專利名稱：一種預(yù)制組合梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種采用鋼筋增強(qiáng)的纖維水泥基復(fù)合材料(ECC)預(yù)制梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)件，屬于新型受力構(gòu)件，主要用于地震高設(shè)防區(qū)用以替代傳統(tǒng)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)。
背景技術(shù)：
ECC (engineered cementitious composites，工程用纖維水泥基復(fù)合材料)是一種以水泥和細(xì)沙為填料，然后加入合成纖維形成的新型水泥基復(fù)合材料。大量的物理和力學(xué)性能的研究成果表明，ECC材料不但具有超高的韌性，而且有較強(qiáng)的能量吸收能力。并且， 試驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)，該材料的極限拉應(yīng)變值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，其值可以超過3%，這為解決混凝土開裂問題提供了新的思路。
框架結(jié)構(gòu)的梁柱邊節(jié)點(diǎn)及附近區(qū)域在地震作用下要承受很大的內(nèi)力，汶川地震中大量建筑物都是因?yàn)榱褐怂苄糟q或者節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的破壞而損毀，而且一般結(jié)構(gòu)(框架、 剪力墻結(jié)構(gòu)等)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(jì)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)，帶來安全急 ^^ ο
另外，在實(shí)際施工過程中，預(yù)制節(jié)點(diǎn)與相鄰構(gòu)件之間鋼筋常常是以焊接形式連接的，由于鋼筋端部形狀不規(guī)則，兩接頭不易對齊，而且對焊時(shí)鋼筋頭缺乏穩(wěn)定的支撐定位， 導(dǎo)致焊接點(diǎn)質(zhì)量常常無法保證，成為結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)。發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明提供了一種可提高建筑結(jié)構(gòu)尤其是邊節(jié)點(diǎn)區(qū)域延性和耗能性能，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)抗震性能提高的預(yù)制組合梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)件。
技術(shù)方案本發(fā)明的一種預(yù)制組合梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)件，包括相交叉的橫梁和立柱，所述橫梁和立柱均由工程用纖維水泥基復(fù)合材料、縱筋和箍筋組成，橫梁與立柱交叉重合的矩形區(qū)域的橫向?qū)挾葹锳，縱向高度為B ；
所述橫梁的橫向?qū)挾葹?B+A，，縱向高度為B，所述縱筋貫穿橫梁全長并伸出兩個(gè)梁端IOcm 15cm ；
所述立柱的縱向高度為2A+B，縱筋貫穿立柱全長并伸出兩個(gè)柱端長度IOcm 15cm0
本發(fā)明中，橫梁和立柱的端部均固定有角鐵，所述角鐵與鋼筋焊接，角鐵伸進(jìn)橫梁和立柱內(nèi)的長度均為10 15cm，超出縱筋端部的長度為10 15cm。
本發(fā)明考慮到框架結(jié)構(gòu)各區(qū)域的受力特點(diǎn)，在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)及附近區(qū)域運(yùn)用ECC材料，設(shè)計(jì)出框架用預(yù)制梁柱節(jié)點(diǎn)，最終與鋼筋共同形成R/ECC組合構(gòu)件。
有益效果本發(fā)明和現(xiàn)有的現(xiàn)澆混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)相比有如下優(yōu)點(diǎn)
1.節(jié)點(diǎn)核心區(qū)及附近區(qū)域?yàn)榈卣鹱饔孟率芰Φ闹饕课唬饕袚?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，在對具有完全相同配筋率的傳統(tǒng)鋼筋混凝土梁柱邊節(jié)點(diǎn)和R/ECC組合梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較中，本發(fā)明的各項(xiàng)抗震指標(biāo)均表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，圖2表示的是R/ECC組合節(jié)點(diǎn)和普通RC節(jié)點(diǎn)在低周循環(huán)荷載下的骨架曲線，R/ECC組合節(jié)點(diǎn)比普通RC節(jié)點(diǎn)的極限承載力提高了 20%，破壞時(shí)位移提高15%，由骨架曲線可以看出R/ECC組合節(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。
2.節(jié)點(diǎn)在地震中是吸收地震能量的主要部位，因此節(jié)點(diǎn)的耗能性能將直接影響結(jié)構(gòu)的抗震性能。如圖3曲線表示的是在受到地震循環(huán)荷載作用時(shí)，兩種節(jié)點(diǎn)的累積耗能比較，R/ECC組合節(jié)點(diǎn)在地震作用下吸收的地震能量是普通RC節(jié)點(diǎn)的數(shù)倍，充分說明了 R/ECC 組合節(jié)點(diǎn)高延性、高耗能的特點(diǎn)。
3.如圖4為兩種組合節(jié)點(diǎn)在地震作用下的環(huán)線剛度變化曲線，實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)的剛度退化可以取同一級變形下的環(huán)線剛度來表示，由圖可知采用ECC材料的節(jié)點(diǎn)剛度要明顯強(qiáng)于普通混凝土節(jié)點(diǎn)，且在循環(huán)加載的后期曲線下降較為平緩，這就說明ECC材料通過限制節(jié)點(diǎn)裂縫和延緩剛度衰減使得節(jié)點(diǎn)后期的強(qiáng)度退化也得以滯后，讓節(jié)點(diǎn)在更大的變形下保持應(yīng)有的承載力，從而提高節(jié)點(diǎn)的延性。
4.實(shí)驗(yàn)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R/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。R/ECC組合節(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。
5.在施工過程中，鋼筋之間的焊接點(diǎn)質(zhì)量常常無法保證，成為結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)。本發(fā)明在梁和柱末端鋼筋接頭處焊接了三角鐵，鋼筋可視為擱在三角鐵上，這樣就提高了與相鄰鋼筋對焊時(shí)的穩(wěn)定性和牢固性，保證了此處的剛度和焊接質(zhì)量。
6.梁和柱端截面形成的波紋形狀增大了接觸面積，將有助于施工過程中與相鄰構(gòu)件的結(jié)合，避免此處成為受力的薄弱區(qū)域。
7.預(yù)制ECC節(jié)點(diǎn)作為框架結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，與現(xiàn)澆的鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)比較，在制作過程中質(zhì)量更容易得到控制和保證，解決了現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)處施工時(shí)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。在安裝時(shí)，與周圍的現(xiàn)澆混凝土又能很好的連接，共同受力。另外，采用這種預(yù)制構(gòu)件可以節(jié)約鋼筋和模板，滿足節(jié)能環(huán)保的發(fā)展趨勢。
8.因?yàn)槭艿紼CC材料中纖維的橋聯(lián)作用，結(jié)構(gòu)在較低荷載等級作用下時(shí)，表現(xiàn)為多裂縫開展，且裂縫寬度極小，在節(jié)點(diǎn)呈現(xiàn)細(xì)密網(wǎng)狀，始終未出現(xiàn)主裂縫，應(yīng)用在實(shí)際工程中后，當(dāng)R/ECC組合節(jié)點(diǎn)在受到較低烈度地震作用時(shí)，核心區(qū)及其附近區(qū)域的裂縫寬度要明顯小于普通鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)，幾乎為肉眼所不能見，因此在震后無需修補(bǔ)即可繼續(xù)使用。
9.本發(fā)明還將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(shí)，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(shí)間，延長構(gòu)件在較高承載力下工作的時(shí)間，提高結(jié)構(gòu)整體的延性及耗能性能。
10. 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，因此所以說ECC材料是一種環(huán)境友好型材料，其澆筑而成的預(yù)制件也是對粉煤灰的廢物利用， 在保證構(gòu)件優(yōu)越的性能的同時(shí)到達(dá)對自然資源的可重復(fù)利用。


圖1為本發(fā)明的剖視圖2為本發(fā)明的側(cè)面剖視圖，圖中a為角鐵伸進(jìn)橫梁內(nèi)的長度，b為縱筋貫穿橫梁后伸出柱端的長度，c為角鐵超出縱筋部的長度；
圖3為本發(fā)明的橫梁和立柱的端部截面圖4為本發(fā)明和普通鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)的骨架曲線對比圖5為本發(fā)明和普通鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)的累計(jì)耗能曲線對比圖6為本發(fā)明和普通鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)的環(huán)線剛度曲線對比圖。
圖中有橫梁1，立柱2，縱筋3，箍筋4，角鐵5。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的預(yù)制組合梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)件，包括相交叉的橫梁1和立柱2，所述橫梁1和立柱2均由ECC材料、縱筋3和箍筋4組成，橫梁1與立柱2交叉重合的矩形區(qū)域的橫向?qū)挾葹锳，縱向高度為B ；橫梁1的橫向?qū)挾葹?B+A，，縱向高度為B，所述縱筋3貫穿橫梁1全長并伸出兩個(gè)梁端IOcm 15cm ；立柱2的縱向高度為2A+B，縱筋3貫穿立柱2全長并伸出兩個(gè)柱端長度IOcm 15cm。
本發(fā)明中，橫梁1和立柱2的端部均固定有角鐵5，所述角鐵5與鋼筋3焊接，角鐵 5伸進(jìn)橫梁1和立柱2內(nèi)的長度均為10 15cm，超出縱筋3端部的長度為10 15cm。
本發(fā)明預(yù)制組合梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的制備過程為
1.根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定A和B的取值大小，制作模具，綁扎好鋼筋，使鋼筋伸出模具端部長度為b，然后在鋼筋端部焊接三角鐵，三角鐵深入模具長度為a，要超出鋼筋頭長度為C。
2.在模具中橫梁和立柱端部插入波紋板，并使三角鐵穿出波紋板的長度為b+c， 然后澆入ECC材料，并小心振搗，終凝以后拆掉波紋板，養(yǎng)護(hù)觀天后即可形成預(yù)制件。
建筑施工的實(shí)際安裝工程中，兩個(gè)本發(fā)明的預(yù)制組合梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)件之間用鋼筋連接安裝，在兩個(gè)預(yù)制組合梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的端部，縱筋3的端頭均與鋼筋緊密焊接，伸入的鋼筋同時(shí)也與角鐵緊密焊接，然后在兩個(gè)預(yù)制組合梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的連接段現(xiàn)澆普通混凝土， 直至成型。
權(quán)利要求
1.一種預(yù)制組合梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)件，其特征在于，包括相交叉的橫梁(1)和立柱O)，所述橫梁(1)和立柱( 均由工程用纖維水泥基復(fù)合材料、縱筋C3)和箍筋(4)組成，橫梁(1) 與立柱O)交叉重合的矩形區(qū)域的橫向?qū)挾葹锳，縱向高度為B ；所述橫梁(1)的橫向?qū)挾葹?B+A，，縱向高度為B，所述縱筋C3)貫穿橫梁(1)全長并伸出兩個(gè)梁端IOcm 15cm ；所述立柱O)的縱向高度為2A+B，縱筋C3)貫穿立柱( 全長并伸出兩個(gè)柱端長度 IOcm 15cm0
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)制組合梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)件，其特征在于，橫梁(1)和立柱 ⑵的端部均固定有角鐵(5)，所述角鐵(5)與鋼筋(3)焊接，角鐵(5)伸進(jìn)橫梁⑴和立柱O)內(nèi)的長度均為10 15cm，超出縱筋(3)端部的長度為10 15cm。
全文摘要
一種預(yù)制組合梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)件，包括相交叉的橫梁和立柱，所述橫梁和立柱均由ECC材料、縱筋和箍筋組成，橫梁與立柱交叉重合的矩形區(qū)域的橫向?qū)挾葹锳，縱向高度為B；所述橫梁的橫向?qū)挾葹?B+A，縱向高度為B，所述縱筋貫穿橫梁全長并伸出兩個(gè)梁端10cm～15cm；所述立柱的縱向高度為2A+B，縱筋貫穿立柱全長并伸出兩個(gè)柱端長度10cm～15cm。本發(fā)明為鋼筋增強(qiáng)的ECC材料澆筑的預(yù)制構(gòu)件，應(yīng)用于抗震關(guān)鍵部位，尤其是運(yùn)用于關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。與一般鋼筋混凝土構(gòu)件相比，顯著提高了結(jié)構(gòu)的延性及抗震性能，在滿足抗震要求下，大幅減少節(jié)點(diǎn)箍筋的使用，解決由于節(jié)點(diǎn)區(qū)箍筋過密帶來的施工難題。
文檔編號E04B1/58GK102505760SQ20111036477
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者潘金龍, 袁方, 許準(zhǔn) 申請人:東南大學(xué)