WO2018219196A1 - 一种装配式柱脚连接节点及其施工方法 - Google Patents

一种装配式柱脚连接节点及其施工方法 Download PDF

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刘康
李黎明
范昕
田力达
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王冬雁
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Abstract

一种装配式柱脚连接节点，包括竖向对应拼接的上部的预制钢筋混凝土柱（1）、下部钢筋混凝土基础（2）、柱锚固纵筋（3）、灌浆套筒（4）、基础锚固钢筋（6），基础锚固钢筋（6）与柱锚固纵筋（3）通过灌浆套筒（4）内充满的灌缝材料（7）连接，钢筋混凝土基础（2）和预制钢筋混凝土柱（1）拼接缝处也充满有灌缝材料（7），基础锚固钢筋（6）包括竖部（8）和水平部（9），竖部（8）分为伸出钢筋混凝土基础（2）的上表面的上部锚固段（81）、埋入钢筋混凝土基础（2）内的中部无粘结段（82）和下部锚固段（83），中部无粘结段（82）的外部设有隔离其与混凝土粘结的隔离套件（10），隔离套件（10）的顶面与钢筋混凝土基础（2）的上表面平齐。还提供了一种装配式柱脚连接节点的施工方法。

Description

一种装配式柱脚连接节点及其施工方法 技术领域
本发明属于装配式结构建筑领域，特别是一种装配式混凝土框架结构和框架剪力墙结构的柱脚节点及其施工方法。
背景技术
目前国内外常用的装配式框架结构中，其柱脚节点主要采用灌浆套筒连接。
灌浆套筒连接的柱脚受力较大，柱中纵筋在柱脚和基础的接缝处受力最大，其余纵筋由于有混凝土包裹则钢筋受力相对较小，这样导致纵筋变形集中在接缝处。在罕遇地震荷载下，接缝处纵筋容易因为变形过大而断裂，导致装配式建筑的结构破坏。同时灌浆套筒一般采用对每个套筒的逐一灌浆，接缝处节点施工效率较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种装配式柱脚连接节点及其施工方法，要解决装配式结构柱脚节点变形能力及力学性能的不足的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种装配式柱脚连接节点，包括竖向对应拼接的上部的预制钢筋混凝土柱和下部的钢筋混凝土基础，所述预制钢筋混凝土柱内预埋有沿柱身均布一周的柱锚固纵筋和灌浆套筒，所述钢筋混凝土基础内预埋有基础锚固钢筋，所述基础锚固钢筋与柱锚固纵筋通过灌浆套筒内充满的灌缝材料连接，钢筋混凝土基础和预制钢筋混凝土柱拼接缝处也充满有灌缝材料，所述基础锚固钢筋呈L型，包括竖部和水平部，所述竖部分为伸出钢筋混凝土基础的上表面的上部锚固段、埋入基础内的中部无粘结段和下部锚固段，所述上部锚固段伸入灌浆套筒内与柱锚固纵筋连接，中部无粘结段与基础混凝土无粘结，下部锚固段和水平部均与基础混凝土粘结锚固，所述中部无粘结段的外部设有隔离其与混凝土粘结的隔离套件，所述隔离套件的顶面与钢筋混凝土基础的上表面平齐。
所述中部无粘结段的长度为钢筋直径的3倍至20倍。
所述隔离套件为硬质套管，采用内径大于中部无粘结段直径的塑料管或钢管，或者所述隔离套件为在中部无粘结段满涂专用防腐润滑油脂后再包裹该段的塑料布层。
所述中部无粘结段上设有颈缩段，该颈缩段的横截面面积减缩为原截面面积的50％-90％，所述隔离套件为硬质套管。
所述颈缩段为通过切削加工形成的截面削弱，所述截面削弱采用减小削弱段钢筋截面直径的方式或者采用切削钢筋上下侧或左右侧形成缺口的方式。
所述颈缩段上可留设有至少一个未切削加工的非颈缩弹性段，所述非颈缩弹性段均布在颈缩段上，各个非颈缩弹性段总长度不大于颈缩段总长度的一半。
所述灌浆套筒是侧壁上无注浆口、只设有出浆口的无独立注浆口形式的套筒，所述预制钢筋混凝土柱开有一条柱内浆液流通通道，该柱内浆液流通通道的一端连通侧壁外部形成总注浆口，另一端连通钢筋混凝土基础和预制钢筋混凝土柱拼接缝，所述拼接缝形成灌浆套筒的柱外浆体流通通道，灌缝材料自总注浆口灌入经过柱内浆液流通通道充满拼接缝，随后充满各个灌浆套筒并自出浆口流出。
所述柱内浆液流通通道呈倒L形，包括水平通道和竖向通道，所述水平通道连通侧壁外部，竖向通道连通拼接缝，竖向通道位于预制钢筋混凝土柱的竖向轴线上。
一种装配式柱脚连接节点的施工方法，施工步骤如下：
步骤一、绑扎基础钢筋笼并支设模板；
步骤二、加工基础锚固钢筋；
步骤三、将基础锚固钢筋放置在模板内的预定位置并安装隔离套件，然后浇筑混凝土形成钢筋混凝土基础；
步骤四、绑扎柱钢筋笼、柱锚固纵筋和灌浆套筒，然后支设模板，并浇筑混凝土形成预制钢筋混凝土柱；
步骤五、将预制钢筋混凝土柱运送到现场并临时就位，将基础锚固钢筋插入灌浆套筒内设置临时支撑固定以保证拼接缝的宽度；
步骤六、先采用灌缝材料充满拼接缝，然后在灌浆套筒内灌满灌缝材料；
步骤七、待灌浆套筒内的灌缝材料达到强度要求后，拆除预制钢筋混凝土柱的临时支撑，完成柱脚节点施工。
一种装配式柱脚连接节点的施工方法，施工步骤如下：
步骤一、绑扎基础钢筋笼并支设模板；
步骤二、加工基础锚固钢筋；
步骤三、将基础锚固钢筋放置在模板内的预定位置并安装隔离套件，然后浇筑混凝土形成钢筋混凝土基础；
步骤四、绑扎柱钢筋笼、柱锚固纵筋和灌浆套筒，然后支设柱外模板和柱内浆液流通通道的内模板，并浇筑混凝土形成预制钢筋混凝土柱和柱内浆液流通通道，
步骤五、将预制钢筋混凝土柱运送到现场并临时就位，将基础锚固钢筋插入灌浆套筒内设置临时支撑固定以保证拼接缝的宽度；
步骤六、灌缝材料自总注浆口灌入，经过柱内浆液流通通道充满拼接缝，随后充满各个灌浆套筒并自出浆口流出，将各个钢筋连接套筒灌实；
步骤七、待灌浆套筒内的灌缝材料达到强度要求后，拆除预制钢筋混凝土柱的临时支撑，完成柱脚节点施工。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：
本发明的连接节点改善了装配式结构中柱脚处节点变形的能力和力学性能，可高效施工且抗震性能良好，震后易修复的装配式柱脚节点及施工方法。本发明的连接节点具有良好的抗震性能，本发明的施工方法工序简单施工速度快。
本发明的连接节点中，基础锚固钢筋上设置无粘结段，将钢筋变形分布到整个钢筋无粘结段，大大降低钢筋的最大应变，能在一定程度上保证受力钢筋在设计罕遇地震作用下不发生过大变形，从而避免钢筋破坏。
本发明还可以通过将无粘结段进行截面削弱，降低钢筋应变渗透效应，进一步将钢筋变形集中在截面削弱段，降低可能发生的套筒连接破坏或有粘结段钢筋屈服破坏风险。
本发明还可以可在截面削弱段中设置一个或多个弹性支撑段，降低截面削弱段发生曲屈的风险，进一步改善削弱段在滞回加载下的耗能性能。
本发明为了进一步提高预制柱变形能力，降低结构在设计罕遇地震作用下破坏程度，可将预制柱柱脚处外包一定厚度和高度的钢板，降低柱脚混凝土受压破坏程度。
本发明为了进一步提高节点施工效率，可采用单孔灌浆技术，无需对每个套筒的逐一灌浆，一个总注浆口处注浆即可。
本发明适用于多高层公共建筑，如学校、办公楼、公寓、医院等。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1是本发明实施例的柱脚节点示意图。
图2是图1中A-A剖面的示意图。
图3是本发明涉及实例的基础锚固钢筋的耗能钢筋颈缩段示意图。
图4是本发明涉及实例的基础锚固钢筋的耗能钢筋颈缩段和非颈缩弹性段示意图。
图5是图3中B-B剖面即截面削弱采用减小削弱段钢筋截面直径的方式的示意图。
图6是图4中C-C剖面截面削弱采用切削钢筋上下侧形成缺口的方式的示意图。
图7是本发明隔离套件为硬质套管的示意图。
图8是图7中D-D剖面的示意图。
附图标记：1－预制钢筋混凝土柱、2－钢筋混凝土基础、3－柱锚固纵筋、4－灌浆套筒、5－总注浆口、6－基础锚固钢筋、7－灌缝材料、8－竖部、81－上部锚固段、82－中部无粘结段、821－颈缩段、822－非颈缩弹性段、83－下部锚固段、9－水平部、10－隔离套件、11－出浆口、12－柱内浆液流通通道、121－水平通道、122－竖向通道、13－原截面轮廓线。
具体实施方式
实施例参见图1-2所示，一种装配式柱脚连接节点，包括竖向对应拼接的上部的预制钢筋混凝土柱1和下部的钢筋混凝土基础2，所述预制钢筋混凝土柱1内预埋有沿柱身均布一周的柱锚固纵筋3和灌浆套筒4，所述钢筋混凝土基础2内预埋有基础锚固钢筋6，所述基础锚固钢筋6与柱锚固纵筋3通过灌浆套筒4内充满的灌缝材料7连接，钢筋混凝土基础2和预制钢筋混凝土柱1拼接缝处也充满有灌缝材料7。灌浆套筒4采用常见的灌浆套筒。
所述灌缝材料为抗压强度45MPa以上的高强快硬水泥基灌浆料或者钢纤维、碳纤维或其他纤维快硬水泥基灌浆料或者聚合物砂浆料。
所述基础锚固钢筋6呈L型，包括竖部8和水平部9，所述竖部分为伸出钢筋混凝土基础2的上表面的上部锚固段81、埋入基础内的中部无粘结段82和下部锚固段83，所述上部锚固段81伸入灌浆套筒4内与柱锚固纵筋3连接，中部无粘结段82与基础混凝土无粘结，下部锚固段83和水平部9均与基础混凝土粘结锚固。
所述中部无粘结段82的外部设有隔离其与混凝土粘结的隔离套件10，所述隔离套件10的顶面与钢筋混凝土基础2的上表面平齐。
中部无粘结段82的长度需要经过计算确定，应进行屈曲稳定验算以保证其不至于发生屈曲破坏、以保证结构在设计极限荷载情况下钢筋不至于产生过大塑性变形而导致结构破坏为准，一般长度为钢筋直径的3倍至20倍。
所述隔离套件10为硬质套管，采用内径大于中部无粘结段直径的塑料管或钢管，或者所述隔离套件10为在中部无粘结段满涂专用防腐润滑油脂后再包裹该段的塑料布层。参见图7-8所示，本实施例中为硬质套管。
参见图3所示，进一步的在其它实施例中，所述中部无粘结段82上还可以设有颈缩段821，该颈缩段821的横截面面积减缩为原截面面积的50％-90％，此种情况下所述隔离套件10必须采用硬质套管。所述颈缩段为通过切削加工形成的截面削弱，所述截面削弱采用 减小削弱段钢筋截面直径的方式或者采用切削钢筋上下侧或左右侧形成缺口的方式。参见图5和图6所示，其中原截面轮廓线13也在图中显示。
参见图4所示，进一步的在其它实施例中，所述颈缩段821上还可以当采用分段切削的方式处理，留设有至少一段未切削加工的非颈缩弹性段822，一般为1-5段。该非颈缩弹性段可为颈缩段屈服时提供弹性支撑进而提高颈缩段的耗能性能和柱脚节点的力学性能，所述非颈缩弹性段822均布在颈缩段821上，各个非颈缩弹性段822将颈缩段分割成多个长度相近的分段，各个非颈缩弹性段822总长度不大于颈缩段821总长度的一半。
在本实施例中，参见图1所示，所述灌浆套筒4采用侧壁上无注浆口、只设有出浆口11的无独立注浆口形式的套筒。所述预制钢筋混凝土柱1开有一条柱内浆液流通通道12，该柱内浆液流通通道的一端连通侧壁外部形成总注浆口5，另一端连通钢筋混凝土基础2和预制钢筋混凝土柱1拼接缝，灌缝材料7自总注浆口13灌入经过柱内浆液流通通道12充满拼接缝，随后充满各个灌浆套筒4并自出浆口11流出。
此时拼接缝在安装过程中既作为消除安全误差的措施，又作为无独立注浆口形式套筒的柱外浆体流通通道。所述拼接缝的宽度为20-30mm，所述灌缝材料在拼接缝处的边缘超出预制钢筋混凝土柱的边缘。
参见图1所示，所述柱内浆液流通通道12呈倒L形，包括水平通道121和竖向通道122，所述水平通道121连通侧壁外部，竖向通道122连通拼接缝，竖向通道122位于预制钢筋混凝土柱1的竖向轴线上。
一种装配式柱脚连接节点的施工方法，施工步骤如下：
步骤一、绑扎基础钢筋笼并支设模板。
步骤二、加工基础锚固钢筋。
步骤三、将基础锚固钢筋6放置在模板内的预定位置并安装隔离套件，然后浇筑混凝土形成钢筋混凝土基础2。
步骤四、绑扎柱钢筋笼、柱锚固纵筋3和灌浆套筒4，然后支设模板，并浇筑混凝土形成预制钢筋混凝土柱1。
步骤五、将预制钢筋混凝土柱1运送到现场并临时就位，将基础锚固钢筋6插入灌浆套筒4内设置临时支撑固定以保证拼接缝的宽度；基础表面预制柱安装位置和预制柱底面应进行粗糙面处理或者设置抗剪键槽以保证节点抗剪的可靠性。进行粗糙面处理时在该处模板上涂上缓凝剂脱模后采用高压水冲洗形成粗糙面。
步骤六、先采用灌缝材料7充满拼接缝，然后在灌浆套筒内灌满灌缝材料7。
步骤七、待灌浆套筒内的灌缝材料达到强度要求后，拆除预制钢筋混凝土柱1的临时支撑，完成柱脚节点施工。
一种装配式柱脚连接节点的施工方法，施工步骤如下：
步骤一、绑扎基础钢筋笼并支设模板。
步骤二、加工基础锚固钢筋。
步骤三、将基础锚固钢筋6放置在模板内的预定位置并安装隔离套件10，然后浇筑混凝土形成钢筋混凝土基础2。
步骤四、绑扎柱钢筋笼、柱锚固纵筋3和灌浆套筒4，然后支设柱外模板和柱内浆液流通通道12的内模板，并浇筑混凝土形成预制钢筋混凝土柱1和柱内浆液流通通道12。
步骤五、将预制钢筋混凝土柱1运送到现场并临时就位，将基础锚固钢筋6插入灌浆套筒4内设置临时支撑固定以保证拼接缝的宽度，基础表面预制柱安装位置和预制柱底面应进行粗糙面处理或者设置抗剪键槽以保证节点抗剪的可靠性。进行粗糙面处理时在该处模板上涂上缓凝剂脱模后采用高压水冲洗形成粗糙面。
步骤六、灌缝材料7自总注浆口5灌入，经过柱内浆液流通通道1充满拼接缝，随后充满各个灌浆套筒4并自出浆口11流出，将各个钢筋连接套筒灌实。
步骤七、待灌浆套筒内的灌缝材料达到强度要求后，拆除预制钢筋混凝土柱1的临时支撑，完成柱脚节点施工。
实际施工中，基础既可以在工厂预制也可以在施工现场现浇。同时为了监测锚固钢筋的应变状态，可以在连接节点角部的四根基础锚固钢筋上的中部无粘结段设置应变片，在实际工程中可抽取关键受力柱脚节点进行中部无粘结段应变监测。
预制钢筋混凝土柱的柱底范围内还可以围合有外包钢板，进一步提高柱脚混凝土延性、减轻预制柱柱脚在地震作用下破坏程度。当在柱脚采用外包钢板处理时，柱脚外包钢板通过栓钉与预制柱浇筑在一起，其厚度应通过计算确定，以满足对柱脚混凝土的约束要求保证设计极限荷载下柱脚混凝土不被压坏为准。外包钢板高度应通过计算确定，保证罕遇地震荷载下预制柱外包钢板上端附近柱截面不会发生破坏。

Claims (10)

  1. 一种装配式柱脚连接节点，包括竖向对应拼接的上部的预制钢筋混凝土柱(1)和下部的钢筋混凝土基础(2)，所述预制钢筋混凝土柱(1)内预埋有沿柱身均布一周的柱锚固纵筋(3)和灌浆套筒(4)，所述钢筋混凝土基础(2)内预埋有基础锚固钢筋(6)，所述基础锚固钢筋(6)与柱锚固纵筋(3)通过灌浆套筒(4)内充满的灌缝材料(7)连接，钢筋混凝土基础(2)和预制钢筋混凝土柱(1)拼接缝处也充满有灌缝材料(7)，
    其特征在于：所述基础锚固钢筋(6)呈L型，包括竖部(8)和水平部(9)，所述竖部分为伸出钢筋混凝土基础(2)的上表面的上部锚固段(81)、埋入基础内的中部无粘结段(82)和下部锚固段(83)，所述上部锚固段(81)伸入灌浆套筒(4)内与柱锚固纵筋(3)连接，中部无粘结段(82)与基础混凝土无粘结，下部锚固段(83)和水平部(9)均与基础混凝土粘结锚固，
    所述中部无粘结段(82)的外部设有隔离其与混凝土粘结的隔离套件(10)，所述隔离套件(10)的顶面与钢筋混凝土基础(2)的上表面平齐。
  2. 根据权利要求1所述的装配式柱脚连接节点，其特征在于：所述中部无粘结段(82)的长度为钢筋直径的3倍至20倍。
  3. 根据权利要求1或2所述的装配式柱脚连接节点，其特征在于：所述隔离套件(10)为硬质套管，采用内径大于中部无粘结段直径的塑料管或钢管，或者所述隔离套件(10)为在中部无粘结段满涂专用防腐润滑油脂后再包裹该段的塑料布层。
  4. 根据权利要求3所述的装配式柱脚连接节点，其特征在于：所述中部无粘结段(82)上设有颈缩段(821)，该颈缩段(821)的横截面面积减缩为原截面面积的50％-90％，所述隔离套件(10)为硬质套管。
  5. 根据权利要求4所述的装配式柱脚连接节点，其特征在于：所述颈缩段为通过切削加工形成的截面削弱，所述截面削弱采用减小削弱段钢筋截面直径的方式或者采用切削钢筋上下侧或左右侧形成缺口的方式。
  6. 根据权利要求4或5所述的装配式柱脚连接节点，其特征在于：所述颈缩段(821)上可留设有至少一个未切削加工的非颈缩弹性段(822)，所述非颈缩弹性段(822)均布在颈缩段(821)上，各个非颈缩弹性段(822)总长度不大于颈缩段(821)总长度的一半。
  7. 根据权利要求1所述的装配式柱脚连接节点，其特征在于：所述灌浆套筒(4)是侧壁上无注浆口、只设有出浆口(11)的无独立注浆口形式的套筒，所述预制钢筋混凝土柱(1)开有一条柱内浆液流通通道(12)，该柱内浆液流通通道的一端连通侧壁外部形成总注浆口(5)，另一端连通钢筋混凝土基础(2)和预制钢筋混凝土柱(1)拼接缝，所述拼接缝形成 灌浆套筒(4)的柱外浆体流通通道，灌缝材料(7)自总注浆口(13)灌入经过柱内浆液流通通道(12)充满拼接缝，随后充满各个灌浆套筒(4)并自出浆口(11)流出。
  8. 根据权利要求7所述的装配式柱脚连接节点，其特征在于：所述柱内浆液流通通道(12)呈倒L形，包括水平通道(121)和竖向通道(122)，所述水平通道(121)连通侧壁外部，竖向通道(122)连通拼接缝，竖向通道(122)位于预制钢筋混凝土柱(1)的竖向轴线上。
  9. 一种根据权利要求1-6任意一项所述的装配式柱脚连接节点的施工方法，其特征在于，施工步骤如下：
    步骤一、绑扎基础钢筋笼并支设模板；
    步骤二、加工基础锚固钢筋；
    步骤三、将基础锚固钢筋(6)放置在模板内的预定位置并安装隔离套件，然后浇筑混凝土形成钢筋混凝土基础(2)；
    步骤四、绑扎柱钢筋笼、柱锚固纵筋(3)和灌浆套筒(4)，然后支设模板，并浇筑混凝土形成预制钢筋混凝土柱(1)；
    步骤五、将预制钢筋混凝土柱(1)运送到现场并临时就位，将基础锚固钢筋(6)插入灌浆套筒(4)内设置临时支撑固定以保证拼接缝的宽度；
    步骤六、先采用灌缝材料(7)充满拼接缝，然后在灌浆套筒内灌满灌缝材料(7)；
    步骤七、待灌浆套筒内的灌缝材料达到强度要求后，拆除预制钢筋混凝土柱(1)的临时支撑，完成柱脚节点施工。
  10. 一种根据权利要求7或8所述的装配式柱脚连接节点的施工方法，其特征在于，施工步骤如下：
    步骤一、绑扎基础钢筋笼并支设模板；
    步骤二、加工基础锚固钢筋；
    步骤三、将基础锚固钢筋(6)放置在模板内的预定位置并安装隔离套件(10)，然后浇筑混凝土形成钢筋混凝土基础(2)；
    步骤四、绑扎柱钢筋笼、柱锚固纵筋(3)和灌浆套筒(4)，然后支设柱外模板和柱内浆液流通通道(12)的内模板，并浇筑混凝土形成预制钢筋混凝土柱(1)和柱内浆液流通通道(12)，
    步骤五、将预制钢筋混凝土柱(1)运送到现场并临时就位，将基础锚固钢筋(6)插入灌浆套筒(4)内设置临时支撑固定以保证拼接缝的宽度；
    步骤六、灌缝材料(7)自总注浆口(5)灌入，经过柱内浆液流通通道(1)充满拼接缝，随后充满各个灌浆套筒(4)并自出浆口(11)流出，将各个钢筋连接套筒灌实；
    步骤七、待灌浆套筒内的灌缝材料达到强度要求后，拆除预制钢筋混凝土柱(1)的临时支撑，完成柱脚节点施工。
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