一種預應力裝配式高性能圓鋼管混凝土柱?混凝土梁節點及其施工方法與流程

發明涉及一種新型梁柱節點的結構，具體涉及一種預應力裝配式高性能圓鋼管混凝土柱-混凝土梁節點及其施工方法。

背景技術：

梁柱節點是指框架梁與框架柱相交的節點核心區域，在結構中起著連接梁柱、傳遞內力和協調變形的作用。大量的地震資料表明，在地震中結構的破壞大多發生在梁柱節點上，或者是由梁柱節點的破壞而引起的整個結構的坍塌。因此，梁柱節點工作的安全可靠性是保證結構功能正常發揮的前提。只有通過設計施工，提高節點的強度及延性，防止節點剪切和壓縮脆性破壞早于梁、柱的破壞，其他構件的強度設計才有實際意義，整個結構的安全性及穩定性才有保障。

目前，鋼管混凝土柱-混凝土梁節點按其穿心構件是否穿過鋼管混凝土柱，可分為非穿心節點和穿心節點兩大類。常見的非穿心節點有加強環式節點、環梁節點、鋼筋環繞式節點等。加強環式節點通過上下鋼板加強環傳遞彎矩，同時兩個加強環之間設置豎向加勁肋板，用以傳遞剪力。環梁節點依靠鋼管壁外貼焊的環形鋼筋或短牛腿將梁端剪力傳遞給核心混凝土，梁端彎矩由部分焊于牛腿翼緣上的鋼筋和部分錨固在環梁里的鋼筋傳遞。鋼筋環繞式節點的梁鋼筋從鋼管邊繞過，以有效承受彎矩，另加焊于鋼管的短牛腿作為支承，以承受剪力。非穿心節點沒有零部件穿過鋼管，因此特別適用于小直徑的鋼管混凝土柱；但節點用鋼量大，加工復雜，現場焊接工作量大，焊接質量要求高。

常見的穿心節點有牛腿穿心節點、鋼筋貫穿式節點、十字板式節點等幾種形式。穿心牛腿節點有明牛腿和暗牛腿之分，暗牛腿可以只承受剪力，即通常所說的承重銷節點，也可以同時承受剪力和彎矩。鋼筋貫穿式節點是通過在鋼管壁上開孔，使梁縱筋貫穿鋼管柱，以達到傳遞彎矩的目的，剪力由直接焊于鋼管壁的明牛腿或暗牛腿承擔。十字板式節點是在鋼管內設置十字加勁板以提高節點區的整體剛度和承載力。穿心節點整體剛度較大，但節點處構造復雜，澆筑困難，存在因鋼管局部破壞而降低柱承載力的風險。同時這種兩大類傳統節點形式都限制了節點內的相對位移，剛度大，但是延性較差，不能有效地消耗地震作用，往往先于梁、柱發生破壞，難以滿足“強節點”的要求。

技術實現要素：

本發明基于上述情況，提出一種預應力裝配式高性能圓鋼管混凝土柱-混凝土梁節點及其制作方法，該節點采用預制構件現場裝配，最大程度的提高了施工效率且易于質量控制。同時利用預應力筋為節點提供地震作用下的自動復位功能，提高節點的耗能能力，增強節點抗震性能，達到“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設防目標，保證主體結構在地震中基本保持完好，為人們生命安全提供保障。

本發明的具體技術方案如下：

一種預應力裝配式高性能圓鋼管混凝土柱-混凝土梁節點，

該節點包括鋼管混凝土柱、鋼筋混凝土梁、預應力筋；所述混凝土柱與鋼筋混凝土梁內分別設置有相互配合的預應力筋孔道；所述方鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁內部通過穿過預應力筋孔道的預應力筋連接；所述方鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁外部通過角鋼連接。

作為優選項：所述混凝土柱為澆筑混凝土的圓形鋼管，所述圓形鋼管由2塊半圓形鋼板焊接而成；所述每塊鋼板內壁上、在與鋼筋混凝土梁連接區平行向鋼管內側垂直的設置有2塊半圓環鋼板，所述2塊半圓環鋼板間距較鋼筋混凝土梁高度大80mm以上；所述半圓環鋼板外徑與半圓形鋼板內徑相等，并與鋼板焊接，內徑較外徑小30mm以上；所述每塊鋼板上的2個半圓環鋼板之間垂直焊接有加勁肋。

作為優選項：所述每塊鋼板上的2個半圓環鋼板之間均勻焊接有2個加勁肋；所述加勁肋的厚度大于4mm，高度等于兩端梯形鋼板之間的距離，寬度與半圓環鋼板寬度一致。

作為優選項：所述方鋼管混凝土柱上的預應力筋孔道不少于4個，上下左右對稱布置在鋼管與鋼筋混凝土梁連接區；當預留預應力筋孔道數為單數時，中部應預留1個預應力筋孔洞，其他預應力筋孔洞均勻分布在其周圍。

作為優選項：所述鋼筋混凝土梁的兩端設置有鋼套筒。

作為優選項：所述預應力筋為無粘結預應力筋。

本發明還提供一種如上述的預應力裝配式高性能方鋼管混凝土柱-混凝土梁節點的施工方法，

a鋼管混凝土柱的制作：鋼管由2塊半圓形鋼管焊接而成，在焊接之前，每塊半圓形鋼管內部焊接厚度大于4mm的2塊半圓形環板，環板平行于鋼筋混凝土梁，2塊環板間距較鋼筋混凝土梁的高大80mm以上，環板外徑與鋼管內徑相同，環板內徑較鋼管內徑小30mm以上，2塊環板中間垂直焊接厚度大于4mm的2塊加勁肋，2塊加勁肋沿半圓形鋼管環向均勻布置，加勁肋高度等于2塊環板之間的垂直間距，加勁肋寬度與環板寬度相同；在鋼管與鋼筋混凝土梁連接區預留不少于2個預應力筋孔道，上下對稱布置，當預留預應力筋孔道數為單數時，中部應預留1個預應力筋孔洞；在非連接區上部、下部預留不少于4個螺栓安裝孔洞；將2塊半圓形鋼管通過焊接方式連接為鋼管，澆筑混凝土形成鋼管混凝土柱，并養護28天；

b鋼筋混凝土梁的制作：在制作預制鋼筋混凝土梁前，首先鋼筋混凝土梁的兩端布置鋼套筒并在梁頂部和底部豎向預留螺栓安裝孔洞，梁縱向預留預應力筋孔道，在工廠澆筑混凝土形成預制鋼筋混凝土梁；

c節點安裝：在鋼管混凝土柱上通過螺栓安裝角鋼，吊裝預制鋼筋混凝土梁于角鋼上，安裝螺栓，在預留孔道中穿入預應力筋進行張拉，并利用錨具把張拉后的預應力筋錨固在鋼管混凝土柱的外側。

作為優選項：所述步驟b中，所述套筒的布置方法為在鋼筋混凝土梁四面布置厚度大于4mm的方形鋼板鋼板的長度大于40mm，寬度分別與所在鋼筋混凝土梁寬度b相同，采用直徑大于12mm的短鋼筋將兩對面鋼板通過焊接連接，短鋼筋層數不少于3層，每層不少于2根；將4塊鋼板通過焊接方式連接為整體，在梁端部布置一塊厚度大于2mm，尺寸與鋼筋混凝土梁截面尺寸相同的鋼板，并與4塊鋼板焊接。

作為優選項：所述施工方法中鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁連接部位不需作任何附加處理。

本發明中，角鋼主要用于定位和臨時支撐鋼筋混凝土梁；

本發明中，通過張拉預應力筋使鋼筋混凝土梁連接與鋼管混凝土柱，預應力筋為無粘結預應力筋。

本發明的技術效果在于：

1、該節點非剛性節點，允許節點區的相對變形，構件內的應力集中得到了降低。在地震過程中，各耗能構件的變形可以吸收能量，從而降低位移反應，提高了節點的延性，在大震作用下，節點不會突然破壞，給人能有逃生的時間，保證人的生命安全；

2、預應力筋為節點提供地震作用下的自動復位功能。當地震作用達到一定程度時，預應力筋被拉伸，梁柱的接觸面張開，角鋼等耗能構件率先進入塑性狀態以實現耗能，而梁柱等基本仍處于彈性范圍，避免了主體構件的損壞。地震作用后，節點在預應力筋的作用下恢復到原先的狀態，從而大大降低了結構在地震作用下的殘余變形；

3、角鋼主要用于支撐鋼筋混凝土梁。當地震來臨時，角鋼的塑性變形可消耗地震能，減小主體結構的變形破壞。震后，損傷的角鋼等附屬構件的更換及修復也十分方便；

4、節點采用預制構件現場裝配，現場連接多采用焊接、螺栓連接等干性連接方法，具有方便、快捷的優點，大幅度提高施工效率，工業化程度高。預制構件通過工業化流水線方式制作，大大提高了生產力且易于質量控制，提高了結構精度。同時減少建筑垃圾的產生、建筑污水的排放、建筑噪聲的干擾。

附圖說明

圖1為鋼管混凝土柱正視結構示意圖a及剖面圖b；

圖2為預制鋼筋混凝土梁正視結構示意圖a及剖面圖b；

圖3為預應力裝配式高性能圓鋼管混凝土柱-混凝土梁節點的正視結構示意圖；

其中，1-混凝土柱，2-環板，3-加勁肋，4-預應力筋孔道，5-螺栓安裝孔洞，6-焊縫，7-混凝土梁，8-鋼板，9-短鋼筋，10-螺栓安裝孔洞，11-預應力筋孔道，12-鋼板，13-角鋼，14-螺栓，15-螺栓，16-預應力筋，17-錨具。

具體實施方式

下面結合實施例和附圖對本發明做進一步說明。

實施例1

本發明提供了一種預應力裝配式高性能圓鋼管混凝土柱-混凝土梁節點，包括以下步驟：

a鋼管混凝土柱的制作：鋼管由2塊半圓形鋼管焊接而成。在焊接之前，每塊半圓形鋼管內部焊接厚度大于4mm的2塊半圓形環板（2），環板（2）平行于鋼筋混凝土梁（7），2塊環板（2）間距大于梁高h+80mm，環板（2）外徑與鋼管內徑r相同，環板（2）內徑小于r-30mm。2塊環板（2）中間垂直焊接厚度大于4mm的2塊加勁肋（3），2塊加勁肋（3）沿半圓形鋼管環向均勻布置，加勁肋（3）高度等于2塊環板（2）之間的垂直間距，加勁肋（3）寬度與環板寬度相同。在鋼管與鋼筋混凝土梁（7）連接區預留不少于2個預應力筋孔道（4），上下對稱布置，當預留預應力筋孔道數為單數時，中部應預留1個預應力筋孔洞。在非連接區上部、下部預留不少于4個螺栓安裝孔洞（5）。將2塊半圓形鋼管通過焊接方式（6）連接為鋼管，澆筑混凝土形成鋼管混凝土柱（1），并養護28天。

b鋼筋混凝土梁的制作：在制作預制鋼筋混凝土梁前，首先鋼筋混凝土梁的兩端布置鋼套筒或四面布置厚度大于4mm的鋼板（8），鋼板（8）的長度大于40mm，寬度分別與所在鋼筋混凝土梁寬度b相同，采用直徑大于12mm的短鋼筋（9）將兩對面鋼板（2）通過焊接連接，短鋼筋層數不少于3層，每層不少于2根；并在梁頂部和底部豎向預留螺栓安裝孔洞（10），梁縱向預留預應力筋孔道（11），在工廠澆筑混凝土形成預制鋼筋混凝土梁（7）。將4塊鋼板（8）通過焊接方式連接為整體，在梁端部布置一塊厚度大于2mm，尺寸與鋼筋混凝土梁截面尺寸相同的鋼板（12），并與4塊鋼板（8）焊接。

c節點安裝：在鋼管混凝土柱上通過螺栓（14）安裝角鋼（13），吊裝預制鋼筋混凝土梁（7）于角鋼上，安裝螺栓（15），在預留孔道中穿入預應力筋（16）進行張拉，并利用錨具（17）把張拉后的預應力筋錨固在鋼管混凝土柱（1）的外側。

所述鋼管混凝土柱（1）與鋼筋混凝土梁（7）連接部位不作任何附加處理。

所述角鋼（13）主要用于定位和臨時支撐鋼筋混凝土梁。

所述鋼筋混凝土梁（7）與鋼管混凝土柱（1）通過張拉預應力筋（16）連接，預應力筋（16）為無粘結預應力筋。

應當理解的是，本說明書未詳細闡述的部分均屬于現有技術。

應當理解的是，上述針對較佳實施例的描述較為詳細，并不能因此而認為是對本發明專利保護范圍的限制，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明權利要求所保護的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發明的保護范圍之內，本發明的請求保護范圍應以所附權利要求為準。