一种缓粘结预应力穿芯螺栓-端板连接钢筋混凝土柱-钢梁连接节点

技术领域

本发明涉及一种钢筋混凝土柱和钢梁的连接节点，尤其是涉及了一种采用缓粘结预应力穿芯螺栓-端板连接的柱贯通型双向连接节点。该节点归属于建筑结构技术领域，能够广泛应用于多高层装配式钢-砼混合结构中H型钢梁与钢筋混凝土柱的连接。

背景技术

钢筋混凝土柱-钢梁（Reinforced Concrete Column-Steel Beam，简称RCS）混合结构充分利用和发挥了钢材和钢筋混凝土两种不同材料各自的优点，是一种低成本、高效率的结构形式。在RCS框架结构中，梁-柱节点是该体系形成抗侧力的关键部位，它的工作状态直接关系到框架结构的工作性能。装配式建筑的设计理念和建造方式能够解决传统建筑工程项目建设中呈现出的诸种弊病，是建筑行业转型升级的必由之路。RCS节点以其自身优良的受力特性和良好的经济性能，越来越得到装配式建筑业界的关注与青睐。

当前阶段，RCS混合节点按照构件贯通形式的不同分为两种类型：1）梁贯通型（Through Beam），其优点是整体性好，能够在提供较大承载力和刚度的同时避免大量焊接作业；缺点是造成了核心区柱截面的削弱，增加了钢筋，尤其是箍筋的布设难度，进而影响了核心区混凝土的浇筑质量。2）柱贯通型（Through Column），即节点核心区保证混凝土柱贯通完整，钢梁不伸入，通过高强螺栓或者焊缝连接在柱端的预埋连接件上。这种节点形式的最大好处是有利于核心区混凝土的浇筑制作，而且构造较为简单，施工速度快；不足之处在于节点核心区受力复杂，梁柱连接部位容易出现应力集中。除此之外，传统的预埋件焊接连接难以满足大跨度结构钢梁端部的受力需求；而高强螺栓连接一方面需要预留孔洞，造成节点核心区混凝土抗剪性能的削弱，另一方面梁端的剪力主要由螺栓承受传递，长时间服役容易引发材料腐蚀，造成强度损伤，存在耐久性安全隐患。

发明内容

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种缓粘结预应力穿芯螺栓-端板连接钢筋混凝土柱-钢梁连接节点，包括钢筋混凝土柱、钢梁、缓粘结预应力穿芯螺栓、外伸端板、加劲肋、柱中受力纵筋、节点核心区柱面钢板，所述钢筋混凝土柱核心区沿混凝土柱外表面钢梁高度范围内设置有一圈节点核心区柱面钢板，所述钢筋混凝土柱内安装有竖直设置的柱中受力纵筋，所述核心区柱面钢板外部焊接有外伸端板，所述外伸端板预先通过焊接与钢梁和加劲肋连接形成整体，所述外伸端板、节点核心区柱面钢板呈相互垂直的两组布置，两组所述外伸端板、节点核心区柱面钢板上对应穿设有缓粘结预应力穿芯螺栓。

作为进一步说明的，所述外伸端板、节点核心区柱面钢板、钢筋混凝土柱上形成有与缓粘结预应力穿芯螺栓对应的孔洞。

作为进一步说明的，所述外伸端板通过对接焊缝与钢梁焊接，所述外伸端板通过双面角焊缝与加劲肋焊接。

本发明还提供一种缓粘结预应力穿芯螺栓-端板连接钢筋混凝土柱-钢梁连接节点，包括钢筋混凝土柱、钢梁、缓粘结预应力穿芯螺栓、预埋端板、加劲肋、柱中受力纵筋、节点核心区箍筋，所述钢筋混凝土柱核心区沿混凝土柱外表面钢梁高度范围内设置有一圈等距设置的节点核心区箍筋，所述钢筋混凝土柱内安装有竖直设置的柱中受力纵筋，所述节点核心区箍筋外侧设置有预埋端板，所述预埋端板预先通过焊接与钢梁和加劲肋连接形成整体，所述预埋端板呈相互垂直的两组布置，两组所述预埋端板上对应穿设有缓粘结预应力穿芯螺栓。

作为进一步说明的，所述预埋端板、钢筋混凝土柱上形成有与缓粘结预应力穿芯螺栓对应的孔洞，所述节点核心区箍筋与孔洞错开布置。

作为进一步说明的，所述预埋端板通过对接焊缝与钢梁焊接，所述外伸端板通过双面角焊缝与加劲肋焊接。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1）能够核心区混凝土开孔造成的性能削弱，提高了结构的承载能力和和整体安全性；

2）能够简化工厂加工制作的工艺流程，避免了节点核心区混凝土浇筑密实度问题；

3）能够结合数控张拉智能技术，显著提高预应力张拉精度，能够进一步降低综合材料费用和工程造价；

4）预应力穿芯螺栓与混凝土粘结牢固，不会出现后张法中灌浆不密实的现象和无粘结预应力混凝土中预应力螺栓和锚具的防腐和疲劳问题；

5）节点核心区无需预留孔道，从而省去了成孔灌浆所需的材料和设备，进一步简化了施工工艺；

6）节点完全实现预制化和部品化，消除了混凝土的现场浇筑，极大程度提高了施工效率，建设周期快。

附图说明

图1是本发明的轴测图；

图2是本发明节点核心区采用柱面钢板+取消箍筋构造实例的平面图；

图3是本发明图2实例的A-A剖面图；；

图4是本发明图2实例的B-B剖面图；

图5是本发明图2实例的C-C剖面图；

图6是本发明图2实例的D-D剖面图；

图7是本发明节点核心区采用预埋端板+箍筋构造实例的平面图；

图8是本发明图7实例的E-E剖面图；

图9是本发明图7实例的F-F剖面图；

图10是本发明图7实例的G-G剖面图；

图11是本发明图7实例的H-H剖面图；

图12是本发明的钢梁与端板焊接连接做法示意。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：如图2-6所示，本实施例提供一种缓粘结预应力穿芯螺栓-端板连接钢筋混凝土柱-钢梁连接节点，包括钢筋混凝土柱1、钢梁2、缓粘结预应力穿芯螺栓3、外伸端板4、加劲肋5、柱中受力纵筋6、节点核心区柱面钢板7，所述钢筋混凝土柱1核心区沿混凝土柱外表面钢梁高度范围内设置有一圈节点核心区柱面钢板7，所述钢筋混凝土柱1内安装有竖直设置的柱中受力纵筋6，所述核心区柱面钢板7外部焊接有外伸端板4，所述外伸端板4预先通过焊接与钢梁2和加劲肋5连接形成整体，所述外伸端板4、节点核心区柱面钢板7呈相互垂直的两组布置，两组所述外伸端板4、节点核心区柱面钢板7上对应穿设有缓粘结预应力穿芯螺栓3。 所述外伸端板4、节点核心区柱面钢板7、钢筋混凝土柱1上形成有与缓粘结预应力穿芯螺栓3对应的孔洞。 所述外伸端板4通过对接焊缝与钢梁2焊接，所述外伸端板4通过双面角焊缝与加劲肋5焊接。

具体设计施工工序为：1、首先根据实际建筑的设计工况计算选取钢筋混凝土柱1、钢梁2和柱中受力纵筋6的截面规格，提取节点荷载；2、接着根据节点荷载分析确定缓粘结预应力穿芯螺栓3的直径和螺杆长度、外伸端板4、加劲肋5和节点核心区柱面钢板7的平面尺寸和厚度；3、然后通过焊缝将钢梁2、外伸端板4和加劲肋5可靠连接组成节点梁端，即焊缝将钢梁2、外伸端板4采用对接焊缝连接，外伸端板4和加劲肋5采用双面角焊缝连接；4、继而将节点梁端、柱中受力纵筋（6）和节点核心区柱面钢板7和缓粘结预应力穿芯螺栓3按照设计定位固定；5、最后浇筑确定强度标号的混凝土，待混凝土达到预定龄期后，采用智能数控张拉设备对3施加预拉力，形成节点整体。

本实施例的连接构造做法切实做到了“传力明确、受力合理”。在受力性能方面，本发明的钢梁受到弯矩、剪力和轴力作用。一方面，梁端与加劲端板通过焊缝连接，其中钢梁翼缘采用对接焊缝与端板连接，钢梁腹板采用对接焊缝（或双面角焊缝）与端板连接。另一方面，加劲端板通过缓粘结预应力穿芯螺栓与钢筋混凝土柱相连。钢梁所受到的内力组合可以分解为拉力、压力和剪力。在梁端-端板焊缝连接中，拉力和压力通过钢梁翼缘的对接焊缝，剪力通过钢梁腹板的对接焊缝（或角焊缝）分别传递至端板；在端板-柱端穿芯螺栓连接中，拉力和剪力通过缓粘结预应力螺栓，压力通过端板分别传递至钢筋混凝土柱。

本实施例的加工制作全程均可在预制工厂完成，且在节点核心区钢梁外伸梁端预留孔洞，现场只需进行构件吊装和螺栓连接等干法施工工作，避免了湿作业，本实施例的节点构造简单，加工方便，传力明确，受力合理。与传统的梁贯通型RCS节点相比，节点核心区混凝土浇筑难度和制造成本能够大幅降低；与现有的柱贯通型RCS节点相比，创新性地采用了缓粘结预应力和数控张拉技术，前者确保了预应力穿芯螺栓与混凝土粘结牢固，避免出现后张法中灌浆不密实和无粘结预应力混凝土中预应力螺栓和锚具的防腐疲劳问题；后者显著提高了施加预应力的张拉精度，能够进一步降低综合材料费用和工程造价。本发明不仅完全实现了加工制作的预制化和部品化，消除了混凝土的现场浇筑，极大程度提高了施工效率，建设周期快；而且节点整体性强，受力安全可靠。因此，本发明经济效益显著，技术效果突出，值得产业化实施并广泛推广应用，尤其适用于多高层的装配式钢筋混凝土柱-钢梁（RCS）混合结构体系中。

实施例2：本实施例提供一种缓粘结预应力穿芯螺栓-端板连接钢筋混凝土柱-钢梁连接节点，包括钢筋混凝土柱1、钢梁2、缓粘结预应力穿芯螺栓3、预埋端板4、加劲肋5、柱中受力纵筋6、节点核心区箍筋8，所述钢筋混凝土柱1核心区沿混凝土柱外表面钢梁高度范围内设置有一圈等距设置的节点核心区箍筋8，所述钢筋混凝土柱1内安装有竖直设置的柱中受力纵筋6，所述节点核心区箍筋8外侧设置有预埋端板4，所述预埋端板4预先通过焊接与钢梁2和加劲肋5连接形成整体，所述预埋端板4呈相互垂直的两组布置，两组所述预埋端板4上对应穿设有缓粘结预应力穿芯螺栓3。所述预埋端板4、钢筋混凝土柱1上形成有与缓粘结预应力穿芯螺栓3对应的孔洞，所述节点核心区箍筋8与孔洞错开布置。所述预埋端板4通过对接焊缝与钢梁2焊接，所述外伸端板4通过双面角焊缝与加劲肋5焊接。

具体设计施工工序为：1、首先根据实际建筑的设计工况计算选取钢筋混凝土柱1、钢梁2和柱中受力纵筋6的截面规格，提取节点荷载；2、接着根据节点荷载分析确定缓粘结预应力穿芯螺栓3的直径和螺杆长度、外伸端板4、加劲肋5的平面尺寸和厚度以及节点核心区箍筋的截面规格；3、然后通过焊缝将钢梁2、外伸端板4和加劲肋5可靠连接组成节点梁端，即焊缝将钢梁2、外伸端板4采用对接焊缝连接，外伸端板4和加劲肋5采用双面角焊缝连接；4、继而将节点梁端、节点核心区钢筋6、节点核心区箍筋8和缓粘结预应力穿芯螺栓3按照设计定位固定；5、最后浇筑确定强度标号的混凝土，待混凝土达到预定龄期后，采用智能数控张拉设备对3施加预拉力，形成节点整体。

本实施例的连接构造做法切实做到了“传力明确、受力合理”。在受力性能方面，本发明的钢梁受到弯矩、剪力和轴力作用。一方面，梁端与加劲端板通过焊缝连接，其中钢梁翼缘采用对接焊缝与端板连接，钢梁腹板采用对接焊缝（或双面角焊缝）与端板连接。另一方面，加劲端板通过缓粘结预应力穿芯螺栓与钢筋混凝土柱相连。钢梁所受到的内力组合可以分解为拉力、压力和剪力。在梁端-端板焊缝连接中，拉力和压力通过钢梁翼缘的对接焊缝，剪力通过钢梁腹板的对接焊缝（或角焊缝）分别传递至端板；在端板-柱端穿芯螺栓连接中，拉力和剪力通过缓粘结预应力螺栓，压力通过端板分别传递至钢筋混凝土柱。

本实施例的加工制作全程均可在预制工厂完成，且在节点核心区钢梁外伸梁端预留孔洞，现场只需进行构件吊装和螺栓连接等干法施工工作，避免了湿作业，本实施例的节点构造简单，加工方便，传力明确，受力合理。与传统的梁贯通型RCS节点相比，节点核心区混凝土浇筑难度和制造成本能够大幅降低；与现有的柱贯通型RCS节点相比，创新性地采用了缓粘结预应力和数控张拉技术，前者确保了预应力穿芯螺栓与混凝土粘结牢固，避免出现后张法中灌浆不密实和无粘结预应力混凝土中预应力螺栓和锚具的防腐疲劳问题；后者显著提高了施加预应力的张拉精度，能够进一步降低综合材料费用和工程造价。本发明不仅完全实现了加工制作的预制化和部品化，消除了混凝土的现场浇筑，极大程度提高了施工效率，建设周期快；而且节点整体性强，受力安全可靠。因此，本发明经济效益显著，技术效果突出，值得产业化实施并广泛推广应用，尤其适用于多高层的装配式钢筋混凝土柱-钢梁（RCS）混合结构体系中。

本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围中。