本發(fā)明涉及一種混凝土節(jié)點(diǎn)，具體涉及一種澆筑ECC層的預(yù)制混凝土節(jié)點(diǎn)。

背景技術(shù)：

目前，矩形鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)已普遍應(yīng)用于建筑工程，矩形鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)近幾年已得到長足發(fā)展，矩形鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)因其承載力高，延展性好等優(yōu)點(diǎn)在工程中大量應(yīng)用，隨著超高層及大跨度建筑結(jié)構(gòu)的不斷出現(xiàn)，矩形鋼管混凝土連接點(diǎn)成為了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容之一，連接節(jié)點(diǎn)直接影響了結(jié)構(gòu)承載條件下的整體性能以及與其相連結(jié)構(gòu)的承重性能，因此連接節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的性能是不容忽視的。

目前在我國，對于工程水泥基復(fù)合材料ECC(Engineered Cementitious Composites)的研究和應(yīng)用還較少，實(shí)際工程用的最多的依舊是普通混凝土。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種具有更高安全性、適用性、耐久性以及經(jīng)濟(jì)性的預(yù)制混凝土節(jié)點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種澆筑ECC層的預(yù)制混凝土節(jié)點(diǎn)，包括方鋼管、預(yù)制梁、預(yù)制柱；所述預(yù)制梁和預(yù)制柱為若干箍筋同軸且相互平行的設(shè)置在鋼筋骨架的外圈，所述方鋼管同軸縱向內(nèi)置于預(yù)制柱，所述方鋼管的兩側(cè)縱向端面上分別設(shè)有鋼板1，所述鋼板1的橫向端連接內(nèi)置于預(yù)制梁的鋼板2，所述鋼板1和鋼板2連接后處于同一縱向面，所述方鋼管外側(cè)面與預(yù)制柱之間、鋼板2之間、鋼板1之間組成的區(qū)域構(gòu)成主澆筑區(qū)域，所述主澆筑區(qū)域內(nèi)澆筑工程水泥基復(fù)合材料ECC層。

方鋼管設(shè)置在預(yù)制柱節(jié)點(diǎn)中，連接鋼板1與鋼板2，增強(qiáng)了節(jié)點(diǎn)的整體性能與強(qiáng)度。

鋼板1和鋼板2用于預(yù)制柱節(jié)點(diǎn)和預(yù)制梁節(jié)點(diǎn)連接，承受拉/壓應(yīng)力。

上述方鋼管的外圈設(shè)有橫向鋼筋骨架。

鋼筋骨架構(gòu)成結(jié)構(gòu)實(shí)體，加強(qiáng)預(yù)制梁和預(yù)制柱的整體強(qiáng)度；箍筋增加斜截面的抗剪應(yīng)力，并連接聯(lián)結(jié)受力主筋共同作用。

上述鋼板2與預(yù)制梁的兩內(nèi)側(cè)縱向面固定連接。

上述方鋼管內(nèi)澆筑混凝土層。

上述預(yù)制梁內(nèi)后澆筑混凝土層或工程水泥基復(fù)合材料ECC層。

上述預(yù)制柱內(nèi)后澆筑混凝土層或工程水泥基復(fù)合材料ECC層。

上述鋼板1和鋼板2通過螺栓連接。

通過螺栓使鋼板1與鋼板2緊密結(jié)合，通過摩擦面將鋼板2上的力傳遞到鋼板1，即將預(yù)制梁上的力傳遞到預(yù)制柱上。螺栓連接強(qiáng)化鋼板之間的連接強(qiáng)度，且在預(yù)制梁受到損傷后，方便維修或更換預(yù)制梁，而不涉及預(yù)制柱，維護(hù)整體的安全性。

本發(fā)明的有益之處在于：本發(fā)明的一種澆筑ECC層的預(yù)制混凝土節(jié)點(diǎn)的梁柱采用內(nèi)置鋼結(jié)構(gòu)，利用高強(qiáng)螺栓連接內(nèi)置鋼板，相對傳統(tǒng)連接方式，具有施工速度快、節(jié)點(diǎn)連接方便、強(qiáng)度高、質(zhì)量控制更有保障等優(yōu)點(diǎn)，且更具有安全性、適用性、耐久性以及經(jīng)濟(jì)性。

通過結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，在循環(huán)荷載作用下，預(yù)制混凝土節(jié)點(diǎn)的最終破壞處從節(jié)點(diǎn)的核心區(qū)域，轉(zhuǎn)向預(yù)制梁中鋼板末端以及螺栓連接部位，破壞位置得到外移，符合“強(qiáng)柱弱梁”的原則。

預(yù)制混凝土節(jié)點(diǎn)在提高承載力的同時(shí)，保持了較好的延性，并且在節(jié)點(diǎn)主澆筑區(qū)域采用工程水泥基復(fù)合材料ECC進(jìn)行澆筑，同時(shí)預(yù)埋了方鋼管，對節(jié)點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行了加強(qiáng)，提高了節(jié)點(diǎn)的耗能性，符合“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)原則。

工程水泥基復(fù)合材料ECC的使用，提高了節(jié)點(diǎn)的抗震性能和耐損傷能力，進(jìn)而減小了震后用來修復(fù)節(jié)點(diǎn)的費(fèi)用，并且ECC的配置，可利用工業(yè)廢料粉煤灰代替約50％的水泥孰料，實(shí)現(xiàn)廢物再循環(huán)利用，成本更低。

此外，ECC很好的密實(shí)性，有效阻止有害物質(zhì)向構(gòu)件材料內(nèi)部的滲透，提高了構(gòu)件的耐久性，延長了結(jié)構(gòu)的使用年限，

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種澆筑ECC層的預(yù)制混凝土節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖的側(cè)視圖。

圖2為本發(fā)明的一種澆筑ECC層的預(yù)制混凝土節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖的俯視圖。

圖3為本發(fā)明的一種澆筑ECC層的預(yù)制混凝土節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖的透視圖。

圖4為本發(fā)明的一種澆筑ECC層的預(yù)制混凝土節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖的外觀圖。

圖5為有限元軟件ABAQUS模擬現(xiàn)澆混凝土節(jié)點(diǎn)的滯回曲線。

圖6為有限元軟件ABAQUS模擬預(yù)制混凝土節(jié)點(diǎn)的滯回曲線。

圖7為有限元軟件ABAQUS模擬預(yù)制混凝土節(jié)點(diǎn)主澆筑區(qū)域內(nèi)澆筑ECC層和澆筑混凝土C60層的荷載-位移骨架曲線。

附圖中標(biāo)記的含義如下：1、方鋼管，2、預(yù)制柱，3、預(yù)制梁，4、鋼板1，5、鋼板2，6、箍筋，7、鋼筋骨架。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作具體的介紹。

一種預(yù)制混凝土節(jié)點(diǎn)，包括方1鋼管、3預(yù)制梁、2預(yù)制柱；3預(yù)制梁和2預(yù)制柱為若干6箍筋同軸且相互平行的設(shè)置在7鋼筋骨架的外圈，1方鋼管同軸縱向內(nèi)置于2預(yù)制柱，1方鋼管的兩側(cè)縱向端面上分別設(shè)有4鋼板1，4鋼板1的橫向端通過螺栓連接內(nèi)置于預(yù)制梁3的5鋼板2，4鋼板1和5鋼板2連接后處于同一縱向面，所述1方鋼管外側(cè)面與2預(yù)制柱之間、5鋼板2之間、4鋼板1之間組成的區(qū)域構(gòu)成主澆筑區(qū)域，所述主澆筑區(qū)域內(nèi)澆筑工程水泥基復(fù)合材料ECC層。

1方鋼管的外圈設(shè)有橫向7鋼筋骨架。

5鋼板2與3預(yù)制梁的兩內(nèi)側(cè)縱向面固定連接。

1方鋼管內(nèi)澆筑混凝土層。

3預(yù)制梁和2預(yù)制柱內(nèi)后澆筑混凝土層或工程水泥基復(fù)合材料ECC層。

現(xiàn)澆混凝土節(jié)點(diǎn)在循環(huán)荷載作用下，最終破壞處為節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域，而預(yù)制混凝土節(jié)點(diǎn)的破壞則集中在3預(yù)制梁中鋼板末端以及螺栓連接部位，與現(xiàn)澆混凝土節(jié)點(diǎn)相比，破壞位置得到外移，符合“強(qiáng)柱弱梁”的原則。

圖5和圖6為分別為通過有限元軟件ABAQUS模擬現(xiàn)澆混凝土節(jié)點(diǎn)、預(yù)制混凝土節(jié)點(diǎn)的滯回曲線，從圖5和圖6可見，與現(xiàn)澆混凝土節(jié)點(diǎn)相比，預(yù)制節(jié)點(diǎn)的承載力提高了28.22％，等效阻尼系數(shù)提高了58.86％，并且兩者位移延性系數(shù)平均值均大于3，符合鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)位移延性系數(shù)大于2.57的要求。

說明預(yù)制混凝土節(jié)點(diǎn)在提高承載力的同時(shí)，保持了較好的延性，并且在節(jié)點(diǎn)后澆區(qū)采用工程水泥基復(fù)合材料ECC進(jìn)行澆筑，同時(shí)預(yù)埋了方鋼管1，對節(jié)點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行了加強(qiáng)，提高了節(jié)點(diǎn)的耗能性，符合“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)原則。

通過有限元軟件ABAQUS模擬預(yù)制混凝土節(jié)點(diǎn)主澆筑區(qū)域內(nèi)澆筑混凝土C60層、澆筑ECC層的受拉損傷因子，主澆筑區(qū)域內(nèi)澆筑ECC層和澆筑混凝土C60層的預(yù)制混凝土節(jié)點(diǎn)破壞模式相近，損傷均主要集中在螺栓連接位置、澆筑面以及梁中鋼板末端，當(dāng)澆筑材料為混凝土C60時(shí)，節(jié)點(diǎn)損傷程度明顯要比澆筑工程水泥基復(fù)合材料ECC的節(jié)點(diǎn)損傷嚴(yán)重。

圖7為有限元軟件ABAQUS模擬預(yù)制混凝土節(jié)點(diǎn)主澆筑區(qū)域內(nèi)澆筑ECC層和澆筑混凝土C60層的荷載-位移骨架曲線。

表1為主澆筑區(qū)域內(nèi)澆材ECC層和混凝土C60層的節(jié)點(diǎn)特征量對比：

Characteristic values of specimen with different late-pouring material

表1

從圖7可見，澆筑混凝土C60的節(jié)點(diǎn)骨架曲線的初始剛度要比澆筑ECC的節(jié)點(diǎn)稍大，這是因?yàn)楣こ趟嗷鶑?fù)合材料ECC的基體中并不包含粗骨料，同時(shí)為了保證能夠充分發(fā)揮材料的受拉應(yīng)變-硬化效應(yīng)，其基體中砂子的粒徑和含量也受到了限制，這在一定程度上降低了ECC的剛度，此外，由于摻入了PVA纖維，使基體的孔隙率增大，勻質(zhì)性降低，這也造成了ECC的彈性模量要比普通混凝土低，因而ECC節(jié)點(diǎn)骨架曲線的初始剛度要比混凝土C60節(jié)點(diǎn)低。

此外，對比ECC節(jié)點(diǎn)與混凝土C60節(jié)點(diǎn)的骨架曲線可知，雖然兩種節(jié)點(diǎn)所能承擔(dān)的最大荷載相差不大，但是變形能力有著明顯的差異，表1列出了兩種澆筑材料下節(jié)點(diǎn)的主要特征量，從中可以看出ECC節(jié)點(diǎn)的屈服位移和極限位移均比混凝土C60節(jié)點(diǎn)大，其平均位移延性系數(shù)同混凝土C60節(jié)點(diǎn)相比，提高了8.16％，并且在達(dá)到峰值荷載后，ECC節(jié)點(diǎn)骨架曲線下降更緩慢，這是由于當(dāng)節(jié)點(diǎn)曲線進(jìn)入下降段后，隨著裂縫不斷擴(kuò)展，ECC中的PVA纖維發(fā)揮的阻裂作用開始明顯，造成荷載曲線下降緩慢，其峰值應(yīng)變明顯大于普通混凝土，其中高強(qiáng)度的ECC極限拉應(yīng)變可達(dá)3％左右，這表明PVA纖維能夠明顯提高ECC基體的塑性變形能力，并且由于塑形變形能力的增加，節(jié)點(diǎn)的耗能性能也相應(yīng)的有所提高，由表1可知，同混凝土C60節(jié)點(diǎn)相比，ECC節(jié)點(diǎn)的等效阻尼系數(shù)提高了21.26％。

因此，當(dāng)預(yù)制混凝土節(jié)點(diǎn)的主澆筑區(qū)域采用工程水泥基復(fù)合材料ECC時(shí)，節(jié)點(diǎn)的抗震性能和耐損傷能力均有所提高，進(jìn)而減小了震后用來修復(fù)節(jié)點(diǎn)的費(fèi)用，并且配置ECC時(shí)，可利用工業(yè)廢料粉煤灰代替約50％的水泥孰料，實(shí)現(xiàn)廢物再循環(huán)利用，此外，ECC的密實(shí)性很好，在正常使用條件下，構(gòu)件表面能夠長期不開裂，有效阻止了有害物質(zhì)向構(gòu)件材料內(nèi)部的滲透，提高了構(gòu)件的耐久性，繼而延長了結(jié)構(gòu)的使用年限。

綜合社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境三要素進(jìn)行考慮，采用ECC材料比采用普通混凝土約有37％的成本優(yōu)勢，因而對于本發(fā)明中的節(jié)點(diǎn)形式，采用ECC作為主澆筑區(qū)域的澆筑材料符合安全性、適用性、耐久性以及經(jīng)濟(jì)性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)功能要求。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，上述實(shí)施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。