專利名稱：一種預制組合節點構件的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是一種采用鋼筋增強的纖維水泥基復合材料(ECC)預制梁柱節點構件，屬于新型受力構件，主要用于地震高設防區用以替代傳統的現澆鋼筋混凝土節點。
背景技術：
ECC (engineered cementitious composites,工程用纖維水泥基復合材料)是一種以水泥和細沙為填料，然后加入合成纖維形成的新型水泥基復合材料。大量的物理和力學性能的研究成果表明，ECC材料不但具有超高的韌性，而且有較強的能量吸收能力。并且，試驗已經證實，該材料的極限拉應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。框架結構的梁柱邊節點及附近區域在地震作用下要承受很大的內力，汶川地震中大量建筑物都是因為梁柱端塑性鉸或者節點核心區的破壞而損毀，而且一般結構(框架、剪力墻結構等)為了實現“強柱弱梁”、“強剪弱彎”和“強節點”的抗震設計概念和要求，在混凝土梁、柱及其梁柱節點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場施工帶來了極大的困難，容易造成節點或者關鍵部位混凝土振搗不密實，帶來安全隱患。另外，在實際施工過程中，預制節點與相鄰構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則，兩接頭不易對齊，而且對焊時鋼筋頭缺乏穩定的支撐定位，導致焊接點質量常常無法保證，成為結構的薄弱點。
實用新型內容技術問題本實用新型提供了一種可提高建筑結構尤其是邊節點區域延性和耗能性能，從而實現結構抗震性能提高的預制組合節點構件。技術方案本實用新型的一種預制組合節點構件，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合材料、縱筋和箍筋組成，橫梁與立柱交叉重合的矩形區域的橫向寬度為A，縱向高度為B ；所述橫梁的橫向寬度為2B+A，縱向高度為B，所述縱筋貫穿橫梁全長并伸出兩個梁端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柱端長度IOcm 15cm0本實用新型中，橫梁和立柱的端部均固定有角鐵，所述角鐵與鋼筋焊接，角鐵伸進橫梁和立柱內的長度均為10 15cm,超出縱筋端部的長度為10 15cm。本實用新型考慮到框架結構各區域的受力特點，在節點核心區及附近區域運用ECC材料，設計出框架用預制梁柱節點，最終與鋼筋共同形成R/ECC組合構件。有益效果本實用新型和現有的現澆混凝土梁柱節點相比有如下優點[0012]I.節點核心區及附近區域為地震作用下受力的主要部位，主要承擔了吸收和耗散地震能量的作用，采用ECC材料后構件表現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鋼筋混凝土梁柱邊節點和R/ECC組合梁柱節點進行實驗比較中，本實用新型的各項抗震指標均表現出明顯優勢，圖2表示的是R/ECC組合節點和普通RC節點在低周循環荷載下的骨架曲線，R/ECC組合節點比普通RC節點的極限承載力提高了 20%， 破壞時位移提高15%，由骨架曲線可以看出R/ECC組合節點在到達極限荷載之后，承載能力并未迅速下降，而是有更長更平穩的下降段，這是由于ECC材料具有高韌性，能抑制裂縫的開展，保證節點在屈服以后仍具有較大的承載力和變形能力。2.節點在地震中是吸收地震能量的主要部位，因此節點的耗能性能將直接影響結構的抗震性能。如圖3曲線表示的是在受到地震循環荷載作用時，兩種節點的累積耗能比較，R/ECC組合節點在地震作用下吸收的地震能量是普通RC節點的數倍，充分說明了 R/ECC組合節點高延性、高耗能的特點。3.如圖4為兩種組合節點在地震作用下的環線剛度變化曲線，實驗結構的剛度退化可以取同一級變形下的環線剛度來表示，由圖可知采用ECC材料的節點剛度要明顯強于普通混凝土節點，且在循環加載的后期曲線下降較為平緩，這就說明ECC材料通過限制節點裂縫和延緩剛度衰減使得節點后期的強度退化也得以滯后，讓節點在更大的變形下保持應有的承載力，從而提聞節點的延性。4.實驗研究顯示，鋼筋混凝土節點在低周循環荷載作用下最終達到了節點破壞，而具有同樣配筋率的R/ECC節點則最終表現為梁端破壞，達到了抗震規范所要求的“強節點”和梁端破壞形式。R/ECC組合節點在節點核心區內，使用比鋼筋混凝土節點更少的箍筋就可以滿足抗震規范要求，這說明了 ECC材料在節點核心區實現了和節點箍筋共同抗剪，相當程度上已經取代了箍筋的作用，使用更少的箍筋則可以有效地解決節點區箍筋過密的施工難題。5.在施工過程中，鋼筋之間的焊接點質量常常無法保證，成為結構的薄弱點。本實用新型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的穩定性和牢固性，保證了此處的剛度和焊接質量。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件的結合，避免此處成為受力的薄弱區域。7.預制ECC節點作為框架結構的關鍵部位，與現澆的鋼筋混凝土節點比較，在制作過程中質量更容易得到控制和保證，解決了現澆節點處施工時鋼筋網密集，混凝土澆筑不實的難題，節點部分整體性好。在安裝時，與周圍的現澆混凝土又能很好的連接，共同受力。另外，采用這種預制構件可以節約鋼筋和模板，滿足節能環保的發展趨勢。8.因為受到ECC材料中纖維的橋聯作用，結構在較低荷載等級作用下時，表現為多裂縫開展，且裂縫寬度極小，在節點呈現細密網狀，始終未出現主裂縫，應用在實際工程中后，當R/ECC組合節點在受到較低烈度地震作用時，核心區及其附近區域的裂縫寬度要明顯小于普通鋼筋混凝土節點，幾乎為肉眼所不能見，因此在震后無需修補即可繼續使用。9.本實用新型還將ECC這種材料的運用擴展到了近核心區的梁端和柱端塑性鉸區，在地震作用下，這些區域受到較大的彎矩，裂縫首先是在此處出現、發展，最終當某條主裂縫擴展至一定寬度時，承載力迅速降低，構件失效破壞。在這一區域，ECC材料的微裂縫開展特點將得以發揮，這將延緩主裂縫出現時間，延長構件在較高承載力下工作的時間，提高結構整體的延性及耗能性能。10. ECC材料中70%以上是粉煤灰，主要來源于火力發電廠煤燃燒后的廢渣，因此所以說ECC材料是一種環境友好型材料，其澆筑而成的預制件也是對粉煤灰的廢物利用，在保證構件優越的性能的同時到達對自然資源的可重復利用。
圖I為本實用新型的剖視圖；圖2為本實用新型的側面剖視圖，圖中a為角鐵伸進橫梁內的長度，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為本實用新型的橫梁和立柱的端部截面圖；圖4為本實用新型和普通鋼筋混凝土節點的骨架曲線對比圖；圖5為本實用新型和普通鋼筋混凝土節點的累計耗能曲線對比圖；圖6為本實用新型和普通鋼筋混凝土節點的環線剛度曲線對比圖。圖中有橫梁1，立柱2，縱筋3，箍筋4，角鐵5。
具體實施方式
本實用新型的預制組合節點構件，包括相交叉的橫梁I和立柱2，所述橫梁I和立柱2均由ECC材料、縱筋3和箍筋4組成，橫梁I與立柱2交叉重合的矩形區域的橫向寬度為A，縱向高度為B ;橫梁I的橫向寬度為2B+A，縱向高度為B，所述縱筋3貫穿橫梁I全長并伸出兩個梁端IOcm 15cm ;立柱2的縱向高度為2A+B，縱筋3貫穿立柱2全長并伸出兩個柱端長度IOcm 15cm。本實用新型中，橫梁I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伸進橫梁I和立柱2內的長度均為10 15cm，超出縱筋3端部的長度為10 15cm0本實用新型預制組合節點構件的制備過程為I.根據設計要求確定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，養護28天后即可形成預制件。建筑施工的實際安裝工程中，兩個本實用新型的預制組合節點構件之間用鋼筋連接安裝，在兩個預制組合節點構件的端部，縱筋3的端頭均與鋼筋緊密焊接，伸入的鋼筋同時也與角鐵緊密焊接，然后在兩個預制組合節點構件的連接段現澆普通混凝土，直至成型。權利要求1.一種預制組合節點構件，其特征在于，包括相交叉的橫梁(I)和立柱(2)，所述橫梁(I)和立柱(2)均由工程用纖維水泥基復合材料、縱筋(3)和箍筋(4)組成，橫梁(I)與立柱(2)交叉重合的矩形區域的橫向寬度為A，縱向高度為B ； 所述橫梁⑴的橫向寬度為2B+A，縱向高度為B，所述縱筋(3)貫穿橫梁(I)全長并伸出兩個梁端IOcm 15cm ； 所述立柱(2)的縱向高度為2A+B，縱筋(3)貫穿立柱(2)全長并伸出兩個柱端長度IOcm 15cm0
2.根據權利要求I所述的一種預制組合節點構件，其特征在于，橫梁⑴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)伸進橫梁⑴和立柱(2)內的長度均為10 15cm,超出縱筋(3)端部的長度為10 15cm。
專利摘要一種預制組合梁柱節點構件，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域的橫向寬度為A，縱向高度為B；所述橫梁的橫向寬度為2B+A，縱向高度為B，所述縱筋貫穿橫梁全長并伸出兩個梁端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柱端長度10cm～15cm。本實用新型為鋼筋增強的ECC材料澆筑的預制構件，應用于抗震關鍵部位，尤其是運用于關鍵節點。與一般鋼筋混凝土構件相比，顯著提高了結構的延性及抗震性能，在滿足抗震要求下，大幅減少節點箍筋的使用，解決由于節點區箍筋過密帶來的施工難題。
文檔編號E04B1/58GK202359663SQ20112045613
公開日2012年8月1日 申請日期2011年11月17日 優先權日2011年11月17日
發明者潘金龍, 袁方, 許準 申請人:東南大學