一種預(yù)應(yīng)力裝配式高性能方鋼管混凝土柱?混凝土梁節(jié)點及其施工方法與流程

發(fā)明涉及一種新型梁柱節(jié)點的結(jié)構(gòu)，具體涉及一種預(yù)應(yīng)力裝配式高性能方鋼管混凝土柱-混凝土梁節(jié)點及其施工方法。

背景技術(shù)：

梁柱節(jié)點也稱節(jié)點核心區(qū)，在結(jié)構(gòu)中起到傳遞荷載與連接梁柱的作用。歷次的地震資料表明，在地震中結(jié)構(gòu)的破壞大多發(fā)生在梁柱節(jié)點上，或者是由梁柱節(jié)點的破壞而引起的整個結(jié)構(gòu)的坍塌。因此，梁柱節(jié)點的連接性能對結(jié)構(gòu)的整體性能起著決定性的作用。只有通過設(shè)計施工，提高節(jié)點的強度及延性，防止節(jié)點剪切和壓縮脆性破壞早于梁、柱的破壞，其他構(gòu)件的強度設(shè)計才有實際意義，整個結(jié)構(gòu)的安全性及穩(wěn)定性才有保障。

目前，鋼管混凝土柱-混凝土梁節(jié)點按其穿心構(gòu)件是否穿過鋼管混凝土柱，可分為非穿心節(jié)點和穿心節(jié)點兩大類。常見的非穿心節(jié)點有加強環(huán)式節(jié)點、環(huán)梁節(jié)點、鋼筋環(huán)繞式節(jié)點等。加強環(huán)式節(jié)點通過上下鋼板加強環(huán)傳遞彎矩，同時兩個加強環(huán)之間設(shè)置豎向加勁肋板，用以傳遞剪力。環(huán)梁節(jié)點依靠鋼管壁外貼焊的環(huán)形鋼筋或短牛腿將梁端剪力傳遞給核心混凝土，梁端彎矩由部分焊于牛腿翼緣上的鋼筋和部分錨固在環(huán)梁里的鋼筋傳遞。鋼筋環(huán)繞式節(jié)點的梁鋼筋從鋼管邊繞過，以有效承受彎矩，另加焊于鋼管的短牛腿作為支承，以承受剪力。非穿心節(jié)點沒有零部件穿過鋼管，因此特別適用于小直徑的鋼管混凝土柱；但節(jié)點用鋼量大，加工復(fù)雜，現(xiàn)場焊接工作量大，焊接質(zhì)量要求高。

常見的穿心節(jié)點有牛腿穿心節(jié)點、鋼筋貫穿式節(jié)點、十字板式節(jié)點等幾種形式。穿心牛腿節(jié)點有明牛腿和暗牛腿之分，暗牛腿可以只承受剪力，即通常所說的承重銷節(jié)點，也可以同時承受剪力和彎矩。鋼筋貫穿式節(jié)點是通過在鋼管壁上開孔，使梁縱筋貫穿鋼管柱，以達到傳遞彎矩的目的，剪力由直接焊于鋼管壁的明牛腿或暗牛腿承擔(dān)。十字板式節(jié)點是在鋼管內(nèi)設(shè)置十字加勁板以提高節(jié)點區(qū)的整體剛度和承載力。穿心節(jié)點整體剛度較大，但節(jié)點處構(gòu)造復(fù)雜，澆筑困難，存在因鋼管局部破壞而降低柱承載力的風(fēng)險。同時這種兩大類傳統(tǒng)節(jié)點形式都限制了節(jié)點內(nèi)的相對位移，剛度大，但是延性較差，不能有效地消耗地震作用，往往先于梁、柱發(fā)生破壞，難以滿足“強節(jié)點”的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明基于上述情況，提出一種預(yù)應(yīng)力裝配式高性能方鋼管混凝土柱-混凝土梁節(jié)點及其制作方法，該節(jié)點采用預(yù)制構(gòu)件現(xiàn)場裝配，最大程度的提高了施工效率且易于質(zhì)量控制。同時利用預(yù)應(yīng)力筋為節(jié)點提供地震作用下的自動復(fù)位功能，提高節(jié)點的耗能能力，增強節(jié)點抗震性能，達到“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設(shè)防目標(biāo)，保證主體結(jié)構(gòu)在地震中基本保持完好，為人們生命安全提供保障。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

一種預(yù)應(yīng)力裝配式高性能方鋼管混凝土柱-混凝土梁節(jié)點，

該節(jié)點包括方鋼管混凝土柱、鋼筋混凝土梁、預(yù)應(yīng)力筋；所述方鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁內(nèi)分別設(shè)置有相互配合的預(yù)應(yīng)力筋孔道；所述方鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁內(nèi)部通過穿過預(yù)應(yīng)力筋孔道的預(yù)應(yīng)力筋連接；所述方鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁外部通過角鋼連接。

作為優(yōu)選項：所述方鋼管混凝土柱為澆筑混凝土的方形鋼管，所述方形鋼管由4塊鋼板焊接而成；所述每塊鋼板內(nèi)壁上、在與鋼筋混凝土梁連接區(qū)平行向鋼管內(nèi)側(cè)垂直的設(shè)置有2塊梯形鋼板，所述2塊梯形鋼板間距較鋼筋混凝土梁的高度大80mm以上；所述梯形鋼板下底與鋼板寬度相等，并與鋼板焊接，上底寬度較下底寬度小30mm以上；所述每塊鋼板兩端梯形鋼板之間垂直焊接有加勁肋。

作為優(yōu)選項：所述加勁肋的厚度大于4mm，高度等于兩端梯形鋼板之間的距離，寬度與梯形鋼板高度一致。

作為優(yōu)選項：所述方鋼管混凝土柱上的預(yù)應(yīng)力筋孔道不少于4個，上下左右對稱布置在鋼管與鋼筋混凝土梁連接區(qū)；當(dāng)預(yù)留預(yù)應(yīng)力筋孔道數(shù)為單數(shù)時，中部應(yīng)預(yù)留1個預(yù)應(yīng)力筋孔洞，其他預(yù)應(yīng)力筋孔洞均勻分布在其周圍。

作為優(yōu)選項：所述鋼筋混凝土梁的兩端設(shè)置有鋼套筒。

作為優(yōu)選項：所述預(yù)應(yīng)力筋為無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋。

本發(fā)明還提供一種如上述的預(yù)應(yīng)力裝配式高性能方鋼管混凝土柱-混凝土梁節(jié)點的施工方法，

a鋼管混凝土柱的制作：1、制備方形鋼管：由4塊鋼板焊接而成；在焊接之前，每塊鋼板上垂直焊接厚度大于4mm的2塊梯形鋼板，梯形鋼板平行于鋼筋混凝土梁，2塊梯形鋼板間距大鋼筋混凝土梁的高80mm，梯形鋼板下底寬度與鋼管混凝土柱寬度相等，梯形鋼板上底寬度較下底寬度小30mm以上；每塊鋼板的2塊梯形鋼板中間垂直焊接厚度大于4mm的1塊加勁肋，加勁肋位于鋼板中心，加勁肋高度等于2塊梯形鋼板之間的垂直間距，加勁肋寬度與梯形鋼板高度相同；在鋼管與鋼筋混凝土梁連接區(qū)預(yù)留不少于4個預(yù)應(yīng)力筋孔道，上下左右對稱布置，當(dāng)預(yù)留預(yù)應(yīng)力筋孔道數(shù)為單數(shù)時，中部應(yīng)預(yù)留1個預(yù)應(yīng)力筋孔洞；在非連接區(qū)上部、下部預(yù)留不少于4個螺栓安裝孔洞。將4塊鋼板通過焊接方式連接為方鋼管，澆筑混凝土形成鋼管混凝土柱，并養(yǎng)護28天；

b鋼筋混凝土梁的制作：在制作預(yù)制鋼筋混凝土梁前，首先鋼筋混凝土梁的兩端布置鋼套筒并在梁頂部和底部豎向預(yù)留螺栓安裝孔洞，梁縱向預(yù)留預(yù)應(yīng)力筋孔道，在工廠澆筑混凝土形成預(yù)制鋼筋混凝土梁；

c節(jié)點安裝：在鋼管混凝土柱上通過螺栓安裝角鋼，吊裝預(yù)制鋼筋混凝土梁于角鋼上，安裝螺栓，在預(yù)留孔道中穿入預(yù)應(yīng)力筋進行張拉，并利用錨具把張拉后的預(yù)應(yīng)力筋錨固在鋼管混凝土柱的外側(cè)。

作為優(yōu)選項：所述步驟b中，所述套筒的布置方法為在鋼筋混凝土梁四面布置厚度大于4mm的方形鋼板鋼板的長度大于40mm，寬度分別與所在鋼筋混凝土梁寬度b相同，采用直徑大于12mm的短鋼筋將兩對面鋼板通過焊接連接，短鋼筋層數(shù)不少于3層，每層不少于2根；將4塊鋼板通過焊接方式連接為整體，在梁端部布置一塊厚度大于2mm，尺寸與鋼筋混凝土梁截面尺寸相同的鋼板，并與4塊鋼板焊接。

作為優(yōu)選項：所述施工方法中鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁連接部位不需作任何附加處理。

本發(fā)明中，角鋼主要用于定位和臨時支撐鋼筋混凝土梁；

本發(fā)明中，通過張拉預(yù)應(yīng)力筋使鋼筋混凝土梁連接與鋼管混凝土柱，預(yù)應(yīng)力筋為無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于：

1、該節(jié)點非剛性節(jié)點，允許節(jié)點區(qū)的相對變形，構(gòu)件內(nèi)的應(yīng)力集中得到了降低。在地震過程中，各耗能構(gòu)件的變形可以吸收能量，從而降低位移反應(yīng)，提高了節(jié)點的延性，在大震作用下，節(jié)點不會突然破壞，給人能有逃生的時間，保證人的生命安全；

2、預(yù)應(yīng)力筋為節(jié)點提供地震作用下的自動復(fù)位功能。當(dāng)?shù)卣鹱饔眠_到一定程度時，預(yù)應(yīng)力筋被拉伸，梁柱的接觸面張開，角鋼等耗能構(gòu)件率先進入塑性狀態(tài)以實現(xiàn)耗能，而梁柱等基本仍處于彈性范圍，避免了主體構(gòu)件的損壞。地震作用后，節(jié)點在預(yù)應(yīng)力筋的作用下恢復(fù)到原先的狀態(tài)，從而大大降低了結(jié)構(gòu)在地震作用下的殘余變形；

3、角鋼主要用于支撐鋼筋混凝土梁。當(dāng)?shù)卣饋砼R時，角鋼的塑性變形可消耗地震能，減小主體結(jié)構(gòu)的變形破壞。震后，損傷的角鋼等附屬構(gòu)件的更換及修復(fù)也十分方便；

4、節(jié)點采用預(yù)制構(gòu)件現(xiàn)場裝配，現(xiàn)場連接多采用焊接、螺栓連接等干性連接方法，具有方便、快捷的優(yōu)點，大幅度提高施工效率，工業(yè)化程度高。預(yù)制構(gòu)件通過工業(yè)化流水線方式制作，大大提高了生產(chǎn)力且易于質(zhì)量控制，提高了結(jié)構(gòu)精度。同時減少建筑垃圾的產(chǎn)生、建筑污水的排放、建筑噪聲的干擾。

附圖說明

圖1為鋼管混凝土柱正視結(jié)構(gòu)示意圖a及剖面圖b；

圖2為預(yù)制鋼筋混凝土梁正視結(jié)構(gòu)示意圖a及剖面圖b；

圖3為預(yù)應(yīng)力裝配式高性能方鋼管混凝土柱-混凝土梁節(jié)點的正視結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1-混凝土柱，2-梯形鋼板，3-加勁肋，4-預(yù)應(yīng)力筋孔道，5-螺栓安裝孔洞，6-焊縫，7-混凝土梁，8-鋼板，9-短鋼筋，10-螺栓安裝孔洞，11-預(yù)應(yīng)力筋孔道，12-鋼板，13-角鋼，14-螺栓，15-螺栓，16-預(yù)應(yīng)力筋，17-錨具。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明做進一步說明。

實施例1

a鋼管混凝土柱的制作：鋼管由4塊鋼板焊接而成。在焊接之前，每塊鋼板上垂直焊接厚度大于4mm的2塊梯形鋼板（2），梯形鋼板（2）平行于鋼筋混凝土梁（7），2塊梯形鋼板（2）間距大于梁高h+80mm，梯形鋼板（2）下底寬度與鋼管混凝土柱（1）寬度b₁相等，梯形鋼板（2）上底寬度小于b₁-30mm。2塊梯形鋼板（2）中間垂直焊接厚度大于4mm的1塊加勁肋（3），加勁肋（3）位于鋼板中心，加勁肋（3）高度等于2塊梯形鋼板（2）之間的垂直間距，加勁肋（3）寬度與梯形鋼板（2）高度相同。在鋼管與鋼筋混凝土梁（7）連接區(qū)預(yù)留不少于4個預(yù)應(yīng)力筋孔道（4），上下左右對稱布置，當(dāng)預(yù)留預(yù)應(yīng)力筋孔道數(shù)為單數(shù)時，中部應(yīng)預(yù)留1個預(yù)應(yīng)力筋孔洞。在非連接區(qū)上部、下部預(yù)留不少于4個螺栓安裝孔洞（5）。將4塊鋼板通過焊接方式（6）連接為方鋼管，澆筑混凝土形成鋼管混凝土柱（1），并養(yǎng)護28天。

b鋼筋混凝土梁的制作：在制作預(yù)制鋼筋混凝土梁前，首先鋼筋混凝土梁的兩端布置鋼套筒或四面布置厚度大于4mm的鋼板（8），鋼板（8）的長度大于40mm，寬度分別與所在鋼筋混凝土梁寬度b相同，采用直徑大于12mm的短鋼筋（9）將兩對面鋼板（2）通過焊接連接，短鋼筋層數(shù)不少于3層，每層不少于2根；并在梁頂部和底部豎向預(yù)留螺栓安裝孔洞（10），梁縱向預(yù)留預(yù)應(yīng)力筋孔道（11），在工廠澆筑混凝土形成預(yù)制鋼筋混凝土梁（7）。將4塊鋼板（8）通過焊接方式連接為整體，在梁端部布置一塊厚度大于2mm，尺寸與鋼筋混凝土梁截面尺寸相同的鋼板（12），并與4塊鋼板（8）焊接。

c節(jié)點安裝：在鋼管混凝土柱上通過螺栓（14）安裝角鋼（13），吊裝預(yù)制鋼筋混凝土梁（7）于角鋼上，安裝螺栓（15），在預(yù)留孔道中穿入預(yù)應(yīng)力筋（16）進行張拉，并利用錨具（17）把張拉后的預(yù)應(yīng)力筋錨固在鋼管混凝土柱（1）的外側(cè)。

所述鋼管混凝土柱（1）與鋼筋混凝土梁（7）連接部位不作任何附加處理。

所述角鋼（13）主要用于定位和臨時支撐鋼筋混凝土梁。

所述鋼筋混凝土梁（7）與鋼管混凝土柱（1）通過張拉預(yù)應(yīng)力筋（16）連接，預(yù)應(yīng)力筋（16）為無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書未詳細闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。

應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對較佳實施例的描述較為詳細，并不能因此而認為是對本發(fā)明專利保護范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請求保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。