一种具有自复位功能的钢筋混凝土柱脚基础及施工方法

技术领域

本发明涉及建筑技术领域，特别是涉及一种具有自复位功能的钢筋混凝土柱脚基础及施工方法。

背景技术

柱脚与基础的连接构造影响结构的受力性能，现有技术中钢筋混凝土框架结构的柱脚通常为刚性柱脚，通过柱脚本身的弹塑性变形来耗散能量。这种设计理念导致难以修复的构件损坏和较大的残余变形。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种具有自复位功能的钢筋混凝土柱脚基础及施工方法，具有较高的强度、刚度和良好的自复位能力，提高了抗震能力，结构整体残余变形较小，结构构件的损伤较低。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种具有自复位功能的钢筋混凝土柱脚基础，包括混凝土柱、混凝土基础、垫板、混凝土填充管、底板、多个耗能组件、多个抗剪组件、多个牛腿和多个预应力筋，所述混凝土柱下部沿周向设置有多个所述牛腿，所述底板套设于所述混凝土柱上，所述底板固定于多个所述牛腿上且位于多个所述牛腿上方，所述混凝土填充管固定套设于所述混凝土柱底部，且所述混凝土填充管位于多个所述牛腿下方，所述垫板设置于所述混凝土填充管底部，且所述垫板和所述混凝土填充管通过多个所述耗能组件连接，所述垫板安装于所述混凝土基础顶部，所述抗剪组件设置于所述垫板上表面且与所述混凝土基础固定连接，所述抗剪组件底部与所述混凝土填充管相接触，各所述预应力筋下端穿过所述垫板并锚固于所述混凝土基础的底部，各所述预应力筋上端穿过所述底板并锚固于所述底板上方。

优选地，所述耗能组件包括支撑腹板、两个支撑立板和多个耗能钢棒，两个所述支撑立板固定于所述垫板上，所述支撑腹板固定于所述混凝土填充管上，且所述支撑腹板位于两个所述支撑立板之间，各所述支撑立板与所述支撑腹板通过多个水平设置的所述耗能钢棒连接。

优选地，所述耗能钢棒的直径由中部至靠近所述支撑立板的一端依次增大，所述耗能钢棒的直径由中部至靠近所述支撑腹板的一端依次增大。

优选地，所述抗剪组件包括抗剪键和多个预埋螺栓，所述抗剪键包括竖向肢和固定于所述竖向肢底部一侧的水平肢，所述水平肢位于所述垫板上且通过多个所述预埋螺栓与所述混凝土基础固定连接，所述竖向肢由下而上朝外侧倾斜设置，且所述竖向肢底部与所述混凝土填充管相接触。

优选地，还包括多个高强螺栓，所述垫板通过多个所述高强螺栓安装于所述混凝土基础顶部。

优选地，还包括多个栓钉，所述混凝土填充管通过多个所述栓钉与所述混凝土柱固定连接。

优选地，所述混凝土柱为矩形立柱，所述混凝土填充管为矩形管，所述牛腿设置为八个，所述混凝土柱的各个侧面的两端分别设置有一个牛腿，所述耗能组件和所述抗剪组件均设置为四个，所述混凝土填充管的各个侧面分别设置有一个所述耗能组件和一个所述抗剪组件。

优选地，还包括多个第一锚具和多个第二锚具，所述混凝土基础中设置有多个预应力管道，各所述预应力筋下端穿过所述垫板和所述预应力管道并通过所述第一锚具锚固于所述混凝土基础的底部，各所述预应力筋上端穿过所述底板并通过所述第二锚具锚固于所述底板上方。

本发明还提供一种具有自复位功能的钢筋混凝土柱脚基础的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、将所述垫板预埋于所述混凝土基础顶面，将所述混凝土柱设置于所述垫板上，在所述混凝土柱下部沿周向设置多个所述牛腿，并在多个所述牛腿上方固定所述底板；

步骤二、将所述混凝土填充管套设于所述混凝土柱的底部，并将所述混凝土填充管固定于所述混凝土柱上；

步骤三、安装多个所述预应力筋，各所述预应力筋的两端分别锚固于所述混凝土基础底部和所述底板的顶部；

步骤四、将所述耗能组件固定于所述混凝土填充管和所述垫板上；

步骤五、在所述垫板上设置所述抗剪组件，使得所述抗剪组件底部与所述混凝土填充管相接触，并将所述抗剪组件固定于所述混凝土基础上。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的具有自复位功能的钢筋混凝土柱脚基础及施工方法，包括混凝土柱、混凝土基础、垫板、混凝土填充管、底板、多个耗能组件、多个抗剪组件、多个牛腿和多个预应力筋，混凝土柱下部沿周向设置有多个牛腿，底板固定于多个牛腿上，各预应力筋下端穿过垫板并锚固于混凝土基础的底部，各预应力筋上端穿过底板并锚固于底板上方，即本发明中通过预应力筋将混凝土柱固定到混凝土基础上，形成基于预应力连接的柱脚基础，具有较高的强度、刚度和良好的自复位能力。同时，通过设置耗能组件能够耗散地震的能量，进而提高了抗震能力，使得震后残余变形减小；通过设置抗剪组件抵抗柱底的剪力，使得钢筋混凝土柱脚基础结构更加稳定。本发明中将预应力技术与预制装配式技术相结合，使得此种结构遭遇诸如地震，台风等自然灾害影响后，结构整体残余变形较小，结构构件的损伤较低，建筑内部的各种设备仍能正常运转，震后经过简单维修甚至不需要维修仍能继续使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的具有自复位功能的钢筋混凝土柱脚基础的主视图；

图2为本发明提供的具有自复位功能的钢筋混凝土柱脚基础的俯视图。

附图标记说明：100、具有自复位功能的钢筋混凝土柱脚基础；1、混凝土柱；2、底板；3、牛腿；4、垫板；5、支撑立板；6、支撑腹板；7、耗能钢棒；8、抗剪键；801、水平肢；802、竖向肢；9、预埋螺栓；10、高强螺栓；11、预应力筋；12、第一锚具；13、第二锚具；14、预应力管道；15、混凝土填充管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种具有自复位功能的钢筋混凝土柱脚基础及施工方法，具有较高的强度、刚度和良好的自复位能力，提高了抗震能力，结构整体残余变形较小，结构构件的损伤较低。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1和图2所示，本实施例提供一种具有自复位功能的钢筋混凝土柱脚基础100，包括混凝土柱1、混凝土基础、垫板4、混凝土填充管15、底板2、多个耗能组件、多个抗剪组件、多个牛腿3和多个预应力筋11，混凝土柱1下部沿周向设置有多个牛腿3，底板2套设于混凝土柱1上，底板2固定于多个牛腿3上且位于多个牛腿3上方，混凝土填充管15固定套设于混凝土柱1底部，且混凝土填充管15位于多个牛腿3下方，垫板4设置于混凝土填充管15底部，且垫板4和混凝土填充管15通过多个耗能组件连接，垫板4安装于混凝土基础顶部，通过设置耗能组件能够耗散地震的能量，进而提高了抗震能力，使得震后残余变形减小；抗剪组件设置于垫板4上表面且与混凝土基础固定连接，抗剪组件底部与混凝土填充管15相接触，通过设置抗剪组件抵抗柱底的剪力，使得钢筋混凝土柱脚基础结构更加稳定；各预应力筋11下端穿过垫板4并锚固于混凝土基础的底部，各预应力筋11上端穿过底板2并锚固于底板2上方，即本实施例中通过预应力筋11将混凝土柱1固定到混凝土基础上，连接方式简单，易于施工，形成基于预应力连接的柱脚基础，具有较高的强度、刚度和良好的自复位能力，避免了混凝土柱1在预应力筋11的轴向压力作用下产生轴向缩短引起的次内力。

可见，本实施例中将预应力技术与预制装配式技术相结合，使得此种结构遭遇诸如地震，台风等自然灾害影响后，结构整体残余变形较小，结构构件的损伤较低，建筑内部的各种设备仍能正常运转，震后经过简单维修甚至不需要维修仍能继续使用。

具体地，耗能组件包括支撑腹板6、两个支撑立板5和多个耗能钢棒7，两个支撑立板5固定于垫板4上，支撑腹板6固定于混凝土填充管15上，且支撑腹板6位于两个支撑立板5之间，各支撑立板5与支撑腹板6通过多个水平设置的耗能钢棒7连接。在混凝土柱1的两个主轴方向上均布置可更换的耗能钢棒7，通过耗能钢棒7的屈服耗能，使得钢筋混凝土柱脚基础保持弹性，即使在较大的扭转效应作用下，钢筋混凝土柱脚基础也能避免和减少不可修复的损伤，具体地，在这种扭矩作用下，可以在支撑立板5的孔和底部产生较小的非弹性变形，而不影响钢筋混凝土柱脚基础的结构状态。通过调整预应力筋11的预拉力、位置以及耗能钢棒7的直径、强度和位置，可以保证结构良好的自复位特性。

耗能钢棒7的直径由中部至靠近支撑立板5的一端依次增大，耗能钢棒7的直径由中部至靠近支撑腹板6的一端依次增大。即本实施例中耗能钢棒7两端的连接部位直径较大，中间部位直径较小，呈沙漏状，避免了应力集中，使中间部位产生均匀分布的塑性变形的同时，连接部位仍然保持弹性。

于本具体实施例中，耗能组件包括四个耗能钢棒7，各支撑立板5与支撑腹板6之间设置有两个耗能钢棒7，且两个耗能钢棒7上下对应设置。

具体地，抗剪组件包括抗剪键8和多个预埋螺栓9，抗剪键8包括竖向肢802和固定于竖向肢802底部一侧的水平肢801，水平肢801位于垫板4上表面且通过多个预埋螺栓9与混凝土基础固定连接，竖向肢802由下而上朝外侧倾斜设置，且竖向肢802底部与混凝土填充管15相接触，即本实施例的竖向肢802与混凝土柱1的柱脚立面有一向外倾角以适应混凝土柱1的侧向变形，水平肢801通过多个预埋螺栓9与混凝土基础固定连接，即预埋螺栓9依次穿过水平肢801和垫板4并固定于混凝土基础中。本实施例中的抗剪组件包括三个预埋螺栓9。

本实施例中还包括多个高强螺栓10，垫板4通过多个高强螺栓10安装于混凝土基础顶部。

本实施例中还包括多个栓钉，混凝土填充管15通过多个栓钉与混凝土柱1固定连接。

于本具体实施例中，混凝土柱1为矩形立柱，混凝土填充管15为矩形管，牛腿3设置为八个，混凝土柱1的各个侧面的两端分别设置有一个牛腿3，耗能组件和抗剪组件均设置为四个，混凝土填充管15的各个侧面分别设置有一个耗能组件和一个抗剪组件。

于本具体实施例中，垫板4为钢垫板，预应力筋11为预应力钢筋，混凝土填充管15由外包钢板制成，将外包钢板沿混凝土柱1的底部围成矩形，通过栓钉与混凝土柱1连接共同工作。

本实施例中还包括多个第一锚具12和多个第二锚具13，混凝土基础中设置有多个预应力管道14，各预应力筋11下端穿过垫板4和预应力管道14并通过第一锚具12锚固于混凝土基础的底部，各预应力筋11上端穿过底板2并通过第二锚具13锚固于底板2上方。具体地，预应力筋11的下端为锚固端，上端为张拉端。

本实施例还提供一种具有自复位功能的钢筋混凝土柱脚基础100的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、将垫板4预埋于混凝土基础顶面，具体地，通过高强螺栓10将二者固定；将混凝土柱1设置于垫板4上，在混凝土柱1下部沿周向设置多个牛腿3，并在多个牛腿3上方固定底板2，具体地，在混凝土柱1的柱底上方约1.0m处设置牛腿3；

步骤二、将混凝土填充管15套设于混凝土柱1的底部，并将混凝土填充管15固定于混凝土柱1上，具体地，通过外包钢板沿混凝土柱1的底部围成矩形的混凝土填充管15，并通过栓钉进行固定；

步骤三、安装多个预应力筋11，各预应力筋11的两端分别锚固于混凝土基础底部和底板2的顶部；

步骤四、将耗能组件固定于混凝土填充管15和垫板4上，具体地，将支撑立板5焊接于垫板4上，将支撑腹板6焊接于混凝土填充管15侧壁上；

步骤五、在垫板4上设置抗剪组件，使得抗剪组件底部与混凝土填充管15相接触，并将抗剪组件固定于混凝土基础上，具体地，使得竖向肢802底部与混凝土填充管15相接触，水平肢801通过多个预埋螺栓9与混凝土基础固定连接。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。