CN113123462B - 一种大跨度预应力混凝土装配式框架连接节点及施工方法 - Google Patents

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Abstract

发明提供一种大跨度预应力混凝土装配式框架连接节点及施工方法。该连接节点包括预制柱、预制梁、预应力筋、梁跨中钢筋和节点连接区钢筋。所述预制柱在节点区域预留有预应力筋孔道Ⅰ。所述预制柱在节点区域预埋有上部、下部钢筋孔道Ⅰ。所述预制梁为单跨预应力混凝土梁。所述预制梁的梁身内布置有预应力筋孔道Ⅱ。所述预制梁包括梁主体以及布置在梁主体两端的梁端接合部。所述梁主体两端的梁顶和梁底均开设有槽口。预应力筋在梁端布置在截面中心位置，可以有效减小大震下梁端弯矩增量过大导致的预应力筋较大塑性变形，避免预应力损失过大。在梁跨中布置在梁底，可以有效控制梁跨中的裂缝产生和发展。

Description

一种大跨度预应力混凝土装配式框架连接节点及施工方法
技术领域
本发明涉及建筑结构技术领域，特别涉及一种大跨度预应力混凝土装配式框架连接节点及施工方法。
背景技术
预制装配式建筑是我国推进供给侧结构性改革和新型城镇化发展的重要战略，而现代城市中的火车站、体育馆、机场航站楼、会展中心、教学楼、博物馆、图书馆等均对大跨度预制装配式结构具有广泛需求。
预应力混凝土结构具有构件截面尺寸小、刚度大以及抗裂性和耐久性好等优点，因此在大跨度建筑结构中得到广泛应用。连接节点的有效性直接关系到预应力混凝土结构的整体刚度、稳定性和承载能力，也影响到现场的施工难度和施工进度。
混合连接节点是一种兼具优良自复位和耗能性能的预制装配式节点，其抗震性能良好。但是，为保证结构自复位的需要，现有混合连接节点的预应力筋均布置在矩形截面的中心位置(或对称布置)，其目的是减小大震下预应力筋的最大拉应力，避免预应力筋产生较大塑性变形和预应力损失。预应力筋如此线型布置，无法充分发挥预应力筋对大跨度结构中梁裂缝的有效控制作用，而采用现浇结构中的传统线型又将导致自复位性能严重受损。由此可见，现有混合连接装配式节点设计和施工存在明显问题，成为制约其在大跨度装配式框架结构中推广应用的瓶颈。
因此，研发一种抗裂及抗震性能良好、连接安全可靠且施工环境要求不高的大跨度预应力混凝土装配式框架连接节点形式显得十分必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种大跨度预应力混凝土装配式框架连接节点及施工方法，以解决现有技术中存在的问题。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种大跨度预应力混凝土装配式框架连接节点，包括预制柱、预制梁、预应力筋、梁跨中钢筋和节点连接区钢筋。
所述预制柱为预制混凝土柱。所述预制柱在节点区域预留有预应力筋孔道Ⅰ。所述预应力筋孔道Ⅰ的上下两侧分别布置有若干个上部、下部钢筋孔道Ⅰ。
所述预制梁为单跨预应力混凝土梁。所述预制梁的梁身内布置有预应力筋孔道Ⅱ。所述预制梁包括梁主体以及布置在梁主体两端的梁端接合部。所述梁主体整体为矩形截面梁。所述梁主体两端的梁顶和梁底均开设有槽口。所述梁主体在梁跨中布置有若干根上部、下部梁跨中钢筋。所述梁跨中钢筋沿梁主体的长度方向布置。所述梁跨中钢筋的两端容置在槽口中。所述梁端接合部采用纤维混凝土或ECC混凝土浇筑。所述梁端接合部内布置有与钢筋孔道Ⅰ对应的钢筋孔道Ⅱ。
所述预制柱和预制梁在梁柱接合面预留有缝隙。所述钢筋孔道Ⅰ和钢筋孔道Ⅱ拼合形成钢筋容置孔道。所述节点连接区钢筋穿设在钢筋容置孔道中。所述节点连接区钢筋在梁端位置处设置有无黏结段。所述节点连接区钢筋的两端伸入对应槽口中。所述节点连接区钢筋与对应梁跨中钢筋连接。所述预应力筋孔道Ⅰ和预应力筋孔道Ⅱ拼合形成预应力筋容置孔道。所述预应力筋穿设在预应力筋容置孔道中。所述预应力筋在梁内的矢高线型为在梁端曲线布置在截面中心位置，在梁跨中曲线布置在梁底。所述缝隙处灌注有纤维混凝土接合部。
进一步，所述预制柱的柱身内还设置有柱纵筋和箍筋。
进一步，所述节点连接区钢筋与对应梁跨中钢筋采用机械连接或焊接的方式连接。
进一步，所述预制柱为连续多层预制。
进一步，所述预应力筋为无粘结预应力筋或局部有粘结预应力筋。
本发明还公开根据上述大跨度预应力混凝土装配式框架连接节点的施工方法，包括以下步骤：
1)安装预制柱，并在预制柱侧壁上安装临时钢牛腿。
2)由槽口将节点连接区钢筋穿入钢筋孔道Ⅱ。节点连接区钢筋经过钢筋孔道Ⅰ后由节点另一侧梁端槽口穿出。
3)固定连接节点连接区钢筋与对应梁跨中钢筋。在钢筋孔道Ⅰ和钢筋孔道Ⅱ内灌浆。
4)灌注纤维混凝土接合部。
5)浇筑槽口混凝土。
6)在预应力筋孔道内穿设预应力筋。
7)待混凝土强度达到设计要求后，张拉预应力筋，并进行孔道灌浆。
8)拆除作为临时支撑的钢牛腿。
本发明的技术效果是毋庸置疑的：
A.预制梁中同时配置预应力筋和用于耗能的钢筋，大震下预应力筋基本处于弹性工作状态，确保了震后结构良好的自复位性能；
B.预应力筋在梁端，曲线布置在截面中心位置，可以有效减小大震下梁端弯矩增量过大导致的预应力筋较大塑性变形，避免预应力损失过大，保证结构良好的自复位能力。梁端接合部采用纤维混凝土或ECC混凝土浇筑，以弥补预应力筋在梁端曲线布置在截面中心位置造成的抗裂性能不足的问题。在梁跨中，曲线布置在梁底，可以有效控制梁跨中的裂缝产生和发展；
C.配置用于耗能的节点连接区钢筋，并在梁端设置一定长度的无黏结段，使得混合连接节点具有更好的耗能性能；
D.梁端采用纤维混凝土或ECC混凝土可以提高混凝土的抗压强度和极限压应变，对控制大震下梁端混凝土的破坏和脱落有利。
附图说明
图1为连接节点结构示意图；
图2为预制柱结构示意图；
图3为预制梁结构示意图。
图中：预制柱1、预应力筋孔道Ⅰ101、钢筋孔道Ⅰ102、柱纵筋103、预制梁2、梁主体201、槽口2011、梁端接合部202、钢筋孔道Ⅱ2021、预应力筋孔道Ⅱ203、纤维混凝土接合部3、预应力筋4、梁跨中钢筋5、节点连接区钢筋50、无黏结段5001、钢筋套筒6。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
本实施例公开一种大跨度预应力混凝土装配式框架连接节点，包括预制柱1、预制梁2、预应力筋4、梁跨中钢筋5和节点连接区钢筋50。
所述预制柱1为预制混凝土柱。所述预制柱1在节点区域预留有预应力筋孔道Ⅰ101。所述预制柱1在节点区域预埋有上部、下部钢筋孔道Ⅰ102。所述上部、下部钢筋孔道Ⅰ102分别布置在预应力筋孔道Ⅰ101的上下两侧。
所述预制梁2为单跨预应力混凝土梁。所述预制梁2的梁身内布置有预应力筋孔道Ⅱ203。所述预制梁2包括梁主体201以及布置在梁主体201两端的梁端接合部202。所述梁主体201整体为矩形截面梁。所述梁主体201两端的梁顶和梁底均开设有槽口2011。所述梁主体201在梁跨中布置有上部、下部梁跨中钢筋5。所述梁跨中钢筋5沿梁主体201的长度方向布置。所述梁跨中钢筋5的两端容置在槽口2011中。所述梁端接合部202采用纤维混凝土或ECC混凝土浇筑。所述梁端接合部202内上部、下部布置有与钢筋孔道Ⅰ102对应的钢筋孔道Ⅱ2021。
所述钢筋孔道Ⅰ102和钢筋孔道Ⅱ2021拼合形成钢筋容置孔道。所述节点连接区钢筋50穿设在钢筋容置孔道中。所述节点连接区钢筋50在梁端位置处设置有无黏结段5001。所述节点连接区钢筋50的两端伸入对应槽口2011中。所述节点连接区钢筋50与对应梁跨中钢筋5连接。所述预应力筋孔道Ⅰ101和预应力筋孔道Ⅱ203拼合形成预应力筋容置孔道。所述预应力筋4穿设在预应力筋容置孔道中。所述预应力筋4在梁内的矢高线型为在梁端曲线布置在截面中心位置，在梁跨中曲线布置在梁底。
所述预制柱1和预制梁2在梁柱接合面预留有缝隙。所述缝隙处灌注有纤维混凝土接合部3。当遭遇地震作用时，首先在梁柱接合面预留缝隙处开裂。随着地震作用的增加，构件变形和损伤仍然主要集中在梁柱接合面预留缝隙处，其他构件不会出现明显损伤。
本实施例同时配置预应力筋4、梁跨中钢筋5和节点连接区钢筋50，大震下预应力筋基本处于弹性工作状态，确保了震后结构良好的自复位性能。用于耗能的节点连接区钢筋50设置一定长度的无黏结段5001，使得混合连接节点具有更好的耗能性能。预应力筋4在梁端曲线布置在截面中心位置，可以有效减小大震下梁端弯矩增量过大导致的预应力筋较大塑性变形，避免预应力损失过大，保证结构良好的自复位能力。梁端接合部采用纤维混凝土或ECC混凝土浇筑，以弥补预应力筋在梁端曲线布置在截面中心位置造成的抗裂性能不足的问题。在梁跨中曲线布置在梁底，可以有效控制梁跨中的裂缝产生和发展。
值得说明的是，在大跨度现浇预应力混凝土框架结构中，预应力筋在梁端产生的裂缝控制效应主要由三部分提供，分别是轴压力、初弯矩(主弯矩)和次弯矩。在本实施例中，由于预应力筋4在梁端布置在截面中心，预应力筋产生的初弯矩为零(轴压力和次弯矩效应仍保留)，对梁端裂缝控制效应有所降低。为弥补这一不足，梁端接合部202采用纤维混凝土或ECC混凝土浇筑。浇筑长度根据设计需要确定，一般在1倍梁高左右。浇筑高度可以是梁端全高，也可以是梁端截面上部或下部中的一部分(其他部分可以采用普通混凝土浇筑)。梁端接合部202采用纤维混凝土或ECC混凝土浇筑，还可以提高混凝土的抗压强度和极限压应变，对控制大震下梁端混凝土的破坏和脱落有利。
实施例2：
参见图1～图3，本实施例主要结构同实施例1，其中，所述预制柱1的柱身内还设置有柱纵筋103。所述节点连接区钢筋50与对应梁跨中钢筋5采用钢筋套筒6连接。
实施例3：
本实施例主要结构同实施例1，其中，所述节点连接区钢筋50与对应梁跨中钢筋5采用焊接连接方式。
实施例4：
本实施例主要结构同实施例1，其中，所述预制柱1为多层预制。
实施例5：
本实施例主要结构同实施例1，其中，所述预制柱1和预制梁2在梁柱接合面的缝隙宽度为15～20mm。
实施例6：
本实施例提供实施例1～5任意一种大跨度预应力混凝土装配式框架连接节点的施工方法，包括以下步骤：
1)安装预制柱1，并在预制柱1侧壁上安装临时钢牛腿，作为预制梁2的临时支撑。
2)由槽口2011将节点连接区钢筋50穿入钢筋孔道Ⅱ2021。节点连接区钢筋50经过钢筋孔道Ⅰ102后由节点另一侧梁端槽口2011穿出。
3)固定连接节点连接区钢筋50与对应梁跨中钢筋5。在钢筋孔道Ⅰ102和钢筋孔道Ⅱ2021内灌浆。
4)灌注纤维混凝土接合部3。
5)浇筑槽口2011混凝土。
6)在预应力筋容置孔道内穿设预应力筋4。
7)待混凝土强度包括后浇槽口混凝土和灌缝混凝土达到设计要求后，张拉预应力筋4，并进行孔道灌浆。
8)拆除作为临时支撑的钢牛腿。

Claims (5)

1.一种大跨度预应力混凝土装配式框架连接节点，其特征在于：包括预制柱（1）、预制梁（2）、预应力筋（4）、梁跨中钢筋（5）和节点连接区钢筋（50）；
所述预制柱（1）为预制混凝土柱；所述预制柱（1）在节点区域预留有预应力筋孔道Ⅰ（101）；所述预应力筋孔道Ⅰ（101）的上下两侧分别布置有若干个上部、下部钢筋孔道Ⅰ（102）；
所述预制梁（2）为单跨预应力混凝土梁；所述预制梁（2）的梁身内布置有预应力筋孔道Ⅱ（203）；所述预制梁（2）包括梁主体（201）以及布置在梁主体（201）两端的梁端接合部（202）；所述梁主体（201）整体为矩形截面梁；所述梁主体（201）两端的梁顶和梁底均开设有槽口（2011）；所述梁主体（201）在梁跨中布置有若干根上部、下部梁跨中钢筋（5）；所述梁跨中钢筋（5）沿梁主体（201）的长度方向布置；所述梁跨中钢筋（5）的两端容置在槽口（2011）中；所述梁端接合部（202）采用纤维混凝土或ECC混凝土浇筑；所述梁端接合部（202）内布置有与钢筋孔道Ⅰ（102）对应的钢筋孔道Ⅱ（2021）；
所述预制柱（1）和预制梁（2）在梁柱接合面预留有缝隙；所述钢筋孔道Ⅰ（102）和钢筋孔道Ⅱ（2021）拼合形成钢筋容置孔道；所述节点连接区钢筋（50）穿设在钢筋容置孔道中；所述节点连接区钢筋（50）在梁端位置处设置有无黏结段（5001）；所述节点连接区钢筋（50）的两端伸入对应槽口（2011）中；所述节点连接区钢筋（50）与对应梁跨中钢筋（5）连接；所述预应力筋孔道Ⅰ（101）和预应力筋孔道Ⅱ（203）拼合形成预应力筋容置孔道；所述预应力筋（4）为无粘结预应力筋或局部有粘结预应力筋；所述预应力筋（4）穿设在预应力筋容置孔道中；所述预应力筋（4）在梁内的矢高线型为在梁端曲线布置在截面中心位置，在梁跨中曲线布置在梁底；所述缝隙处灌注有纤维混凝土接合部（3）。
2.根据权利要求1所述的大跨度预应力混凝土装配式框架连接节点，其特征在于：所述预制柱（1）的柱身内还设置有柱纵筋（103）和箍筋。
3.根据权利要求1或2所述的大跨度预应力混凝土装配式框架连接节点，其特征在于：所述节点连接区钢筋（50）与对应梁跨中钢筋（5）采用机械连接或焊接的方式连接。
4.根据权利要求1所述的大跨度预应力混凝土装配式框架连接节点，其特征在于：所述预制柱（1）为连续多层预制。
5.根据权利要求1所述大跨度预应力混凝土装配式框架连接节点的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)安装预制柱（1），并在预制柱（1）侧壁上安装临时钢牛腿；
2)由槽口（2011）将节点连接区钢筋（50）穿入钢筋孔道Ⅱ（2021）；节点连接区钢筋（50）经过钢筋孔道Ⅰ（102）后由节点另一侧梁端槽口（2011）穿出；
3)固定连接节点连接区钢筋（50）与对应梁跨中钢筋（5）；在钢筋孔道Ⅰ（102）和钢筋孔道Ⅱ（2021）内灌浆；
4)灌注纤维混凝土接合部（3）；
5)浇筑槽口（2011）混凝土；
6)在预应力筋孔道内穿设预应力筋（4）；
7)待混凝土强度达到设计要求后，张拉预应力筋（4），并进行孔道灌浆；
8)拆除作为临时支撑的钢牛腿。
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