CN113374073A - 一种预制混凝土结构梁柱连接节点、连接方法及修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预制混凝土结构梁柱连接节点、连接方法及修复方法，其中预制混凝土结构梁柱连接节点包括节点板、连接在节点板左右两侧的预制梁、连接在节点板上端的上层预制柱以及连接在节点板下端的下层预制柱；在节点板与预制梁之间设置有连接块和槽形接头；节点板、连接块和槽形接头通过主钢绞线连接成一个整体。本发明的预制混凝土结构梁柱连接节点具有自复位的特点，震后残余变形小，以保证结构在地震后能够迅速恢复其建筑使用功能。同时，结构的破坏被限制在可以被轻易替换或修复的连接块内，使其震后修复迅速便捷。此外，结构全部由可拆卸部件组成，可以通过对预制构件便利的拆卸与回收，以提升建筑的可持续发展性能。

Description

一种预制混凝土结构梁柱连接节点、连接方法及修复方法

技术领域

本发明适用于土木建筑技术领域，涉及一种预制混凝土结构梁柱连接节点及方法。

背景技术

预制混凝土框架结构是最常见、应用最广的装配式结构体系之一，具有功能可靠、耐久性高、易于修复、建造迅速、成本合理和便于批量化生产等优点。

在地震少发地区，预制混凝土结构正在逐步取代传统的现浇混凝土体系。

然而，现有预制混凝土结构存在整体性较差、抗震性能薄弱的缺点，限制了其在地震多发地区的使用。预制混凝土结构中，柱、梁、楼板的连接方式，特别是梁-柱节点的连接方式是影响整体结构抗震性能的核心因素。

因此，需要一种新的具有较强抗震性能的预制混凝土结构梁柱连接节点以解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是针对现有预制混凝土结构中节点抗震性能薄弱的缺陷，提出一种具有地震可恢复性，性能可靠的可拆卸预制混凝土结构梁柱连接节点、连接方法及修复方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种预制混凝土结构梁柱连接节点，其特征在于，包括节点板、连接在节点板左右两侧的预制梁、连接在节点板上端的上层预制柱以及连接在节点板下端的下层预制柱；在所述节点板与预制梁之间设置有连接块和槽形接头；所述连接块为预制混凝土构件；所述槽形接头为槽形接头预制混凝土部分外侧包裹槽形接头钢外壳构成；所述节点板、连接块和槽形接头通过主钢绞线连接成一个整体；所述预制梁由预制梁混凝土部分一侧包裹预制梁外壳组成；所述预制梁与通过钢螺栓与槽形接头连接；所述下层预制柱上端伸出钢筋穿过所述节点板并于上层预制柱连接；在一侧预制梁端至另一侧预制梁端分布有无粘结次钢绞线；在节点板、连接块和槽形接头之间还浇注固定有耗能钢筋。

进一步的，所述耗能钢筋各分段之间使用机械套筒连接，方便耗能钢筋破坏之后的替换。

本发明还公开了一种预制混凝土结构梁柱连接方法，具体步骤如下：

1）在节点板、连接块、槽形接头中的预留孔道中放置耗能钢筋，并注浆以保证钢筋与混凝土之间的粘结性能；

2）在节点板、连接块、槽形接头中的预留孔道中布置无粘结预应力主钢绞线，然后在两端张拉预应力并锚固；

3）安装下层预制柱，然后将前两步所得组合部分与下层预制柱连接；

4）使用钢螺栓将预制梁与槽型部分连接；

5）安装上预制柱；

6）安装无粘结次钢绞线。

进一步的，所述节点板、连接块、槽形接头、无连接预应力钢绞线、耗能钢筋在工厂组装，预应力在工厂张拉，减少现场装配工序与成本，便于控制装配质量。

本发明还公开了一种预制混凝土结构梁柱连接节点的震后修复方法，具体步骤如下：

1）使用千斤顶将预制梁支撑起来；

2） 拆除已经发生破坏的连接块和耗能钢筋；

3）安装新的连接块；

4）用机械套管连接新的钢筋；

5）再次检查钢绞线的预应力情况；

6）移除千斤顶，结构恢复至初始状态。

有益效果：本发明的预制混凝土结构梁柱连接节点具有以下优点：

1、抗震性能强。耗能钢筋在地震中可有效耗散地震能量。连接块与节点板、槽形接头之间的缝隙通过允许连接块适当的震动，增强结构耗能能力，使构件位移集中在连接块与节点板、槽形接头之间的孔隙。而主预应力钢绞线使得结构具有自复位性能，当地震较大，主预应力钢绞线屈服时，次钢绞线能有效为结构补充自复位性能。

2、地震可恢复性。节点板、连接块和槽形接头的混凝土是完全分开的，仅通过耗能钢筋与无粘结预应力主钢绞线连接。将连接块与其它部分分开可以通过允许连接块的震动，最小化结构的残余变形，将其破坏集中在可以轻易替换的连接块中。同时，该新型结构体系具有良好的能量耗散能力，主钢绞线和次钢绞线的自复位性能有效减小了结构在地震后的残余变形。因此，这种新提出的结构体系可以缓解预制混凝土结构在震后使用功能受限的问题，从而达到缩短停工期、减小经济损失的目的。

3、加速建造过程。较之传统的建设方法，本发明提出的新型结构形式的装配方法可以使建设过程更加方便迅速，有效缩短建设工期、降低建设成本。由于其中的节点板、连接块、槽型接头、主钢绞线都可以在工厂组合，所以所有构件在由混凝土预制工厂运输至施工现场时可以仅仅分为四部分运输。因为主钢绞线的预应力在工厂施加，而次钢绞线作为为更大地震作用下时提升结构性能的备用构件，并不需要进行预应力张拉，所以施工现场不需要价格昂贵、操作复杂的预应力张拉设备。此外，预制梁梁长较短，运输与安装便捷，现场不需要较大起重量的起重机来起吊。

4、修复速度快、成本低。新型节点的修复级别主要由地震烈度决定。在中震作用下，由于预应力主钢绞线能有效降低结构的残余变形，结构仅需小修。在大震作用下，结构破坏被限制在可以替换的连接块和该段耗能钢筋中。在这种情况下，可以非常便捷地替换已经发生破坏的连接块和耗能钢筋。

5、可拆卸性。本发明的预制混凝土梁柱连接节点给出了一种开创性的构造方式，它使建筑结构可以在不需要额外成本时拆卸或再建。此外，通过用后锚固剪力连接件将预制混凝土板连接至新型节点，结构可以完全被拆除。所以这种体系可以提高混凝土结构的可持续性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为应用本发明的预制混凝土结构梁柱连接节点效果图。

图2为本发明的预制混凝土结构梁柱连接节点组装示意图。

图3为本发明的预制混凝土结构梁柱连接节点的槽形接头详图。

图4是图3槽形接头的组装示意图。

图5为本发明的预制混凝土结构梁柱连接节点的预制梁详图。

图6是图5预制梁的组装示意图。

图中：1节点板，2连接块，3槽形接头，4耗能钢筋，5无粘结预应力主钢绞线，6下层预制柱，7预制梁，8上层预制梁，9无粘结次钢绞线，10钢螺栓，11槽形接头预制混凝土部分，12槽形接头钢外壳，13预制梁混凝土部分，14预制梁钢外壳。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例，进一步阐述本发明。应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示，为预制混凝土框架结构中的中间层中间跨节点。参阅图2-6所示，本发明的预制混凝土结构梁柱连接节点包括各分段的预制构件（其中包括预制梁7、下层预制柱6、上层预制柱8、节点板1、连接块2、槽形接头3、无粘结预应力主钢绞线5、无粘结次钢绞线9和耗能钢筋4。

节点板1、连接块2、槽形接头3、耗能钢筋4、无粘结预应力主钢绞线5在工厂组装；耗能钢筋4和主钢绞线5皆穿过节点板1、连接块2和槽形接头3；耗能钢筋4各段之间采用机械套管的方式连接，安装后在预留的孔道内注浆以保证钢筋与混凝土之间的粘结性能；无粘结预应力主钢绞线5两端采用后张法张拉预应力并固定在槽形接头3两侧。在现场组装时，按照下层预制柱6、工厂组合部分、预制梁7、上层预制柱8、无粘结次钢绞线9的顺序组装。以保证节点的受力性能，槽形接头3为槽形接头预制混凝土部分11外侧包裹槽形接头钢外壳12构成，预制梁7由预制梁混凝土部分13一侧包裹预制梁外壳14组成，槽形接头与预制梁之间采用钢螺栓10连接。

上述各构件在本发明的预制混凝土梁柱连接节点中的作用如下：

1、结构在地震作用下破坏时发生耗能钢筋4的屈服和连接块2（结构最薄弱部位）处混凝土开裂，耗能钢筋4和连接块2是结构能量耗散能力的来源。换言之，当框架的侧移越大，由于结构耗散的能量更多，钢筋的屈服与混凝土开裂的分布区域越广。

2、无粘结预应力主钢绞线5使节点具有自复位性能，从而最小化了结构在地震后的残余变形。

3、当结构的层间位移超过其弹性极限时，无粘结次钢绞9将会被激活，发挥其补充自复位功能，提升结构的水平刚度，降低结构的残余变形。当主钢绞线5的应力超过其屈服强度，将会产生塑性变形，导致结构残余变形的增加，此时次钢绞线9可以作为结构潜在的补充恢复力来源而工作。在主钢绞线5达到其承载极限之后，次钢绞线9产生反向恢复力以帮助结构回到其初始位置，发挥其自复位功能。

本发明一种预制混凝土结构梁柱连接方法，具体步骤如下：

1）在节点板1、连接块2、槽形接头3中的预留孔道中放置耗能钢筋4，并注浆以保证钢筋与混凝土之间的粘结性能；

2）在节点板1、连接块2、槽形接头3中的预留孔道中布置无粘结预应力主钢绞线5，然后在两端张拉预应力并锚固；

3）安装下层预制柱6，然后将前两步所得组合部分与下层预制柱6连接；

4）使用钢螺栓10将预制梁7与槽型部分3连接；

5）安装上预制柱8；

6）安装无粘结次钢绞线9。

本发明的预制混凝土梁柱连接节点使得传统易得的预制混凝土结构具备了较强的抗震性能。在实际工程中，结构的震后性能与地震时的性能具有同样重要性。本发明不仅降低了结构在地震后的损伤程度，并将其限制在可替换的构件中，从而有效降低修复成本。

本发明种预制混凝土结构梁柱连接节点的震后修复方法，步骤如下：

1）使用千斤顶将预制梁7支撑起来；

2）拆除已经发生破坏的连接块2和耗能钢筋4；

3）安装新的连接块2；

4）用机械套管连接新的耗能钢筋4；

5）再次检查主钢绞线5的预应力情况；

6）移除千斤顶，结构恢复至初始状态。

Claims (7)

1.一种预制混凝土结构梁柱连接节点，其特征在于，包括节点板（1）、连接在节点板左右两侧的预制梁（7）、连接在节点板上端的上层预制柱（8）以及连接在节点板下端的下层预制柱（6）；在所述节点板与预制梁之间设置有连接块（2）和槽形接头（3）；所述连接块（2）为预制混凝土构件；所述槽形接头（3）为槽形接头预制混凝土部分（11）外侧包裹槽形接头钢外壳（12）构成；所述节点板（1）、连接块（2）和槽形接头（3）通过主钢绞线（5）连接成一个整体；所述预制梁（7）由预制梁混凝土部分（13）一侧包裹预制梁外壳（14）组成；所述预制梁（7）与通过钢螺栓（10）与槽形接头（3）连接；所述下层预制柱（6）上端伸出钢筋穿过所述节点板（1）并于上层预制柱（8）连接；在一侧预制梁端至另一侧预制梁端分布有无粘结次钢绞线（9）；在节点板（1）、连接块（2）和槽形接头（3）之间还浇注固定有耗能钢筋（4）。

2.如权利要求1所述的一种预制混凝土结构梁柱连接节点，其特征在于，所述主钢绞线（5），穿过节点板（1）、连接块（2）和槽形接头（3），采用后张法张拉预应力，两端固定在节点两侧槽形接头（3）外侧。

3.如权利要求1所述的一种预制混凝土结构梁柱连接节点，其特征在于，所述节点板（1）截面上为设有通过耗能钢筋（4）与主钢绞线（5）以及次钢绞线（9）预留的开孔。

4.如权利要求1所述的一种预制混凝土结构梁柱连接节点，其特征在于，耗能钢筋（4）在节点板（1）、连接块（2）和槽形接头（3）中各设置一段，分段设置的耗能钢筋（4）各分段之间使用机械套筒连接。

5.一种预制混凝土结构梁柱连接方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）在节点板（1）、连接块（2）、槽形接头（3）中的预留的耗能钢筋安装孔道中放置耗能钢筋（4），并注浆以保证钢筋与混凝土之间的粘结性能；

2）在节点板（1）、连接块（2）、槽形接头（3）中的预留的主钢绞线安装孔道中布置无粘结预应力主钢绞线（5），然后在两端使用后张法张拉预应力并锚固；

3）安装下层预制柱（6），然后将前两步所得组合部分与下层预制柱（6）连接；

4）用钢螺栓（10）将预制梁（7）与槽型接头（3）连接；

5）安装上层预制柱（8）；

6）安装无粘结次钢绞线（9）。

6.如权利要求5所述的一种预制混凝土结构梁柱连接方法，其特征在于，所述节点板、连接块、槽形接头、无连接预应力钢绞线、耗能钢筋在工厂组装，预应力在工厂张拉。

7.一种预制混凝土结构梁柱连接节点的震后修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）使用千斤顶将预制梁（7）支撑起来；

2）拆除已经发生破坏的连接块（2）和耗能钢筋（4）；

3）安装新的连接块（2）；

4）用机械套管连接新的耗能钢筋（4）；

5）再次检查无粘结预应力主钢绞线（5）的应力情况；

6）移除千斤顶，结构恢复至初始状态。

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