一种适用于沿海地区的装配式组合结构混合连接节点

技术领域

本发明属于结构工程技术领域，具体属于一种适用于沿海地区的装配式组合结构混合连接节点。

背景技术

近年来，随着《关于大力发展装配式建筑的指导意见》、《关于推动只能建造于建筑工业化协同发展的指导意见》和《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》，均指出要大力推动装配式建筑发展。自“十四五”开局以来，各省市支持装配式建筑的政策也随之落地，使我国装配式建筑步入快速发展阶段。

目前，我国的装配式建筑主要以装配式钢结构和装配式混凝土结构为主，然而，这两种装配式结构都存在各自的问题，很大程度上制约了现代装配式的发展。装配式混凝土结构仍无法避免其自重大、开裂不可控、抗渗性差、连接和安装方式复杂、整体性和抗震性能较差等问题，并且装配式混凝土结构不能抑制氯离子等腐蚀性物质的侵入，极易造成内部钢筋腐蚀，造成构件的承载力和刚度退化，因此，装配式混凝土结构难以应用于我国的沿海地区；装配式钢结构的造价较高，耐火性能和耐腐蚀性能差，很难在民用建筑中大面积推广和应用，同样也不适用于沿海地区的装配式建筑。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种适用于沿海地区的装配式组合结构混合连接节点，可显著提升装配式建筑的施工效率、变形能力、耗能能力和耐久性能，能够应用于沿海地区的装配式建筑。本发明可有效改善传统现浇式或完全装配式钢管混凝土-混凝土梁节点由材料强度不足造成的“粗梁胖柱”、残余变形过大、施工效率低、整体性能、抗震性能和耐久性能差等问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种适用于沿海地区的装配式组合结构混合连接节点，包括拼接式不锈钢管；

所述拼接式不锈钢管内部灌注核心混凝土和核心区ECC形成不锈钢管混凝土柱；

所述拼接式不锈钢管的外侧设置有上部环板和下部环板；上部环板和下部环板之间设置有牛腿侧板；上部环板和下部环板用于固定预制混合梁；

所述预制混合梁包括GFRP筋笼；GFRP筋笼的上下两侧固定有纵向钢筋；GFRP筋笼上依次浇筑有底部ECC层、混合梁预制区、混合梁后浇区；所述纵向钢筋与连接板进行固定连接；

所述连接板与上部环板和下部环板分别通过高强螺栓连接；

所述上部环板和预制混合梁的上部设置有预制钢筋桁架混凝土叠合楼板；

所述预制钢筋桁架混凝土叠合楼板包括楼板钢筋网、钢筋桁架和楼板预制的ECC；所述楼板钢筋网延伸与上部环板的上表面进行固定连接，所述楼板钢筋网上固定有钢筋桁架；楼板钢筋网和钢筋桁架上浇筑楼板预制的ECC。

优选的，所述拼接式不锈钢管通过多块预制槽型不锈钢的焊接组装而成。

优选的，所述核心混凝土和核心区ECC之间的混凝土界面设置有GFRP筋。

优选的，所述纵向钢筋与连接板进行焊接。

优选的，所述上部环板、下部环板和不锈钢牛腿板焊接到拼接式不锈钢管的表面。

优选的，所述拼接式不锈钢管的表面开有钢管预留孔洞。

优选的，所述核心混凝土的强度等级不低于C60。

优选的，所述核心区ECC的强度等级不低于核心混凝土的强度等级。

优选的，所述楼板钢筋网与上部环板进行焊接固定。

优选的，所述GFRP筋笼和纵向钢筋在模板中浇筑底部ECC层，底部ECC层初凝后在表面刻槽，浇筑混合梁预制区的混凝土；预制钢筋桁架混凝土叠合楼板安装后，在混合梁后浇区浇筑ECC。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明的一种适用于沿海地区的装配式组合结构混合连接节点，采用部分装配式安装，可有效提高机械施工效率，采用高强螺栓和ECC现浇的连接方式可以提升梁、柱和楼板的整体性能，GFRP筋和ECC的应用避免了钢筋的锈蚀，此外，在关键部位浇筑ECC有利于改善节点的变形能力和耗能能力。本发明提出的节点形式能够适用于沿海地区的装配式建筑。

拼接式薄壁方形不锈钢管混凝土柱采用的不锈钢材可克服普通钢材表面受腐蚀离子侵蚀问题，并且拼接式钢管的截面形式可提升对核心混凝土的约束效应，能够充分发挥材料的承载力，有利于减少建筑材料的使用和施工成本过高等问题。节点核心区的ECC能够改善节点的变形能力和耗能能力，有利于改善核心混凝土的脆性破坏问题。短(玻璃纤维增强聚合物)GFRP筋的应用，确保核心混凝土整体具有良好的应力传递能力，避免材料交界处过早开裂和破坏。不锈钢牛腿板和底部环板的应用，能够使这种节点实现快速吊装，有利于提升机械的使用效率，高强螺栓可穿过连接板和环板孔洞快速连接。上部和底部的环板的应用能有效提升节点核心区的刚度，限制了柱的局部变形，有利于实现“强节点弱构件”的设计目标。梁的上下两端浇筑ECC，有利于保护纵向钢筋免受腐蚀离子的侵蚀，同时控制了混凝土表面裂缝的发展，提升混合梁的抗弯能力和楼板安装后的整体性能。

本发明提供的适用于沿海地区的装配式组合结构混合连接节点，满足当今的装配式结构施工的装配率要求，并能有效克服传统现浇式或装配式钢管混凝土柱-混凝土梁截面设计较大、承载力低、建造效率低、养护周期长、耐久性差和抗震性能差等问题。采用新型的截面形式和节点构造方案能够有效提升钢管混凝土柱-预制混合梁节点部位的建造效率和结构性能，在现代民用建筑、工业用建筑、特种建筑及其他多层重要建筑中应用具有较好的经济效益和技术优势。

附图说明

图1是一种节点构造示意图；

图2是拼接式钢管混凝土柱示意图；

图3是拼接式钢管混凝土柱正面示意图；

图4是拼接式钢管混凝土侧面示意图；

图5是预制钢筋桁架混凝土叠合楼板安装示意图；

图6是预制钢筋桁架混凝土叠合楼板构造示意图；

图7是环板构造示意图；

图8是预制混凝土梁构造示意图。

附图中：1为拼接式不锈钢管；2为核心混凝土；3为GFRP筋；4为核心区ECC；5为混凝土界面；6为混合梁预制区；7为纵向钢筋；8为混合梁后浇区；9为底部ECC层；10为连接板；11为预制混合梁；12为高强螺栓；13为不锈钢牛腿板；14为上部环板；15为下部环板；16为钢管预留孔洞；17为预制钢筋桁架混凝土叠合楼板；18为楼板钢筋网；19为钢筋桁架；20为预制槽型不锈钢；21为GFRP筋笼；22为楼板预制的ECC。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明的一种适用于沿海地区的装配式组合结构混合连接节点，可以在快速吊装梁柱构件的情况下，满足梁柱之间的整体性能和抗震性能，且能有效抵抗侵蚀离子对内部钢筋的腐蚀。

本发明的一种适用于沿海地区的装配式组合结构混合连接节点包括拼接式薄壁方形不锈钢管混凝土柱、预制混合梁、不锈钢牛腿板和连接装置。

如图1所示，拼接式薄壁方形不锈钢管混凝土柱包括拼接式不锈钢管1、核心混凝土2、核心区ECC4和GFRP筋4。拼接式不锈钢管1内部灌注核心混凝土2和核心区ECC4形成不锈钢管混凝土柱。

拼接式不锈钢管1的外侧设置有上部环板14和下部环板15；上部环板14和下部环板15之间设置有牛腿侧板13；上部环板14和下部环板15用于固定预制混合梁。

预制混合梁包括GFRP筋笼21；GFRP筋笼21的上下两侧固定有纵向钢筋7；GFRP筋笼21上依次浇筑有底部ECC层9、混合梁预制区6、混合梁后浇区8；纵向钢筋7与连接板10进行固定连接；连接板10与上部环板14和下部环板15分别通过高强螺栓12连接；上部环板14和预制混合梁的上部设置有预制钢筋桁架混凝土叠合楼板17。

预制钢筋桁架混凝土叠合楼板17包括楼板钢筋网18、钢筋桁架19和楼板预制的ECC22；楼板钢筋网18延伸与上部环板14的上表面进行固定连接，楼板钢筋网18上固定有钢筋桁架19；楼板钢筋网18和钢筋桁架19上浇筑楼板预制的ECC22。

预制混合梁由工厂批量预制成型，包括GFRP筋笼21、混合梁预制区6、纵向钢筋7、混合梁后浇区8、底部ECC层9、连接板10组成，通过现场搭接和安装高强螺栓12即可完成节点部位的连接工作。混合梁预制区6浇筑普通混凝土，在混合梁后浇区8浇筑ECC。ECC具有良好的抗渗性和抑制腐蚀离子侵入的能力，在预制混合梁的底部布置一层高于底部纵筋的底部ECC层9，能够抑制腐蚀离子侵入钢筋表面，避免钢筋发生锈蚀。

如图2所示，拼接式薄壁方形不锈钢管混凝土柱的拼接式不锈钢管1应用了不锈钢材料和拼接式的组合截面形式，通过多块预制槽型不锈钢20的焊接组装而成，能够显著增强节点不锈钢管的约束效应、抗屈曲能力和耐腐蚀能力。内部灌注两种混凝土，分别为核心混凝土2和核心区ECC4，以改善节点核心区的变形和耗能能力，避免节点核心区在地震作用下的脆性破坏。ECC是浇筑在钢管内部的，钢管内部分别由下部的核心混凝土2，核心区ECC4和上部的核心混凝土组成。核心混凝土2和核心区ECC4之间的混凝土界面5设置有GFRP筋3。

核心混凝土2的强度等级不低于C60，且核心区ECC4的强度等级不低于核心混凝土2的强度等级。为了增强拼接式薄壁方形不锈钢管混凝土柱内部的ECC和普通混凝土的共同受力，采用短(玻璃纤维增强聚合物)GFRP筋3连接两者的混凝土界面5，确保核心混凝土整体具有良好的应力传递能力，避免材料交界处过早开裂和破坏。

预制混合梁的预制区6、GFRP筋笼21、纵向钢筋7和底部ECC层9是在工厂完全预制的，在梁的端头上下两侧的纵向钢筋7和连接板10进行焊接，确保纵向钢筋7的应力能够传递到连接板10，从而能将应力传递到上部环板14和下部环板15，通过环板再传递给拼接式薄壁方形不锈钢管混凝土柱。

如图3所示，拼接式薄壁方形不锈钢管混凝土柱的钢材部分是在工厂完全预制的，将上部环板14、下部环板15和不锈钢牛腿板13焊接到拼接式不锈钢管1的表面，有利于提升节点核心区的刚度和承载能力，同时，也可实现快速吊装的预期。如图4所示，在拼接式不锈钢管1的表面开有钢管预留孔洞16，便于核心区ECC4和混合梁后浇区8的ECC凝结为一体，从而提升预制混合梁与拼接式薄壁方形不锈钢管混凝土柱的整体性能。拼接式薄壁方形不锈钢管混凝土柱内部的核心混凝土2、核心区ECC4和短GFRP筋3需要在现场进行浇筑和安装。

如图7所示，上部环板14和下部环板15的这种截面形式能够充分与拼接式薄壁方形不锈钢管混凝土柱焊接，增强柱体的局部刚度，限制其侧向变形和便于连接预制混合梁伸出的连接板10。

如图5、图6和图8所示，预制钢筋桁架混凝土叠合楼板17的组成部分主要由楼板钢筋网18、钢筋桁架19和楼板预制的ECC22组成。将预制钢筋桁架混凝土叠合楼板17吊装至混合梁后浇区8的上端，将楼板钢筋网伸至上部环板14的上表面，并进行焊接固定，随后在混合梁后浇区8和预制钢筋桁架混凝土叠合楼板17的上表面浇筑ECC，完成楼板的装配工作。

不锈钢牛腿侧板13能够提升节点部位的整体性能和刚度，并且可做为混合梁后浇区8的一部分模板，减少现场施工的工作量。

本发明的一种适用于沿海地区的装配式组合结构混合连接节点，采用拼接式薄壁方形不锈钢管混凝土柱，这种截面形式和材料的应用能够显著增强节点不锈钢管的约束效应、抗屈曲能力和耐腐蚀能力。

本发明的一种适用于沿海地区的装配式组合结构混合连接节点，在拼接式薄壁方形不锈钢管混凝土柱的核心区域灌入的纤维增强水泥基复合材料(ECC)，其他部位灌入普通混凝土，以降低采用的使用成本，这种构造形式有利于改善节点核心区的变形能力和耗能能力，避免局部出现混凝土脆性破坏问题。

本发明的一种适用于沿海地区的装配式组合结构混合连接节点，为了增强拼接式薄壁方形不锈钢管混凝土柱内部的ECC和普通混凝土的共同受力，采用短(玻璃纤维增强聚合物)GFRP筋连接两者的截面部位，确保核心混凝土整体具有良好的应力传递能力，避免材料交界处过早开裂和破坏。

本发明的一种适用于沿海地区的装配式组合结构混合连接节点，ECC具有良好的抗渗性和抑制腐蚀离子侵入的能力，在预制混合梁的底部布置一层高于底部纵筋的ECC层，能够抑制腐蚀离子侵入钢筋表面，避免钢筋发生锈蚀。除此之外，ECC具有良好的抗拉能力、应变硬化能力、抗裂能力和粘结能力，这使得ECC能够与混合梁共同工作，从而抑制混合梁表面的裂缝发展，提升构件的变形和耗能能力。

本发明的一种适用于沿海地区的装配式组合结构混合连接节点，在预制混合梁的预制区采用普通混凝土浇筑，混合梁后浇区采用ECC浇筑，能够在节约成本的同时，为节点的关键部位提供更好的变形能力，减少梁在地震作用下混合梁局部的裂缝扩张，同时，有利于改善预制钢筋桁架混凝土叠合楼板与梁之间的传力和连接性能。

本发明的一种适用于沿海地区的装配式组合结构混合连接节点，预制混合梁的骨架主要是由GFRP筋搭建的，形成GFRP筋笼。只有梁上部和下部的一排纵筋是由HRB400钢筋制成，为了便于钢筋与底部连接板的焊接，确保能将混合梁的荷载传递到连接板。GFRP筋具有良好的耐腐蚀能力，并且GFRP筋与混凝土之间拥有良好的粘结能力，能够在不受侵蚀离子的影响下与混凝土共同工作。

本发明的一种适用于沿海地区的装配式组合结构混合连接节点，不锈钢牛腿板和底部环板的应用，能够使这种节点实现快速吊装，有利于提升机械的使用效率，高强螺栓可穿过连接板和环板孔洞快速连接。上部和底部的环板的应用能有效提升节点核心区的刚度，限制了柱的局部变形，有利于实现“强节点弱构件”的设计目标。

本发明的一种适用于沿海地区的装配式组合结构混合连接节点，预制钢筋桁架混凝土叠合楼板中的钢筋桁架便于施工吊装，楼板的混凝土全部采用ECC浇筑，以提升楼板在沿海地区的耐久性能。

本发明的一种适用于沿海地区的装配式组合结构混合连接节点，拼接式薄壁方形不锈钢管混凝土柱的核心区预留有方形孔洞，便于管内ECC与预制混合梁后浇区的ECC凝结为一体，从而提升预制混合梁与拼接式薄壁方形不锈钢管混凝土柱的整体性能。

本发明提供了一种适用于沿海地区的装配式组合结构混合连接节点，可克服传统材料耐久性、整体性和抗震性能差等问题，本发明的节点形式的安装过程主要分为：工厂预制部件、现场架立拼接式不锈钢管、吊装预制混合梁和楼板、现场整体安装。

(1)工厂预制试件

拼接式薄壁方形不锈钢管混凝土柱的钢材部分是在工厂完全预制的，将上部环板14、下部环板15和不锈钢牛腿板13焊接到拼接式不锈钢管1的表面，随后，在拼接式不锈钢管1的表面开有钢管预留孔洞16。

预制混合梁的安装过程首先需要搭建GFRP筋笼21和纵向钢筋7，将上述骨架放置在模板中，浇筑底部ECC层9，待ECC初凝后在表面刻槽，随后浇筑混合梁预制区6的混凝土。最后，将梁的端头上下两侧的纵向钢筋7和连接板10进行焊接，确保纵向钢筋7的应力能够传递到连接板10。

(2)现场架立拼接式不锈钢管

将工厂制作好的钢管混凝土柱吊装到现场的地基上，可采用高强螺栓固定拼接式薄壁方形不锈钢管混凝土柱的底部。

(3)吊装预制混合梁和楼板

将预制混合梁构件由工厂运至施工现场进行吊装，将预制混合梁吊装至下部环板15的上表面，通过拧紧高强螺栓12将预制混合梁的连接板10与上部环板14和下部环板15连接。随后，将预制钢筋桁架混凝土叠合楼板17吊装到预制混合梁的上表面，采用焊接将楼板钢筋网18与上部环板14连接固定。

(4)现场整体安装

首先搭建混合梁后浇区8的模板，浇筑拼接式不锈钢管1内部的核心混凝土2，布置短GFRP筋3到混凝土界面5，待其初凝后同时浇筑核心区ECC4、混合梁后浇区8和预制钢筋桁架混凝土叠合楼板17的ECC，核心区ECC4通过钢管预留孔洞16逐渐进入混合梁后浇区8，两部分可粘结为一体，同样，预制钢筋桁架混凝土叠合楼板17和混合梁后浇区8也成为一体。随后，在上部的混凝土界面5布置短GFRP筋3，待ECC初凝后浇筑剩余的核心混凝土2，完成该类新型装配式节点的施工和安装工作。