CN116005797A

CN116005797A - 一种半刚性连接预制混凝土框架结构

Info

Publication number: CN116005797A
Application number: CN202211705852.1A
Authority: CN
Inventors: 薛伟辰; 胡新宇; 朱斌
Original assignee: Pec Building Materials China Co ltd; Tongji University
Current assignee: Pec Building Materials China Co ltd; Tongji University
Priority date: 2022-12-29
Filing date: 2022-12-29
Publication date: 2023-04-25

Abstract

本发明公开了一种半刚性连接预制混凝土框架结构，具有这样的特征，包括：预制混凝土柱、预制混凝土梁、预制混凝土节点核心区以及后浇混凝土叠合层，其中，上部的预制混凝土柱和下部的预制混凝土柱之间通过螺杆连接器和高强螺杆相连接，柱端不出筋，预制混凝土柱和预制混凝土梁之间在通过凸形连接器和凹形连接器连接，梁端不出筋，并在连接器空腔处采用UHPC灌浆，后浇混凝土叠合层在预制混凝土梁上，本发明施工便捷、质量可控，可减少现场湿作业、提高拼装速率，承载力水平高，同时具有明显的半刚性特征，大大提高了节点的变形能力，本发明对于提高预制混凝土结构的建造效率和工程质量具有重要意义，在建筑工程领域中具有广阔的应用前景。

Description

一种半刚性连接预制混凝土框架结构

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种半刚性连接预制混凝土框架结构。

背景技术

预制混凝土结构施工速度快、质量好、可大量节省模板和支撑，具有显著的节能减排特点，是一种符合工业化建筑发展需求的结构型式。在预制混凝土框架结构中，各预制构件之间存在着大量接头，梁、柱构件的可靠连接是保证预制混凝土框架结构具有良好抗震性能的关键。目前，后浇整体式连接是国内最为常用的预制混凝土梁柱节点连接形式。后浇整体式连接构造简单、整体性能良好，很容易实现等同现浇的抗震性能。但后浇整体式连接需要大量的现场湿作业，且梁端、柱端需设置预留钢筋，节点核心区钢筋密集问题突出。

相比于后浇整体式连接，预应力连接、焊接连接或螺栓连接等可大幅减少现场湿作业，提高预制率和施工速度。其实，这些连接通常表现出明显的半刚性特征，半刚性兼有刚性连接和铰接连接的优点，既可以传递部分弯矩又具有一定的转动能力。但目前，如PRESSS体系和预压装配式混凝土框架体系在地震作用下虽然变形能力好，但耗能能力差，故应用较少。此外，现有预制混凝土柱中纵筋多采用套筒灌浆连接，虽技术成熟，但灌浆质量难以检测。对于少数的螺栓连接形式，其螺栓连接器均采用加密箍筋约束，操作空间小，不易施工。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种半刚性连接预制混凝土框架结构。

本发明提供了一种半刚性连接预制混凝土框架结构，具有这样的特征，包括：预制混凝土柱、预制混凝土梁、预制混凝土节点核心区以及后浇混凝土叠合层，其中，上部的预制混凝土柱和下部的预制混凝土柱之间通过螺杆连接器和高强螺杆相连接，柱端不出筋，预制混凝土柱和预制混凝土梁之间在通过凸形连接器和凹形连接器连接，梁端不出筋。

在本发明提供的半刚性连接预制混凝土框架结构中，还可以具有这样的特征：其中，下部的预制混凝土柱的上端预埋高强螺杆，上部的预制混凝土柱的下端设置有螺杆连接器，高强螺杆和螺杆连接器相连接，从而使得上下部的预制混凝土柱相连接。

在本发明提供的半刚性连接预制混凝土框架结构中，还可以具有这样的特征：其中，高强螺杆与预制混凝土柱中纵筋搭接，搭接的长度不小于50d，d为纵筋直径，搭接段采用附加钢筋约束。

在本发明提供的半刚性连接预制混凝土框架结构中，还可以具有这样的特征：其中，螺杆连接器的竖直杆与预制混凝土柱中纵筋搭接，搭接长度不小于50d，底部搭接区域采用超高性能混凝土(UHPC)进行约束，约束区域长度不小于15d。

在本发明提供的半刚性连接预制混凝土框架结构中，还可以具有这样的特征：其中，预制混凝土柱的上端设置有凸形连接器，预制混凝土梁的左右两端设置有凹形连接器，凸形连接器与凹形连接器相连接，从而使得预制混凝土柱和预制混凝土梁相连接。

在本发明提供的半刚性连接预制混凝土框架结构中，还可以具有这样的特征：其中，凹形连接器的上水平杆和下水平杆与预制混凝土梁中纵筋搭接长度分别不小于25d和40d，搭接区域附加箍筋与预制混凝土梁中箍筋交错布置，间距小于15cm，凹形连接器空腔处采用UHPC进行灌浆。

在本发明提供的半刚性连接预制混凝土框架结构中，还可以具有这样的特征：其中，预制混凝土节点核心区设置凸形连接器，凸形连接器中带端头水平杆锚固长度不小于预制混凝土节点核心区宽度的1/3，凸形连接器中竖直杆与预制混凝土柱中纵筋搭接长度不小于50d，搭接区域采用附加钢筋约束，凸形端头外露部分长和高分别不小于预制混凝土梁高的1/4和1/2。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的半刚性连接预制混凝土框架结构，因为包括：预制混凝土柱、预制混凝土梁、预制混凝土节点核心区以及后浇混凝土叠合层，其中，上部的预制混凝土柱和下部的预制混凝土柱之间通过螺杆连接器和高强螺杆相连接，柱端不出筋，预制混凝土柱和预制混凝土梁之间在通过凸形连接器和凹形连接器连接，梁端不出筋，并采用UHPC进行约束或灌浆，大大提高了预制构件运输与安装效率，对于推进我国建筑工业化进程、促进产业结构调整、实现节能减排具有重要的意义与作用。

此外，本发明的半刚性连接预制混凝土框架结构柱底采用UHPC约束，提高了承载能力，梁柱通过连接器传力，大大提高了节点变形能力，具有明显的半刚性特征，且耗能能力并未明显降低，从而有效改善了预制混凝土框架结构整体的抗震性能。

附图说明

图1是本发明的实施例中一榀两层两跨半刚性连接预制混凝土框架结构的示意图；

图2是本发明的实施例中梁柱节点示意图；

图3是本发明的实施例中预制混凝土梁截面示意图；

图4是本发明的实施例中预制混凝土柱底截面示意图；

图5是本发明的实施例中高强螺杆、螺杆连接器、凸形连接器和凹形连接器示意图；

图6是本发明的实施例中半刚性连接预制混凝土框架结构在拟静力试验下的滞回曲线。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明半刚性连接预制混凝土框架结构作具体阐述。

本实施例提供了一种半刚性连接预制混凝土框架结构100。

图1是本发明的实施例中半刚性连接预制混凝土框架结构的示意图。

如图1所示，层两跨半刚性连接预制混凝土框架包括多个预制混凝土柱1、多个预制混凝土梁2、多个预制混凝土节点核心区3以及后浇混凝土叠合层4。上部的预制混凝土柱1和下部的预制混凝土柱1之间通过螺杆连接器6和高强螺杆5相连接，柱端不出筋。预制混凝土柱1和预制混凝土梁2之间在通过凸形连接器7和凹形连接器8连接，梁端不出筋。

预制混凝土柱1的上端预埋高强螺杆5，上部的预制混凝土柱1的下端设置有螺杆连接器6，高强螺杆5和螺杆连接器6相连接，从而使得上下部的预制混凝土柱1相连接。

预制混凝土柱1的上端设置有凸形连接器7，预制混凝土梁2的左右两端设置有凹形连接器8，凸形连接器7与凹形连接器8相连接，从而使得预制混凝土柱1和预制混凝土梁2相连接。

图2是本发明的实施例中梁柱节点示意图。

图3是本发明的实施例中预制混凝土梁截面示意图。

图4是本发明的实施例中预制混凝土柱底截面示意图。

图5是本发明的实施例中高强螺杆、螺杆连接器、凸形连接器和凹形连接器示意图。

如图2～图5所示，下部的预制混凝土柱1上端预埋4根高强螺杆5，高强螺杆5预埋段与预制混凝土柱1中纵向钢筋通过搭接连接，搭接长度为50d，d为纵筋直径，搭接段采用附加钢筋10约束。

预制混凝土柱1下端设置有4个螺杆连接器6，竖直杆6a与预制混凝土柱1中纵向钢筋通过搭接连接，搭接长度为50d，底部搭接区域采用UHPC9替代加密箍筋进行约束，约束区域长度为15d，UHPC具有高抗拉强度，高延性，且含有机纤维。

凹形连接器8上水平杆8a和下水平杆8b在预制混凝土梁2中与纵筋搭接连接，搭接长度分别为25d和40d，搭接区域采用附加箍筋11约束，附加箍筋11与预制混凝土梁2中箍筋交错布置，间距为10cm，凹形连接器空腔处采用UHPC进行灌浆。

预制混凝土节点核心区3位置位于预制混凝土柱1的上部，凸形连接器7外露端头7a长为预制混凝土梁2高的1/4、高为预制混凝土梁2高的1/2，两个带端头水平杆7b锚固于预制混凝土节点核心区3中，锚固长度为预制混凝土节点核心区3宽度的1/3，两个竖直杆7c与预制混凝土柱1中纵筋搭接连接，搭接长度为50d，搭接区域采用附加钢筋10约束。

本实施例中的梁由预制混凝土梁2与后浇混凝土叠合层4组成。

本实施例中的半刚性连接预制混凝土框架结构100的制作过程为：

步骤1，首先将预制混凝土柱1、预制混凝土梁2和基础在工厂预制成型，将各构件编号、养护结束后运至施工现场。

步骤2，将第一层预制混凝土柱1吊装至基础之上，通过螺杆连接器6与基础中预埋的高强螺杆5形成初步连接，将预制混凝土柱1调直后，通过扭矩扳手拧紧高强螺栓，采用UHPC对柱底连接区进行浇筑。

步骤3，吊装预制混凝土梁2，并架设临时支撑，将梁端设置的凹形连接器8直接挂在预制混凝土节点核心区3设置的凸形连接器7上，并采用UHPC对凹形连接器8空腔处进行灌浆。

步骤4，在完成梁柱连接后开始绑扎梁顶纵向钢筋，设置模板，现场浇筑混凝土叠合层4。

步骤5，待叠合层4混凝土强度达到设计强度的50％后，吊装第二层预制混凝土柱1，通过第二层预制混凝土柱1底部设置的螺杆连接器6与第一层预制混凝土柱1上端预埋的高强螺杆5相连接，上下柱对中后拧紧高强螺栓，并采用UHPC对柱底连接区进行浇筑。

步骤6，重复步骤3和步骤4，完成本实施例的施工。

如图6所示，对本实施例开展了高轴压比下的拟静力试验研究，结果表明，本实施例实现了梁柱混合铰破坏机制，延性系数为6.1，且滞回曲线较为饱满，耗能能力好。此外，本实施例具有较好的梁柱相对转动能力，表现出一定的半刚性特征。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的半刚性连接预制混凝土框架结构，因为包括：预制混凝土柱、预制混凝土梁、预制混凝土节点核心区以及后浇混凝土叠合层，其中，上部的预制混凝土柱和下部的预制混凝土柱之间通过螺杆连接器和高强螺杆相连接，柱端不出筋，预制混凝土柱和预制混凝土梁之间在通过凸形连接器和凹形连接器连接，梁端不出筋，并采用UHPC进行约束或灌浆，大大提高了预制构件运输与安装效率，对于推进我国建筑工业化进程、促进产业结构调整、实现节能减排具有重要的意义与作用。

此外，本实施例的半刚性连接预制混凝土框架结构柱底采用UHPC约束，提高了承载能力，梁柱通过连接器传力，大大提高了节点变形能力，具有明显的半刚性特征，且耗能能力并未明显降低，从而有效改善了预制混凝土框架结构整体的抗震性能。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims

1.一种半刚性连接预制混凝土框架结构，其特征在于，包括：

预制混凝土柱、预制混凝土梁、预制混凝土节点核心区以及后浇混凝土叠合层，

其中，上部的所述预制混凝土柱和下部的所述预制混凝土柱之间通过螺杆连接器和高强螺杆相连接，柱端不出筋，

所述预制混凝土柱和所述预制混凝土梁之间在通过凸形连接器和凹形连接器连接，梁端不出筋。

2.根据权利要求1所述的半刚性连接预制混凝土框架结构，其特征在于：

其中，下部的所述预制混凝土柱的上端预埋高强螺杆，上部的所述预制混凝土柱的下端设置有所述螺杆连接器，

所述高强螺杆和所述螺杆连接器相连接，从而使得上下部的所述预制混凝土柱相连接。

3.根据权利要求1所述的半刚性连接预制混凝土框架结构，其特征在于：

其中，所述高强螺杆与所述预制混凝土柱中纵筋搭接，

所述搭接的长度不小于50d，d为纵筋直径，搭接段采用附加钢筋约束。

4.根据权利要求1所述的半刚性连接预制混凝土框架结构，其特征在于：

其中，所述螺杆连接器的竖直杆与所述预制混凝土柱中纵筋搭接，搭接长度不小于50d，

底部搭接区域采用超高性能混凝土进行约束，约束区域长度不小于15d。

5.根据权利要求1所述的半刚性连接预制混凝土框架结构，其特征在于：

其中，所述预制混凝土柱的上端设置有所述凸形连接器，所述预制混凝土梁的左右两端设置有所述凹形连接器，

所述凸形连接器与所述凹形连接器相连接，从而使得所述预制混凝土柱和所述预制混凝土梁相连接。

6.根据权利要求1所述的半刚性连接预制混凝土框架结构，其特征在于：

其中，所述凹形连接器的上水平杆和下水平杆与所述预制混凝土梁中纵筋搭接长度分别不小于25d和40d，搭接区域附加箍筋与预制混凝土梁中箍筋交错布置，间距小于15cm，

所述凹形连接器空腔处采用超高性能混凝土进行灌浆。

7.根据权利要求1所述的半刚性连接预制混凝土框架结构，其特征在于：

其中，所述预制混凝土节点核心区设置凸形连接器，凸形连接器中带端头水平杆锚固长度不小于预制混凝土节点核心区宽度的1/3，

所述凸形连接器中竖直杆与预制混凝土柱中纵筋搭接长度不小于50d，搭接区域采用附加钢筋约束，凸形端头外露部分长和高分别不小于预制混凝土梁高的1/4和1/2。