CN113833132B - 伸入式钢骨混凝土-frp柱组合节点及安装方法 - Google Patents

伸入式钢骨混凝土-frp柱组合节点及安装方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种伸入式钢骨混凝土‑FRP柱组合节点及安装方法，属于组合结构建筑梁柱节点设计领域。包括伸入式钢骨混凝土‑FRP柱、开放式方形连接套筒和带端板H型钢梁，伸入式钢骨混凝土‑FRP柱包括上部柱和下部柱，开放式方形连接套筒位于上部柱和下部柱之间，带端板H型钢梁位于开放式方形连接套筒的四侧外部，上部柱、下部柱分别与带端板H型钢梁、开放式方形连接套筒固定连接。钢骨架采用伸入式设计，通过对拉钢筋与节点核心套筒连接，提高了组合节点的强度与整体性。

Description

伸入式钢骨混凝土-FRP柱组合节点及安装方法
技术领域
本发明涉及一种伸入式钢骨混凝土-FRP柱组合节点及安装方法，属于组合结构建筑梁柱节点设计领域。
背景技术
随着现代化建筑对功能和绿色的需求不断提高，建筑材料的发展也逐渐多样化。传统单一建筑材料如钢材或混凝土在单独使用时往往不能充分发挥出材料的力学优势，而组合结构可以较好地解决这一问题。目前的组合结构主要为钢管混凝土组合结构，高承载力和延性使其得以广泛推广，但限于钢材的易腐蚀性，钢管混凝土组合结构在特殊环境中的应用受到限制。
纤维增强复合材料(FRP)作为一种高性能绿色新材料，不仅轻质高强，且耐腐蚀性好，与钢材和混凝土结合可以组成钢骨混凝土-FRP柱，同时发挥出三者的材料优势，充分增强结构的力学性能，在建筑结构的抗震和加固方面起到重要作用。然而，由于材料性能的不同，钢骨混凝土-FRP柱组合节点的构造方式也需要更为高效合理的设计。
发明内容
本发明为解决上述问题，提出了一种伸入式钢骨混凝土-FRP柱组合节点及安装方法，钢骨架采用伸入式设计，通过对拉钢筋与节点核心套筒连接，提高了组合节点的强度与整体性。
本发明提出的一种伸入式钢骨混凝土-FRP柱组合节点，其中，包括伸入式钢骨混凝土-FRP柱、开放式方形连接套筒和带端板H型钢梁，伸入式钢骨混凝土-FRP柱包括上部柱和下部柱，开放式方形连接套筒位于上部柱和下部柱之间，带端板H型钢梁位于开放式方形连接套筒的四侧外部，上部柱、下部柱分别与带端板H型钢梁、开放式方形连接套筒固定连接；
所述伸入式钢骨混凝土-FRP柱包括伸入式钢骨架和包裹在伸入式钢骨架外侧的FRP，伸入式钢骨架包括十字型钢骨架和伸入式钢板，十字型钢骨架的交叉处设置在伸入式钢骨混凝土-FRP柱的中心，十字型钢骨架外侧的四个柱向边上分贝固定有伸入式钢板，伸入式钢板的一端与十字形钢骨架的端部平齐，伸入式钢板的另一端伸出十字型钢骨架，套在开放式方形连接套筒的外侧，且伸入式钢板的该端设有预留螺栓孔和预留钢筋插孔；
所述开放式方形连接套筒包括十字型核心骨架、开孔端板和侧向连接板，十字型核心骨架的上、下两端分别固定有中心开口的开孔端板，开孔端板的四边分别间隔设置数个钢筋插孔，上、下两个开孔端板的四侧侧边与十字型核心骨架外侧的四个柱向边之间分别通过侧向连接板固定连接，侧向连接板上烟气高度方向设有四排孔洞，其中中间两排孔洞为螺栓孔，且四块侧向连接板上的螺栓孔均在同一水平线上，最上方和最下方的两排孔洞为对拉钢筋插孔，且相邻两块侧向连接板上的对拉钢筋插孔均不在同一水平线上，在十字型核心骨架上设置与对拉钢筋插孔的位置对应的钢筋插孔，，相邻两块侧向连接板之间未封闭连接，方形连接套筒的四个腔室为开放式空间；
所述带端板H型钢梁包括H型钢梁和端板，H型钢梁的上、下翼缘分别固定连接有角连接件，端板固定在H型钢梁朝向开放式方形连接套筒的端部，端板在与侧向连接板的螺栓孔对应的位置处设有螺栓孔洞，角钢连接件在与侧向连接板的对拉钢筋插孔对应的位置处设有钢筋孔洞；
所述开放式方形连接套筒的四角外侧分别设有节点角部钢护板，节点角部钢护板呈L形，由两块角部钢护板垂直连接而成，角部钢护板的侧边中间有凹形缺口，缺口的高度与H型钢梁端板的高度相等，缺口的宽度与H型钢梁端板的一半相等，角部钢护板在与侧向连接板的对拉钢筋插孔对应的位置处设有钢筋孔；
所述十字型钢骨架内均浇筑有混凝土，钢筋插孔内插入钢筋，钢筋锚固在十字型钢骨架的混凝土中。
进一步的，钢筋通过螺母与开孔端板固定连接。
进一步的，所述螺栓依次穿过端板的螺栓孔洞、伸入式钢板的预留螺栓孔、侧向连接板的螺栓孔，实现带端板H型钢梁、伸入式钢骨混凝土-FRP柱和开放式方形连接套筒的固定连接。
进一步的，所述钢筋依次穿过角钢连接件的钢筋孔洞、角部钢护板的钢筋孔、伸入式钢骨架的预留钢筋插孔以及侧向连接板上的对拉钢筋插孔，钢筋的两端通过螺母固定。
所述相邻两块侧向连接板上的对拉钢筋插孔均不在同一水平线上，相对的两块侧向连接板上的对拉钢筋插孔在同一水平线上，因此两个方向上的钢筋位于不同水平层，不会出现相交。
进一步的，所述带端板H型钢梁的端部卡入相邻两角部钢护板侧边的凹形缺口组成的孔中。
进一步的，所述节点角部钢护板的端部上方和下方的伸入式钢骨架的外围缠绕有FRP。
进一步的，所述角钢连接件呈L形，其水平侧边通过螺栓与H型钢梁固定连接，其竖直侧边通过钢筋与节点角部钢护板连接。
本发明还包括上述伸入式钢骨混凝土-FRP柱组合节点的安装方法，其中，包括以下步骤：
步骤一：将开放式方形连接套筒放置在下部柱的伸入式钢骨架的上方，伸入式钢板与侧向连接板上预留的孔洞位置一一对应；
步骤二：将钢筋分别插入开放式方形连接套筒的上、下开孔端板上预留的钢筋插孔中，钢筋通过螺母与开孔端板固定连接；
步骤三：将上部柱的伸入式钢骨架放置在开放式方形连接套筒的上方，伸入式钢板与侧向连接板上预留的孔洞位置一一对应；
步骤四：通过螺栓将带端板H型钢梁的端板和上、下伸入式钢骨架以及中间的开放式方形连接套筒三者连接固定在一起；
步骤五：相邻两根带端板H型钢梁之间通过节点角部钢护板卡住，节点角部钢护板和伸入式钢骨架上的孔洞位置一一对应，在带端板H型钢梁的上、下翼缘分别安装角钢连接件，钢筋依次穿过角钢连接件、节点角部钢护板、伸入式钢骨架以及开放式方形连接套筒，钢筋的两端通过螺母固定；
步骤六：从节点角部钢护板的端部开始，上、下伸入式钢骨架的外围分别缠绕FRP；
步骤七：将混凝土从上部柱中往下部均匀浇筑振捣并养护后，伸入式钢骨混凝土-FRP柱组合节点安装完成。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明中的零部件均可预制生产，现场完成螺栓安装，节点的装配化程度高；
(2)本发明中的FRP材料包裹在伸入式钢骨架和混凝土外侧，三者共同发挥出材料优势，显著提升了组合节点的抗震性能；
(3)本发明中的钢骨架采用伸入式设计，通过对拉钢筋与节点核心套筒连接，极大地增强了节点的强度与整体性；
(4)本发明中的节点核心连接套筒四周采用开放式设计，便于紧固上下钢筋螺母以及侧面的钢梁螺栓，提高节点的装配效率；
(5)本发明中的节点角部钢护板卡在相邻钢梁之间，不仅增强了节点的强度，还在浇筑混凝土时保证了节点连接套筒的密闭性；
(6)本发明中的上、下伸入式钢骨混凝土-FRP柱和中间的开放式方形连接套筒内部均保持上下贯通，保证了混凝土从上至下可一次浇筑成型，且固定在节点连接套筒上的钢筋增强了与混凝土间的粘结性能。
附图说明
图1为本发明的节点结构示意图；
图2为本发明的节点分解示意图；
图3为伸入式钢骨混凝土-FRP柱上柱的分解示意图；
图4为伸入式钢骨架的示意图；
图5为开放式方形连接套筒的示意图；
图6为带端板H型钢梁的示意图；
图7为节点角部钢护板的示意图；
图8(a)是本发明的组合节点安装步骤一的结构示意图；
图8(b)是本发明的组合节点安装步骤二的结构示意图；
图8(c)是本发明的组合节点安装步骤三的结构示意图；
图8(d)是本发明的组合节点安装步骤四的结构示意图；
图8(e)是本发明的组合节点安装步骤五的结构示意图；
图8(f)是本发明的组合节点安装步骤六的结构示意图；
图8(g)是本发明的组合节点安装步骤七的结构示意图。
其中，上述附图中的标记含义如下：1、伸入式钢骨混凝土-FRP柱；2、伸入式钢骨架，21、十字型钢骨架，22、伸入式钢板，23、螺栓孔；24预留钢筋插孔；3、开放式方形连接套筒，31、十字型核心骨架，32、开孔端板，33、钢筋插孔，34、侧向连接板；4、带端板H型钢梁，41、H型钢梁，42、端板；5、螺栓；6、节点角部钢护板，61、角部钢护板Ⅰ，62、角部钢护板Ⅱ；7、钢筋；8、角钢连接件；9、FRP；10、混凝土。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，进一步阐述本发明节点的结构设计及安装过程，详细进一步说明如下。
一种伸入式钢骨混凝土-FRP柱组合节点，如图1和2所示，包括伸入式钢骨混凝土-FRP柱1、开放式方形连接套筒3和带端板H型钢梁4，伸入式钢骨混凝土-FRP柱1包括上部柱和下部柱，开放式方形连接套筒3位于上部柱和下部柱之间，带端板H型钢梁4位于开放式方形连接套筒3的四侧外部，上部柱和下部柱分别通过伸入式钢骨架2与四侧的带端板H型钢梁4固定连接，同时伸入式钢骨架2与开放式方形连接套筒3固定连接。
如图3所示，伸入式钢骨混凝土-FRP柱1包括伸入式钢骨架2和包裹在伸入式钢骨架2外侧的FRP9，如图4所示，伸入式钢骨架2包括一个十字型钢骨架21和四块伸入式钢板22，十字型钢骨架21的交叉处设置在伸入式钢骨混凝土-FRP柱1的中心，十字型钢骨架21外侧的四个柱向边上分别固定有伸入式钢板22，伸入式钢板22的一端与十字型钢骨架21的端部平齐，伸入式钢板22的另一端伸出十字型钢骨架21并套在开放式方形连接套筒3的外侧，且伸入式钢板22的该端设有预留螺栓孔23和预留钢筋插孔24。
如图5所示，开放式方形连接套筒3包括十字型核心骨架31、开孔端板32和侧向连接板34，十字型核心骨架31的上、下两端分别固定有中心开口的开孔端板32，开孔端板32的四个边上分别间隔设置数个钢筋插孔33，上、下两个开孔端板32的四侧侧边与十字型核心骨架31外侧的四个柱向边之间分别通过侧向连接板34固定连接，侧向连接板34上沿其高度方向设有四排孔洞，其中中间两排孔洞为螺栓孔，且四块侧向连接板34上的螺栓孔均在同一水平线上，最上方和最下方的两排孔洞为对拉钢筋插孔，且相邻两块侧向连接板34上的对拉钢筋插孔均不在同一水平线上，在十字型核心骨架31上设置与对拉钢筋插孔位置对应的钢筋插孔，相邻两块侧向连接板34之间未封闭连接，相邻框块侧向连接板之间均间隔了一段距离，方形连接套筒的四个腔室为开放式空间。
如图6所示，带端板H型钢梁4包括H型钢梁41和端板42，，H型钢梁41的上、下翼缘分别固定连接有角钢连接件8，端板42固定在H型钢梁朝向开放式方形连接套筒的端部，端板42在与侧向连接板的螺栓孔相对应的位置处设有螺栓孔洞，角钢连接件8在与侧向连接板的对拉钢筋插孔对应的位置处设有钢筋孔洞。
如图7所示，开放式方形连接套筒3的四角外侧分别设有节点角部钢护板6，节点角部钢护板6呈L形，由两块角部钢护板垂直连接而成，如图所示包括角部钢护板Ⅰ61和角部钢护板Ⅱ62，本实施中，角部钢护板Ⅰ61和角部钢护板Ⅱ62为一体成型式结构。角部钢护板的侧边中间设有凹形缺口，缺口的高度与H型钢梁端板42的高度相等，缺口的宽度与H型钢梁端板42宽度的一半相等，带端板H型钢梁4的端部卡入相邻两角部钢护板侧边的凹形缺口组成的孔中。角部钢护板在与侧向连接板的对拉钢筋插孔对应的位置处设有钢筋孔。角钢连接件8呈L形，其水平侧边通过螺栓与H型钢梁41固定连接，其竖直侧边通过钢筋7与节点角部钢护板6连接。
钢筋插孔33内插入钢筋7，钢筋7的一端通过螺母与开孔端板32固定连接。十字型钢骨架21内均浇筑有混凝土10，钢筋7锚固在十字型钢骨架21的混凝土10中。
螺栓5依次穿过端板42的螺栓孔洞、伸入式钢板22的预留螺栓孔23、侧向连接板的螺栓孔，实现带端板H型钢梁4、伸入式钢骨混凝土-FRP柱1和开放式方形连接套筒3的固定连接。
钢筋7依次穿过角钢连接件8的钢筋孔洞、角部钢护板的钢筋孔、伸入式钢骨架2的预留钢筋插孔24以及侧向连接板34上的对拉钢筋插孔，钢筋7的两端通过螺母固定。开放式方形连接套筒3内两个方向的钢筋7位于不同水平层，因两个方向的钢筋不会出现相交。
节点角部钢护板6端部上方和下方的伸入式钢骨架2的外围缠绕有FRP9。
本发明还包括上述伸入式钢骨混凝土-FRP柱组合节点的安装方法，如图8(a)至图8(g)所示，包括如下安装步骤：
步骤一，如图8(a)所示，将开放式方形连接套筒3放置在下部柱的伸入式钢骨架2的上方，伸入式钢板22与侧向连接板34上预留的孔洞位置一一对应；
步骤二，如图8(b)所示，将钢筋7分别插入开放式方形连接套筒3的上、下开孔端板32上预留的钢筋插孔33中，钢筋7通过螺母与开孔端板32固定连接；
步骤三，如图8(c)所示，将上部柱的伸入式钢骨架2放置在开放式方形连接套筒3的上方，伸入式钢板22与侧向连接板34上预留的孔洞位置一一对应；
步骤四，如图8(d)所示，通过螺栓5将带端板H型钢梁4的端板42和上、下伸入式钢骨架2以及中间的开放式方形连接套筒3三者连接固定在一起；
步骤五，如图8(e)所示，相邻两根带端板H型钢梁之间通过节点角部钢护板6卡住，节点角部钢护板和伸入式钢骨架的孔洞位置一一对应，在带端板H型钢梁4的上、下翼缘通过螺栓分别固定安装角钢连接件8，钢筋7依次穿过角钢连接件8、节点角部钢护板6、伸入式钢骨架2以及开放式方形连接套筒3，钢筋7的两端通过螺母固定；
步骤六，如图8(f)所示，从节点角部钢护板6的端部开始，在上、下伸入式钢骨架2的外围分别缠绕FRP9；
步骤七，如图8(g)所示，将混凝土10从上部柱中往下部均匀浇筑振捣并养护后，伸入式钢骨混凝土-FRP柱组合节点安装完成。
以上对本发明所提供的伸入式钢骨混凝土-FRP柱组合节点及安装方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种伸入式钢骨混凝土-FRP柱组合节点，其特征在于：包括伸入式钢骨混凝土-FRP柱(1)、开放式方形连接套筒(3)和带端板H型钢梁(4)，伸入式钢骨混凝土-FRP柱(1)包括上部柱和下部柱，开放式方形连接套筒(3)位于上部柱和下部柱之间，带端板H型钢梁(4)位于开放式方形连接套筒(3)的四侧外部，上部柱、下部柱分别与带端板H型钢梁(4)、开放式方形连接套筒(3)固定连接；
所述伸入式钢骨混凝土-FRP柱(1)包括伸入式钢骨架(2)和包裹在伸入式钢骨架(2)外侧的FRP(9)，伸入式钢骨架(2)包括十字型钢骨架(21)和伸入式钢板(22)，十字型钢骨架(21)的交叉处设置在伸入式钢骨混凝土-FRP柱(1)的中心，十字型钢骨架(21)外侧的四个柱向边上分别固定有伸入式钢板(22)，伸入式钢板(22)的一端与十字型钢骨架(21)的端部平齐，伸入式钢板(22)的另一端伸出十字型钢骨架(21)并套在开放式方形连接套筒(3)的外侧，且伸入式钢板(22)的该端设有预留螺栓孔(23)和预留钢筋插孔(24)；
所述开放式方形连接套筒(3)包括十字型核心骨架(31)、开孔端板(32)和侧向连接板(34)，十字型核心骨架(31)的上、下两端分别固定有中心开口的开孔端板(32)，开孔端板(32)的四边分别间隔设置数个钢筋插孔(33)，上、下两个开孔端板(32)的四侧侧边与十字型核心骨架(31)外侧的四个柱向边之间分别通过侧向连接板(34)固定连接，侧向连接板(34)上沿其高度方向设有四排孔洞，其中中间两排孔洞为螺栓孔，且四块侧向连接板(34)上各排的螺栓孔均在同一水平线上，最上方和最下方的两排孔洞为对拉钢筋插孔，且相邻两块侧向连接板(34)上的对拉钢筋插孔均不在同一水平线上，在十字型核心骨架(31)上设置与对拉钢筋插孔位置对应的钢筋插孔，相邻两块侧向连接板(34)之间未封闭连接，开放式方形连接套筒(3)的四个腔室为开放式空间；
所述带端板H型钢梁(4)包括H型钢梁(41)和端板(42)，H型钢梁(41)的上、下翼缘分别固定连接有角钢连接件(8)，端板(42)固定在H型钢梁朝向开放式方形连接套筒的端部，端板(42)在与侧向连接板的螺栓孔相对应的位置处设有螺栓孔洞，角钢连接件在与侧向连接板的对拉钢筋插孔对应的位置处设有钢筋孔洞；
所述开放式方形连接套筒(3)的四角外侧分别设有节点角部钢护板(6)，节点角部钢护板(6)呈L形，由两块角部钢护板垂直连接而成，角部钢护板的侧边中间设有凹形缺口，缺口的高度与H型钢梁端板(42)的高度相等，缺口的宽度与H型钢梁端板(42)宽度的一半相等，角部钢护板在与侧向连接板的对拉钢筋插孔对应的位置处设有钢筋孔；
所述十字型钢骨架(21)内均浇筑有混凝土(10)，钢筋插孔(33)内插入钢筋(7)，钢筋(7)锚固在十字型钢骨架(21)的混凝土中。
2.根据权利要求1所述的伸入式钢骨混凝土-FRP柱组合节点，其特征在于，所述钢筋(7)通过螺母与开孔端板(32)固定连接。
3.根据权利要求1所述的伸入式钢骨混凝土-FRP柱组合节点，其特征在于，螺栓(5)依次穿过端板(42)的螺栓孔洞、伸入式钢板(22)的预留螺栓孔(23)、侧向连接板的螺栓孔，实现带端板H型钢梁(4)、伸入式钢骨混凝土-FRP柱(1)和开放式方形连接套筒(3)的固定连接。
4.根据权利要求1所述的伸入式钢骨混凝土-FRP柱组合节点，其特征在于，所述钢筋(7)依次穿过角钢连接件(8)的钢筋孔洞、角部钢护板的钢筋孔、伸入式钢骨架(2)的预留钢筋插孔(24)以及侧向连接板(34)上的对拉钢筋插孔，钢筋(7)的两端通过螺母固定。
5.根据权利要求1所述的伸入式钢骨混凝土-FRP柱组合节点，其特征在于，所述带端板H型钢梁(4)的端部卡入相邻两角部钢护板侧边的凹形缺口组成的孔中。
6.根据权利要求1所述的伸入式钢骨混凝土-FRP柱组合节点，其特征在于，所述节点角部钢护板(6)端部上方和下方的伸入式钢骨架(2)的外围缠绕有FRP(9)。
7.根据权利要求1所述的伸入式钢骨混凝土-FRP柱组合节点，其特征在于，所述角钢连接件(8)呈L形，其水平侧边通过螺栓与H型钢梁(41)固定连接，其竖直侧边通过钢筋(7)与节点角部钢护板(6)连接。
8.一种利用权利要求1-7任一权利要求所述伸入式钢骨混凝土-FRP柱组合节点的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将开放式方形连接套筒(3)放置在下部柱的伸入式钢骨架(2)的上方，伸入式钢板(22)与侧向连接板(34)上预留的孔洞位置一一对应；
步骤二：将钢筋(7)分别插入开放式方形连接套筒(3)的上、下开孔端板(32)上预留的钢筋插孔中，钢筋(7)通过螺母与开孔端板(32)固定连接；
步骤三：将上部柱的伸入式钢骨架(2)放置在开放式方形连接套筒(3)的上方，伸入式钢板(22)与侧向连接板(34)上预留的孔洞位置一一对应；
步骤四：通过螺栓(5)将带端板H型钢梁(4)的端板(42)和上、下伸入式钢骨架(2)以及中间的开放式方形连接套筒(3)三者连接固定在一起；
步骤五：相邻两根带端板H型钢梁之间通过节点角部钢护板(6)卡住，节点角部钢护板(6)和伸入式钢骨架(2)上的孔洞位置一一对应，在带端板H型钢梁(4)的上、下翼缘分别安装角钢连接件(8)，钢筋(7)依次穿过角钢连接件(8)、节点角部钢护板(6)、伸入式钢骨架(2)以及开放式方形连接套筒(3)，钢筋(7)的两端通过螺母固定；
步骤六：从节点角部钢护板(6)的端部开始，在上、下伸入式钢骨架(2)的外围分别缠绕FRP(9)；
步骤七：将混凝土(10)从上部柱中往下部均匀浇筑振捣并养护后，伸入式钢骨混凝土-FRP柱组合节点安装完成。
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