專利名稱：一種帶節(jié)點(diǎn)的組合預(yù)制柱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域，涉及一種帶節(jié)點(diǎn)的組合預(yù)制柱，主要用于裝配整體式框架結(jié)構(gòu)中。
背景技術(shù)：
預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)具有施工速度快、環(huán)境污染小、經(jīng)濟(jì)效益高、耐久性好、保證產(chǎn)品質(zhì)量以及節(jié)約大量勞動力和材料等優(yōu)點(diǎn)，使其具備很好的發(fā)展和應(yīng)用前景。積極發(fā)展預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)也符合我國政府現(xiàn)階段“節(jié)能省地”和“構(gòu)建產(chǎn)業(yè)體系”的住宅產(chǎn)業(yè)化指導(dǎo)思想。但是在預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際施工過程中，預(yù)制構(gòu)件連接處的施工定位不易，因此降低了施工速度和效率；對于預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)而言，構(gòu)件的連接質(zhì)量是否能得到保證是整個結(jié)構(gòu)能否發(fā)揮設(shè)計功能的關(guān)鍵所在，而通常預(yù)制結(jié)構(gòu)連接處的抗剪承載力和延性較差，容易成為結(jié)構(gòu)體系中的薄弱部位，從而對整個結(jié)構(gòu)的安全性造成威脅；已有的一些研究成果也表明，預(yù)制裝配整體式結(jié)構(gòu)的抗震性能與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)相比也有所差別，所以如何進(jìn)一步提高預(yù)制裝配整體式結(jié)構(gòu)的抗震性能仍然值得進(jìn)行深入的研究?，F(xiàn)有的裝配式結(jié)構(gòu)的柱拆分部位也不利于結(jié)構(gòu)的安全，因此需要選擇更理想的柱拆分部位；水平地震作用下，框架底層柱將承受很大的地震剪力和傾覆彎矩，是結(jié)構(gòu)受力不利部位，因此底層柱需要具有較大的抗彎、抗剪承載力、延性和耗能性能?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)及附近區(qū)域在地震作用下要承受很大的內(nèi)力，而且一般結(jié)構(gòu)為了實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)剪弱彎”和“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”的抗震設(shè)計概念和要求，在混凝土梁、柱及其梁柱節(jié)點(diǎn)處都配置了致密的箍筋，防止梁柱的剪切破壞，但是致密的箍筋給現(xiàn)場施工帶來了極大的困難，容易造成節(jié)點(diǎn)或者關(guān)鍵部位混凝土振搗不密實(shí)，帶來安全隱患。ECC 即 Engineered Cementitious Composites,是一種具有超強(qiáng)韌性的新型水泥基復(fù)合材料，該材料以水泥和細(xì)沙為填料，然后加入合成纖維形成。已有的研究成果表明， 該材料的極限拉應(yīng)變值可穩(wěn)定達(dá)到3%-5%，大約為普通的混凝土材料的100 300倍左右， 為鋼筋的5 10倍左右。ECC材料不但具有超高的韌性，其多縫穩(wěn)態(tài)開裂的特點(diǎn)，在安全性、 耐久性、適用性等方面有著優(yōu)異的性能，可以很好地解決傳統(tǒng)混凝土由于易脆性、弱拉伸性而導(dǎo)致的種種缺陷。同時ECC具有較強(qiáng)的能量吸收能力，較高的抗剪強(qiáng)度，也為結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計提供了新的選擇。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明提供了一種施工方便、可提高裝配整體式框架結(jié)構(gòu)抗震性能的帶節(jié)點(diǎn)的組合預(yù)制柱。技術(shù)方案本發(fā)明的一種帶節(jié)點(diǎn)的組合預(yù)制柱，包括立柱和節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)設(shè)置在立柱的上下兩端和層高整數(shù)倍處，立柱包括依次連接的底層柱、中間層柱和頂層柱，底層柱的柱體由工程用纖維水泥基復(fù)合材料澆筑而成，底層柱的柱體中預(yù)埋有縱筋和箍筋，底層柱的高度為層高的3/2，所述中間層柱和頂層柱的柱體均由混凝土澆筑而成，柱體中預(yù)埋有縱筋和箍筋，中間層柱的高度為I或2倍層高，頂層柱的高度為層高的3/2。本發(fā)明中，底層柱與中間層柱之間，上下兩相鄰的中間層柱之間，以及中間層柱與頂層柱之間的連接段采用工程用纖維水泥基復(fù)合材料澆筑，連接段的高度為40(T600mm。本發(fā)明中，底層柱和中間層柱的上端面預(yù)埋有H型鋼，頂層柱和中間層柱的下端面預(yù)埋有角鋼，兩上下相鄰端面的H型鋼和角鋼之間搭接后用高強(qiáng)螺栓固定。本發(fā)明中，兩上下相鄰端面的縱筋之間采用直螺紋套筒連接。本發(fā)明中，底層柱、中間層柱和頂層柱與梁相交的節(jié)點(diǎn)區(qū)域由工程用纖維水泥基復(fù)合材料澆筑而成，節(jié)點(diǎn)區(qū)域為柱與梁相交點(diǎn)的上下20(T300mm的區(qū)域。有益效果本發(fā)明和現(xiàn)有的裝配整體式框架結(jié)構(gòu)體系相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)
I.現(xiàn)有裝配式結(jié)構(gòu)多把柱拆分位置選在樓層處，但是樓層處位于節(jié)點(diǎn)區(qū)附近，內(nèi)力復(fù)雜并且較大，同時構(gòu)件拼接處又是結(jié)構(gòu)的薄弱部位，如果在地震或是風(fēng)等水平荷載的作用下，可能使結(jié)構(gòu)處于極不安全的狀態(tài)。通過有限元軟件進(jìn)行內(nèi)力分析可知，框架柱在豎向和水平荷載作用下，距柱端1/3至1/2處為彎矩較小處，因此本發(fā)明提出將柱的拆分位置選為層高的1/2處，能使薄弱部位避開內(nèi)力最大處，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全性。同時在這個高度上，也很利于施工，給施工帶來了便捷。2.柱與柱連接處采用型鋼連接，能夠保證施工拼裝時獲得一定的剛度，方便定位和固定；型鋼間采用螺栓連接，施工非常方便，可以提高施工速度；而且在水平地震作用下，型鋼處也能提供一定的抗剪承載力，從而提高連接區(qū)的承載力。3.節(jié)點(diǎn)核心區(qū)及附近區(qū)域結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵受力部位，在地震作用下，主要承擔(dān)了吸收和耗散地震能量的作用，采用ECC材料后構(gòu)件表現(xiàn)出了較高的延性和良好耗能性能。通過ECC節(jié)點(diǎn)試驗表明，與完全相同配筋率的傳統(tǒng)鋼筋混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)相比，本發(fā)明的各項抗震指標(biāo)均表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，ECC節(jié)點(diǎn)比普通RC節(jié)點(diǎn)的極限承載力提高了 20%，破壞時位移提高15% ；ECC節(jié)點(diǎn)在到達(dá)極限荷載之后，承載能力并未迅速下降，而是有更長更平穩(wěn)的下降段，這是由于ECC材料具有高韌性，能抑制裂縫的開展，保證節(jié)點(diǎn)在屈服以后仍具有較大的承載力和變形能力。4.本發(fā)明將ECC這種材料的運(yùn)用擴(kuò)展到了近核心區(qū)的梁端和柱端塑性鉸區(qū)，在地震作用下，這些區(qū)域受到較大的彎矩，裂縫首先是在此處出現(xiàn)、發(fā)展，最終當(dāng)某條主裂縫擴(kuò)展至一定寬度時，承載力迅速降低，構(gòu)件失效破壞。在這一區(qū)域，ECC材料的微裂縫開展特點(diǎn)將得以發(fā)揮，這將延緩主裂縫出現(xiàn)時間，延長構(gòu)件在較高承載力下工作的時間，提高結(jié)構(gòu)整體的延性及耗能性能。5.與現(xiàn)澆的鋼筋混凝土比較，帶節(jié)點(diǎn)的ECC-RC組合預(yù)制柱采用工業(yè)化生產(chǎn)，勞動生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)環(huán)境穩(wěn)定，構(gòu)件的定型和標(biāo)準(zhǔn)化有利于機(jī)械化生產(chǎn)，而且按標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格檢驗出廠產(chǎn)品，因而更容易控制和保證質(zhì)量。ECC材料的使用，解決了現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)處施工時鋼筋網(wǎng)密集，混凝土澆筑不實(shí)的難題，節(jié)點(diǎn)部分整體性好。6.對于現(xiàn)有的裝配式結(jié)構(gòu)，連接區(qū)是結(jié)構(gòu)中的薄弱部位，連接處的可靠與否關(guān)系著整個結(jié)構(gòu)的安全。而ECC的抗剪承載力及延性均比普通混凝土高，通過在連接區(qū)采用ECC 材料，能有效提高現(xiàn)有裝配式框架結(jié)構(gòu)連接區(qū)的耗能性能及承載力。7.由于在地震作用下，底層框架柱要承擔(dān)很大的底部剪力與傾覆彎矩，且ECC材料的受拉延性、耗能性能都優(yōu)于普通混凝土，因此在底層柱采用ECC材料，與普通混凝土柱相比具有更好的抗震性能。8.由于ECC材料的成本較高，其每立方米的價格是普通混凝土的4倍多，因此本發(fā)明提出在結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位(節(jié)點(diǎn)、底層柱及預(yù)制構(gòu)件連接處)采用ECC材料，使其在實(shí)際工程中的應(yīng)用具有經(jīng)濟(jì)上的可行性。9. ECC材料中70%以上是粉煤灰，主要來源于火力發(fā)電廠煤燃燒后的廢渣，而澆筑而成的預(yù)制構(gòu)件是對粉煤灰的廢物再利用，因此ECC是一種環(huán)境友好型材料，在保證構(gòu)件優(yōu)越的性能的同時到達(dá)對資源的重復(fù)利用，符合節(jié)能環(huán)保的思想。
10.實(shí)驗研究顯示，鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)在低周循環(huán)荷載作用下最終達(dá)到了節(jié)點(diǎn)破壞，而具有同樣配筋率的ECC節(jié)點(diǎn)則最終表現(xiàn)為梁端破壞，達(dá)到了抗震規(guī)范所要求的“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”和梁端破壞形式。ECC節(jié)點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)內(nèi)，使用比鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)更少的箍筋就可以滿足抗震規(guī)范要求，這說明了 ECC材料在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)實(shí)現(xiàn)了和節(jié)點(diǎn)箍筋共同抗剪，相當(dāng)程度上已經(jīng)取代了箍筋的作用，使用更少的箍筋則可以有效地解決節(jié)點(diǎn)區(qū)箍筋過密的施工難題。
11.本發(fā)明中提出的梁與節(jié)點(diǎn)連接處的鋼筋接頭處采用上下錯開的構(gòu)造可以避免連接處薄弱位置集中的缺點(diǎn)。角鋼的擺放也方便鋼筋與其進(jìn)行焊接，避免了仰焊，方便施工。連接處通過角鋼相連可以增大其抗剪能力，而且角鋼的剛度較鋼筋大，施工的時候不容易錯動，方便定位。施工時與后澆疊合梁一起澆筑，能夠加強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性。


圖I為本發(fā)明的預(yù)制柱在裝配框架中的的整體結(jié)構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明的帶節(jié)點(diǎn)的底層預(yù)制柱。圖3為本發(fā)明的帶節(jié)點(diǎn)的中間層預(yù)制柱。圖4為本發(fā)明的帶節(jié)點(diǎn)的頂層預(yù)制柱。圖5為本發(fā)明的柱連接處構(gòu)造詳圖。圖6為本發(fā)明的預(yù)制柱截面圖。圖7為本發(fā)明的預(yù)制柱下部構(gòu)造詳圖。圖8為本發(fā)明的預(yù)制柱上部構(gòu)造詳圖。圖中有立柱I、節(jié)點(diǎn)2、底層柱11、中間層柱12、頂層柱13、縱筋5、箍筋6、直螺紋套筒7、H型鋼9以及角鋼10。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的一種帶節(jié)點(diǎn)的組合預(yù)制柱，包括立柱I和節(jié)點(diǎn)2，節(jié)點(diǎn)2設(shè)置在立柱I的上下兩端和層高整數(shù)倍處，立柱I包括依次連接的底層柱11、中間層柱12和頂層柱13，底層柱11的柱體由工程用纖維水泥基復(fù)合材料澆筑而成，底層柱11的柱體中預(yù)埋有縱筋5 和箍筋6，底層柱11的高度為層高的3/2，中間層柱12和頂層柱13的柱體均由混凝土澆筑而成，柱體中預(yù)埋有縱筋5和箍筋6，中間層柱12的高度為I或2倍層高，頂層柱13的高度為層高的3/2。本發(fā)明的一個實(shí)施例中，底層柱11與中間層柱12之間，上下兩相鄰的中間層柱12 之間，以及中間層柱12與頂層柱13之間的連接段采用工程用纖維水泥基復(fù)合材料澆筑，所述連接段的高度為40(T600mm。
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本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，底層柱11和中間層柱12的上端面預(yù)埋有H型鋼9，頂層柱13和中間層柱12的下端面預(yù)埋有角鋼10，兩上下相鄰端面的H型鋼9和角鋼10之間搭接后用高強(qiáng)螺栓固定。兩上下相鄰端面的縱筋5之間采用直螺紋套筒7連接。底層柱 11、中間層柱12和頂層柱13與梁相交的節(jié)點(diǎn)區(qū)域由工程用纖維水泥基復(fù)合材料澆筑而成， 節(jié)點(diǎn)區(qū)域為柱與梁相交點(diǎn)的上下20(T300mm的區(qū)域。本發(fā)明即帶節(jié)點(diǎn)的組合預(yù)制柱的制備過程應(yīng)用過程為
I.根據(jù)實(shí)際設(shè)計要求確定帶節(jié)點(diǎn)的ECC-RC組合預(yù)制柱構(gòu)件的尺寸，配筋等。然后制作模具，綁扎鋼筋，定位預(yù)埋件位置。2.待混凝土初凝后澆筑ECCJt ECC初凝后澆筑混凝土，根據(jù)施工圖分層分段澆筑預(yù)制柱構(gòu)件，澆筑過程中小心振搗。養(yǎng)護(hù)28天即形成預(yù)制件。3.施工時，先將底層柱吊裝就位，定位固定好后，吊裝下一層柱，上下柱對齊定位好后通過螺栓將上下預(yù)埋角鋼連接起來，并在柱側(cè)加適量側(cè)向支撐，之后將柱縱筋采用直螺紋套筒連接起來，并在連接區(qū)側(cè)面放置模板，澆筑ECC，完成柱連接區(qū)施工。
權(quán)利要求
1.一種帶節(jié)點(diǎn)的組合預(yù)制柱，其特征在于，包括立柱(I)和節(jié)點(diǎn)(2)，所述節(jié)點(diǎn)(2)設(shè)置在立柱(I)的上下兩端和層高整數(shù)倍處，所述立柱(I)包括依次連接的底層柱(11 )、中間層柱(12)和頂層柱(13)，所述底層柱(11)的柱體由工程用纖維水泥基復(fù)合材料澆筑而成，底層柱(11)的柱體中預(yù)埋有縱筋(5)和箍筋(6)，底層柱(11)的高度為層高的3/2，所述中間層柱(12)和頂層柱(13)的柱體均由混凝土澆筑而成，柱體中預(yù)埋有縱筋(5)和箍筋(6)，中間層柱(12)的高度為I或2倍層高，頂層柱(13)的高度為層高的3/2。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶節(jié)點(diǎn)的組合預(yù)制柱，其特征在于，所述底層柱(11)與中間層柱(12)之間，上下兩相鄰的中間層柱(12)之間，以及中間層柱(12)與頂層柱(13)之間的連接段采用工程用纖維水泥基復(fù)合材料澆筑，所述連接段的高度為40(T600mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的帶節(jié)點(diǎn)的組合預(yù)制柱，其特征在于，所述底層柱(11)和中間層柱(12)的上端面預(yù)埋有H型鋼(9)，所述頂層柱(13)和中間層柱(12)的下端面預(yù)埋有角鋼(10)，兩上下相鄰端面的H型鋼(9)和角鋼(10)之間搭接后用高強(qiáng)螺栓固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶節(jié)點(diǎn)的組合預(yù)制柱，其特征在于，兩上下相鄰端面的縱筋(5)之間采用直螺紋套筒(7)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的帶節(jié)點(diǎn)的組合預(yù)制柱，其特征在于，所述底層柱(11)、中間層柱(12)和頂層柱(13)與梁相交的節(jié)點(diǎn)區(qū)域由工程用纖維水泥基復(fù)合材料澆筑而成， 所述節(jié)點(diǎn)區(qū)域為柱與梁相交點(diǎn)的上下20(T300mm的區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶節(jié)點(diǎn)的組合預(yù)制柱，包括立柱和節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)設(shè)置在立柱的上下兩端和層高整數(shù)倍處，立柱包括依次連接的底層柱、中間層柱和頂層柱，底層柱由工程用纖維水泥基復(fù)合材料、縱筋和箍筋組成，底層柱的高度為層高的3/2，中間層柱和頂層柱均由混凝土、縱筋和箍筋組成，中間層柱的高度為1或2個層高，頂層柱的高度為層高的3/2。本發(fā)明應(yīng)用于裝配整體式框架結(jié)構(gòu)中，與普通裝配整體式框架柱相比，本發(fā)明可提高裝配整體式框架柱的抗震性能，增強(qiáng)了連接區(qū)的承載力，并能方便施工，縮短施工周期。
文檔編號E04C3/34GK102587576SQ20121005171
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者潘金龍, 馬濤 申請人:東南大學(xué)