一种预制装配式节点的制作方法

本发明主要涉及到土木工程中的建筑结构领域，特指一种可作装配式结构使用的预制装配式节点。

背景技术：

随着社会的进步和经济的持续发展，现代建筑业对建筑材料和建筑结构的要求也越来越高，材料和结构必须能够适应现代工程结构向大跨、高耸、重载发展并满足承受恶劣使用环境及耐久性的需求，具有高承重能力、良好变形能力、耐火性能好以及良好的性能/费用比。此外，还必须符合建筑工业化要求，而装配式结构则是其中最为活跃的发展方向。在过去30年中，新型复合材料和组合结构的出现和发展，在很大程度上符合以上要求，发展最为迅速，从而极大地推动了建筑业的发展。其中，超高性能混凝土和钢管混凝土无疑最具代表性。

活性粉末混凝土，是一种超高性能混凝土，具有超高抗压强度、高耐久性以及高韧性的新型水泥基复合材料。作为一种高技术混凝土，活性粉末混凝土的单方材料成本较高，而且制成的构件需要进行热养护才能充分发挥其性能，不适合现浇结构。这是目前活性粉末混凝土在工程应用中存在的主要问题。

钢管混凝土是在钢管内部填充混凝土，形成钢－混凝土组合柱，是一种约束混凝土结构。其基本原理是利用钢管对核心区混凝土提供侧向约束，使混凝土处于三向受压的应力状态，从而提高其抗压强度和压缩变形的能力。在施工中，钢管作为浇筑核心区混凝土的模板及上部结构的临时支撑，便于施工。特别适用于与钢梁连接而成的装配式结构。但钢管混凝土柱在性能和使用方面存在一些不足，主要是抗火性能较差，钢管本身存在锈蚀问题，钢管与混凝土的脱空也是常见的工程质量问题。

专利CN201120058871公开了一种套管钢筋混凝土柱，其特征在于钢筋混凝土柱的套管为预制活性粉末混凝土套管，其特征在于活性粉末混凝土套管内部配置有纵向钢筋和箍筋。通过采用预制活性粉末混凝土套管与内部的钢筋混凝土柱组成组合柱。在施工过程中，活性粉末混凝土套管是内部混凝土的模板，也是施工支持体系的一部分；在施工完成后，套管与内部混凝土共同承担轴向荷载，在活性粉末混凝土套管开裂前，套管与为核心区混凝土提供横向约束，成形约束混凝土。该发明与钢管混凝土柱比较，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、轴向承载力 高、抗震性能好、抗火性能突出、耐久性能优异等。在一些关键技术方面(如成本较高、抗火性能和耐久性能不足等)弥补了现有钢管混凝土柱的缺陷，同时充分发挥了活性粉末混凝土的材料性能，并从性能/费用效率方面克服了其成本较高的问题。

申请人的试验研究表明，活性粉末混凝土套管柱具有优良的力学性能，即使在套管开裂后，只要箍筋不出现断裂，套管能够为内部核心区混凝土提供有效的约束，从而极大提高了组合柱的承载力和延续。是一种具有广泛应用前景的新型组合柱。但在际结构中，这种组合柱在节点区域的连接很困难，因为预制活性粉末混凝土套管无法与钢管一样进行焊接，也难以钻孔，因此，梁难以连接在柱上，特别是梁端的纵向钢筋难以贯穿节点区域，导致在节点区域与梁连接存在困难。此外，上下两层柱之间，节点区域预制套管不能直接连接，则节点区域的混凝土浇筑也存在支模困难，且在节点绑扎钢筋时，还需要对上一层预制套管进行临时定位，这对施工也有很大难度。与钢管混凝土比较，这种组合柱很难应用于装配式结构，而这正是钢管混凝土的优势。因此，提出一种简单有效的节点形式，是解决活性粉末混凝土套管柱组合柱应用于装配式结构的关键。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种预制装配式节点，实现了预制活性粉末混凝土管组合柱-钢梁的装配式结构，这一新型装配式节点与现有的钢管混凝土-钢梁装配式节点比较，不仅具有相似的施工方法和力学性能，而且具有突出的抗火性能、耐久性能和经济性，同时更加节约资源和能源，符合可持续发展的要求。

本发明的解决方案为一种预制装配式节点，其特征在于由预制活性粉末混凝土管、连接钢管、内部混凝土柱与钢梁组成；其中，上下两层的预制活性粉末混凝土管采用胶粘剂粘结在连接钢管两端；内部混凝土柱的纵向钢筋焊接在连接钢管的内壁；钢梁通过端板和螺栓与连接钢管连接，或通过焊接在连接钢管侧面的短肢梁连接在节点上。

本发明提出一种简单有效的节点形式，实现了预制活性粉末混凝土管组合柱-钢梁的装配式结构，这一新型装配式节点与现有的钢管混凝土-钢梁装配式节点比较，具有相当的施工便利性。具体说明如下：

首先，这种节点形式实现预制活性粉末混凝土管组合柱-钢梁的装配式结构。按照设计图纸的要求，预制管厂生产一定规格的预制活性粉末混凝土管，管壁内配置所要求的封闭箍筋。钢结构工厂加工连接钢管和钢梁，在连接钢管和端板上钻螺栓孔， 再分别将加强环和端板焊接在连接钢管和钢梁上。

接下来，将各种构件和材料运至施工现场后，进行现场装配施工。装配步骤如下：

①立起底层的预制活性粉末混凝土管，设置必要的临时侧向支撑。

②将连接钢管直接吊装到预制活性粉末混凝土管的顶部。由于连接钢管设有加强环，起到轴向定位的作用，连接钢管可以直接搁置在预制管的顶部。

③将内部混凝土柱的纵向钢筋焊接在连接钢管内壁。纵向钢筋直接可以贯穿节点区域，也可以在节点区域断开。

④在连接钢管外壁与预制活性粉末混凝土管内壁的空隙中，注入胶粘剂。胶粘剂可以从空隙的底部往上注入，也可以在连接钢管或连接钢管外壁与预制活性粉末混凝土管在粘结区域预留或开设几个小的注胶孔，从侧面注入胶粘剂。

⑤将钢梁连接在连接钢管侧面。待胶粘剂具备必要的强度后，通过在钢梁端板和连接钢管上预留的孔洞，采用螺栓将钢梁与连接钢管连接起来。对于中间节点，钢梁采用对拉螺栓成对安装。对于边节点，螺栓可以贯穿节点，也可以采用单边连接。也可以将钢梁连接在连接钢管侧面的短肢梁上。

⑥在预制活性粉末混凝土管和连接钢管内浇筑内部混凝土柱，待混凝土具备必要的强度后，拆除底层临时侧向支撑。

⑦吊装上一层预制活性粉末混凝土管，设置临时侧向支撑，并在连接钢管外壁与预制活性粉末混凝土管内壁的空隙中，注入胶粘剂。连接钢管上的加强环可以作为上一层预制管的轴向定位器，并通过连接钢管将施工产生的轴向荷载传递到下一层柱上，因此，预制管本身只需要设置简单了临时侧向支撑即可为上一层节点的施工提供必要的工作面，施工简便。

⑧待胶粘剂具备必要的强度后，重复以上步骤，直至整个结构完成施工。

这种新型装配式节点具有可靠的力学性能，能有效承受和传递柱端和梁端的各种荷载，具体说明如下：

①预制活性粉末混凝土管与内部混凝土柱形成约束混凝土组合柱，上层组合柱传递来的轴向荷载，可以通过节点向下层有效传递，因为节点本身就是钢管混凝土，轴向承载力高，延性好。

②上层组合柱传递来的柱端剪力，可以通过节点向下层有效传递，因为节点本身就是钢管混凝土，抗剪能力强，延性好。

③上层组合柱传递来的柱端弯矩，可以通过节点向下层有效传递，因为内部混凝土柱的纵向受力钢筋与连接钢管焊接在一起，无论其是否贯通节点区域，都可以与连接钢管共同工作，将上层纵向钢筋的拉力或压力有效传递到下层纵向钢筋上，实现柱端弯矩的有效传递。

④钢梁与连接钢管为端板螺栓连接，或直接连接在连接钢管侧面的短肢梁上，其性能与钢管混凝土-钢梁组合结构完全相同，节点可以有效承受和传递梁端传递来的各种荷载。

与现有技术相比，本发明的优点就在于：

①实现了预制活性粉末混凝土管组合柱-钢梁的装配式结构，将预制活性粉末混凝土管组合柱应用到了装配式结构领域，为这一新型组合结构的实际应用奠定了技术基础。

②与现有的钢管混凝土-钢梁装配式节点比较，不仅具备与其相似的施工便利性，还具有突出的抗火性能、耐久性能和经济性，同时更加节约资源和能源，符合可持续发展的要求。

③这种新型装配式节点具有可靠的力学性能，能有效承受和传递柱端和梁端的各种荷载。

附图说明

图1是本发明预制装配式节点一；

图2是本发明预制装配式节点二；

图例说明

1、预制活性粉末混凝土管 2、连接钢管

3、内部混凝土柱 4、钢梁

5、胶粘剂 6、纵向钢筋

7、端板 8、螺栓

9、短肢梁 10、加强环

11、封闭箍筋

具体实施方式一

本发明如附图1所示，其特征在于预制活性粉末混凝土管(1)与钢梁(4)通过连接钢管(2)相结合；上下两层的预制活性粉末混凝土管(1)采用胶粘剂(5)通过连接钢管(2)实现上下连接，内部混凝土柱(3)的纵向钢筋(6)焊接在连接钢管(1)的内壁；钢梁(4)通过端板(7)和螺栓(8)与连接钢管(2)连接；装配 完成后，预制活性粉末混凝土管(1)和连接钢管(2)内浇筑内部混凝土柱(3)，如图1所示。其特征在于所述的连接钢管(2)焊接两个加强环(10)，对预制活性粉末混凝土管(1)的装配进行轴向定位，如图1所示。所述的预制活性粉末混凝土管(1)内部配置有封闭箍筋(11)，如图1所示。

实施时，具体步骤如下：

①立起底层的预制活性粉末混凝土管，设置必要的临时侧向支撑。

②将连接钢管直接吊装到预制活性粉末混凝土管的顶部。

③将上下两层柱的纵向钢筋焊接在连接钢管内壁。

④在连接钢管外壁与预制活性粉末混凝土管内壁的空隙中，注入胶粘剂。

⑤待胶粘剂具备必要的强度后，通过在钢梁端板和连接钢管上预留的孔洞，采用螺栓将钢梁连接在连接钢管的侧面。

⑥在预制活性粉末混凝土管和连接钢管内浇筑内部混凝土柱，待混凝土具备必要的强度后，拆除底层临时侧向支撑。

⑦吊装上一层预制活性粉末混凝土管，设置临时侧向支撑，并在连接钢管外壁与预制活性粉末混凝土管内壁的空隙中，注入胶粘剂。

⑧待胶粘剂具备必要的强度后，重复①～⑦步骤，直至整个结构完成施工。

具体实施方式二

本发明如附图2所示，其特征在于预制活性粉末混凝土管(1)与钢梁(4)通过连接钢管(2)相结合；上下两层的预制活性粉末混凝土管(1)采用胶粘剂(5)通过连接钢管(2)实现上下连接，内部混凝土柱(3)的纵向钢筋(6)焊接在连接钢管(1)的内壁；钢梁(4)通过焊接在连接钢管(2)侧面的短肢梁(9)连接在节点上；装配完成后，预制活性粉末混凝土管(1)和连接钢管(2)内浇筑内部混凝土柱(3)，如图2所示。其特征在于所述的连接钢管(2)焊接两个加强环(10)，对预制活性粉末混凝土管(1)的装配进行轴向定位，如图2所示。所述的预制活性粉末混凝土管(1)内部配置有封闭箍筋(11)，如图2所示。

实施时，具体步骤如下：

①立起底层的预制活性粉末混凝土管，设置必要的临时侧向支撑。

②将连接钢管直接吊装到预制活性粉末混凝土管的顶部。

③将上下两层柱的纵向钢筋焊接在连接钢管内壁。

④在连接钢管外壁与预制活性粉末混凝土管内壁的空隙中，注入胶粘剂。

⑤待胶粘剂具备必要的强度后，通过在钢连接钢管侧面焊接的短肢梁，将钢梁直接连接在连接钢管的侧面。

⑥在预制活性粉末混凝土管和连接钢管内浇筑内部混凝土柱，待混凝土具备必要的强度后，拆除底层临时侧向支撑。

⑦吊装上一层预制活性粉末混凝土管，设置临时侧向支撑，并在连接钢管外壁与预制活性粉末混凝土管内壁的空隙中，注入胶粘剂。

⑧待胶粘剂具备必要的强度后，重复①～⑦步骤，直至整个结构完成施工。