预应力装配式混凝土框架节点连接结构及其施工方法与流程

本发明涉及装配式混凝土框架结构技术领域，特别是涉及一种预应力装配式混凝土框架节点连接结构及其施工方法。

背景技术：

装配式混凝土框架结构体系由于其施工速度快、社会环境效益好等优点被广泛应用，其抗震性能主要有预制构件之间的连接节点决定。

目前，国内的装配式混凝土框架结构体系主要采用两种方式，一种是半干式的，梁柱在节点连接处断开，分段预制梁柱构件，而梁柱的连接节点区域在施工现场现浇形成装配整体式的结构体系，这种节点的连接结构施工复杂，难度较大；一种是干式的，主要应用在厂房结构中，在预制柱上设置支撑预制梁的牛腿，预制柱与预制梁之间通过钢板预埋件焊接或者插筋连接，这种节点的连接结构传递梁端弯矩的能力较差，节点抗震性能差。

关于装配式混凝土框架结构体系的干式连接节点，美国和日本不设置牛腿，将其应用于民用建筑中，一般有以下几种方式：一种是在梁的上下部均设置耗能钢筋，虽然大地震下耗能能力好，但导致节点施工复杂，尤其是梁下部的耗能钢筋，安装不方便；一种是梁柱仅通过后张预应力钢筋连接，这种结构在大地震下耗能性能差，抗震性能不理想；一种是在预制梁的上部预留孔洞，孔洞内设置耗能钢筋，需要在梁上设置较长的施工槽用于现场铺设耗能钢筋，施工过程复杂、难度大，同时耗能钢筋兼做抗剪钢筋，应用数量大，难以在预制截面内布设，且在边柱内的锚固长度经常会出现不足，导致这种节点抗剪性能差特别是当预应力筋失效时节点抗连续倒塌能力较差；这种干式的连接节点，虽然现场湿作业更少，但结构楼板整体性差、且楼层间的防水性能难以保证。

技术实现要素：

本发明提供一种可高效施工，抗震性能和抗连续倒塌能力良好，便于震后修复的的预应力装配式混凝土框架节点连接结构及其施工方法。

解决的技术问题是：现有的半干式装配式混凝土框架结构连接节点施工过程复杂、难度大，干式连接节点施工难度大，结构整体性差，抗震性能差。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明预应力装配式混凝土框架节点连接结构，包括预制混凝土柱、预制混凝土叠合梁和叠合楼板，其特征在于：还包括设置在节点下方的临时支撑和连接预制混凝土柱和预制混凝土叠合梁的后张预应力钢筋束、抗弯耗能钢筋与抗剪高强钢筋；预制混凝土叠合梁的梁后浇层与叠合楼板的板后浇层一体浇筑而成；预制混凝土叠合梁与预制混凝土柱之间的梁柱接缝内填筑高强灌缝粘结材料；所述抗弯耗能钢筋和抗剪高强钢筋铺设在预制混凝土叠合梁上部的梁后浇层内，抗弯耗能钢筋位于抗剪高强钢筋上方。

本发明预应力装配式混凝土框架节点连接结构，进一步的，所述预制混凝土叠合梁包括下部的预制梁和上部的梁后浇层，所述预制梁截面中部至下部1/3范围内、沿其长度方向、通长设置有梁预应力筋孔道；所述预制混凝土柱上水平设置有柱预应力筋孔道，与梁预应力筋孔道配合、对应设置；所述后张预应力钢筋束依次穿过梁预应力筋孔道和柱预应力筋孔道，通过预应力筋外锚头将梁柱张拉紧固；不在同一条直线上的柱预应力筋孔道在柱高度方向上交错设置。

本发明预应力装配式混凝土框架节点连接结构，进一步的，所述预制混凝土叠合梁与预制混凝土柱之间的梁柱接缝的宽度为10-30mm。

本发明预应力装配式混凝土框架节点连接结构，进一步的，所述高强灌缝粘结材料采用抗压强度45mpa以上的高强快硬水泥基灌浆料、纤维快硬水泥基灌浆料或聚合物砂浆中的一种或几种。

本发明预应力装配式混凝土框架节点连接结构，进一步的，所述抗剪高强钢筋一端伸入预制混凝土柱内通过机械连接接头与柱内锚固钢筋连接，一端被浇筑在梁后浇层内，所述抗剪高强钢筋被浇筑在梁后浇层内的长度不小于15倍的钢筋直径。

本发明预应力装配式混凝土框架节点连接结构，进一步的，所述抗弯耗能钢筋采用柱内无粘结形式设置，所述预制混凝土柱内水平设置有耗能钢筋孔道，抗弯耗能钢筋穿过耗能钢筋孔道，一端伸出预制混凝土柱的外侧边通过柱外锚固板与预制混凝土柱连接，另一端被浇筑在梁后浇层内。

本发明预应力装配式混凝土框架节点连接结构，进一步的，所述抗弯耗能钢筋采用柱外部分粘结形式设置，抗弯耗能钢筋一端伸入预制混凝土柱内通过机械连接接头与柱内锚固钢筋连接，抗弯耗能钢筋另一端被浇筑在梁后浇层内；所述抗弯耗能钢筋上套设有套管，套管一端紧贴预制混凝土柱外侧壁设置，套管的长度为抗弯耗能钢筋直径的4-23倍；所述套管内的抗弯耗能钢筋为颈缩段，颈缩段的截面积为抗弯耗能钢筋截面积的50-90%，颈缩段从距离机械连接接头1-3倍抗弯耗能钢筋直径处开始延伸至套管尾端。

本发明预应力装配式混凝土框架节点连接结构，进一步的，所述颈缩段的截面形状为圆形或异形，异形由两条相互平行的直线与两条对称设置的圆弧围合而成，圆弧所在圆的半径与抗弯耗能钢筋的半径一致，圆弧的圆心角为50-70°。

本发明预应力装配式混凝土框架节点连接结构，进一步的，所述抗弯耗能钢筋采用柱外全粘结形式设置，抗弯耗能钢筋一端伸入预制混凝土柱内通过机械连接接头与柱内锚固钢筋连接，另一端被浇筑在梁后浇层内。

本发明预应力装配式混凝土框架节点连接结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、安装临时支撑：根据设计方案，在预制混凝土柱上安装临时支撑；

步骤二、安装预制混凝土柱：吊装过程中，通过临时支撑调整预制混凝土柱的垂直度；

步骤三、安装预制混凝土叠合梁：吊装预制梁，将其固定在临时支撑上方；

步骤四、安装叠合楼板：吊装叠合楼板的预制板，将其与预制梁固定；

步骤五、安装后张预应力钢筋束：在预制混凝土柱和预制混凝土叠合梁的预制梁内铺设后张预应力钢筋束；

步骤六、填筑梁柱接缝：预制混凝土叠合梁与预制混凝土柱之间的梁柱接缝内填筑高强灌缝粘结材料，梁柱接缝宽度为10-30mm；

步骤七、张拉后张预应力钢筋束：待梁柱接缝内的粘结材料达到要求强度后，张拉后张预应力钢筋束，并进行固定；

步骤八、铺设抗弯耗能钢筋和抗剪高强钢筋：在预制混凝土叠合梁待浇筑的梁后浇层位置铺设抗弯耗能钢筋和抗剪高强钢筋，抗弯耗能钢筋和抗剪高强钢筋的一端分别与预制混凝土柱连接；

步骤九、浇筑后浇层：预制混凝土叠合梁的梁后浇层与叠合楼板的板后浇层现场一体浇筑而成，待浇筑混凝土结构达到要求强度后进行养护。

本发明预应力装配式混凝土框架节点连接结构与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明预应力装配式混凝土框架节点连接结构使用预制混凝土叠合梁和叠合楼板，其后浇筑层一体浇筑，将抗弯耗能钢筋和抗剪高强钢筋浇筑在其中，形成一个整体，提高了结构的整体性，保证了楼层具有较好的防水性性能，便于后装钢筋的设置，大大降低了施工难度；在预制梁与预制柱内通长设置有直线型的预应力筋孔道，其内穿设后张预应力钢筋束，可采用粘结或无粘结形式，与上方的抗弯耗能钢筋和抗剪高强钢筋相结合，连接梁柱，形成完整的受力体系，有效提高了结构的耗能性，增强了结构的抗震性能和抗连续倒塌的能力。

本发明中的抗弯耗能钢筋采用柱外部分粘结形式时，采用套管实现部分粘结，并将套管内的抗弯耗能钢筋设置了颈缩段，上部钢筋的屈服会集中在无粘颈缩段，保证了无粘颈缩段外钢筋与混凝土粘结部分不会发生屈服破坏，从而降低颈缩段外钢筋及混凝土的破坏；而变形在钢筋颈缩段均匀分布也能保证颈缩段不会应为变形过于集中而发生破坏。

本发明节点的截面上部同时设置了抗弯耗能钢筋和抗剪高强钢筋，抗剪高强钢筋提高了节点抗剪能力，保证结构当预应力钢筋束失效后的节点仍然具有较强抗剪能力，从而提高结构抗连续倒塌能力。同时取消了节点下部的普通钢筋的设置，提高了节点施工的便捷性。

本发明施工方法简单、易操作，在预制混凝土柱上事先设置临时支撑，在施工阶段支撑预制梁和叠合板，然后在预制梁和预制柱内预留的预应力筋孔道内穿设后张预应力钢筋束，填筑梁柱缝隙后张拉预应力钢筋束，初步形成稳定的承载体系；预制梁上方搭接的两叠合楼板预制板之间留有待浇筑的梁后浇层的凹槽，可直接在其中铺设抗弯耗能钢筋和抗剪高强钢筋，避免了在梁上布置施工槽，大大降低了施工难度和施工工作量，提高了施工效率，缩短了施工周期。

下面结合附图对本发明的预应力装配式混凝土框架节点连接结构及其施工方法作进一步说明。

附图说明

图1为实施例1和实施例3的预应力装配式混凝土框架节点连接结构的结构示意图；

图2为实施例1和实施例3的预应力装配式混凝土框架节点连接结构的俯视图；

图3为实施例1的图2中的a-a截面示意图；

图4为实施例2的预应力装配式混凝土框架节点连接结构的结构示意图；

图5为实施例2的预应力装配式混凝土框架节点连接结构的俯视图；

图6为图5中b-b截面的示意图；

图7为图5中c-c截面的示意图；

图8为实施例2的颈缩段的细节结构示意图；

图9为实施例2中颈缩段的截面示意图；

图10为实施例3的图2中的a-a截面示意图。

附图标记：

1-预制混凝土柱；2-预制混凝土叠合梁；21-预制梁；22-梁后浇层；3-叠合楼板；31-预制板；32-板后浇层；4-临时支撑；5-后张预应力钢筋束；51-柱预应力筋孔道；52-梁预应力筋孔道；53-预应力筋外锚头；6-抗弯耗能钢筋；61-耗能钢筋孔道；62-柱外锚固板；63-套管；64-颈缩段；7-抗剪高强钢筋；8-高强灌缝粘结材料；91-柱内锚固钢筋；92-机械连接接头；93-耗能钢筋柱内锚板。

具体实施方式

实施例1

如图1至图3所示，本发明预应力装配式混凝土框架节点连接结构包括预制混凝土柱1、预制混凝土叠合梁2、叠合楼板3、连接预制混凝土柱1与预制混凝土叠合梁2的后张预应力钢筋束5、位于预制混凝土叠合梁2上部后浇层的抗弯耗能钢筋6和抗剪高强钢筋7，预制混凝土叠合梁2的梁后浇层22与叠合楼板3的板后浇层32一体浇筑而成。预制混凝土柱1为边柱，预制混凝土柱1侧壁上设置有临时支撑4，临时支撑4为牛腿，另一侧顶撑在预制混凝土叠合梁2的梁底。

如图1所示，预制混凝土叠合梁2包括下部的预制梁21和上部的梁后浇层22，预制梁21截面中部至下部1/3范围内、沿其长度方向、通长设置有梁预应力筋孔道52；预制混凝土柱1上水平设置有柱预应力筋孔道51，与梁预应力筋孔道52配合、对应设置，不在同一条直线上的柱预应力筋孔道51在柱高度方向上交错设置；后张预应力钢筋束5依次穿过梁预应力筋孔道52和柱预应力筋孔道51，通过预应力筋外锚头53将梁柱张拉紧固；预制混凝土叠合梁2与预制混凝土柱1之间的梁柱接缝的宽度为10-30mm，其内填筑有高强灌缝粘结材料8，高强灌缝粘结材料8采用抗压强度45mpa以上的高强快硬水泥基灌浆料、钢纤维快硬水泥基灌浆料或聚合物砂浆。如图3所示，抗弯耗能钢筋6采用柱内无粘结形式，柱预应力筋孔道51上方、水平设置有耗能钢筋孔道61，抗弯耗能钢筋6穿过耗能钢筋孔道61，一端伸出预制混凝土柱1的外侧边通过柱外锚固板62与预制混凝土柱1连接，另一端被浇筑在梁后浇层22内，抗弯耗能钢筋6与柱外锚固板62焊接或机械连接。

抗剪高强钢筋7位于抗弯耗能钢筋6下方，被浇筑在梁后浇层22内，一端伸入预制混凝土柱1内通过机械连接接头92与柱内锚固钢筋91连接，抗剪高强钢筋7被浇筑在梁后浇层22内的长度不小于15倍的钢筋直径，抗剪高强钢筋7采用hrb400、hrb500或hrb600制成。

本发明预应力装配式混凝土框架节点连接结构的施工方法，包括以下施工步骤：

步骤一、安装临时支撑：根据设计方案，在预制混凝土柱1上安装临时支撑4，临时支撑4的顶面要求顶托在预计安装的预制混凝土叠合梁2的梁底；

步骤二、安装预制混凝土柱：吊装过程中，通过临时支撑4调整预制混凝土柱1的垂直度；

步骤三、安装预制混凝土叠合梁2：吊装预制梁21，将其放置在临时支撑4上方，并做临时固定；

步骤四、安装叠合楼板3：吊装叠合楼板3的预制板31，将其与预制梁21固定；

步骤五、安装后张预应力钢筋束：将后张预应力钢筋束5依次穿过柱预应力筋孔道51和梁预应力筋孔道52；

步骤六、填筑梁柱接缝：预制混凝土叠合梁2与预制混凝土柱1之间的梁柱接缝内填筑高强灌缝粘结材料8，梁柱接缝宽度为10-30mm；

步骤七、张拉后张预应力钢筋束：待梁柱接缝内的粘结材料达到要求强度后，通过预应力筋外锚头53张拉后张预应力钢筋束5，并进行固定；

步骤八、铺设抗弯耗能钢筋6和抗剪高强钢筋：抗剪高强钢筋7一端伸入预制混凝土柱1内通过机械连接接头92与柱内锚固钢筋91连接，另一端铺设在预制梁21上方待浇筑的梁后浇层22位置；抗弯耗能钢筋6一端穿过预制混凝土柱1上的耗能钢筋孔道61，伸出预制混凝土柱1外、通过柱外锚固板62与预制混凝土柱1连接，另一端铺设在抗剪高强钢筋7上方、待浇筑的梁后浇层22位置；

步骤九、浇筑后浇层：预制混凝土叠合梁2的梁后浇层22与叠合楼板3的板后浇层32现场一体浇筑而成，待浇筑混凝土结构达到要求强度后进行养护。

实施例2

如图4至图9所示，本发明预应力装配式混凝土框架节点连接结构包括预制混凝土柱1、预制混凝土叠合梁2、叠合楼板3、连接预制混凝土柱1与预制混凝土叠合梁2的后张预应力钢筋束5、位于预制混凝土叠合梁2上部后浇层的抗弯耗能钢筋6和抗剪高强钢筋7，预制混凝土叠合梁2的梁后浇层22与叠合楼板3的板后浇层32一体浇筑而成。预制混凝土柱1为中柱，预制混凝土柱1侧壁上设置有临时支撑4，临时支撑4为牛腿，另一侧顶撑在预制混凝土叠合梁2的梁底。

如图4和图6所示预制混凝土叠合梁2包括下部的预制梁21和上部的梁后浇层22，预制梁21截面中部至下部1/3范围内、沿其长度方向、通长设置有梁预应力筋孔道52；预制混凝土柱1上水平设置有柱预应力筋孔道51，与梁预应力筋孔道52配合、对应设置，不在同一条直线上的柱预应力筋孔道51在柱高度方向上交错设置；后张预应力钢筋束5依次穿过梁预应力筋孔道52和柱预应力筋孔道51，通过预应力筋外锚头53将梁柱张拉紧固；预制混凝土叠合梁2与预制混凝土柱1之间的梁柱接缝的宽度为10-30mm，其内填筑有高强灌缝粘结材料8，高强灌缝粘结材料8采用抗压强度45mpa以上的高强快硬水泥基灌浆料、碳纤维快硬水泥基灌浆料或聚合物砂浆。

如图6和图7所示，抗弯耗能钢筋6采用柱外部分粘结形式，一端伸入预制混凝土柱1内通过机械连接接头92与柱内锚固钢筋91连接，抗弯耗能钢筋6上套设有套管63，套管63一端紧贴预制混凝土柱1外侧壁设置，套管63的长度为抗弯耗能钢筋6直径的4-23倍；抗弯耗能钢筋6另一端被浇筑在梁后浇层22内；柱内锚固钢筋91上设置有耗能钢筋柱内锚板93；如图8所示，套管63内的抗弯耗能钢筋6为颈缩段64，颈缩段64的截面积为抗弯耗能钢筋6截面积的50-90%，颈缩段64从距离机械连接接头921-3倍抗弯耗能钢筋6直径处开始延伸至套管63尾端；颈缩段64的截面形状为圆形或异形，如图9所示，异形由两条相互平行的直线与两条对称设置的圆弧围合而成，圆弧所在圆的半径与抗弯耗能钢筋6的半径一致，圆弧的圆心角为50-70°。

抗剪高强钢筋7位于抗弯耗能钢筋6下方，被浇筑在梁后浇层22内，一端伸入预制混凝土柱1内通过机械连接接头92与柱内锚固钢筋91连接，抗剪高强钢筋7被浇筑在梁后浇层22内的长度不小于15倍的钢筋直径，抗剪高强钢筋7采用hrb400、hrb500或hrb600制成。

本实施例预应力装配式混凝土框架节点连接结构的施工方法相似，区别点在于步骤八，具体方法如下：

步骤八、铺设抗弯耗能钢筋6和抗剪高强钢筋7：抗剪高强钢筋7一端伸入预制混凝土柱1内通过机械连接接头92与柱内锚固钢筋91连接，另一端铺设在预制梁21上方待浇筑的梁后浇层22位置；抗弯耗能钢筋6上套设套管63后一端伸入预制混凝土柱1内通过机械连接接头92与柱内锚固钢筋91连接，另一端铺设在抗剪高强钢筋7上方、待浇筑的梁后浇层22位置。

实施例3

如图1、图2和图10所示，本发明预应力装配式混凝土框架节点连接结构包括预制混凝土柱1、预制混凝土叠合梁2、叠合楼板3、连接预制混凝土柱1与预制混凝土叠合梁2的后张预应力钢筋束5、位于预制混凝土叠合梁2上部后浇层的抗弯耗能钢筋6和抗剪高强钢筋7，预制混凝土叠合梁2的梁后浇层22与叠合楼板3的板后浇层32一体浇筑而成。预制混凝土柱1为边柱，预制混凝土柱1侧壁上设置有临时支撑4，临时支撑4为牛腿，另一侧顶撑在预制混凝土叠合梁2的梁底。

预制混凝土叠合梁2包括下部的预制梁21和上部的梁后浇层22，预制梁21截面中部至下部1/3范围内、沿其长度方向、通长设置有梁预应力筋孔道52；预制混凝土柱1上水平设置有柱预应力筋孔道51，与梁预应力筋孔道52配合、对应设置，不在同一条直线上的柱预应力筋孔道51在柱高度方向上交错设置；后张预应力钢筋束5依次穿过梁预应力筋孔道52和柱预应力筋孔道51，通过预应力筋外锚头53将梁柱张拉紧固；梁预应力筋孔道52和柱预应力筋孔道51内灌注有高强灌缝粘结材料8；预制混凝土叠合梁2与预制混凝土柱1之间的梁柱接缝的宽度为10-30mm，其内填筑有高强灌缝粘结材料8；高强灌缝粘结材料8采用抗压强度45mpa以上的高强快硬水泥基灌浆料、钢纤维快硬水泥基灌浆料或聚合物砂浆。

抗弯耗能钢筋6采用柱外全粘结形式，抗弯耗能钢筋6一端伸入预制混凝土柱1内通过机械连接接头92与柱内锚固钢筋91连接，另一端被浇筑在梁后浇层22内；柱内锚固钢筋91上设置有耗能钢筋柱内锚板93。

抗剪高强钢筋7位于抗弯耗能钢筋6下方，被浇筑在梁后浇层22内，一端伸入预制混凝土柱1内通过机械连接接头92与柱内锚固钢筋91连接，抗剪高强钢筋7被浇筑在梁后浇层22内的长度不小于15倍的钢筋直径，抗剪高强钢筋7采用hrb400、hrb500或hrb600制成。

本实施例预应力装配式混凝土框架节点连接结构的施工方法相似，区别点在于步骤七和步骤八，具体方法如下：

步骤七、张拉后张预应力钢筋束：先在梁预应力筋孔道52和柱预应力筋孔道51内灌注高强灌缝粘结材料8，待达到要求强度后，通过预应力筋外锚头53张拉后张预应力钢筋束5，并进行固定；

步骤八、铺设抗弯耗能钢筋6和抗剪高强钢筋7：抗剪高强钢筋7一端伸入预制混凝土柱1内通过机械连接接头92与柱内锚固钢筋91连接，另一端铺设在预制梁21上方待浇筑的梁后浇层22位置；抗弯耗能钢筋6一端伸入预制混凝土柱1内通过机械连接接头92与柱内锚固钢筋91连接，另一端铺设在抗剪高强钢筋7上方、待浇筑的梁后浇层22位置。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。