CN110056083A - 可快速装配的自锁式frp型材梁柱节点 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可快速装配的自锁式FRP型材梁柱节点，该节点包括圆形FRP管混凝土柱、箱槽形FRP型材混凝土组合梁、预制节点和配套螺栓、夹片；该节点与圆形FRP管混凝土柱通过外套方式连接，该节点与箱槽形FRP型材混凝土组合梁通过承插方式连接，后用螺栓锚固。其主要施工步骤是：制作圆形FRP管混凝土柱；制作箱槽形FRP型材混凝土组合梁；现场节点安装。本装配式节点与常见的梁柱节点相比，具有施工简便、传力明确和不对原柱造成损伤等优点。

Description

可快速装配的自锁式FRP型材梁柱节点

技术领域

本发明属于建筑工程领域，具体涉及一种可快速装配的自锁式FRP型材梁柱节点。

背景技术

现代建筑面临着越来越多的高腐蚀性、干湿交替等严苛环境，这给传统钢筋混凝土结构的耐久性造成了巨大威胁。为了从根本上避免锈蚀等问题，利用耐腐性良好的高性能复合材料替代钢材是极为有效的处理方式。而FRP材料不仅轻质高强，还具有良好的耐腐蚀性和很强的可设计性，是一种良好的替代材料。目前已有许多使用FRP型材来代替钢材的建筑应用案例，其中多数属于装配式结构体系。

而在装配式结构体系中，虽然梁、柱等构件易于实现工厂化生产，质量相对容易保证，但梁柱节点大都高度依赖现场湿作业，质量不易保证，从而严重制约了其发展。目前，已有的装配式梁柱节点连接形式可分为三大类：一类是预制混凝土柱与预制混凝土梁的后浇法连接，该方法先以节点处梁柱纵筋的交叉配合，在构件吊装就位后再浇筑混凝土，从而达到连接目的；第二类是钢管混凝土柱与预制混凝土梁的连接，主要包括以加强环式节点、环梁节点、钢筋环绕式节点等为代表的非穿心节点和以牛腿穿心节点、钢筋贯穿式节点、十字板式节点等为代表的穿心式节点；第三类是装配式钢结构中的节点连接，主要以焊接作业和螺栓连接为代表。

上述前两类节点构造复杂、浇筑困难，且存在柱的局部破坏使得承载力降低的缺点。且由于新型梁中没有钢筋(用FRP代替钢筋承受拉力)，所以不适用于以内嵌FRP型材的FRP管混凝土柱、箱槽形FRP型材混凝土组合梁为代表的新型装配式结构体系的节点连接。同样由于该新型快速装配式结构体系中没有钢材，所以第三类节点连接方式(焊接和螺栓连接)也不适用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种可快速装配的自锁式FRP型材梁柱节点，该节点采用预制构件现场装配，构造简单且施工方便，最大程度地提高了施工效率且易于质量控制。同时该节点既不会对柱造成局部损伤，又不会对管内混凝土的浇灌产生任何影响，能最大限度保证主体结构的安全，为人们生命安全提供保障。

为实现上述目的，本发明提供的可快速装配的自锁式FRP型材梁柱节点，其特征在于：包括预制节点和圆形FRP管混凝土柱；所述预制节点为一体式节点，所述预制节点的内壁与圆形FRP管混凝土柱的外壁套接；所述预制节点竖向设置有双向圆锥孔，所述双向圆锥孔内设有节点圆锥面，所述双向圆锥孔套入圆形FRP管混凝土柱中至合适高度；套接完成后预制节点顶面标高应和该层楼板顶面设计标高一致，误差不大于1cm，方便后续梁与节点的连接以及楼板施工；

所述双向圆锥孔下方设有夹片组件以固定；所述夹片组件为由相同三个夹片围成且与节点圆锥面相匹配的圆锥形，所述夹片组件内侧设置有螺纹以增大咬合力；所述双向圆锥孔的尺寸与所述夹片组件三个夹片围成圆锥形的外侧尺寸相对应；

所述圆形FRP管混凝土柱由***的预制FRP管、十字FRP拉挤型材和浇灌其间的混凝土组成；

所述预制节点外壁上设有四个凸出的方形环，所述四个凸出的方形环在所述预制节点的横截面上呈十字中心对称布置；所述方形环上设有若干第一螺栓孔；

还包括四个箱槽形FRP型材混凝土组合梁和若干配套螺栓；所述箱槽形FRP型材混凝土组合梁由箱槽形FRP型材和纤维混凝土组成，所述纤维混凝土浇灌于箱槽形FRP型材端部槽体的上面；

所述四个箱槽形FRP型材混凝土组合梁通过若干配套螺栓分别与四个方形环连接：所述箱槽形FRP型材混凝土组合梁在其端部槽体侧壁上设有若干第二螺栓孔，并与第一螺栓孔相对应；所述方形环伸入箱槽形FRP型材混凝土组合梁的端部槽体内，并通过所述若干第一螺栓孔、若干第二螺栓孔及若干配套螺栓与箱槽形FRP型材混凝土组合梁连接；

所述若干第一螺栓孔和若干第二螺栓孔均为多列布置；所述第一螺栓孔和第二螺栓孔的孔径均为r；所述边孔距M为距离预制节点中心最远一列的第一螺栓孔与预制节点外纵向边缘的垂直距离；所述中孔距m为相邻两列第一螺栓孔孔心间的垂直距离；所述中孔距m不小于3倍的孔径r，所述边孔距M不小于2倍孔径r以减少应力集中的影响。以预制节点上的螺栓孔为例进行说明，该节点四个相互垂直的方向需要与预制梁连接，因此布置多列螺栓孔，此处列按竖向分，列即该段所述的排，以与预制节点中心的距离为度量，距离最远的一列螺栓孔称为边孔，其余列的孔称为中孔；边孔距指边孔与节点外纵向边缘的垂直距离，中孔距是指其他列的孔与各自相邻列的垂直距离。

作为优选方案，所述配套螺栓直径不小于20mm；所述方形环的厚度不小于所述配套螺栓的锚固长度，且不小于30mm。

进一步地，所述预制节点、夹片组件和配套螺栓的材料均为Cr-Cu-Mo系特种耐海水腐蚀钢材。

本发明的优点及有益效果如下：

1、该节点连接方式施工过程无焊接、钢筋搭接和后浇混凝土等复杂的施工工序，最大限度减少人为因素等不确定因素对于施工质量的影响。

2、该节点与柱的连接为外套式连接，对柱内混凝土的浇灌不会产生任何影响，也不会由于节点连接对柱造成局部损伤，最大限度地保证了主体结构的安全性。

3、节点的竖向剪力传递机理类似于单孔锚具的锚固机理，由梁端传递的竖向剪力经由夹片式锚具，转化为节点竖向段的环向拉力，充分利用了钢材抗拉性能好的优点，同时节点传力机理简单明确。

4、节点预制可根据所在柱的部位进行灵活调整，节点与柱连接部分形式完全一致，与梁连接部分可依据所在中柱、边柱和角柱不同分别做成十字形、一字形、T字形和L字形，每个与梁连接部分完全一致，减少了工厂设计及生产成本。

5、节点采用预制构件现场装配，现场连接采用夹片锚固、螺栓连接等干性连接方法，具有方便、快捷的优点，大幅度提高施工效率，工业化程度高。

附图说明

图1为本发明预制节点的整体装配效果图。

图2为本发明制节点的透视图a。

图3为本发明制节点的纵向断面图b。

图4为本发明制节点的横向断面图c。

图5为本发明预制柱的断面图。

图6为本发明预制梁的断面图a。

图7为本发明预制梁的梁端主视图b。

图中：预制节点1，方形环101，第一螺栓孔102，双向圆锥孔103，圆形FRP管混凝土柱2，预制FRP管201，十字FRP拉挤型材202，混凝土203，箱槽形FRP型材混凝土组合梁3，纤维混凝土301，箱槽形FRP型材302，第二螺栓孔303，夹片组件4，配套螺栓5。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

如图所示的可快速装配的自锁式FRP型材梁柱节点，包括预制节点1和圆形FRP管混凝土柱2；预制节点1为一体式节点，预制节点1的内壁与圆形FRP管混凝土柱2的外壁套接；预制节点1竖向设置有双向圆锥孔103，双向圆锥孔103内设有节点圆锥面，双向圆锥孔103套入圆形FRP管混凝土柱2中；

双向圆锥孔103下方设有夹片组件4以固定；夹片组件4为由相同三个夹片围成且与节点圆锥面相匹配的圆锥形，夹片组件4内侧设置有螺纹以增大咬合力；双向圆锥孔103的尺寸与夹片组件4三个夹片围成圆锥形的外侧尺寸相对应；

圆形FRP管混凝土柱2由***的预制FRP管201、十字FRP拉挤型材202和浇灌其间的混凝土203组成；

预制节点1外壁上设有四个凸出的方形环101，四个凸出的方形环101在预制节点1的横截面上呈十字中心对称布置；方形环101上设有若干第一螺栓孔102；

还包括四个箱槽形FRP型材混凝土组合梁3和若干配套螺栓5；箱槽形FRP型材混凝土组合梁3由箱槽形FRP型材302和纤维混凝土301组成，纤维混凝土301浇灌于箱槽形FRP型材302端部槽体的上面；

四个箱槽形FRP型材混凝土组合梁3通过若干配套螺栓5分别与四个方形环101连接：箱槽形FRP型材混凝土组合梁3在其端部槽体侧壁上设有若干第二螺栓孔303，并与第一螺栓孔102相对应；方形环101伸入箱槽形FRP型材混凝土组合梁3的端部槽体内，并通过若干第一螺栓孔102、若干第二螺栓孔303及若干配套螺栓5与箱槽形FRP型材混凝土组合梁3连接；若干第一螺栓孔102和若干第二螺栓孔303均为多列布置；第一螺栓孔102和第二螺栓孔303的孔径均为r；边孔距M为距离预制节点1中心最远一列的第一螺栓孔102与预制节点1外纵向边缘的垂直距离；中孔距m为相邻两列第一螺栓孔102孔心间的垂直距离；中孔距m不小于3倍的孔径r，边孔距M不小于2倍孔径r以减少应力集中的影响。

配套螺栓5直径不小于20mm；方形环101的厚度不小于配套螺栓5的锚固长度，且不小于30mm。预制节点1、夹片组件4和配套螺栓5的材料均为Cr-Cu-Mo系特种耐海水腐蚀钢材。

分下列步骤施工：

圆形FRP管混凝土柱2的制作：该柱由外部的预制FRP管201、内部的十字FRP拉挤型材202和浇筑于两者之间的混凝土203组合而成。首先将外部预制FRP管201吊装就位，保证其垂直度，然后将十字FRP拉挤型材202置于预制FRP管201内部，对中校正后固定，浇筑混凝土203并养护28天，形成圆形FRP管混凝土柱2。上述步骤在工厂内完成。

箱槽形FRP型材混凝土组合梁3的制作：首先制作FRP箱槽形FRP型材302并在端部预留第二螺栓孔303，采用拉挤工艺一次性预制成型，然后在上槽中浇筑纤维混凝土301，完成箱槽形FRP型材混凝土组合梁3的制作。上述步骤在工厂内完成。

节点安装：由上至下将预制节点1套入圆形FRP管混凝土柱2至合适高度，注意节点双向圆锥孔103此时上小下大，然后由下方将夹片组件4***双向圆锥孔103中，对预制节点1向下施力，由节点自重及螺纹咬合保证夹片组件4不脱出。将上层的圆形FRP管混凝土柱2放入预制节点1并由上至下放入夹片组件4；然后将预制节点1横向凸出的方形环101***箱槽形FRP型材混凝土组合梁3下部箱型部分并对照第一螺栓孔102与第二螺栓孔303，拧入螺栓5，完成安装。

Claims (3)

1.一种可快速装配的自锁式FRP型材梁柱节点，其特征在于：包括预制节点(1)和圆形FRP管混凝土柱(2)；所述预制节点(1)为一体式节点，所述预制节点(1)的内壁与圆形FRP管混凝土柱(2)的外壁套接；所述预制节点(1)竖向设置有双向圆锥孔(103)，所述双向圆锥孔(103)内设有节点圆锥面，所述双向圆锥孔(103)套入圆形FRP管混凝土柱(2)中；

所述双向圆锥孔(103)下方设有夹片组件(4)以固定；所述夹片组件(4)为由相同三个夹片围成且与节点圆锥面相匹配的圆锥形，所述夹片组件(4)内侧设置有螺纹以增大咬合力；所述双向圆锥孔(103)的尺寸与所述夹片组件(4)三个夹片围成圆锥形的外侧尺寸相对应；

所述圆形FRP管混凝土柱(2)由***的预制FRP管(201)、十字FRP拉挤型材(202)和浇灌其间的混凝土(203)组成；

所述预制节点(1)外壁上设有四个凸出的方形环(101)，所述四个凸出的方形环(101)在所述预制节点(1)的横截面上呈十字中心对称布置；所述方形环(101)上设有若干第一螺栓孔(102)；

还包括四个箱槽形FRP型材混凝土组合梁(3)和若干配套螺栓(5)；所述箱槽形FRP型材混凝土组合梁(3)由箱槽形FRP型材(302)和纤维混凝土(301)组成，所述纤维混凝土(301)浇灌于箱槽形FRP型材(302)端部槽体的上面；

所述四个箱槽形FRP型材混凝土组合梁(3)通过若干配套螺栓(5)分别与四个方形环(101)连接：所述箱槽形FRP型材混凝土组合梁(3)在其端部槽体侧壁上设有若干第二螺栓孔(303)，并与第一螺栓孔(102)相对应；所述方形环(101)伸入箱槽形FRP型材混凝土组合梁(3)的端部槽体内，并通过所述若干第一螺栓孔(102)、若干第二螺栓孔(303)及若干配套螺栓(5)与箱槽形FRP型材混凝土组合梁(3)连接；

所述若干第一螺栓孔(102)和若干第二螺栓孔(303)均为多列布置；所述第一螺栓孔(102)和第二螺栓孔(303)的孔径均为r；所述边孔距M为距离预制节点(1)中心最远一列的第一螺栓孔(102)与预制节点(1)外纵向边缘的垂直距离；所述中孔距m为相邻两列第一螺栓孔(102)孔心间的垂直距离；所述中孔距m不小于3倍的孔径r，所述边孔距M不小于2倍孔径r以减少应力集中的影响。

2.根据权利要求1所述的可快速装配的自锁式FRP型材梁柱节点，其特征在于：所述配套螺栓(5)直径不小于20mm；所述方形环(101)的厚度不小于所述配套螺栓(5)的锚固长度，且不小于30mm。

3.根据权利要求1或2所述的可快速装配的自锁式FRP型材梁柱节点，其特征在于：所述预制节点(1)、夹片组件(4)和配套螺栓(5)的材料均为Cr-Cu-Mo系特种耐海水腐蚀钢材。