一種預應力預制ecc-rc組合梁柱節(jié)點構件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種預應力預制ECC-RC組合節(jié)點構件，包括預應力筋、帶牛腿的節(jié)點，所述帶牛腿的節(jié)點由ECC材料、縱筋和箍筋組成，帶牛腿節(jié)點包括長度約為1~2倍柱截面高度的外伸柱，節(jié)點及與之連接的預制RC梁中需預留孔道，通過穿過孔道的后張預應力筋將預制ECC節(jié)點與預制RC梁連接，外伸柱端和預制RC柱端預埋工字型鋼，預埋深度和外伸長度10cm~15cm，二者柱端縱筋外伸長度10cm~15cm，型鋼預埋部分與縱筋焊接，預制RC柱與預制節(jié)點通過高強螺栓將各自預埋的工字型鋼連接起來，縱筋則采用直螺紋套筒連接起來。本發(fā)明為鋼筋增強的ECC材料澆筑的預應力預制節(jié)點構件，應用于裝配式框架結構中，結構的延性及抗震性能顯著提高，大幅減少節(jié)點箍筋的使用，利于澆筑，方便施工，將預應力作為裝配手段可以減少震后結構的殘余變形，實現(xiàn)可恢復功能，減少震后修補費用。
【專利說明】一種預應力預制ECC-RC組合梁柱節(jié)點構件
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于結構工程領域，涉及一種采用鋼筋增強的纖維水泥基復合材料(ECC)及預應力筋的預制梁柱節(jié)點構件，應用于裝配式框架結構中，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼筋混凝土梁柱節(jié)點。
【背景技術】
[0002]預制裝配式混凝土結構具有現(xiàn)澆混凝土結構無法比擬的優(yōu)點:①施工速度快，提高勞動生產率；②施工方便，減少現(xiàn)場濕作業(yè)，改善施工環(huán)境和減少擾民現(xiàn)象；③預制構件工廠化生產，產品質量有保證預制混凝土結構能有效控制混凝土的變形裂縫。
[0003]框架節(jié)點是框架中最薄弱、最易受損的部位之一。由于混凝土材料本身存在抗拉強度低、韌性差等缺點，混凝土節(jié)點的延性、損傷容限均較低，導致地震荷載作用下，引起結構較大的變形，甚至結構破壞。即使未發(fā)生破壞，節(jié)點區(qū)域的界面劈拉破壞和保護層剝落現(xiàn)象嚴重，導致震后修復費用巨大。
[0004]鋼筋混凝土節(jié)點及附近區(qū)域在地震作用下承受著較大的內力，為實現(xiàn)“強節(jié)點弱構件”、“強剪弱彎”的抗震設計概念和要求，通常這些區(qū)域具有致密的箍筋，導致節(jié)點區(qū)混凝土施工困難，易造成節(jié)點區(qū)混凝土澆筑不密實，影響結構抗震性能。
[0005]工程用水泥基復合材料(EngineeredCementitious Composites,簡稱ECC),是一種具有高延性、高韌性和多縫開裂特征的纖維增強水泥基復合材料。ECC是根據(jù)細觀力學和斷裂力學基本原理設計的短纖維增強水泥基復合材料，它以水泥、礦物摻合料以及粒徑不大于0.15mm的石英砂作為基體，用纖維做增強材料，在纖維體積摻量不大于2%的情況下，直接拉伸試驗得到的極限拉應變通?？沙?%，ECC可擠壓成型，可自密實，亦可噴射，形式多樣的ECC使其易于滿足不同的工程需要，也有利于其在土木工程領域的推廣應用。
[0006]可恢復功能結構是指地震后不需修復或稍加修復即可恢復其使用功能的結構，實現(xiàn)節(jié)點可恢復功能的一種途徑是通過合理的設計，利用預應力筋的回彈作用，使得節(jié)點具有自復位的能力，減小了殘余變形，震后易修復?？紤]到ECC材料的高延性、搞韌性和多縫開裂特征，ECC節(jié)點的耗能能力較好且損傷小，將ECC和預應力結合起來及預制ECC節(jié)點和預應力拼裝技術相結合，可以更好的實現(xiàn)可恢復功能結構。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明提供了一種既可提高建筑結構節(jié)點區(qū)域延性和耗能性能，還可提高結構節(jié)點區(qū)域的自恢復能力，減少殘余變形，從而提高結構抗震性能，減少震后修復費本發(fā)明提出的一種預應力預制ECC-RC組合梁柱節(jié)點構件，包括預應力筋和帶牛腿的節(jié)點，所述帶牛腿的節(jié)點由ECC材料、縱筋和箍筋組成,所述帶牛腿的節(jié)點縱向上連接外伸柱；所述的帶牛腿的節(jié)點橫向上連接預制RC梁，所述帶牛腿的節(jié)點和預制RC梁上均設有預留孔道，通過穿過預留孔道的預應力筋將帶牛腿的節(jié)點與預制RC梁連接起來；所述外伸柱一端連接預制RC柱，所述外伸柱和預掉RC柱的端部均預埋有工字型鋼，工字型鋼的預埋深度為l(Tl5cm，所述外伸柱上的工字型鋼通過高強螺栓連接預制RC柱上的工字型鋼；帶牛腿的節(jié)點上的縱筋和預掉RC柱上的縱筋通過直螺紋套筒連接。
[0008]本發(fā)明中，所述帶牛腿的節(jié)點包括長度為f 2倍柱截面高度的外伸柱，外伸柱端和預制RC柱端的縱筋外伸長度為l(Tl5cm，工字型鋼預埋部分與與之連接的外伸柱的縱筋或預制RC柱的縱筋焊接。
[0009]本發(fā)明考慮到目前ECC的生產成本較高和框架結構各區(qū)域的受力特點，只在節(jié)點區(qū)域及柱端采用ECC，梁和柱均采用普通混凝土預制。
[0010]有益效果:本發(fā)明和現(xiàn)有的現(xiàn)澆混凝土梁柱節(jié)點相比有如下優(yōu)點:
預應力預制ECC-RC節(jié)點作為一種符合工業(yè)化生產方式的構件形式，可以提高勞動生產率，減少現(xiàn)場濕作業(yè)，改善施工環(huán)境，施工速度快，方便，預制構件工廠化的生產還可以保證構件的質量。
[0011]考慮到目前ECC的生產成本相對較高，整個預制框架結構采用ECC不太現(xiàn)實，根究框架結構各部分受力的特點，在節(jié)點和柱端區(qū)域使用ECC材料，其他部分仍采用普通混凝土，使得ECC材料在工程中的應用具有經濟上的可行性。
[0012]極限承載力和變形能力(預應力與ECC結合的優(yōu)點)
采用預應力作為裝配手段后，對比傳統(tǒng)的鋼筋混凝土現(xiàn)澆結構，預制裝配結構在經歷較大的反復非線性變形后，因預應力筋的回彈，具有良好的自復位能力，即最終的殘余變形很小。后張預應力預制混凝土梁柱中節(jié)點的試驗表明，即使在樓層位移角接近3.5%時，殘余變形與最大變形的比值也僅在0.1左右，而普通鋼筋混凝土節(jié)點的比值在0.6左右，遠高于前者，說明將預應力作為裝配手段可大大增強構件的自復位能力，使得震后結構不需要修復或者稍加修復即可投入使用。
[0013]框架節(jié)點是保證結構整體性和地震中耗散能量的主要部位，節(jié)點的抗震性能決定著結構的抗震性能，試驗表明節(jié)點區(qū)域采用ECC材料后，相同條件下比普通鋼筋混凝土節(jié)點的延性、承載力和耗能能力均有顯著提高，通過對骨架曲線的分析表明ECC-RC組合節(jié)點在達到極限荷載之后，承載能力并未迅速下降，而是相對平穩(wěn)的下降段，ECC-RC組合節(jié)點的剛度也相對較大，剛度退化較為平緩，可見ECC高延性、高韌性和多縫開裂的特點可以讓ECC-RC組合節(jié)點在更大變形下保證一定的承載力，從而提高節(jié)點以至于結構的抗震性能。
[0014]試驗研究表明，R/ECC節(jié)點對比嚴格按照我國規(guī)范設計的普通RC框架節(jié)點，當R/ECC節(jié)點核芯區(qū)箍筋為RC節(jié)點的一半時，節(jié)點的屈服荷載和極限荷載均有一定程度的提高，總的耗能也有所增加，在取消核芯區(qū)箍筋后，節(jié)點依然表現(xiàn)出穩(wěn)定的滯回耗能特性，所有試件均為梁端破壞，達到了規(guī)范中“強節(jié)點”的要求，可見ECC材料可以替代一部分箍筋的作用。
[0015]利用ECC材料優(yōu)異的抗拉性能，在節(jié)點處應用ECC材料后，可以適當減少節(jié)點核芯區(qū)的箍筋配置，在降低節(jié)點區(qū)的施工難度和人工成本的同時，保證節(jié)點的抗剪承載力和抗震性能較嚴格按規(guī)范配制箍筋的普通混凝土節(jié)點有一定程度的提高，有效解決了節(jié)點區(qū)箍筋過密的施工難題。
[0016]本發(fā)明將ECC這種材料的運用擴展到了近節(jié)點區(qū)的柱端塑性鉸區(qū)，在地震作用下，這些區(qū)域受到較大的彎矩，先于其他部位進入塑性，由于ECC材料的高延性、高韌性和多縫開裂的特性，將使得更多的鋼筋進入屈服狀態(tài)，在較大的位移下仍能保證足夠的承載力，延緩了主裂縫的出現(xiàn)，提高了這些區(qū)域的變形和耗能能力，從而提高結構整體的抗震性倉泛。
[0017]本發(fā)明中的暗牛腿能夠抵抗部分梁端剪力，防止罕遇地震下預應力筋產生塑性變形引起較大預應力損失，而造成梁端剪切破壞，暗牛腿還可以避免在預制梁下設置支撐，方便施工。
[0018]節(jié)點與柱連接處采用型鋼連接，型鋼間采用高強螺栓連接，能夠保證施工拼裝時保證一定的剛度，施工方便，可以提高施工速度，在水平地震作用下，型鋼處可以提供一定的受剪承載力，從而提高連接處的承載力。節(jié)點與柱的縱筋采用直螺紋套筒連接，可以減少或避免使用焊接，提高施工質量和速度。
[0019]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，而澆筑而成的預制構件是對粉煤灰的廢物再利用，可以變廢為寶，因此ECC是一種綠色材料，在保證構件優(yōu)越的性能同時達到對資源的重復利用，符合節(jié)能環(huán)保的思想。
[0020]ECC具有多縫開裂的特性，裂縫細而多，即使接近極限荷載，裂縫寬度也可以保持在100微米以下，大大提高了結構的耐久性，在經歷低烈度地震后，采用ECC材料的節(jié)點核芯區(qū)的裂縫寬度很小，幾乎為肉眼所不能見，因此在震后無需修補即可繼續(xù)使用。
[0021]ECC優(yōu)越的受拉延性可保證鋼筋與ECC協(xié)調變形，預制ECC-RC組合節(jié)點及附近區(qū)域較普通RC節(jié)點不會出現(xiàn)縱向劈裂裂縫和保護層剝落的現(xiàn)象，構件整體性較好，梁柱端部在不配或者減少箍筋用量的情況下，仍能有效保護受壓鋼筋，防止在地震力的反復作用下由于保護層的剝落而過早壓屈，其后導致受壓區(qū)隨即壓潰。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1本發(fā)明的剖視圖；
圖2本發(fā)明的側面剖視圖；
圖3本發(fā)明的型鋼連接示意圖；
圖中標號:I為預應力筋，2為帶牛腿的節(jié)點，3為縱筋，4為箍筋，5為預制RC梁，6為預留孔道，7為預埋工字型鋼，8為預制RC柱，9為直螺紋套筒。
【具體實施方式】
[0023]本發(fā)明的預應力預制ECC-RC組合節(jié)點構件，包括預應力筋1、帶牛腿的節(jié)點2，所述帶牛腿的節(jié)點由ECC材料、縱筋3和箍筋4組成，帶牛腿節(jié)點包括長度約為f 2倍柱截面高度的外伸柱。
[0024]節(jié)點及與之連接的預制RC梁5中需預留孔道6，通過穿過預留孔道6的后張預應力筋I將預制ECC-RC節(jié)點2與預制RC梁5連接，外伸柱端和預制RC柱8端預埋工字型鋼7，預埋深度和外伸長度10cnTl5Cm，二者柱端縱筋外伸長度10cnTl5Cm，型鋼預埋部分與縱筋焊接，預制RC柱8與預制節(jié)點2通過高強螺栓將各自預埋的工字型鋼連接起來，縱筋則采用直螺紋套筒9連接起來。
[0025]本發(fā)明預應力預制ECC-RC組合節(jié)點構件的制備過程為:
1.根據(jù)設計要求確定預制節(jié)點的詳細尺寸，綁扎好鋼筋，固定好型鋼和波紋管的位置，控制好縱筋和型鋼的外伸長度及型鋼的埋置深度，將型鋼預埋部分與相應的縱筋焊接，制作磨具，將配制好的ECC澆入磨具中，小心振搗，終凝后拆除模板，養(yǎng)護28天后形成預制構件。
[0026]2.建筑施工的實際安裝過程中，首先將底層預制RC柱安裝好，然后吊裝預制ECC節(jié)點至柱頂預定位置并加以固定，將預制節(jié)點和預制柱的預埋型鋼用高強螺栓連接起來，之后將二者的縱筋用套筒連接起來，并在連接區(qū)側面放置模板，澆筑ECC，終凝之后拆模，吊裝預制梁至節(jié)點牛腿預定位置，并放置支撐加以固定，將預應力筋穿過預制節(jié)點和預制梁預先布置好的預應力孔道，張拉到位后可靠錨固并灌漿，依次過程重復即可。
【權利要求】
1.一種預應力預制ECC-RC組合梁柱節(jié)點構件，包括預應力筋和帶牛腿的節(jié)點，其特征在于所述帶牛腿的節(jié)點由ECC材料、縱筋和箍筋組成,所述帶牛腿的節(jié)點縱向上連接外伸柱；所述的帶牛腿的節(jié)點橫向上連接預制RC梁，所述帶牛腿的節(jié)點和預制RC梁上均設有預留孔道，通過穿過預留孔道的預應力筋將帶牛腿的節(jié)點與預制RC梁連接起來；所述外伸柱一端連接預制RC柱，所述外伸柱和預掉RC柱的端部均預埋有工字型鋼，工字型鋼的預埋深度為l0~l5cm，所述外伸柱上的工字型鋼通過高強螺栓連接預制RC柱上的工字型鋼；帶牛腿的節(jié)點上的縱筋和預掉RC柱上的縱筋通過直螺紋套筒連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的預應力預制ECC-RC組合梁柱節(jié)點構件，其特征在于所述帶牛腿的節(jié)點包括長度為1~2倍柱截面高度的外伸柱，外伸柱端和預制RC柱端的縱筋外伸長度為l0~l5Cm，工字型鋼預埋部分與與之連接的外伸柱的縱筋或預制RC柱的縱筋焊接。
【文檔編號】E04B1/58GK103774755SQ201410005020
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月7日 優(yōu)先權日:2014年1月7日
【發(fā)明者】潘鉆峰 申請人:同濟大學