一種預制裝配式節點的制作方法

本發明主要涉及到土木工程中的建筑結構領域，特指一種可作裝配式結構使用的預制裝配式節點。

背景技術：

隨著社會的進步和經濟的持續發展，現代建筑業對建筑材料和建筑結構的要求也越來越高，材料和結構必須能夠適應現代工程結構向大跨、高聳、重載發展并滿足承受惡劣使用環境及耐久性的需求，具有高承重能力、良好變形能力、耐火性能好以及良好的性能/費用比。此外，還必須符合建筑工業化要求，而裝配式結構則是其中最為活躍的發展方向。在過去30年中，新型復合材料和組合結構的出現和發展，在很大程度上符合以上要求，發展最為迅速，從而極大地推動了建筑業的發展。其中，超高性能混凝土和鋼管混凝土無疑最具代表性。

活性粉末混凝土，是一種超高性能混凝土，具有超高抗壓強度、高耐久性以及高韌性的新型水泥基復合材料。作為一種高技術混凝土，活性粉末混凝土的單方材料成本較高，而且制成的構件需要進行熱養護才能充分發揮其性能，不適合現澆結構。這是目前活性粉末混凝土在工程應用中存在的主要問題。

鋼管混凝土是在鋼管內部填充混凝土，形成鋼－混凝土組合柱，是一種約束混凝土結構。其基本原理是利用鋼管對核心區混凝土提供側向約束，使混凝土處于三向受壓的應力狀態，從而提高其抗壓強度和壓縮變形的能力。在施工中，鋼管作為澆筑核心區混凝土的模板及上部結構的臨時支撐，便于施工。特別適用于與鋼梁連接而成的裝配式結構。但鋼管混凝土柱在性能和使用方面存在一些不足，主要是抗火性能較差，鋼管本身存在銹蝕問題，鋼管與混凝土的脫空也是常見的工程質量問題。

專利CN201120058871公開了一種套管鋼筋混凝土柱，其特征在于鋼筋混凝土柱的套管為預制活性粉末混凝土套管，其特征在于活性粉末混凝土套管內部配置有縱向鋼筋和箍筋。通過采用預制活性粉末混凝土套管與內部的鋼筋混凝土柱組成組合柱。在施工過程中，活性粉末混凝土套管是內部混凝土的模板，也是施工支持體系的一部分；在施工完成后，套管與內部混凝土共同承擔軸向荷載，在活性粉末混凝土套管開裂前，套管與為核心區混凝土提供橫向約束，成形約束混凝土。該發明與鋼管混凝土柱比較，活性粉末混凝土套管柱具有自身的性能，如施工方便、成本低、軸向承載力 高、抗震性能好、抗火性能突出、耐久性能優異等。在一些關鍵技術方面(如成本較高、抗火性能和耐久性能不足等)彌補了現有鋼管混凝土柱的缺陷，同時充分發揮了活性粉末混凝土的材料性能，并從性能/費用效率方面克服了其成本較高的問題。

申請人的試驗研究表明，活性粉末混凝土套管柱具有優良的力學性能，即使在套管開裂后，只要箍筋不出現斷裂，套管能夠為內部核心區混凝土提供有效的約束，從而極大提高了組合柱的承載力和延續。是一種具有廣泛應用前景的新型組合柱。但在際結構中，這種組合柱在節點區域的連接很困難，因為預制活性粉末混凝土套管無法與鋼管一樣進行焊接，也難以鉆孔，因此，梁難以連接在柱上，特別是梁端的縱向鋼筋難以貫穿節點區域，導致在節點區域與梁連接存在困難。此外，上下兩層柱之間，節點區域預制套管不能直接連接，則節點區域的混凝土澆筑也存在支模困難，且在節點綁扎鋼筋時，還需要對上一層預制套管進行臨時定位，這對施工也有很大難度。與鋼管混凝土比較，這種組合柱很難應用于裝配式結構，而這正是鋼管混凝土的優勢。因此，提出一種簡單有效的節點形式，是解決活性粉末混凝土套管柱組合柱應用于裝配式結構的關鍵。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種預制裝配式節點，實現了預制活性粉末混凝土管組合柱-鋼梁的裝配式結構，這一新型裝配式節點與現有的鋼管混凝土-鋼梁裝配式節點比較，不僅具有相似的施工方法和力學性能，而且具有突出的抗火性能、耐久性能和經濟性，同時更加節約資源和能源，符合可持續發展的要求。

本發明的解決方案為一種預制裝配式節點，其特征在于由預制活性粉末混凝土管、連接鋼管、內部混凝土柱與鋼梁組成；其中，上下兩層的預制活性粉末混凝土管采用膠粘劑粘結在連接鋼管兩端；內部混凝土柱的縱向鋼筋焊接在連接鋼管的內壁；鋼梁通過端板和螺栓與連接鋼管連接，或通過焊接在連接鋼管側面的短肢梁連接在節點上。

本發明提出一種簡單有效的節點形式，實現了預制活性粉末混凝土管組合柱-鋼梁的裝配式結構，這一新型裝配式節點與現有的鋼管混凝土-鋼梁裝配式節點比較，具有相當的施工便利性。具體說明如下：

首先，這種節點形式實現預制活性粉末混凝土管組合柱-鋼梁的裝配式結構。按照設計圖紙的要求，預制管廠生產一定規格的預制活性粉末混凝土管，管壁內配置所要求的封閉箍筋。鋼結構工廠加工連接鋼管和鋼梁，在連接鋼管和端板上鉆螺栓孔， 再分別將加強環和端板焊接在連接鋼管和鋼梁上。

接下來，將各種構件和材料運至施工現場后，進行現場裝配施工。裝配步驟如下：

①立起底層的預制活性粉末混凝土管，設置必要的臨時側向支撐。

②將連接鋼管直接吊裝到預制活性粉末混凝土管的頂部。由于連接鋼管設有加強環，起到軸向定位的作用，連接鋼管可以直接擱置在預制管的頂部。

③將內部混凝土柱的縱向鋼筋焊接在連接鋼管內壁。縱向鋼筋直接可以貫穿節點區域，也可以在節點區域斷開。

④在連接鋼管外壁與預制活性粉末混凝土管內壁的空隙中，注入膠粘劑。膠粘劑可以從空隙的底部往上注入，也可以在連接鋼管或連接鋼管外壁與預制活性粉末混凝土管在粘結區域預留或開設幾個小的注膠孔，從側面注入膠粘劑。

⑤將鋼梁連接在連接鋼管側面。待膠粘劑具備必要的強度后，通過在鋼梁端板和連接鋼管上預留的孔洞，采用螺栓將鋼梁與連接鋼管連接起來。對于中間節點，鋼梁采用對拉螺栓成對安裝。對于邊節點，螺栓可以貫穿節點，也可以采用單邊連接。也可以將鋼梁連接在連接鋼管側面的短肢梁上。

⑥在預制活性粉末混凝土管和連接鋼管內澆筑內部混凝土柱，待混凝土具備必要的強度后，拆除底層臨時側向支撐。

⑦吊裝上一層預制活性粉末混凝土管，設置臨時側向支撐，并在連接鋼管外壁與預制活性粉末混凝土管內壁的空隙中，注入膠粘劑。連接鋼管上的加強環可以作為上一層預制管的軸向定位器，并通過連接鋼管將施工產生的軸向荷載傳遞到下一層柱上，因此，預制管本身只需要設置簡單了臨時側向支撐即可為上一層節點的施工提供必要的工作面，施工簡便。

⑧待膠粘劑具備必要的強度后，重復以上步驟，直至整個結構完成施工。

這種新型裝配式節點具有可靠的力學性能，能有效承受和傳遞柱端和梁端的各種荷載，具體說明如下：

①預制活性粉末混凝土管與內部混凝土柱形成約束混凝土組合柱，上層組合柱傳遞來的軸向荷載，可以通過節點向下層有效傳遞，因為節點本身就是鋼管混凝土，軸向承載力高，延性好。

②上層組合柱傳遞來的柱端剪力，可以通過節點向下層有效傳遞，因為節點本身就是鋼管混凝土，抗剪能力強，延性好。

③上層組合柱傳遞來的柱端彎矩，可以通過節點向下層有效傳遞，因為內部混凝土柱的縱向受力鋼筋與連接鋼管焊接在一起，無論其是否貫通節點區域，都可以與連接鋼管共同工作，將上層縱向鋼筋的拉力或壓力有效傳遞到下層縱向鋼筋上，實現柱端彎矩的有效傳遞。

④鋼梁與連接鋼管為端板螺栓連接，或直接連接在連接鋼管側面的短肢梁上，其性能與鋼管混凝土-鋼梁組合結構完全相同，節點可以有效承受和傳遞梁端傳遞來的各種荷載。

與現有技術相比，本發明的優點就在于：

①實現了預制活性粉末混凝土管組合柱-鋼梁的裝配式結構，將預制活性粉末混凝土管組合柱應用到了裝配式結構領域，為這一新型組合結構的實際應用奠定了技術基礎。

②與現有的鋼管混凝土-鋼梁裝配式節點比較，不僅具備與其相似的施工便利性，還具有突出的抗火性能、耐久性能和經濟性，同時更加節約資源和能源，符合可持續發展的要求。

③這種新型裝配式節點具有可靠的力學性能，能有效承受和傳遞柱端和梁端的各種荷載。

附圖說明

圖1是本發明預制裝配式節點一；

圖2是本發明預制裝配式節點二；

圖例說明

1、預制活性粉末混凝土管 2、連接鋼管

3、內部混凝土柱 4、鋼梁

5、膠粘劑 6、縱向鋼筋

7、端板 8、螺栓

9、短肢梁 10、加強環

11、封閉箍筋

具體實施方式一

本發明如附圖1所示，其特征在于預制活性粉末混凝土管(1)與鋼梁(4)通過連接鋼管(2)相結合；上下兩層的預制活性粉末混凝土管(1)采用膠粘劑(5)通過連接鋼管(2)實現上下連接，內部混凝土柱(3)的縱向鋼筋(6)焊接在連接鋼管(1)的內壁；鋼梁(4)通過端板(7)和螺栓(8)與連接鋼管(2)連接；裝配 完成后，預制活性粉末混凝土管(1)和連接鋼管(2)內澆筑內部混凝土柱(3)，如圖1所示。其特征在于所述的連接鋼管(2)焊接兩個加強環(10)，對預制活性粉末混凝土管(1)的裝配進行軸向定位，如圖1所示。所述的預制活性粉末混凝土管(1)內部配置有封閉箍筋(11)，如圖1所示。

實施時，具體步驟如下：

①立起底層的預制活性粉末混凝土管，設置必要的臨時側向支撐。

②將連接鋼管直接吊裝到預制活性粉末混凝土管的頂部。

③將上下兩層柱的縱向鋼筋焊接在連接鋼管內壁。

④在連接鋼管外壁與預制活性粉末混凝土管內壁的空隙中，注入膠粘劑。

⑤待膠粘劑具備必要的強度后，通過在鋼梁端板和連接鋼管上預留的孔洞，采用螺栓將鋼梁連接在連接鋼管的側面。

⑥在預制活性粉末混凝土管和連接鋼管內澆筑內部混凝土柱，待混凝土具備必要的強度后，拆除底層臨時側向支撐。

⑦吊裝上一層預制活性粉末混凝土管，設置臨時側向支撐，并在連接鋼管外壁與預制活性粉末混凝土管內壁的空隙中，注入膠粘劑。

⑧待膠粘劑具備必要的強度后，重復①～⑦步驟，直至整個結構完成施工。

具體實施方式二

本發明如附圖2所示，其特征在于預制活性粉末混凝土管(1)與鋼梁(4)通過連接鋼管(2)相結合；上下兩層的預制活性粉末混凝土管(1)采用膠粘劑(5)通過連接鋼管(2)實現上下連接，內部混凝土柱(3)的縱向鋼筋(6)焊接在連接鋼管(1)的內壁；鋼梁(4)通過焊接在連接鋼管(2)側面的短肢梁(9)連接在節點上；裝配完成后，預制活性粉末混凝土管(1)和連接鋼管(2)內澆筑內部混凝土柱(3)，如圖2所示。其特征在于所述的連接鋼管(2)焊接兩個加強環(10)，對預制活性粉末混凝土管(1)的裝配進行軸向定位，如圖2所示。所述的預制活性粉末混凝土管(1)內部配置有封閉箍筋(11)，如圖2所示。

實施時，具體步驟如下：

①立起底層的預制活性粉末混凝土管，設置必要的臨時側向支撐。

②將連接鋼管直接吊裝到預制活性粉末混凝土管的頂部。

③將上下兩層柱的縱向鋼筋焊接在連接鋼管內壁。

④在連接鋼管外壁與預制活性粉末混凝土管內壁的空隙中，注入膠粘劑。

⑤待膠粘劑具備必要的強度后，通過在鋼連接鋼管側面焊接的短肢梁，將鋼梁直接連接在連接鋼管的側面。

⑥在預制活性粉末混凝土管和連接鋼管內澆筑內部混凝土柱，待混凝土具備必要的強度后，拆除底層臨時側向支撐。

⑦吊裝上一層預制活性粉末混凝土管，設置臨時側向支撐，并在連接鋼管外壁與預制活性粉末混凝土管內壁的空隙中，注入膠粘劑。

⑧待膠粘劑具備必要的強度后，重復①～⑦步驟，直至整個結構完成施工。