本發(fā)明涉及土木工程抗震加固領(lǐng)域，具體是一種角鋼連接的全裝配式外附框架加固結(jié)構(gòu)及方法。

背景技術(shù)：

附加整體子結(jié)構(gòu)加固就是利用附加整體子結(jié)構(gòu)與原有結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作，增強(qiáng)原結(jié)構(gòu)的整體抗震能力，或改變原結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系，進(jìn)而改善原結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和變形模式，從而提高結(jié)構(gòu)的整體抗震性能，是一種結(jié)構(gòu)體系的加固方法。目前的加固方法卻大多局限于在構(gòu)件上對原結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。無形中對結(jié)構(gòu)抗震加固實踐產(chǎn)生一種誤導(dǎo)，使工程師更傾向于對原結(jié)構(gòu)中抗震能力不足的構(gòu)件進(jìn)行加固，而不是從結(jié)構(gòu)整體抗震性能出發(fā)來設(shè)計加固方案。

目前已有的外附子結(jié)構(gòu)加固多數(shù)需進(jìn)行現(xiàn)澆作業(yè)，會產(chǎn)生污染和噪音，并且施工周期繁雜漫長，這在一定程度喪失了其本來的優(yōu)勢。已有的一些裝配整體式外附加固方法，也存在一定的后澆段，梁柱節(jié)點、柱柱節(jié)點需要濕連接，無法真正做到全裝配式。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種角鋼連接的全裝配式外附框架加固結(jié)構(gòu)及方法。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種角鋼連接的全裝配式外附框架加固結(jié)構(gòu)，包括待加固的原框架結(jié)構(gòu)、外附框架結(jié)構(gòu)，外附框架結(jié)構(gòu)包括預(yù)制梁和預(yù)制柱，預(yù)制梁端部設(shè)置缺口，預(yù)制柱的節(jié)點核心區(qū)兩側(cè)外伸暗牛腿；預(yù)制梁的端部、暗牛腿、節(jié)點核心區(qū)均局部削弱，并在削弱區(qū)嵌入鋼板；預(yù)制柱端部局部削弱，并嵌入鋼套筒；預(yù)制梁與預(yù)制柱連接節(jié)點的角部設(shè)置三面角鋼，預(yù)制梁、預(yù)制柱與原框架結(jié)構(gòu)的梁、原框架結(jié)構(gòu)的柱通過角鋼連接，下端的預(yù)制柱與上端的預(yù)制柱通過鋼套筒及對拉螺栓連接。

其中，暗牛腿與預(yù)制梁端部均設(shè)置缺口，并且二者在缺口處相互嵌入，在暗牛腿、預(yù)制梁端部的對應(yīng)位置，沿預(yù)制柱軸線方向開連接孔，并穿入牛腿連接螺栓；暗牛腿用于承擔(dān)預(yù)制梁端剪力，可減少部分預(yù)制梁端部配筋量；暗牛腿連接螺栓用于承受部分剪力以及預(yù)制梁端接觸面轉(zhuǎn)動時的部分彎矩。

其中，三面角鋼設(shè)置在預(yù)制梁和預(yù)制柱連接節(jié)點的四個角，位于預(yù)制梁上方的兩個三面角鋼分別與預(yù)制柱、預(yù)制梁、原框架結(jié)構(gòu)相連，位于預(yù)制梁下方的兩個三面角鋼分別與預(yù)制梁、暗牛腿以及預(yù)制柱連接；三面角鋼約束節(jié)點核心區(qū)變形，同時作為結(jié)構(gòu)耗能件。

其中，暗牛腿連接螺栓穿過三面角鋼與預(yù)制梁連接的的連接孔，并從與暗牛腿相連的三面角鋼的一面的連接孔穿出；螺栓兩側(cè)緊固螺帽，將預(yù)制柱、預(yù)制梁、三面角鋼緊密相連；三面角鋼的另外兩面，分別通過沿該面上的孔洞，向預(yù)制柱、原框架結(jié)構(gòu)打孔，并通過清灰、注膠、植入螺栓、擰緊螺帽，將外附框架結(jié)構(gòu)的節(jié)點與原框架結(jié)構(gòu)相連。

其中，預(yù)制梁端部、暗牛腿、鋼板沿垂直外附框架平面的方向開連接孔，連接孔總共四列，兩列為預(yù)制梁與鋼板連接孔，兩列為暗牛腿與鋼板連接孔，孔洞對應(yīng)位置相互貫通。

其中，在對應(yīng)孔洞中穿入連接螺栓，并在螺栓兩側(cè)緊固螺帽，將鋼板與預(yù)制梁、暗牛腿、節(jié)點核心區(qū)相連；鋼板能夠承擔(dān)預(yù)制梁端部以及節(jié)點核心區(qū)的部分剪力，同時鋼板的上沿及下沿的拉壓力構(gòu)成一對力偶，可承擔(dān)預(yù)制梁端部以及節(jié)點核心區(qū)的部分彎矩，提高外附節(jié)點的承載能力。

其中，預(yù)制柱一端的中心伸出方形塊體，另一端的中心設(shè)置方形凹槽；下端預(yù)制柱端部伸出的方形塊體嵌入上端預(yù)制柱端部的凹槽，并通過鋼套筒將上下端相連。

其中，鋼套筒及預(yù)制柱端部留有連接孔，連接孔相互對應(yīng)，通過穿入對拉螺栓并緊固螺帽，將鋼套筒、上端的預(yù)制柱、下端的預(yù)制柱緊密連接；連接位置在樓層中部，彎矩較小，彎矩由柱端鋼筋、鋼套筒、對拉螺栓共同承擔(dān)；連接處的剪力由柱端箍筋、鋼套筒、嵌入的方形塊體同承擔(dān)。

其中，預(yù)制梁、預(yù)制柱的截面高度為原框架梁、原框架柱的1/2-2/3，以便在外附預(yù)制梁、預(yù)制柱的兩側(cè)連接角鋼。

本發(fā)明還提供一種角鋼連接的全裝配式外附框架加固原框架的方法，包括如下施工步驟：

步驟一：預(yù)制梁和帶暗牛腿的預(yù)制柱按照施工圖紙在工廠預(yù)制：綁扎鋼筋，預(yù)埋角鋼連接孔、鋼板連接孔、暗牛腿連接孔、鋼套筒連接孔，所有預(yù)埋件設(shè)置好后支模、澆筑混凝土；

步驟二：角鋼、三面角鋼、鋼板均在工廠制作，按照施工圖紙準(zhǔn)備材料并開孔；

步驟三：待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度并拆模，將預(yù)制梁、預(yù)制柱與兩側(cè)角鋼對孔，穿入對拉螺栓并緊固螺帽，提前完成連接；

步驟四：帶角鋼的預(yù)制柱作為整體吊裝至加固位置，并進(jìn)行定位；沿著兩側(cè)角鋼另一面上的孔洞向原框架結(jié)構(gòu)的柱上打錨固孔，注入結(jié)構(gòu)膠，植入螺栓、緊固螺帽，將預(yù)制柱與原框架結(jié)構(gòu)的柱連接；

步驟五：帶角鋼的預(yù)制梁作為整體吊裝至加固位置，將預(yù)制梁吊裝擱置在暗牛腿上并進(jìn)行定位；沿著兩側(cè)角鋼另一面的孔洞向原框架結(jié)構(gòu)的梁上打錨固孔，注入結(jié)構(gòu)膠，植入螺栓、緊固螺帽，將預(yù)制梁與原框架結(jié)構(gòu)的梁連接；

步驟六：在預(yù)制梁和預(yù)制柱連接節(jié)點的四個角部放置三面角鋼，牛腿連接螺栓穿過三面角鋼與預(yù)制梁連接的一面的連接孔，并從與暗牛腿相連的三面角鋼的一面的連接孔穿出；螺栓兩側(cè)緊固螺帽，將預(yù)制柱、預(yù)制梁、三面角鋼緊密相連；

步驟七：三面角鋼的另外兩面，分別通過沿該面上的孔洞，向預(yù)制柱、原框架結(jié)構(gòu)打孔，并通過清灰、注膠、植入螺栓、擰緊螺帽，將外附節(jié)點與原結(jié)構(gòu)緊密相連；

步驟八：將鋼板嵌入預(yù)制梁端部、暗牛腿、節(jié)點核心區(qū)削弱位置，對孔并穿入連接螺栓，緊固螺帽，將鋼板與預(yù)制梁、暗牛腿、節(jié)點核心區(qū)緊密相連；

步驟九：在柱端部套上鋼套筒，將下端預(yù)制柱端部伸出的方形塊體嵌入上端預(yù)制柱端部的凹槽，通過穿入連接螺栓并緊固螺帽，將鋼套筒、上端預(yù)制柱、下端預(yù)制柱緊密連接；

步驟十：重復(fù)步驟四-八，在本層加固完成后，繼續(xù)步驟九，直到外附加固全部完成。

有益效果：本發(fā)明的一種角鋼連接的全裝配式外附框架加固結(jié)構(gòu)，具有以下有益效果：

1、外附框架結(jié)構(gòu)不但以其自身的抗震承載能力和耗能能力貢獻(xiàn)于加固后的整體結(jié)構(gòu)的抗震能力，還可改善原結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和變形模式，使結(jié)構(gòu)形成更合理的損傷屈服機(jī)制，從而使原結(jié)構(gòu)的抗震能力得到更充分的利用。

2、標(biāo)準(zhǔn)角鋼及三面角鋼約束節(jié)點核心區(qū)變形，同時作為結(jié)構(gòu)耗能件。構(gòu)配件可在工廠完成預(yù)制，現(xiàn)場無濕作業(yè)，對環(huán)境污染小，施工效率高。加固工作在建筑物外部完成，不破壞建筑物的內(nèi)部裝修，不影響建筑物內(nèi)部活動。

3、暗牛腿用于承擔(dān)梁端剪力，可適當(dāng)減少預(yù)制梁端部配筋量；牛腿連接螺栓用于承受牛腿處的部分剪力以及梁端接觸面轉(zhuǎn)動時的部分彎矩；

4、鋼板能夠承擔(dān)預(yù)制預(yù)制梁端部以及節(jié)點核心區(qū)的部分剪力，同時鋼板的上沿及下沿的拉壓力構(gòu)成一對力偶，可承擔(dān)預(yù)制梁端部以及節(jié)點核心區(qū)的部分彎矩，提高了外附節(jié)點的承載能力。

5、預(yù)制柱端連接位置在樓層中部，彎矩較小，彎矩由柱端鋼筋、鋼套筒、對拉螺栓共同承擔(dān)；連接處的剪力由柱端箍筋、鋼套筒、嵌入的方形塊體同承擔(dān)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中外附預(yù)制框架節(jié)點構(gòu)造示意圖；

圖2為本發(fā)明中外附預(yù)制框架節(jié)點構(gòu)造細(xì)部圖；

圖3為本發(fā)明中外附預(yù)制框架節(jié)點構(gòu)造正視圖；

圖4為本發(fā)明中外附預(yù)制框架節(jié)點構(gòu)造俯視圖；

圖5為本發(fā)明中外附預(yù)制框架柱連接構(gòu)造示意圖；

圖6為本發(fā)明中外附預(yù)制框架柱連接完成示意圖；

圖7為本發(fā)明中外附預(yù)制框架節(jié)點連接完成示意圖；

圖8為本發(fā)明中外附預(yù)制框架連接完成示意圖；

圖9為本發(fā)明中外附預(yù)制框架連接完成正視圖；

圖10為本發(fā)明中外附框架與原結(jié)構(gòu)連接細(xì)部圖；

圖11為本發(fā)明中原框架示意圖；

圖12為本發(fā)明中加固完成后結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13為本發(fā)明中加固完成后結(jié)構(gòu)正視圖；

圖中：1-原框架結(jié)構(gòu)，2-外附框架結(jié)構(gòu)，3-預(yù)制梁，4-預(yù)制柱，5-暗牛腿，6-角鋼，7-三面角鋼，8-鋼板，9-鋼套筒，10-方形塊體，11-凹槽，12-角鋼連接螺栓，13-牛腿連接螺栓，14-鋼板連接螺栓，15-鋼套筒連接螺栓，16-角鋼連接孔，17-牛腿連接孔，18-鋼板連接孔，19-鋼套筒連接孔，20-錨固螺栓，21-錨固孔，22-螺帽，23-結(jié)構(gòu)膠，24-節(jié)點核心區(qū)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。

如圖1-13所示，本發(fā)明提供了一種角鋼連接的全裝配式外附框架加固結(jié)構(gòu)，包括待加固的原框架結(jié)構(gòu)1，外附框架結(jié)構(gòu)2以及兩者之間的角鋼6、三面角鋼7等連接構(gòu)件。外附框架結(jié)構(gòu)2為全裝配式結(jié)構(gòu)，預(yù)制梁3端部帶缺口、預(yù)制柱4的節(jié)點核心區(qū)24兩側(cè)外伸暗牛腿5。預(yù)制梁3端部、暗牛腿5、節(jié)點核心區(qū)24局部削弱，并嵌入鋼板8，預(yù)制柱4端部局部削弱，并嵌入鋼套筒9。外附框架結(jié)構(gòu)2節(jié)點角部設(shè)置三面角鋼7，預(yù)制梁3、預(yù)制柱4與原框架結(jié)構(gòu)的梁、原框架結(jié)構(gòu)的柱通過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格角鋼6連接，預(yù)制柱4通過鋼套筒9及對拉螺栓15連接。預(yù)制柱4一端的中心伸出方形塊體10，另一端的中心設(shè)置方形凹槽11；下端預(yù)制柱端部伸出的方形塊體10嵌入上端預(yù)制柱端部的凹槽11，并通過鋼套筒9將上下端相連。

本發(fā)明還提供了一種角鋼連接的全裝配式外附框架加固原框架的方法，如圖1-4所示，將帶暗牛腿5的預(yù)制柱4和缺口梁3按照施工圖紙在工廠預(yù)制，綁扎鋼筋，預(yù)埋角鋼連接孔16、牛腿連接孔17、鋼板連接孔18、鋼套筒連接孔19等對應(yīng)的管道，所有預(yù)埋件設(shè)置好后即可支模、澆筑混凝土。標(biāo)準(zhǔn)角鋼6、三面連接角鋼7、鋼板均在工廠制作，按照施工圖紙準(zhǔn)備材料并開孔。待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度并拆模，將預(yù)制梁3、預(yù)制柱4與兩側(cè)標(biāo)準(zhǔn)角鋼6對角鋼連接孔16，穿入對拉螺栓12并緊固螺帽22，提前完成連接。

如圖5-9所示，將帶角鋼6的預(yù)制柱4作為整體吊裝至加固位置，并進(jìn)行定位；沿著兩側(cè)角鋼6另一面的孔洞向原框架柱打錨固孔21，注入結(jié)構(gòu)膠23，植入螺栓20、緊固螺帽22，將預(yù)制柱4與原框架柱連接。帶角鋼6的預(yù)制梁3作為整體吊裝至加固位置，將預(yù)制梁3吊裝擱置在暗牛腿5上并進(jìn)行定位；沿著兩側(cè)角鋼6另一面的孔洞向原框架梁打錨固孔21，注入結(jié)構(gòu)膠23，植入螺栓20、緊固螺帽22，將預(yù)制梁4與原框架梁連接。

在節(jié)點24角部放置三面角鋼7，牛腿連接螺栓13穿過三面角鋼7與預(yù)制梁3連接的一面的連接孔，并從與暗牛腿5相連的三面角鋼7的一面的連接孔穿出；螺栓13兩側(cè)緊固螺帽22，將預(yù)制梁3、預(yù)制柱4、三面角鋼7緊密相連。三面角鋼7的另外兩面，分別通過沿該面上的孔洞，向預(yù)制柱4、原結(jié)構(gòu)1打孔，并通過清灰、注結(jié)構(gòu)膠23、植入螺栓20、擰緊螺帽22，將外附節(jié)點24與原結(jié)構(gòu)1緊密相連。

將鋼板8嵌入預(yù)制梁3端部、暗牛腿5、節(jié)點核心區(qū)24削弱位置，對鋼板連接孔18并穿入連接螺栓14，緊固螺帽22，將鋼板8與預(yù)制梁3、暗牛腿5、節(jié)點核心區(qū)24緊密相連。在預(yù)制柱4端部套上鋼套筒9，將下端預(yù)制柱端部伸出的塊體10嵌入上端預(yù)制柱端部的凹槽11，對孔19并通過穿入連接螺栓15，緊固螺帽22，將鋼套筒9、上端預(yù)制柱、下端預(yù)制柱緊密連接；

如圖10-13所示，待本層加固完成后，連接上層柱，繼續(xù)上一層的加固，直到外附加固全部完成。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。