CN116657761B - 一种带抗剪连接件的frp预制梁柱节点及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带抗剪连接件的FRP预制梁柱节点及其施工方法，其中FRP预制梁柱节点包括抗剪连接件、限位板、FRP预制节点、FRP型材梁柱和FRP布，通过限位板和抗剪连接件设置于FRP预制节点和FRP型材梁柱之间用于承受节点剪力，以及通过合理的FRP布施工方法使FRP预制节点和外部缠绕的FRP布承受节点弯矩，从而有效提升FRP预制梁柱节点的抗剪强度，弥补FRP抗剪强度低的缺陷，同时，也避免了采用螺栓连接导致的局部开孔对构件强度的削弱。
Description
技术领域
本发明涉及建筑工程技术领域，具体涉及一种带抗剪连接件的FRP预制梁柱节点及其施工方法。
背景技术
FRP拉挤型材具有轻质高强、耐腐蚀性强、耐疲劳性能好、易实现工业化生产等优势，将其作为承力构件应用于土木工程领域可避免传统建筑材料的诸多弊端，因而有广阔的应用前景。然而，由于FRP是非金属材料，其抗拉强度高、抗压与抗剪强度低、各向异性严重，导致FRP拉挤型材连接技术难度大，现已成为限制其发展的重要瓶颈问题。
目前，FRP拉挤型材一般是采用各种形式的连接件，通过胶粘剂或者螺栓连接方式实现节点的有效连接，其中，螺栓连接虽然承载力高，但在构件表面局部开孔会切断纤维材料，降低构件整体强度，且存在应力集中的问题，同时螺栓连接导致节点表面凹凸不平，影响建筑美观，需要后期特定装饰遮掩(如图1和图2所示)；胶连接能更好地考虑到FRP材料自身特点，接头处应力分布更均匀，具有显著的优势，但因承载力不足，通常仅用于非承重构件之间的连接，导致其优势无法充分发挥出来；混合连接综合了螺栓连接和胶连接的优势，但力学特征复杂，且存在施工复杂的问题。因此，当前缺乏有效的FRP节点连接方式，能够满足刚度、强度、施工便捷性等多方面的要求。
发明内容
针对现有FRP拉挤型材节点连接技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种带抗剪连接件的FRP预制梁柱节点及其施工方法，其中FRP预制梁柱节点包括抗剪连接件、限位板、FRP预制节点、FRP型材梁柱和FRP布，通过限位板和抗剪连接件设置于FRP预制节点和FRP型材梁柱之间用于承受节点剪力，以及通过合理的FRP布施工方法使FRP预制节点和外部缠绕的FRP布承受节点弯矩，从而有效提升FRP预制梁柱节点的抗剪强度，弥补FRP抗剪强度低的缺陷，同时，也避免了采用螺栓连接导致的局部开孔对构件强度的削弱。
为达到上述技术目的，本发明通过下述技术方案实现：
一种带抗剪连接件的FRP预制梁柱节点，包括：
FRP型材梁柱；
FRP预制节点，所述FRP预制节点上设置有多个与所述FRP型材梁柱匹配的管口，所述管口与所述FRP型材梁柱之间均设置抗剪组件，所述FRP预制节点和所述FRP型材梁柱的拼接处逐层缠绕不同纤维方向的多层FRP布；
所述抗剪组件包括抗剪连接件和限位板，所述限位板设置于所述抗剪连接件的外侧壁，所述FRP预制节点与所述FRP型材梁柱通过所述限位板端面粘接固定，所述抗剪连接件在所述FRP预制节点和所述FRP型材梁柱中可转动。
在本方案中，FRP预制节点与FRP型材梁柱粘接固定于限位板的两端面，而抗剪连接件穿设于限位板的端面，并且抗剪连接件为刚性部件，限位板为柔性部件，使抗剪连接件与限位板之间为非固结，从而使抗剪连接件在FRP预制节点与FRP型材梁柱内部可转动，实现多个方向抗剪，以及FRP预制节点和FRP型材梁柱的拼接处缠绕了不同纤维方向的多层FRP布承受节点弯矩，有效提升FRP预制梁柱节点的抗剪强度，弥补FRP抗剪强度低的缺陷，同时，也避免了采用螺栓连接导致的局部开孔对构件强度的削弱。
作为所述带抗剪连接件的FRP预制梁柱节点的进一步技术方案，所述抗剪连接件为矩形抗剪连接件或十字形抗剪连接件，所述限位板为矩形限位板或十字形限位板，所述抗剪组件为矩形抗剪连接件和矩形限位板、十字形抗剪连接件和矩形限位板以及十字形抗剪连接件和十字形限位板中的组合之一。
作为所述带抗剪连接件的FRP预制梁柱节点的进一步技术方案，为保证抗剪连接件能够有效抗剪，所述抗剪连接件的截面最大边长长度应不小于所述管口截面最小边长的1/3，所述抗剪连接件长度应不小于1.5倍的所述管口截面最大边长。
作为所述带抗剪连接件的FRP预制梁柱节点的进一步技术方案，所述抗剪连接件为金属或FRP材料制成部件，所述限位板为柔性材料制成部件。
作为所述带抗剪连接件的FRP预制梁柱节点的进一步技术方案，为进一步保证抗剪连接件能够有效抗剪，当抗剪连接件为金属材料制成部件时，所述抗剪连接件壁厚不小于2mm，当抗剪连接件为FRP材料制成部件时，所述抗剪连接件壁厚不小于3mm。
作为所述带抗剪连接件的FRP预制梁柱节点的进一步技术方案，所述FRP布按照0°、45°以及0°的纤维方向缠绕于所述FRP预制节点和所述FRP型材梁柱的拼接处，有效提升FRP预制梁柱节点的抗剪强度。
作为所述带抗剪连接件的FRP预制梁柱节点的进一步技术方案，所述抗剪连接件的外周侧壁设置有定位线，所述限位板沿所述定位线设置于所述抗剪连接件的外侧壁，确保抗剪连接件伸入FRP预制节点和FRP型材梁柱的长度满足抗剪要求。
上述技术方案中的一种带抗剪连接件的FRP预制梁柱节点的施工方法，包括如下施工步骤：
S1.施工准备：根据使用数量需求裁剪一定长度的FRP布，采用胶粘剂将限位板与FRP预制节点的各管口粘接；
S2.对FRP预制节点的各管口端部和FRP型材梁柱端部沿长度方向至少50mm的外表面进行打磨处理，涂敷1-2道底胶，指触干燥后进行下一个步骤；
S3.首先，将抗剪连接件插入FRP预制节点上位于底端管口处的限位板中，再将带有抗剪连接件的FRP预制节点管口放置于与之相对应的FRP型材梁柱上端面；
S4.对步骤S3中的FRP预制节点与FRP型材梁柱拼接处沿长度方向100mm范围内第一遍涂敷浸渍胶，在确定FRP布缠绕起始位置后，按照纤维方向为0°方向粘贴第一层FRP布；待其表面指触干燥后，第二遍涂敷浸渍胶，按照纤维方向为45°方向粘贴第二层FRP布；待其表面指触干燥后，第三遍涂敷浸渍胶，按照纤维方向为0°方向粘贴第三层FRP布；待其表面指触干燥后，最终在FRP布上再次涂敷浸渍胶，形成表层保护层；
S5.然后，将抗剪连接件插入FRP预制节点上位于顶端管口处的限位板中，并将与顶端管口相对应的FRP型材梁柱下端面与FRP预制节点连接，重复步骤S4；
S6.最后，将抗剪连接件依次插入FRP预制节点其余管口处的限位板中，重复步骤S4，直至FRP预制节点的所有管口均与相对应的FRP型材梁柱连接。
在步骤S1中，所述FRP布裁剪长度大于所述管口截面周长。
进一步地，所述FRP布在所述FRP预制节点和所述FRP型材梁柱的拼接处通过滚压粘贴。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1.本发明基于FRP型材的模块化建筑能够大幅降低结构自重、方便长距离运输、解决钢结构耐久性不足等问题，并且本发明适用于管状截面FRP型材构件梁柱节点连接构造，推动基于FRP型材的低多层模块化建筑体系的发展。
2、本发明通过在FRP预制节点和FRP型材梁柱之间设置可多方向转动的抗剪连接件，有效提升FRP预制梁柱节点的抗剪强度，弥补FRP拉挤型材抗剪强度低的缺陷，适用于管状截面形式的FRP型材梁、柱连接，具有较好的普适性。
3.本发明在FRP预制节点和FRP型材梁柱的拼接处采用FRP布胶接方式实现管状截面FRP型材节点连接，使整个节点无需螺栓的参与，避免了采用螺栓连接导致的局部开孔对构件强度的削弱，而且节点连接处表面平整，便于后续装修施工，在节点处缠绕的纤维布颜色多样，可结合装修装饰进行选择，美观度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
图1为现有技术中通过螺栓连接方式实现梁柱节点的结构图；
图2为现有技术中通过螺栓连接方式实现梁柱节点的安装结构示意图；
图3为本发明提供的一种带抗剪连接件的FRP预制梁柱节点的安装过程示意图；
图4为本发明提供的一种带抗剪连接件的FRP预制梁柱节点在整体预制完成后的结构示意图；
图5为本发明提供的一种带抗剪连接件的FRP预制梁柱节点缠绕FRP布的结构示意图；
图6为本发明提供的十字形抗剪连接件的结构示意图；
图7为本发明提供的矩形抗剪连接件的结构示意图；
图8为本发明提供的十字形抗剪连接件与十字形限位板连接的结构示意图；
图9为本发明提供的十字形抗剪连接件与矩形限位板连接的结构示意图；
图10为本发明提供的矩形抗剪连接件与矩形限位板连接的结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-矩形抗剪连接件，2-定位线，3-矩形限位板，4-FRP管状截面拉挤型材上柱，5-FRP预制节点，6-FRP管状截面拉挤型材梁，7-FRP管状截面拉挤型材下柱，8-FRP布，9-十字形抗剪连接件，10-十字形限位板。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例1提供一种带抗剪连接件的FRP预制梁柱节点，如图3-图5所示，包括抗剪连接件、限位板、FRP预制节点5、FRP型材梁柱和FRP布8，FRP预制节点5上设置有多个与FRP型材梁柱匹配的管口，在本实施例中，FRP预制节点5为T字型结构，当然也可以是十字型或工字型等结构，此处仅以T字型结构为例，FRP型材梁柱包括与T字型FRP预制节点5的管口相对应的FRP管状截面拉挤型材上柱4、FRP管状截面拉挤型材下柱7以及FRP管状截面拉挤型材梁6，FRP管状截面拉挤型材上柱4、FRP管状截面拉挤型材下柱7以及FRP管状截面拉挤型材梁6与FRP预制节点5的管口之间均设置抗剪组件，该抗剪组件包括抗剪连接件和限位板，限位板沿抗剪连接件外周侧壁上设置的定位线2环设于抗剪连接件的外侧壁，并且抗剪连接件为刚性部件，限位板为柔性部件，具体地，抗剪连接件为金属或FRP材料制成部件，限位板为柔性材料材料制成部件，例如橡胶材料或高强度柔韧性薄膜材料，使抗剪连接件与限位板之间为非固结连接，同时，FRP预制节点5与FRP管状截面拉挤型材上柱4、FRP管状截面拉挤型材下柱7以及FRP管状截面拉挤型材梁6通过限位板端面粘接固定，从而使抗剪连接件在FRP预制节点5与FRP管状截面拉挤型材上柱4、FRP管状截面拉挤型材下柱7以及FRP管状截面拉挤型材梁6的内部能多方向转动，实现多个方向抗剪，而且在FRP预制节点5和FRP型材梁柱的拼接处缠绕不同纤维方向的多层FRP布8用于承受节点弯矩。
如图5所示，FRP布8按照0°、45°以及0°的纤维方向逐层缠绕于FRP预制节点5和FRP型材梁柱的拼接处，有效提升FRP预制梁柱节点的抗剪强度。
如图6-图10所示，上述抗剪连接件为矩形抗剪连接件1或十字形抗剪连接件9，限位板为矩形限位板3或十字形限位板10，抗剪组件可以为矩形抗剪连接件1和矩形限位板3、十字形抗剪连接件9和矩形限位板3以及十字形抗剪连接件9和十字形限位板10中的组合之一；在本实施例中限位板截面长度和宽度与FRP型材梁柱以及FRP预制节点5之间的管口外边长保持一致，确保有效搭接，与此同时，与矩形抗剪连接件1相比，采用十字形抗剪连接件9更为经济，但同时其生产难度更大，此时利用FRP良好的可设计性，在完成截面设计之后，可直接采用拉挤成型工艺生产十字形抗剪连接件9，而为保证抗剪连接件能够有效抗剪，上述抗剪连接件的截面最大边长长度应不小于管口截面最小边长的1/3，抗剪连接件长度应不小于1.5倍的管口截面最大边长，因此，当采用钢结构抗剪连接件时，截面形式可确定为矩形截面，亦可通过焊接方式采用十字型截面；当采用FRP材料时，优先采用十字型截面，为进一步保证抗剪连接件能够有效抗剪，当抗剪连接件为钢材料制成部件时，抗剪连接件壁厚不小于2mm，当抗剪连接件为FRP材料制成部件时，抗剪连接件壁厚不小于3mm，另外，限位板采用常用3mm橡胶板即可。
实施例2
本实施例2对实施例1中FRP预制梁柱节点提供一种带抗剪连接件的FRP预制梁柱节点施工方法，具体步骤如下：
S1.施工准备：根据使用数量需求裁剪一定长度的FRP布8，采用胶粘剂将矩形限位板3与FRP预制节点5的各管口粘接；
S2.对FRP预制节点5的各管口端部和FRP型材梁柱端部沿长度方向至少50mm的外表面进行打磨处理，涂敷1-2道底胶，指触干燥后进行下一个步骤；
S3.然后，将矩形抗剪连接件1插入FRP预制节点5上位于底端管口处的矩形限位板3中，再将带有矩形抗剪连接件1的FRP预制节点5管口放置于与之相对应的FRP管状截面拉挤型材下柱7上端面；
S4.对步骤S3中的FRP预制节点5与FRP管状截面拉挤型材下柱7拼接处沿长度方向100mm范围内第一遍涂敷浸渍胶，在确定FRP布8缠绕起始位置后，按照纤维方向为0°方向粘贴第一层FRP布8；待其表面指触干燥后，第二遍涂敷浸渍胶，按照纤维方向为45°方向粘贴第二层FRP布8；待其表面指触干燥后，第三遍涂敷浸渍胶，按照纤维方向为0°方向粘贴第三层FRP布8；待其表面指触干燥后，最终在FRP布8上再次涂敷浸渍胶，形成表层保护层；
S5.然后，将矩形抗剪连接件1插入FRP预制节点5上位于顶端管口处的矩形限位板3中，并将与顶端管口相对应的FRP管状截面拉挤型材上柱4下端面与FRP预制节点5连接，并重复步骤S4；
S6.最后，将矩形抗剪连接件1插入FRP预制节点5上位于右端管口处的矩形限位板3中，并将与右端管口相对应的FRP管状截面拉挤型材梁6与FRP预制节点5连接，重复步骤4，完成施工。
在步骤S1中，FRP布8裁剪长度大于管口截面周长，在本实施例中，具体可取为20-30mm。
在步骤S4中，FRP布8在FRP预制节点和FRP型材梁柱的拼接处通过滚筒进行滚压粘贴，以使FRP布8粘贴更牢固。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种带抗剪连接件的FRP预制梁柱节点，其特征在于，包括：
FRP型材梁柱；
FRP预制节点(5)，所述FRP预制节点(5)上设置有多个与所述FRP型材梁柱匹配的管口，所述管口与所述FRP型材梁柱之间均设置抗剪组件，所述FRP预制节点(5)和所述FRP型材梁柱的拼接处逐层缠绕不同纤维方向的多层FRP布(8)；
所述抗剪组件包括抗剪连接件和限位板，所述限位板设置于所述抗剪连接件的外侧壁，所述FRP预制节点(5)与所述FRP型材梁柱通过所述限位板端面粘接固定，所述抗剪连接件在所述FRP预制节点(5)和所述FRP型材梁柱中可转动。
2.根据权利要求1所述的一种带抗剪连接件的FRP预制梁柱节点，其特征在于，所述抗剪连接件为矩形抗剪连接件(1)或十字形抗剪连接件(9)，所述限位板为矩形限位板(3)或十字形限位板(10)，所述抗剪组件为矩形抗剪连接件(1)和矩形限位板(3)、十字形抗剪连接件(9)和矩形限位板(3)以及十字形抗剪连接件(9)和十字形限位板(10)中的组合之一。
3.根据权利要求1所述的一种带抗剪连接件的FRP预制梁柱节点，其特征在于，所述抗剪连接件的截面最大边长长度应不小于所述管口截面最小边长的1/3，所述抗剪连接件长度应不小于1.5倍的所述管口截面最大边长。
4.根据权利要求1所述的一种带抗剪连接件的FRP预制梁柱节点，其特征在于，所述抗剪连接件为金属或FRP材料制成部件，所述限位板为柔性材料制成部件。
5.根据权利要求4所述的一种带抗剪连接件的FRP预制梁柱节点，其特征在于，当抗剪连接件为金属材料制成部件时，所述抗剪连接件壁厚不小于2mm，当抗剪连接件为FRP材料制成部件时，所述抗剪连接件壁厚不小于3mm。
6.根据权利要求1所述的一种带抗剪连接件的FRP预制梁柱节点，其特征在于，所述FRP布(8)按照0°、45°以及0°的纤维方向缠绕于所述FRP预制节点(5)和所述FRP型材梁柱的拼接处。
7.根据权利要求1所述的一种带抗剪连接件的FRP预制梁柱节点，其特征在于，所述抗剪连接件的外周侧壁设置有定位线(2)，所述限位板沿所述定位线(2)设置于所述抗剪连接件的外侧壁。
8.一种带抗剪连接件的FRP预制梁柱节点施工方法，其特征在于，权利要求1-7中任一项所述的一种带抗剪连接件的FRP预制梁柱节点包括如下施工步骤：
S1.施工准备：根据使用数量需求裁剪一定长度的FRP布(8)，采用胶粘剂将限位板与FRP预制节点(5)的各管口粘接；
S2.对FRP预制节点(5)的各管口端部和FRP型材梁柱端部沿长度方向至少50mm的外表面进行打磨处理，涂敷1-2道底胶，指触干燥后进行下一个步骤；
S3.首先，将抗剪连接件插入FRP预制节点(5)上位于底端管口处的限位板中，再将带有抗剪连接件的FRP预制节点(5)管口放置于与之相对应的FRP型材梁柱上端面；
S4.对步骤S3中的FRP预制节点(5)与FRP型材梁柱拼接处沿长度方向100mm范围内第一遍涂敷浸渍胶，在确定FRP布(8)缠绕起始位置后，按照纤维方向为0°方向粘贴第一层FRP布(8)；待其表面指触干燥后，第二遍涂敷浸渍胶，按照纤维方向为45°方向粘贴第二层FRP布(8)；待其表面指触干燥后，第三遍涂敷浸渍胶，按照纤维方向为0°方向粘贴第三层FRP布(8)；待其表面指触干燥后，最终在FRP布(8)上再次涂敷浸渍胶，形成表层保护层；
S5.然后，将抗剪连接件插入FRP预制节点(5)上位于顶端管口处的限位板中，并将与顶端管口相对应的FRP型材梁柱下端面与FRP预制节点连接，重复步骤S4；
S6.最后，将抗剪连接件依次插入FRP预制节点(5)其余管口处的限位板中，重复步骤S4，直至FRP预制节点(5)的所有管口均与相对应的FRP型材梁柱连接。
9.根据权利要求8所述的一种带抗剪连接件的FRP预制梁柱节点施工方法，其特征在于，在步骤S1中，所述FRP布(8)裁剪长度大于所述管口截面周长。
10.根据权利要求8所述的一种带抗剪连接件的FRP预制梁柱节点施工方法，其特征在于，所述FRP布(8)在所述FRP预制节点(5)和所述FRP型材梁柱的拼接处通过滚压粘贴。
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