CN114922285A - 一种可快速安装的钢管混凝土柱-预制混凝土梁新型摩擦耗能节点 - Google Patents

一种可快速安装的钢管混凝土柱-预制混凝土梁新型摩擦耗能节点 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可快速安装的钢管混凝土柱‑预制混凝土梁新型摩擦耗能节点，包括预制混凝土梁、外包钢牛腿、节点区高强螺栓、摩擦耗能装置、钢管；钢管内部注入高强混凝土形成高强薄壁方钢管混凝土；高强薄壁方钢管混凝土采用的高强钢材和高强混凝土可克服传统材料强度不足造成截面过大问题，并且高强钢材对于核心混凝土的约束效应较大，能够充分发挥高强材料的承载力，有利于减少建筑材料的使用和施工成本过高等问题。在节点核心区钢管开洞，可实现柱内混凝土与现浇混凝土一次浇筑整体成型，有利于提升结构的整体性能。在预制混凝土梁底部设有摩擦耗能装置，有利于增加框架的抗震性能。

Description

一种可快速安装的钢管混凝土柱-预制混凝土梁新型摩擦耗 能节点
技术领域
本发明属于结构工程技术领域，具体属于一种可快速安装的钢管混凝土柱-预制混凝土梁新型摩擦耗能节点。
背景技术
装配式建筑是指将建筑所用构件或配件在加工厂中提前制作好，再运输到现场通过可靠的连接方式装配安装而成。装配式建筑具有养护周期短，施工便捷迅速，节能环保等优势。装配式节点对于整体建筑的整体性能和抗震性能至关重要，不合理的节点设计可能会导致建筑在地震作用下发生严重破坏甚至倒塌。常见的装配式建筑主要包括预制装配式混凝土结构、钢结构和现代木结构建筑等，传统的装配式混凝土结构常采用套筒浆连接或机械连接，对施工精度要求较高，施工质量难以保证；在常见的装配式结构中，用钢量较大、造价高、防火和防锈等问题难以解决；现代木结构建筑存在材料腐蚀和承载力不足等问题，难以适用于高层建筑。相比以上常见的装配形式，在装配式建筑中推广应用可快速安装的高强钢管混凝土柱-预制混凝土梁自复位摩擦耗能连接节点连接框架能够显著改善建筑的施工效率和工业化水平，完全符合我国建筑工业化发展需求。
目前，在常见民用和工业化建筑中，钢管混凝土柱与混凝土梁通常是采用现浇的方式连接，这种节点形式往往存在以下问题：
(1)随着现代化建设的需要，对于结构的安全性和抗震冗余度要求的提高，传统的材料强度低且承载能力有限，通常考虑增大构件截面，不利于建筑空间的有效利用且易产生大量难以处理的建筑垃圾。
(2)传统的节点形式是采用完全现浇式节点，这种湿式连接在节点区的钢筋密集拥挤，养护周期长且后浇带混凝土与预制混凝土的粘结效果难以控制，这不利于实现装配式建筑的模块化快速施工和整体结构的抗震性能。
综上所述，传统的钢管混凝土柱-混凝土梁采用完全湿式连接方案，对施工质量要求较高、养护周期长、施工效率难以提升，且这种结构形式的框架难以保证结构的整体性能和抗震性能。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种可快速安装的钢管混凝土柱-预制混凝土梁新型摩擦耗能节点，此新型节点可显著提升装配式建筑的施工效率、截面承载能力、耗能能力和自复位能力。本发明可有效改善传统现浇式或完全装配式钢管混凝土-混凝土梁节点由材料强度不足造成的“粗梁胖柱”、残余变形过大、施工效率低、整体性能和抗震性能差等问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种可快速安装的钢管混凝土柱-预制混凝土梁新型摩擦耗能节点，包括预制混凝土梁、外包钢牛腿、节点区高强螺栓、摩擦耗能装置、钢管；
所述钢管内部注入高强混凝土形成高强薄壁方钢管混凝土；所述钢管的侧壁上设置有外包钢牛腿，预制混凝土梁的底部前端设置有摩擦耗能装置，摩擦耗能装置放置在外包钢牛腿的底板上；摩擦耗能装置包括耗能区前部开孔端板、耗能区上部端板、耗能区开孔端板、耗能区底部端板和耗能区侧板；
所述预制混凝土梁的内部和顶部均设置有钢筋骨架，所述预制混凝土梁底部的钢筋骨架前端连接有连接端板，所述连接端板通过传力板连接耗能区开孔端板；
所述耗能区前部开孔端板、耗能区上部端板、耗能区开孔端板、耗能区底部端板和耗能区侧板形成矩形结构；
所述节点区高强螺栓依次穿过钢管、高强混凝土、耗能区前部开孔端板和耗能区开孔端板进行固定；
所述预制混凝土梁顶部的钢筋骨架穿过冷弯高强薄壁钢管，浇筑混凝土后形成楼板叠合部分。
优选的，所述钢管的强度等级不低于Q420。
优选的，所述高强混凝土的强度等级不低于C60。
优选的，所述外包钢牛腿的底板下方设置有加劲肋。
优选的，所述钢筋骨架与连接端板通过焊接进行连接。
优选的，所述外包钢牛腿为U形牛腿。
优选的，所述外包钢牛腿的底部设置有黄铜板，高强螺栓穿过黄铜板固定在外包钢牛腿的底部。
优选的，所述耗能区前部开孔端板、耗能区上部端板、耗能区开孔端板、耗能区底部端板和耗能区侧板之间通过焊接进行固定连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供了一种可快速安装的钢管混凝土柱-预制混凝土梁新型摩擦耗能节点，采用部分装配式安装可提高施工效率，牛腿的搭接作用可以提升机械的使用效率，摩擦耗能节点的连接形式能够保证节点或框架结构的抗震性能。
本发明的高强薄壁方钢管混凝土采用的高强钢材和高强混凝土可克服传统材料强度不足造成截面过大问题，并且高强钢材对于核心混凝土的约束效应较大，能够充分发挥高强材料的承载力，有利于减少建筑材料的使用和施工成本过高等问题。此种节点带有外包钢牛腿，可以实现快速吊装后便捷施工，提高现场机械的施工效率，在节点核心区钢管开洞，可实现柱内混凝土与现浇混凝土一次浇筑整体成型，有利于提升结构的整体性能。在预制混凝土梁底部设有摩擦耗能装置，有利于增加框架的抗震性能。
本发明提供的可快速安装的钢管混凝土柱-预制混凝土梁新型摩擦耗能节点，满足当今的装配式结构施工的装配率要求，并能有效克服传统现浇式或完全装配式钢管混凝土柱-混凝土梁截面设计较大、承载力低、建造效率低、养护周期长和抗震性能差等问题。采用新型的截面形式和节点构造方案能够有效提升钢管混凝土柱-预制混凝土梁新型混合结构的建造效率和结构性能，在现代民用建筑、工业用建筑、特种建筑及其他多层重要建筑中应用具有较好的经济效益和技术优势。
在装配式建筑中，节点的构造形式对于梁柱之间的受力机制和整体性能存在显著影响，本发明提供一种可快速安装的部分装配式高强钢管混凝土柱-预制混凝土梁自复位摩擦耗能节点，可以在快速吊装梁柱构件的情况下，满足梁柱之间的整体性能和抗震性能；新型连接节点采用高强薄壁方形钢管混凝土柱，高强材料的应用能够显著增强钢管的约束效应和抗屈曲能力，并且内部灌入的高强混凝土，使得截面的承载力得到显著提升。在节点处设有高强螺栓，穿过节点核心区和预制混凝土梁底部的钢板，使梁搭接在螺栓上，通过拧紧螺栓使节点和预制混凝土梁连接牢靠，实现整体框架的快速搭接和安装；在节点的上部采用湿式连接方案，将上部纵筋穿过节点核心区域，在现场浇筑混凝土，经过短期养护后可继续施工，有利于增强结构的整体性能。本发明采用的预制混凝土梁和梁顶部的现浇楼板叠合部分，适用于预制混凝土楼板的安装，满足当今的装配式结构施工对于装配率的要求。
进一步的，钢筋骨架与连接端板通过焊接进行连接。预制混凝土梁的底部钢筋与连接端板焊接牢固，保证底部钢筋的荷载能够传递到连接端板上。
进一步的，通过在牛腿的底部设有黄铜片，采用高强螺栓进行连接，通过下部预制梁的受拉变形，实现牛腿底板与黄铜片之间的摩擦耗能，这种方案能够有效提升整体结构在地震作用下的耗能能力。
进一步的，在钢管混凝土柱和预制混凝土梁连接的部位设置U形牛腿，使得梁在吊装过程中搭在牛腿上，可实现梁柱的快速吊装，且牛腿可替代部分现浇混凝土的模板，提升装配式建筑整体的建造速度。
附图说明
图1是一种可快速安装的钢管混凝土柱-预制混凝土梁新型摩擦耗能节点示意图；
图2是预制混凝土梁和高强螺栓的连接构造示意图；
图3是耗能装置和牛腿的构造示意图；
附图中：楼板叠合部分1；预制混凝土梁2；外包钢牛腿3；黄铜板4；高强螺栓5；开孔端板6；耗能区侧板7；连接端板8；加劲肋9；钢管10；高强混凝土11；传力板12；高强螺栓13；钢筋骨架14；耗能区上部端板15；耗能区开孔端板16；耗能区底部端板17。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
实施例
如图1至图3所示，本发明的一种可快速安装的钢管混凝土柱-预制混凝土梁新型摩擦耗能节点由高强薄壁方钢管混凝土柱、预制混凝土梁2、外包钢牛腿3和摩擦耗能装置组成。高强薄壁方钢管混凝土由钢管10和灌入内部的核心高强混凝土11组成；预制混凝土梁2由工厂批量预制成型，与现浇楼板叠合部分1共用穿过节点核心区域的上部钢筋骨架14；外包钢牛腿3与钢管10在工厂焊接牢固，采用加劲肋9进行加固，且外包钢牛腿3也可作为后浇混凝土的模板和预制混凝土梁的搭接平台，有利于加快后续的施工速度。
高强方钢管混凝土柱的钢管10的特征在于强度等级不低于Q420，核心高强混凝土11的特征在于强度等级不低于C60。
钢筋骨架14中最上部的纵筋穿过钢管10和核心高强混凝土11，底部纵筋与连接端板8焊接牢固，使预制混凝土梁2的荷载能够有效传递到连接板8，进而传递到整个构件。
预制混凝土梁2的上部预留一部分钢筋骨架14穿过钢管混凝土柱，采用后期现浇的方式形成现浇楼板叠合部分1，在浇筑后能够共同承担梁端上部荷载。
摩擦耗能装置包括外包钢牛腿3的底板、耗能区高强螺栓13、耗能区底部端板和黄铜板4组成，通过底部高强螺栓5的受拉变形，使黄铜板4和外包钢牛腿3的底板摩擦耗能。
耗能区连接件包括耗能区前部开孔端板6、耗能区侧板7、连接端板8、传力板12、耗能区上部端板15、耗能区开孔端板16和耗能区底部端板17组成，多个钢构件的连接，与预制混凝土梁在加工厂提前预制好，并采用局部焊接连接牢固，能够保证荷载的传递和高强螺栓5的连接。
节点区高强螺栓5穿过钢管10、核心高强混凝土11、耗能区前部开孔端板6和耗能区开孔端板16，采用螺帽拧紧固定。
新型节点方案的施工顺序为钢管10及外包钢牛腿3现场架立，其次吊装预制混凝土梁2放到外包钢牛腿3上，随后可进行其他构件的吊装工作，不影响吊装机械的使用效率。待需要完全安装时，将高强螺栓5穿过钢管10、耗能区前部开孔端板6和耗能区开孔端板16，采用螺帽拧紧固定。再将上部钢筋骨架14中的纵筋穿过钢管10，浇筑核心高强混凝土11，浇筑现浇楼板叠合部分1。最后，将耗能区高强螺栓13拧紧，固定好外包钢牛腿3和黄铜板4。该发明适用于对建造速度快、机械利用率高、结构整体性能和抗震性能要求较高的结构。
本发明的一种可快速安装的钢管混凝土柱-预制混凝土梁新型摩擦耗能节点，采用部分装配式安装可提高施工效率，牛腿的搭接作用可以提升机械的使用效率，摩擦耗能节点的连接形式能够保证节点或框架结构的抗震性能。
高强薄壁方钢管混凝土采用的高强钢材和高强混凝土可克服传统材料强度不足造成截面过大问题，并且高强钢材对于核心混凝土的约束效应较大，能够充分发挥高强材料的承载力，有利于减少建筑材料的使用和施工成本过高等问题。此种节点带有外包钢牛腿，可以实现快速吊装后便捷施工，提高现场机械的施工效率，在节点核心区钢管开洞，可实现柱内混凝土与现浇混凝土一次浇筑整体成型，有利于提升结构的整体性能。在预制混凝土梁底部设有摩擦耗能装置，有利于增加框架的抗震性能。
本发明提供的可快速安装的钢管混凝土柱-预制混凝土梁新型摩擦耗能节点，满足当今的装配式结构施工的装配率要求，并能有效克服传统现浇式或完全装配式钢管混凝土柱-混凝土梁截面设计较大、承载力低、建造效率低、养护周期长和抗震性能差等问题。采用新型的截面形式和节点构造方案能够有效提升钢管混凝土柱-预制混凝土梁新型混合结构的建造效率和结构性能，在现代民用建筑、工业用建筑、特种建筑及其他多层重要建筑中应用具有较好的经济效益和技术优势。
本发明提供了一种可快速安装的钢管混凝土柱-预制混凝土梁新型摩擦耗能节点，可克服传统材料强度不足造成截面过大的问题，并且高强钢对核心混凝土的约束效应较大，能够充分发挥高强材料的承载力，有利于减少建筑材料的使用和施工成本过高等问题。利用本发明的新型节点建造钢管混凝土柱-混凝土梁框架结构时，主要分为：工厂预制部件、现场架立钢管、吊装预制混凝土梁、现场整体安装、混凝土浇筑。
工厂在制作预制混凝土梁2时，采用焊接将钢筋骨架14的底部纵筋焊接到连接端板8上，并将耗能区前部开孔端板6、耗能区侧板7、连接端板8、传力板12、耗能区上部端板15、耗能区开孔端板16和、耗能区底部端板17和黄铜板4组装好，固定在预制混凝土梁2的底部。
将工厂焊接完整的冷弯高强薄壁钢管10、外包钢牛腿3和加劲肋9等钢部件运输至现场，架立钢管充当施工模板和支撑。
将预制钢和混凝土混合结构梁构件由工厂运至施工现场进行吊装，放置在外包钢牛腿3的底板上。
将高强螺栓5穿过钢管10、核心高强混凝土11、耗能区前部开孔端板6和耗能区开孔端板16，采用螺帽拧紧固定，随后将钢筋骨架14的上部纵筋穿过冷弯高强薄壁钢管10，最后，将耗能区的高强螺栓13与外包钢牛腿3的底板和黄铜板4连接牢固。
浇筑核心高强混凝土11和现浇楼板叠合部分1，在完场上述步骤后，待混凝土养护至规定强度后，可继续开展后续施工工序。

Claims (8)

1.一种可快速安装的钢管混凝土柱-预制混凝土梁新型摩擦耗能节点，其特征在于，包括预制混凝土梁(2)、外包钢牛腿(3)、节点区高强螺栓(5)、摩擦耗能装置、钢管(10)；
所述钢管(10)内部注入高强混凝土(11)形成高强薄壁方钢管混凝土；所述钢管(10)的侧壁上设置有外包钢牛腿(3)，预制混凝土梁(2)的底部前端设置有摩擦耗能装置，摩擦耗能装置放置在外包钢牛腿(3)的底板上；摩擦耗能装置包括耗能区前部开孔端板(6)、耗能区上部端板(15)、耗能区开孔端板(16)、耗能区底部端板(17)和耗能区侧板(7)；
所述预制混凝土梁(2)的内部和顶部均设置有钢筋骨架(14)，所述预制混凝土梁(2)底部的钢筋骨架(14)前端连接有连接端板(8)，所述连接端板(8)通过传力板(12)连接耗能区开孔端板(16)；
所述耗能区前部开孔端板(6)、耗能区上部端板(15)、耗能区开孔端板(16)、耗能区底部端板(17)和耗能区侧板(7)形成矩形结构；
所述节点区高强螺栓(5)依次穿过钢管(10)、高强混凝土(11)、耗能区前部开孔端板(6)和耗能区开孔端板(16)进行固定；
所述预制混凝土梁(2)顶部的钢筋骨架(1)穿过冷弯高强薄壁钢管(10)，浇筑混凝土后形成楼板叠合部分(1)。
2.根据权利要求1所述的一种可快速安装的钢管混凝土柱-预制混凝土梁新型摩擦耗能节点，其特征在于，所述钢管(10)的强度等级不低于Q420。
3.根据权利要求1所述的一种可快速安装的钢管混凝土柱-预制混凝土梁新型摩擦耗能节点，其特征在于，所述高强混凝土(11)的强度等级不低于C60。
4.根据权利要求1所述的一种可快速安装的钢管混凝土柱-预制混凝土梁新型摩擦耗能节点，其特征在于，所述外包钢牛腿(3)的底板下方设置有加劲肋(9)。
5.根据权利要求1所述的一种可快速安装的钢管混凝土柱-预制混凝土梁新型摩擦耗能节点，其特征在于，所述钢筋骨架(14)与连接端板(8)通过焊接进行连接。
6.根据权利要求1所述的一种可快速安装的钢管混凝土柱-预制混凝土梁新型摩擦耗能节点，其特征在于，所述外包钢牛腿(3)为U形牛腿。
7.根据权利要求1所述的一种可快速安装的钢管混凝土柱-预制混凝土梁新型摩擦耗能节点，其特征在于，所述外包钢牛腿(3)的底部设置有黄铜板(4)，高强螺栓(13)穿过黄铜板(3)固定在外包钢牛腿(3)的底部。
8.根据权利要求1所述的一种可快速安装的钢管混凝土柱-预制混凝土梁新型摩擦耗能节点，其特征在于，所述耗能区前部开孔端板(6)、耗能区上部端板(15)、耗能区开孔端板(16)、耗能区底部端板(17)和耗能区侧板(7)之间通过焊接进行固定连接。
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