一種內藏X形低屈服點型鋼連接件的裝配式耗能梁節點的製作方法

2023-05-26 16:26:06

本發明涉及一種內藏x形低屈服點型鋼連接件的裝配式耗能梁連接節點，在正常使用荷載下滿足承載力要求，在地震作用下可以通過局部耗能的方式保證節點和結構整體的承載力和抗震能力，施工簡便，並且在很大程度上改善了裝配式梁節點的力學性能，屬於裝配式混凝土結構技術領域。

背景技術：

近年來，建築工業化的概念在我國得到了持續推廣，並在一些工程中得到應用。推廣裝配式建築是實現建築工業化的重要實現方式，而裝配式混凝土是裝配式建築的重要組成部分。該種建築形式能提高建造質量、縮短施工周期、節省建築材料、減少汙染物排放。完全符合我國未來建築業的發展趨勢。

有研究表明，裝配式混凝土建築質量的關鍵在於預製構件之間的節點的製造工藝和施工質量。目前，國內外針對裝配式框架結構中的梁—柱節點、柱、柱節點、裝配式剪力牆結構中的牆—牆節點等進行了一系列的試驗和理論研究。然而，目前裝配梁經常出現現場定位較困難、在荷載作用下後澆混凝土與預製構件的界面容易開裂且開裂後裂縫容易開展貫通、梁端因為箍筋加密造成的混凝土振搗困難，不易澆築密實等問題。實現預製梁與其他構件的有效連接，已經成為推廣裝配式建築、提高其建造質量的關鍵環節。

相關研究已經證明

在受剪較大梁構件預埋低屈服鋼板可以有效幫助梁端受力後實現內力重分布，改善梁端的脆性破壞，提高節點延性和抗剪承載力，而預埋開孔低屈服鋼版可以進一步改善梁端的破壞特徵和耗能能力，增強節點耗能能力。超高韌性水泥基複合材料(uhtcc)的韌性是普通混凝土的2.6倍以上，開裂後韌性還會進一步提高，且具備一定的開裂後自恢復能力，非常適合用該種材料來解決預製混凝土節點開裂荷載較低，開裂後裂縫發展較快且易形成水平通縫的弊端。

目前，如何利用已有的材料和技術手段構造一種受力性能良好、受力合理、傳力明確且施工方便快捷的新型制梁連接節點，已經成為將裝配式混凝土技術必須要解決的技術難點。

技術實現要素：

本發明提供了一種傳力合理，施工便捷，施工質量易控制，耗能能力較強的內藏x形低屈服點型鋼連接件的裝配式耗能梁連接節點。該種連接節點在日常使用時可滿足荷載需求，在地震時作用下，該種節點可以通過較大應變來耗散地震能量。

本發明採用的技術方案為一種內藏x形低屈服點型鋼連接件的裝配式耗能梁連接節點，該節點包括：預製梁1、梁端連接段2、連接槽鋼3、開孔型鋼連接件4、受力鋼筋5、後澆節點6、鋼筋灌漿套筒7和高強螺栓8。預製梁1為預製件。梁端連接段2為與現場澆築構件整體澆築的一段懸臂梁，預製梁1和梁端連接段2之間為後澆節點6；梁端連接段2和預製梁1內都設置有連接槽鋼3和受力鋼筋5，梁端連接段2和預製梁1內的連接槽鋼3通過高強螺栓8與開孔型鋼連接件4連接，鋼筋灌漿套筒7用以連接梁端連接段2和預製梁1內的受力鋼筋5；所述後澆節點6填充超高韌性水泥基複合材料，提高節點延性和耗能能力。現場連接時將連接槽鋼3的錨固段澆入混凝土內，並預留一部分外伸段和縱向的受力鋼筋5；預製梁1內預留的受力鋼筋5和梁端連接段2內預留的受力鋼筋5位置一一對應。現場施工時，將預製梁1吊裝至指定位置，使用高強螺栓8將連接槽鋼3通過開孔型鋼連接件4進行連接，並將梁端連接段2內預留的連接鋼筋和預製梁1內預留的連接鋼筋一一採用鋼筋灌漿套筒7進行連接。灌漿料養護一天後用超高韌性水泥基複合材料(uhtcc)進行澆筑後澆拼縫，養護28天後，即形成有效傳力的節點。

所述梁端連接段2採用超高韌性水泥基複合材料澆築，且在端部設置馬牙槎。梁端連接段2的長度為設計梁長度的1/12-1/10，且不低於50mm，梁端連接段2的鋼筋標號均與預製梁1相同，採用的超高韌性水泥基複合材料抗壓設計值與預製梁相同。連接段受力鋼筋的配置與預製梁1一一對應，且需要在梁外側預留一定長度的鋼筋連接段，鋼筋連接段長度為後澆節點設計長度的1/2。

所述預製梁1為工廠預製結構，預製梁1的端部預留馬牙槎，並預留連接槽鋼3和連接鋼筋，預製梁1的加工長度＝設計梁長度-梁端連接段長度-預留後澆拼縫長度。

後澆節點6的軸心抗壓強度設計值與預製梁中混凝土的軸心抗壓強度設計值相同，且後澆區超高韌性水泥基複合材料的極限拉應變應為預製梁中普通混凝土極限應變的3.0倍以上。

後澆節點6的高度、寬度均與預製梁1和梁端連接段2相一致，後澆節點6的長度取設計梁長度的1/12到1/8且不小於600mm。

開孔型鋼連接件4在施工過程中起到定位的作用，在地震作用下開孔型鋼連接段先行屈服並發揮耗能能力並提高截面的抗剪承載力。開孔型鋼連接件4和預埋連接槽鋼3互連接的位置需預先加工螺栓孔以便於現場進行螺栓連接。

開孔型鋼連接件4選取屈服強度小於235mpa，且屈強比小於等於0.8，斷後伸長率大於40％的型鋼製作，焊縫施工要求及焊接尺寸需滿足相關加工要求。開孔型鋼連接件4的型鋼延梁長度方向長度為梁長度的1/8-1/6且不小於0.5m，翼緣寬度為梁寬度的1/3-1/2,高度為梁高的1/3-1/2，型鋼連接件的腹板製作成內凹的階梯形，每個階梯段的高度為開孔型鋼連接件總高度的1/6-1/4。每個階梯段的內凹深度為開孔型鋼連接件總高度的1/6-1/4,為提高該種連接件的耗能能力，需要在腹板上開孔，開孔面積不應大於腹板面積的20％。在梁截面內，開孔型鋼連接件的截面積不應小於預製梁截面總面積的0.4％。在加工完成後需在開孔型鋼連接件表面塗抹2mm厚的矽膠，開口內也需用矽膠填充密實。

鋼筋灌漿套筒7的連接部位設置在後澆節點6區內，現場將連接鋼筋調整到對應位置後，即可進行灌漿操作；鋼筋灌漿套筒7由套筒和灌漿料組成，套筒和灌漿料的材料屬性滿足《裝配式混凝土結構技術規程》中的相關規定。套筒內灌注灌漿料這種連接形式提高節點鋼筋連接的可靠度，並預防傳統的套筒連接造成的鋼筋連接處因鋼筋截面過度削弱而造成的破壞。

在梁端連接段2和後澆節點6配置箍筋，但不需要加密，以保證超高韌性水泥基複合材料協同箍筋一同受剪能力並充分發揮其塑性變形能力。

與現有技術相比較，本發明具有以下優點：

(1)預先設置一定長度的水平梁端連接段，可以避免裝配連接部位處於梁端受力最為不利的位置，避免梁端現澆混凝土與預製混凝土之間因為荷載作用過早開裂及節點施工困難等問題，並可以控制梁端塑性鉸出現的位置，使塑性鉸出現的位置位於距離梁端有一段距離的部位。

(2)在梁端連接段及預製梁的梁端設置馬牙搓可以有效避免混凝土連接界面過早開裂並形成水平通縫，提高界面抗剪性能。

(3)在後澆節點處採用預留槽鋼配合焊接h型鋼連接件，使用高強螺栓連接，可有效提高現場施工的安裝質量，提高建築工業化水平，降低現場安裝定位的難度。在地震作用下，焊接h型鋼連接件也可以自由變形預先屈服，從而提高梁端抗剪能力，耗散地震能量，避免後澆位置出現節點區的脆性破壞。

(3)目前超高韌性水泥基複合材料(uhtcc)的成本比普通混凝土高，若和現場澆築構件預製梁整體採用該種材料並不經濟，因此本發明在荷載較大的區域和關鍵性的連接節點使用該種材料，具有經濟上的可行性。

(4)採用超高韌性水泥基複合材料(uhtcc)作為後澆區澆築的材料，可以有效改善梁端連接的延性和變形能力，同時增強節點在地震中的耗能能力，抑制主裂縫的產生和發展，避免預製混凝土梁在連接處發生脆性破壞，可以達到既提高結構的抗震性能又不過多的提高成本的需求。

(5)與現澆混凝土節點相比較，該種節點採用工業化的方式進行生產，按標準嚴格檢驗出廠產品，施工質量更加容易保證，且相關試驗已經證明，超高韌性水泥基複合材料可以同受剪鋼筋協同受剪，梁端部及後澆區無需箍筋加密，避免傳統裝配式技術因節點區箍筋過於密集造成節點部分混凝土澆築不密實造成的安全問題。

本發明的功能如下：

一種內藏x形低屈服點型鋼連接件的裝配式耗能梁連接節點，通過設置與現場澆築構件整體澆築的梁端連接段、使用超高韌性水泥基複合材料澆築的後澆節點，並使用灌漿套筒連接梁內受力鋼筋和梁端連接段內預留鋼筋，將預製梁在和既有混凝土構件連接成一個整體。同時，通過設置連接槽鋼和型鋼連接件，不僅提高了施工精度降低了現場裝配的難度，而且能夠在地震作用下耗散地震的能量，並改善預製梁節點變形和受力情況，實現「強節點、弱構件」的設計準則，提高節點的變形和耗能能力，最終實現整個建築結構的減震耗能。

預製梁端設置由超高韌性水泥基複合材料澆築的連接段，並在相交平面加工馬牙搓可以有效抑制後澆節點處裂縫過早開展，同時，超高韌性水泥基複合材料能夠參與梁端受剪，有效地耗散地震中的能量，避免梁端節點脆性破壞，減小建築結構的破損。

附圖說明

圖1為本發明一個實施例的示意圖。

圖2為本發明的節點平面圖。

圖3為本發明的節點俯視圖。

圖4為本發明中在後澆節點出的剖面圖

圖5為本發明中型鋼連接件示意圖

圖中：1－預製梁、2－梁端連接段、3－連接槽鋼、4－型鋼連接件、5－受力鋼筋、6－後澆節點、7－鋼筋灌漿套筒、8—高強螺栓。

具體實施方式

實施例1：

結合附圖詳細說明本發明的具體實施方式。

第一階段：

對於某超高層鋼筋混凝土框架—核心筒結構，根據結構設計要求，預製梁與剪力牆平面外相交，梁的截面為400mm×900mm，梁跨度為10m，選擇普通受梁端連接段力鋼筋為hrb400，確定連接段3的外伸長度為1000mm，寬度為400mm,後澆段的長度為1000mm,與後澆節點相接觸的部分設置馬牙槎，在3內布置連接鋼筋，鋼筋的標號和直徑均與預製梁內的普通受力鋼筋一一對應，上下縱筋及抗扭腰筋均伸出梁平面500mm，並按要求配製已加工完畢的連接槽鋼。連接槽鋼伸入梁端連接段並固定好，並預留好外伸段，外伸段長度500mm，最後在現場澆築超高韌性水泥基複合材料，形成梁端連接段。

第二階段：

在預製混凝土工廠加工預製梁，按照設計要求布置其普通受力鋼筋，並在預製梁端製作馬牙搓和粗糙面，馬牙搓尺寸和形狀均與和梁端連接段3對稱布置。預先將連接槽鋼的錨固段澆築入預製梁混凝土中並預留500mm長的連接段，梁中縱向受力鋼筋的布置與梁端連接段相同並預留500mm長的鋼筋連接段，架設好模板之後澆築預製梁的混凝土並進行養護。

第三階段：

現場作業時，將預製梁吊裝至設計指定地點，配置後澆區箍筋後，將伸出剪力牆和預製梁的預留鋼筋伸入鋼筋灌漿套筒，並用高強螺栓將連接槽鋼及型鋼連接件固定在一起，然後再灌漿套筒內灌入專用的微膨脹水泥砂漿。現場支設模板，待微膨脹水泥砂漿初凝後，使用超高韌性水泥基複合材料澆築節點區。養護28天後，即可形成本發明所述節點。以上為本發明的一個典型實施例，但本發明的實施不限於此。