本發明涉及一種混凝土節點，具體涉及一種澆筑ECC層的預制混凝土節點。

背景技術：

目前，矩形鋼管混凝土組合結構已普遍應用于建筑工程，矩形鋼管混凝土組合結構技術近幾年已得到長足發展，矩形鋼管混凝土組合結構因其承載力高，延展性好等優點在工程中大量應用，隨著超高層及大跨度建筑結構的不斷出現，矩形鋼管混凝土連接點成為了建筑結構設計中的重要內容之一，連接節點直接影響了結構承載條件下的整體性能以及與其相連結構的承重性能，因此連接節點結構的性能是不容忽視的。

目前在我國，對于工程水泥基復合材料ECC(Engineered Cementitious Composites)的研究和應用還較少，實際工程用的最多的依舊是普通混凝土。

技術實現要素：

為解決現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種具有更高安全性、適用性、耐久性以及經濟性的預制混凝土節點。

為了實現上述目標，本發明采用如下的技術方案：

一種澆筑ECC層的預制混凝土節點，包括方鋼管、預制梁、預制柱；所述預制梁和預制柱為若干箍筋同軸且相互平行的設置在鋼筋骨架的外圈，所述方鋼管同軸縱向內置于預制柱，所述方鋼管的兩側縱向端面上分別設有鋼板1，所述鋼板1的橫向端連接內置于預制梁的鋼板2，所述鋼板1和鋼板2連接后處于同一縱向面，所述方鋼管外側面與預制柱之間、鋼板2之間、鋼板1之間組成的區域構成主澆筑區域，所述主澆筑區域內澆筑工程水泥基復合材料ECC層。

方鋼管設置在預制柱節點中，連接鋼板1與鋼板2，增強了節點的整體性能與強度。

鋼板1和鋼板2用于預制柱節點和預制梁節點連接，承受拉/壓應力。

上述方鋼管的外圈設有橫向鋼筋骨架。

鋼筋骨架構成結構實體，加強預制梁和預制柱的整體強度；箍筋增加斜截面的抗剪應力，并連接聯結受力主筋共同作用。

上述鋼板2與預制梁的兩內側縱向面固定連接。

上述方鋼管內澆筑混凝土層。

上述預制梁內后澆筑混凝土層或工程水泥基復合材料ECC層。

上述預制柱內后澆筑混凝土層或工程水泥基復合材料ECC層。

上述鋼板1和鋼板2通過螺栓連接。

通過螺栓使鋼板1與鋼板2緊密結合，通過摩擦面將鋼板2上的力傳遞到鋼板1，即將預制梁上的力傳遞到預制柱上。螺栓連接強化鋼板之間的連接強度，且在預制梁受到損傷后，方便維修或更換預制梁，而不涉及預制柱，維護整體的安全性。

本發明的有益之處在于：本發明的一種澆筑ECC層的預制混凝土節點的梁柱采用內置鋼結構，利用高強螺栓連接內置鋼板，相對傳統連接方式，具有施工速度快、節點連接方便、強度高、質量控制更有保障等優點，且更具有安全性、適用性、耐久性以及經濟性。

通過結構的改進，在循環荷載作用下，預制混凝土節點的最終破壞處從節點的核心區域，轉向預制梁中鋼板末端以及螺栓連接部位，破壞位置得到外移，符合“強柱弱梁”的原則。

預制混凝土節點在提高承載力的同時，保持了較好的延性，并且在節點主澆筑區域采用工程水泥基復合材料ECC進行澆筑，同時預埋了方鋼管，對節點區域進行了加強，提高了節點的耗能性，符合“強節點、弱構件”的設計原則。

工程水泥基復合材料ECC的使用，提高了節點的抗震性能和耐損傷能力，進而減小了震后用來修復節點的費用，并且ECC的配置，可利用工業廢料粉煤灰代替約50％的水泥孰料，實現廢物再循環利用，成本更低。

此外，ECC很好的密實性，有效阻止有害物質向構件材料內部的滲透，提高了構件的耐久性，延長了結構的使用年限，

附圖說明

圖1為本發明的一種澆筑ECC層的預制混凝土節點的結構示意圖的側視圖。

圖2為本發明的一種澆筑ECC層的預制混凝土節點的結構示意圖的俯視圖。

圖3為本發明的一種澆筑ECC層的預制混凝土節點的結構示意圖的透視圖。

圖4為本發明的一種澆筑ECC層的預制混凝土節點的結構示意圖的外觀圖。

圖5為有限元軟件ABAQUS模擬現澆混凝土節點的滯回曲線。

圖6為有限元軟件ABAQUS模擬預制混凝土節點的滯回曲線。

圖7為有限元軟件ABAQUS模擬預制混凝土節點主澆筑區域內澆筑ECC層和澆筑混凝土C60層的荷載-位移骨架曲線。

附圖中標記的含義如下：1、方鋼管，2、預制柱，3、預制梁，4、鋼板1，5、鋼板2，6、箍筋，7、鋼筋骨架。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本發明作具體的介紹。

一種預制混凝土節點，包括方1鋼管、3預制梁、2預制柱；3預制梁和2預制柱為若干6箍筋同軸且相互平行的設置在7鋼筋骨架的外圈，1方鋼管同軸縱向內置于2預制柱，1方鋼管的兩側縱向端面上分別設有4鋼板1，4鋼板1的橫向端通過螺栓連接內置于預制梁3的5鋼板2，4鋼板1和5鋼板2連接后處于同一縱向面，所述1方鋼管外側面與2預制柱之間、5鋼板2之間、4鋼板1之間組成的區域構成主澆筑區域，所述主澆筑區域內澆筑工程水泥基復合材料ECC層。

1方鋼管的外圈設有橫向7鋼筋骨架。

5鋼板2與3預制梁的兩內側縱向面固定連接。

1方鋼管內澆筑混凝土層。

3預制梁和2預制柱內后澆筑混凝土層或工程水泥基復合材料ECC層。

現澆混凝土節點在循環荷載作用下，最終破壞處為節點核心區域，而預制混凝土節點的破壞則集中在3預制梁中鋼板末端以及螺栓連接部位，與現澆混凝土節點相比，破壞位置得到外移，符合“強柱弱梁”的原則。

圖5和圖6為分別為通過有限元軟件ABAQUS模擬現澆混凝土節點、預制混凝土節點的滯回曲線，從圖5和圖6可見，與現澆混凝土節點相比，預制節點的承載力提高了28.22％，等效阻尼系數提高了58.86％，并且兩者位移延性系數平均值均大于3，符合鋼筋混凝土結構位移延性系數大于2.57的要求。

說明預制混凝土節點在提高承載力的同時，保持了較好的延性，并且在節點后澆區采用工程水泥基復合材料ECC進行澆筑，同時預埋了方鋼管1，對節點區域進行了加強，提高了節點的耗能性，符合“強節點、弱構件”的設計原則。

通過有限元軟件ABAQUS模擬預制混凝土節點主澆筑區域內澆筑混凝土C60層、澆筑ECC層的受拉損傷因子，主澆筑區域內澆筑ECC層和澆筑混凝土C60層的預制混凝土節點破壞模式相近，損傷均主要集中在螺栓連接位置、澆筑面以及梁中鋼板末端，當澆筑材料為混凝土C60時，節點損傷程度明顯要比澆筑工程水泥基復合材料ECC的節點損傷嚴重。

圖7為有限元軟件ABAQUS模擬預制混凝土節點主澆筑區域內澆筑ECC層和澆筑混凝土C60層的荷載-位移骨架曲線。

表1為主澆筑區域內澆材ECC層和混凝土C60層的節點特征量對比：

Characteristic values of specimen with different late-pouring material

表1

從圖7可見，澆筑混凝土C60的節點骨架曲線的初始剛度要比澆筑ECC的節點稍大，這是因為工程水泥基復合材料ECC的基體中并不包含粗骨料，同時為了保證能夠充分發揮材料的受拉應變-硬化效應，其基體中砂子的粒徑和含量也受到了限制，這在一定程度上降低了ECC的剛度，此外，由于摻入了PVA纖維，使基體的孔隙率增大，勻質性降低，這也造成了ECC的彈性模量要比普通混凝土低，因而ECC節點骨架曲線的初始剛度要比混凝土C60節點低。

此外，對比ECC節點與混凝土C60節點的骨架曲線可知，雖然兩種節點所能承擔的最大荷載相差不大，但是變形能力有著明顯的差異，表1列出了兩種澆筑材料下節點的主要特征量，從中可以看出ECC節點的屈服位移和極限位移均比混凝土C60節點大，其平均位移延性系數同混凝土C60節點相比，提高了8.16％，并且在達到峰值荷載后，ECC節點骨架曲線下降更緩慢，這是由于當節點曲線進入下降段后，隨著裂縫不斷擴展，ECC中的PVA纖維發揮的阻裂作用開始明顯，造成荷載曲線下降緩慢，其峰值應變明顯大于普通混凝土，其中高強度的ECC極限拉應變可達3％左右，這表明PVA纖維能夠明顯提高ECC基體的塑性變形能力，并且由于塑形變形能力的增加，節點的耗能性能也相應的有所提高，由表1可知，同混凝土C60節點相比，ECC節點的等效阻尼系數提高了21.26％。

因此，當預制混凝土節點的主澆筑區域采用工程水泥基復合材料ECC時，節點的抗震性能和耐損傷能力均有所提高，進而減小了震后用來修復節點的費用，并且配置ECC時，可利用工業廢料粉煤灰代替約50％的水泥孰料，實現廢物再循環利用，此外，ECC的密實性很好，在正常使用條件下，構件表面能夠長期不開裂，有效阻止了有害物質向構件材料內部的滲透，提高了構件的耐久性，繼而延長了結構的使用年限。

綜合社會、經濟、環境三要素進行考慮，采用ECC材料比采用普通混凝土約有37％的成本優勢，因而對于本發明中的節點形式，采用ECC作為主澆筑區域的澆筑材料符合安全性、適用性、耐久性以及經濟性的結構設計功能要求。

以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征和優點。本行業的技術人員應該了解，上述實施例不以任何形式限制本發明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案，均落在本發明的保護范圍內。