混凝土结构构件的连接，也适用于钢构件的连接，具有极大的工程应用范围和应用前景。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明外观结构示意图；

图3为上段钢筋混凝土柱构件示意图；

图4为下段钢筋混凝土柱构件示意图；

图5为本发明装配完成后的外观结构示意图；

图6为矩形内套筒内部预设装置示意图；

图7为下段钢筋混凝土柱构件剖面图；

图8为本发明使用盲眼螺栓连接完成后的示意图；

图9为本发明使用盲眼螺栓连接后的剖面图。

其中，图中所示：1为上段钢筋混凝土柱、2为柱端钢板、3为C型套筒、4为钢管加钢套筒的预设装置、5为十字形开孔钢板、6为矩形内套筒、7为高强螺栓、8为盖板、9为下段钢筋混凝土柱、10为箍筋、11纵筋、12为预埋抗剪连接件、13为钢管、14为钢套筒、15为盲眼螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明的实施方式不限于此。

参见图1-图4所示，一种C型套筒可拆可换钢筋混凝土柱-柱连接结构，包括上段钢筋混凝土柱、下段钢筋混凝土柱、盖板、高强螺栓。上段钢筋混凝土柱包括C型外套筒、柱端钢板、抗剪连接件、纵筋、箍筋；下段钢筋混凝土柱包括矩型矩形内套筒、钢管加钢套筒组合装置、十字形开孔钢板、抗剪连接件、纵筋、箍筋；其中上、下柱中所预埋的抗剪连接件置于纵筋与箍筋形成的钢筋骨架内侧，并将纵筋与抗剪连接件焊接在柱端钢板的一侧，立模浇筑C40混凝土，形成两端带钢板的上段钢筋混凝土柱和下段钢筋混凝土柱；将C型套筒与矩形内套筒分别焊接在上、下柱柱端钢板的另一侧，C型套筒与矩形内套筒均在相应位置设有螺栓孔；另有一块盖板和高强螺栓，用于后续的连接过程中。

参见图2、图5所示，将C型套筒和盖板套在矩形内套筒的外侧，并将C型套筒和盖板上的预留孔洞与矩形内套筒中的预留螺栓孔的位置对齐，通过高强螺栓将其进行连接，使上、下段钢筋混凝土柱形成一个整体；当其中某段钢筋混凝土柱需要拆除或更换时，可松动螺栓，将盖板取下，并将需要更换的柱段沿水平方向取下，再将新的柱段推进去，拧紧螺栓，实现对钢筋混凝土柱进行拆卸和更换。

参见图3、图4所示，上段钢筋混凝土柱中的C型套筒与下段钢筋混凝土柱中的矩形内套筒上均设有螺栓孔，且相邻钢板之间的螺栓孔设在不同高度处，相对位置的钢板之间的螺栓孔设在相同高度处，主要是为了在内套筒中的钢筋加钢套筒装置能够沿内套筒边长进行通长布置，避免交叉。

参见图6-图7所示，对于矩形内套筒内所布置的螺栓加钢套筒装置，上下布置两排，且上下排钢管的轴线相互垂直，对于该预设组合装置，实际布置时应根据受力情况计算出相邻钢管及钢套筒之间的间距，以及上下排组合装置的间距，避免出现应力集中和焊接热效应，且应给构件的加工留下足够的空间。

参见图8-图9所示，在上段混凝土柱与下段钢筋混凝土柱进行相连接时，也可在下柱矩形内套筒中不预设组合装置，而是通过盲眼螺栓，在其装配完成后直接进行连接，在这种情况下，C型套筒和矩形内套筒的开孔位置可设置在同一水平高度处。

本发明相应地给出了一种C型套筒可拆可换钢筋混凝土柱-柱连接方法的实施过程，包括如下步骤：

1)将所有构件均在工厂进行加工，将抗剪连接件置于箍筋和纵筋形成的钢筋骨架内侧，将抗剪连接件和纵筋对焊在柱端钢板上；抗剪连接件、纵筋、箍筋及柱端钢板连接完成后立模浇筑C40混凝土，形成两端带钢板的上段钢筋混凝土柱和下段钢筋混凝土柱；

2)将预设螺栓孔洞的C型套筒焊接在上柱柱端钢板上，形成带C型套筒连接件的上段钢筋混凝土柱；

3)将钢管穿过十字形开孔钢板的孔洞进行焊接连接，并在钢管两端连接上钢套筒，接着将该组合装置焊接在矩形内套筒上，然后将矩形内套筒焊接在下柱柱端钢板上，形成带矩形内套筒连接件的下段钢筋混凝土柱；

4)将C型套筒和盖板套在矩形内套筒的外侧，并将C型套筒和盖板上的预留孔洞与矩形内套筒中的预留螺栓孔的位置对齐，通过高强螺栓将其进行连接，使上、下段钢筋混凝土柱形成一个整体；

5)当其中的上段或下段钢筋混凝土柱需要拆除或更换时，可松动螺栓，将盖板取下，并将需要更换的柱段沿盖板的方向取下，再将新的柱段推进去，拧紧螺栓，实现对钢筋混凝土柱的拆卸和更换。

本发明中所提到的两种螺栓进行连接的情况，可在截面面积不同或者加工技术和施工技术受限的情况下进行灵活的布置和选择，从而满足不同情况下、不同框架结构柱之间的连接。

以上所述，可较好的实现本发明，仅为本发明一种较佳的具体实施方式，并非用来限定本发明的实施范围，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，或依据本发明所做的变化与修饰，都为本发明权利要求保护的范围所涵盖。

Claims (9)

1.一种C型套筒可拆可换钢筋混凝土柱-柱连接结构，其特征在于，所述结构由上段钢筋混凝土柱(1)、下段钢筋混凝土柱(9)、盖板(8)、高强螺栓(7)组成，其中，上段钢筋混凝土柱(1)包括C型外套筒(3)、柱端钢板(2)、抗剪连接件(12)、纵筋(11)、箍筋(10)；下段钢筋混凝土柱包括矩形内套筒(6)、钢管加钢套筒组合装置(4)、十字形开孔钢板(5)、抗剪连接件(12)、箍筋(10)、纵筋(11)；其中上、下柱中所预埋的抗剪连接件(12)置于纵筋(11)与箍筋(10)形成的钢筋骨架内侧，并将纵筋(11)与抗剪连接件(12)焊接在柱端钢板(2)的一侧，将C型套筒(3)与矩形内套筒(6)分别接在上、下柱柱端钢板(2)的另一侧，C型套筒与矩形内套筒均在相应位置设有螺栓孔，通过高强螺栓(7)将C型套筒和内套筒连接起来，从而实现上下柱的连接。

2.根据权利要求1所述的一种C型套筒可拆可换钢筋混凝土柱-柱连接结构，其特征在于，在上柱柱端钢板(2)上连接C型套筒(3)，并且在C型套筒的相应位置设有螺栓孔，便于上柱与下柱的整体连接的安装和固定。

3.根据权利要求1所述的一种C型套筒可拆可换钢筋混凝土柱-柱连接结构，其特征在于，在下柱柱端钢板(2)上连接一段矩形内套筒，并在矩形内套筒(6)里设有与C型套筒位置相对应的螺栓孔，以及在其内部设有钢管加钢套筒装置(4)和十字形开孔钢板(5)，以起到对内套筒的支撑作用和节点处抗拉作用，防止该连接结构受力后压屈变形。

4.根据权利要求1所述的一种C型套筒可拆可换钢筋混凝土柱-柱连接结构，其特征在于，钢管加钢套筒装置(4)，钢管(13)两端具有螺纹，使用钢套筒(14)将钢管和螺栓杆进行连接。

5.根据权利要求3所述的一种C型套筒可拆可换钢筋混凝土柱-柱连接结构，其特征在于，矩形内套筒(6)、C型套筒(3)、柱端钢板(2)和开孔钢板(8)的厚度均为20mm，十字形开孔钢板(5)的厚度为15mm，且可根据实际受力情况对厚度进行调整以及在高强螺栓连接处增设垫片。

6.根据权利要求2所述的一种C型套筒可拆可换钢筋混凝土柱-柱连接结构，其特征在于，所述钢筋混凝土柱(1、9)中预埋箍筋(10)和纵筋(11)和抗剪连接件(12)，将抗剪连接件置于箍筋(10)和纵筋(11)所形成的钢筋骨架的内侧，且将纵筋(11)和抗剪连接件(12)与柱端钢板(2)连接。

7.根据权利要求3所述的一种C型套筒可拆可换钢筋混凝土柱-柱连接结构，其特征在于，钢筋混凝土柱(1、9)采用C40混凝土；纵筋(11)采用HRB500钢筋；箍筋(10)采用HRB400钢筋；抗剪连接件(12)、柱端钢板(2)、C型套筒(3)、盖板(8)、十字形开孔钢板(5)及矩形内套筒(6)采用Q420钢材。

8.根据权利要求1所述的一种C型套筒可拆可换钢筋混凝土柱-柱连接结构，其特征在于，所述该钢筋混凝土柱-柱连接节点，在进行位置布置时，应将带有单独盖板(8)的一面，朝向结构外侧进行布置，以便于构件的拆卸和更换。

9.采用如权利要求1所述结构的C型套筒可拆可换钢筋混凝土柱-柱连接结构施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将所有构件均在工厂进行加工，将抗剪连接件(12)置于箍筋(10)和纵筋(11)形成的钢筋骨架内侧，将抗剪连接件(12)和纵筋(11)对焊在柱端钢板(2)上；抗剪连接件(12)、纵筋(11)、箍筋(10)及柱端钢板连接完成后立模浇筑C40混凝土，形成两端带钢板的上段钢筋混凝土柱和下段钢筋混凝土柱；

2)将预设螺栓孔洞的C型套筒(3)焊接在上柱柱端钢板(2)上，形成带C型套筒连接件的上段钢筋混凝土柱(1)；

3)将钢管(13)穿过十字形开孔钢板(5)的孔洞，进行焊接，并在钢管两端连接上钢套筒(14)，接着将该组合装置焊接在矩形内套筒(6)上，然后将矩形内套筒焊接在下柱柱端钢板(2)上，形成带矩形内套筒连接件的下段钢筋混凝土柱(9)；

4)将C型套筒(3)和盖板(8)套在矩形内套筒(6)的外侧，并将C型套筒和盖板上的预留螺栓孔与矩形内套筒中的预留螺栓孔的位置对齐，通过拧紧高强螺栓(7)将其进行连接和固定，从而使上、下段钢筋混凝土柱形成一个整体；

5)当其中的上段或下段钢筋混凝土柱需要拆卸或更换时，可松动螺栓，将盖板(8)取下，并将需要更换的柱段沿水平方向取下，再将新的柱段沿水平方向推进去，拧紧螺栓，实现对钢筋混凝土柱的拆卸和更换。

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