一种浇筑ECC层的预制混凝土节点

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一种浇筑ECC层的预制混凝土节点\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种混凝土节点，具体涉及一种浇筑ECC层的预制混凝土节点。\n背景技术\n[0002] 目前，矩形钢管混凝土组合结构已普遍应用于建筑工程，矩形钢管混凝土组合结构技术近几年已得到长足发展，矩形钢管混凝土组合结构因其承载力高，延展性好等优点在工程中大量应用，随着超高层及大跨度建筑结构的不断出现，矩形钢管混凝土连接点成为了建筑结构设计中的重要内容之一，连接节点直接影响了结构承载条件下的整体性能以及与其相连结构的承重性能，因此连接节点结构的性能是不容忽视的。\n[0003] 目前在我国，对于工程水泥基复合材料ECC(Engineered  Cementitious Composites)的研究和应用还较少，实际工程用的最多的依旧是普通混凝土。\n发明内容\n[0004] 为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有更高安全性、适用性、耐久性以及经济性的预制混凝土节点。\n[0005] 为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：\n[0006] 一种浇筑ECC层的预制混凝土节点，包括方钢管、预制梁、预制柱；所述预制梁和预制柱为若干箍筋同轴且相互平行的设置在钢筋骨架的外圈，所述方钢管同轴纵向内置于预制柱，所述方钢管的两侧纵向端面上分别设有第一钢板，所述第一钢板的横向端连接内置于预制梁的第二钢板，所述第一钢板和第二钢板连接后处于同一纵向面，所述方钢管外侧面与预制柱之间、第二钢板之间、第一钢板之间组成的区域构成主浇筑区域，所述主浇筑区域内浇筑工程水泥基复合材料ECC层。方钢管设置在预制柱节点中，连接第一钢板与第二钢板，增强了节点的整体性能与强度。\n[0007] 第一钢板和第二钢板用于预制柱节点和预制梁节点连接，承受拉/压应力。\n[0008] 上述方钢管的外圈设有横向钢筋骨架。\n[0009] 钢筋骨架构成结构实体，加强预制梁和预制柱的整体强度；箍筋增加斜截面的抗剪应力，并连接联结受力主筋共同作用。\n[0010] 上述第二钢板与预制梁的两内侧纵向面固定连接。\n[0011] 上述方钢管内浇筑混凝土层。\n[0012] 上述预制梁内后浇筑混凝土层或工程水泥基复合材料ECC层。\n[0013] 上述预制柱内后浇筑混凝土层或工程水泥基复合材料ECC层。\n[0014] 上述第一钢板和第二钢板通过螺栓连接。\n[0015] 通过螺栓使第一钢板与第二钢板紧密结合，通过摩擦面将第二钢板上的力传递到第一钢板，即将预制梁上的力传递到预制柱上。螺栓连接强化钢板之间的连接强度，且在预制梁受到损伤后，方便维修或更换预制梁，而不涉及预制柱，维护整体的安全性。\n[0016] 本发明的有益之处在于：本发明的一种浇筑ECC层的预制混凝土节点的梁柱采用内置钢结构，利用高强螺栓连接内置钢板，相对传统连接方式，具有施工速度快、节点连接方便、强度高、质量控制更有保障等优点，且更具有安全性、适用性、耐久性以及经济性。\n[0017] 通过结构的改进，在循环荷载作用下，预制混凝土节点的最终破坏处从节点的核心区域，转向预制梁中钢板末端以及螺栓连接部位，破坏位置得到外移，符合“强柱弱梁”的原则。\n[0018] 预制混凝土节点在提高承载力的同时，保持了较好的延性，并且在节点主浇筑区域采用工程水泥基复合材料ECC进行浇筑，同时预埋了方钢管，对节点区域进行了加强，提高了节点的耗能性，符合“强节点、弱构件”的设计原则。\n[0019] 工程水泥基复合材料ECC的使用，提高了节点的抗震性能和耐损伤能力，进而减小了震后用来修复节点的费用，并且ECC的配置，可利用工业废料粉煤灰代替约50％的水泥孰料，实现废物再循环利用，成本更低。\n[0020] 此外，ECC很好的密实性，有效阻止有害物质向构件材料内部的渗透，提高了构件的耐久性，延长了结构的使用年限。\n附图说明\n[0021] 图1为本发明的一种浇筑ECC层的预制混凝土节点的结构示意图的侧视图。\n[0022] 图2为本发明的一种浇筑ECC层的预制混凝土节点的结构示意图的俯视图。\n[0023] 图3为本发明的一种浇筑ECC层的预制混凝土节点的结构示意图的透视图。\n[0024] 图4为本发明的一种浇筑ECC层的预制混凝土节点的结构示意图的外观图。\n[0025] 图5为有限元软件ABAQUS模拟现浇混凝土节点的滞回曲线。\n[0026] 图6为有限元软件ABAQUS模拟预制混凝土节点的滞回曲线。\n[0027] 图7为有限元软件ABAQUS模拟预制混凝土节点主浇筑区域内浇筑ECC层和浇筑混凝土C60层的荷载-位移骨架曲线。\n[0028] 附图中标记的含义如下：1、方钢管，2、预制柱，3、预制梁，4、第一钢板，5、第二钢板，6、箍筋，7、钢筋骨架。\n具体实施方式\n[0029] 以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。\n[0030] 一种预制混凝土节点，包括方钢管1、预制梁3、预制柱2；预制梁3和预制柱2为若干箍筋6同轴且相互平行的设置在钢筋骨架7的外圈，方钢管1同轴纵向内置于预制柱2，方钢管1的两侧纵向端面上分别设有第一钢板4，第一钢板4的横向端通过螺栓连接内置于预制梁3的第二钢板5，第一钢板4和第二钢板5连接后处于同一纵向面，所述方钢管1外侧面与预制柱2之间、第二钢板5之间、第一钢板4之间组成的区域构成主浇筑区域，所述主浇筑区域内浇筑工程水泥基复合材料ECC层。\n[0031] 方钢管1的外圈设有横向钢筋骨架7。\n[0032] 第二钢板5与预制梁3的两内侧纵向面固定连接。\n[0033] 方钢管1内浇筑混凝土层。\n[0034] 预制梁3和预制柱2内后浇筑混凝土层或工程水泥基复合材料ECC层。\n[0035] 现浇混凝土节点在循环荷载作用下，最终破坏处为节点核心区域，而预制混凝土节点的破坏则集中在预制梁3中钢板末端以及螺栓连接部位，与现浇混凝土节点相比，破坏位置得到外移，符合“强柱弱梁”的原则。\n[0036] 图5和图6为分别为通过有限元软件ABAQUS模拟现浇混凝土节点、预制混凝土节点的滞回曲线，从图5和图6可见，与现浇混凝土节点相比，预制节点的承载力提高了28.22％，等效阻尼系数提高了58.86％，并且两者位移延性系数平均值均大于3，符合钢筋混凝土结构位移延性系数大于2.57的要求。\n[0037] 说明预制混凝土节点在提高承载力的同时，保持了较好的延性，并且在节点后浇区采用工程水泥基复合材料ECC进行浇筑，同时预埋了方钢管1，对节点区域进行了加强，提高了节点的耗能性，符合“强节点、弱构件”的设计原则。\n[0038] 通过有限元软件ABAQUS模拟预制混凝土节点主浇筑区域内浇筑混凝土C60层、浇筑ECC层的受拉损伤因子，主浇筑区域内浇筑ECC层和浇筑混凝土C60层的预制混凝土节点破坏模式相近，损伤均主要集中在螺栓连接位置、浇筑面以及梁中钢板末端，当浇筑材料为混凝土C60时，节点损伤程度明显要比浇筑工程水泥基复合材料ECC的节点损伤严重。\n[0039] 图7为有限元软件ABAQUS模拟预制混凝土节点主浇筑区域内浇筑ECC层和浇筑混凝土C60层的荷载-位移骨架曲线。\n[0040] 表1为主浇筑区域内浇材ECC层和混凝土C60层的节点特征量对比：\n[0041] Characteristic values of specimen with different late-pouring material\n[0042]\n[0043] 表1\n[0044] 从图7可见，浇筑混凝土C60的节点骨架曲线的初始刚度要比浇筑ECC的节点稍大，这是因为工程水泥基复合材料ECC的基体中并不包含粗骨料，同时为了保证能够充分发挥材料的受拉应变-硬化效应，其基体中砂子的粒径和含量也受到了限制，这在一定程度上降低了ECC的刚度，此外，由于掺入了PVA纤维，使基体的孔隙率增大，匀质性降低，这也造成了ECC的弹性模量要比普通混凝土低，因而ECC节点骨架曲线的初始刚度要比混凝土C60节点低。\n[0045] 此外，对比ECC节点与混凝土C60节点的骨架曲线可知，虽然两种节点所能承担的最大荷载相差不大，但是变形能力有着明显的差异，表1列出了两种浇筑材料下节点的主要特征量，从中可以看出ECC节点的屈服位移和极限位移均比混凝土C60节点大，其平均位移延性系数同混凝土C60节点相比，提高了8.16％，并且在达到峰值荷载后，ECC节点骨架曲线下降更缓慢，这是由于当节点曲线进入下降段后，随着裂缝不断扩展，ECC中的PVA纤维发挥的阻裂作用开始明显，造成荷载曲线下降缓慢，其峰值应变明显大于普通混凝土，其中高强度的ECC极限拉应变可达3％左右，这表明PVA纤维能够明显提高ECC基体的塑性变形能力，并且由于塑形变形能力的增加，节点的耗能性能也相应的有所提高，由表1可知，同混凝土C60节点相比，ECC节点的等效阻尼系数提高了21.26％。\n[0046] 因此，当预制混凝土节点的主浇筑区域采用工程水泥基复合材料ECC时，节点的抗震性能和耐损伤能力均有所提高，进而减小了震后用来修复节点的费用，并且配置ECC时，可利用工业废料粉煤灰代替约50％的水泥孰料，实现废物再循环利用，此外，ECC的密实性很好，在正常使用条件下，构件表面能够长期不开裂，有效阻止了有害物质向构件材料内部的渗透，提高了构件的耐久性，继而延长了结构的使用年限。\n[0047] 综合社会、经济、环境三要素进行考虑，采用ECC材料比采用普通混凝土约有37％的成本优势，因而对于本发明中的节点形式，采用ECC作为主浇筑区域的浇筑材料符合安全性、适用性、耐久性以及经济性的结构设计功能要求。\n[0048] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。