專利名稱：一種帶節點的組合預制柱的制作方法
技術領域：
本發明屬于結構工程領域，涉及一種帶節點的組合預制柱，主要用于裝配整體式框架結構中。
背景技術：
預制混凝土結構具有施工速度快、環境污染小、經濟效益高、耐久性好、保證產品質量以及節約大量勞動力和材料等優點，使其具備很好的發展和應用前景。積極發展預制混凝土結構也符合我國政府現階段“節能省地”和“構建產業體系”的住宅產業化指導思想。但是在預制混凝土結構的實際施工過程中，預制構件連接處的施工定位不易，因此降低了施工速度和效率；對于預制混凝土結構而言，構件的連接質量是否能得到保證是整個結構能否發揮設計功能的關鍵所在，而通常預制結構連接處的抗剪承載力和延性較差，容易成為結構體系中的薄弱部位，從而對整個結構的安全性造成威脅；已有的一些研究成果也表明，預制裝配整體式結構的抗震性能與現澆混凝土結構相比也有所差別，所以如何進一步提高預制裝配整體式結構的抗震性能仍然值得進行深入的研究。現有的裝配式結構的柱拆分部位也不利于結構的安全，因此需要選擇更理想的柱拆分部位；水平地震作用下，框架底層柱將承受很大的地震剪力和傾覆彎矩，是結構受力不利部位，因此底層柱需要具有較大的抗彎、抗剪承載力、延性和耗能性能。框架結構的梁柱節點及附近區域在地震作用下要承受很大的內力，而且一般結構為了實現“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。ECC 即 Engineered Cementitious Composites,是一種具有超強韌性的新型水泥基復合材料，該材料以水泥和細沙為填料，然后加入合成纖維形成。已有的研究成果表明， 該材料的極限拉應變值可穩定達到3%-5%，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。ECC材料不但具有超高的韌性，其多縫穩態開裂的特點，在安全性、 耐久性、適用性等方面有著優異的性能，可以很好地解決傳統混凝土由于易脆性、弱拉伸性而導致的種種缺陷。同時ECC具有較強的能量吸收能力，較高的抗剪強度，也為結構抗震設計提供了新的選擇。

發明內容
技術問題本發明提供了一種施工方便、可提高裝配整體式框架結構抗震性能的帶節點的組合預制柱。技術方案本發明的一種帶節點的組合預制柱，包括立柱和節點，節點設置在立柱的上下兩端和層高整數倍處，立柱包括依次連接的底層柱、中間層柱和頂層柱，底層柱的柱體由工程用纖維水泥基復合材料澆筑而成，底層柱的柱體中預埋有縱筋和箍筋，底層柱的高度為層高的3/2，所述中間層柱和頂層柱的柱體均由混凝土澆筑而成，柱體中預埋有縱筋和箍筋，中間層柱的高度為I或2倍層高，頂層柱的高度為層高的3/2。本發明中，底層柱與中間層柱之間，上下兩相鄰的中間層柱之間，以及中間層柱與頂層柱之間的連接段采用工程用纖維水泥基復合材料澆筑，連接段的高度為40(T600mm。本發明中，底層柱和中間層柱的上端面預埋有H型鋼，頂層柱和中間層柱的下端面預埋有角鋼，兩上下相鄰端面的H型鋼和角鋼之間搭接后用高強螺栓固定。本發明中，兩上下相鄰端面的縱筋之間采用直螺紋套筒連接。本發明中，底層柱、中間層柱和頂層柱與梁相交的節點區域由工程用纖維水泥基復合材料澆筑而成，節點區域為柱與梁相交點的上下20(T300mm的區域。有益效果本發明和現有的裝配整體式框架結構體系相比，具有如下優點
I.現有裝配式結構多把柱拆分位置選在樓層處，但是樓層處位于節點區附近，內力復雜并且較大，同時構件拼接處又是結構的薄弱部位，如果在地震或是風等水平荷載的作用下，可能使結構處于極不安全的狀態。通過有限元軟件進行內力分析可知，框架柱在豎向和水平荷載作用下，距柱端1/3至1/2處為彎矩較小處，因此本發明提出將柱的拆分位置選為層高的1/2處，能使薄弱部位避開內力最大處，提高結構構件的安全性。同時在這個高度上，也很利于施工，給施工帶來了便捷。2.柱與柱連接處采用型鋼連接，能夠保證施工拼裝時獲得一定的剛度，方便定位和固定；型鋼間采用螺栓連接，施工非常方便，可以提高施工速度；而且在水平地震作用下，型鋼處也能提供一定的抗剪承載力，從而提高連接區的承載力。3.節點核心區及附近區域結構中的關鍵受力部位，在地震作用下，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。通過ECC節點試驗表明，與完全相同配筋率的傳統鋼筋混凝土梁柱節點相比，本發明的各項抗震指標均表現出明顯優勢，ECC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% ；ECC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。4.本發明將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。5.與現澆的鋼筋混凝土比較，帶節點的ECC-RC組合預制柱采用工業化生產，勞動生產效率高、生產環境穩定，構件的定型和標準化有利于機械化生產，而且按標準嚴格檢驗出廠產品，因而更容易控制和保證質量。ECC材料的使用，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。6.對于現有的裝配式結構，連接區是結構中的薄弱部位，連接處的可靠與否關系著整個結構的安全。而ECC的抗剪承載力及延性均比普通混凝土高，通過在連接區采用ECC 材料，能有效提高現有裝配式框架結構連接區的耗能性能及承載力。7.由于在地震作用下，底層框架柱要承擔很大的底部剪力與傾覆彎矩，且ECC材料的受拉延性、耗能性能都優于普通混凝土，因此在底層柱采用ECC材料，與普通混凝土柱相比具有更好的抗震性能。8.由于ECC材料的成本較高，其每立方米的價格是普通混凝土的4倍多，因此本發明提出在結構的關鍵部位(節點、底層柱及預制構件連接處)采用ECC材料，使其在實際工程中的應用具有經濟上的可行性。9. 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，而澆筑而成的預制構件是對粉煤灰的廢物再利用，因此ECC是一種環境友好型材料，在保證構件優越的性能的同時到達對資源的重復利用，符合節能環保的思想。
10.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。ECC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。
11.本發明中提出的梁與節點連接處的鋼筋接頭處采用上下錯開的構造可以避免連接處薄弱位置集中的缺點。角鋼的擺放也方便鋼筋與其進行焊接，避免了仰焊，方便施工。連接處通過角鋼相連可以增大其抗剪能力，而且角鋼的剛度較鋼筋大，施工的時候不容易錯動，方便定位。施工時與后澆疊合梁一起澆筑，能夠加強結構整體性。


圖I為本發明的預制柱在裝配框架中的的整體結構圖。圖2為本發明的帶節點的底層預制柱。圖3為本發明的帶節點的中間層預制柱。圖4為本發明的帶節點的頂層預制柱。圖5為本發明的柱連接處構造詳圖。圖6為本發明的預制柱截面圖。圖7為本發明的預制柱下部構造詳圖。圖8為本發明的預制柱上部構造詳圖。圖中有立柱I、節點2、底層柱11、中間層柱12、頂層柱13、縱筋5、箍筋6、直螺紋套筒7、H型鋼9以及角鋼10。
具體實施例方式本發明的一種帶節點的組合預制柱，包括立柱I和節點2，節點2設置在立柱I的上下兩端和層高整數倍處，立柱I包括依次連接的底層柱11、中間層柱12和頂層柱13，底層柱11的柱體由工程用纖維水泥基復合材料澆筑而成，底層柱11的柱體中預埋有縱筋5 和箍筋6，底層柱11的高度為層高的3/2，中間層柱12和頂層柱13的柱體均由混凝土澆筑而成，柱體中預埋有縱筋5和箍筋6，中間層柱12的高度為I或2倍層高，頂層柱13的高度為層高的3/2。本發明的一個實施例中，底層柱11與中間層柱12之間，上下兩相鄰的中間層柱12 之間，以及中間層柱12與頂層柱13之間的連接段采用工程用纖維水泥基復合材料澆筑，所述連接段的高度為40(T600mm。
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本發明的另一個實施例中，底層柱11和中間層柱12的上端面預埋有H型鋼9，頂層柱13和中間層柱12的下端面預埋有角鋼10，兩上下相鄰端面的H型鋼9和角鋼10之間搭接后用高強螺栓固定。兩上下相鄰端面的縱筋5之間采用直螺紋套筒7連接。底層柱 11、中間層柱12和頂層柱13與梁相交的節點區域由工程用纖維水泥基復合材料澆筑而成， 節點區域為柱與梁相交點的上下20(T300mm的區域。本發明即帶節點的組合預制柱的制備過程應用過程為
I.根據實際設計要求確定帶節點的ECC-RC組合預制柱構件的尺寸，配筋等。然后制作模具，綁扎鋼筋，定位預埋件位置。2.待混凝土初凝后澆筑ECCJt ECC初凝后澆筑混凝土，根據施工圖分層分段澆筑預制柱構件，澆筑過程中小心振搗。養護28天即形成預制件。3.施工時，先將底層柱吊裝就位，定位固定好后，吊裝下一層柱，上下柱對齊定位好后通過螺栓將上下預埋角鋼連接起來，并在柱側加適量側向支撐，之后將柱縱筋采用直螺紋套筒連接起來，并在連接區側面放置模板，澆筑ECC，完成柱連接區施工。
權利要求
1.一種帶節點的組合預制柱，其特征在于，包括立柱(I)和節點(2)，所述節點(2)設置在立柱(I)的上下兩端和層高整數倍處，所述立柱(I)包括依次連接的底層柱(11 )、中間層柱(12)和頂層柱(13)，所述底層柱(11)的柱體由工程用纖維水泥基復合材料澆筑而成，底層柱(11)的柱體中預埋有縱筋(5)和箍筋(6)，底層柱(11)的高度為層高的3/2，所述中間層柱(12)和頂層柱(13)的柱體均由混凝土澆筑而成，柱體中預埋有縱筋(5)和箍筋(6)，中間層柱(12)的高度為I或2倍層高，頂層柱(13)的高度為層高的3/2。
2.根據權利要求I所述的帶節點的組合預制柱，其特征在于，所述底層柱(11)與中間層柱(12)之間，上下兩相鄰的中間層柱(12)之間，以及中間層柱(12)與頂層柱(13)之間的連接段采用工程用纖維水泥基復合材料澆筑，所述連接段的高度為40(T600mm。
3.根據權利要求I或2所述的帶節點的組合預制柱，其特征在于，所述底層柱(11)和中間層柱(12)的上端面預埋有H型鋼(9)，所述頂層柱(13)和中間層柱(12)的下端面預埋有角鋼(10)，兩上下相鄰端面的H型鋼(9)和角鋼(10)之間搭接后用高強螺栓固定。
4.根據權利要求3所述的帶節點的組合預制柱，其特征在于，兩上下相鄰端面的縱筋(5)之間采用直螺紋套筒(7)連接。
5.根據權利要求I或2所述的帶節點的組合預制柱，其特征在于，所述底層柱(11)、中間層柱(12)和頂層柱(13)與梁相交的節點區域由工程用纖維水泥基復合材料澆筑而成， 所述節點區域為柱與梁相交點的上下20(T300mm的區域。
全文摘要
本發明公開了一種帶節點的組合預制柱，包括立柱和節點，節點設置在立柱的上下兩端和層高整數倍處，立柱包括依次連接的底層柱、中間層柱和頂層柱，底層柱由工程用纖維水泥基復合材料、縱筋和箍筋組成，底層柱的高度為層高的3/2，中間層柱和頂層柱均由混凝土、縱筋和箍筋組成，中間層柱的高度為1或2個層高，頂層柱的高度為層高的3/2。本發明應用于裝配整體式框架結構中，與普通裝配整體式框架柱相比，本發明可提高裝配整體式框架柱的抗震性能，增強了連接區的承載力，并能方便施工，縮短施工周期。
文檔編號E04C3/34GK102587576SQ20121005171
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月2日 優先權日2012年3月2日
發明者潘金龍, 馬濤 申請人:東南大學