一种缀板连接的装配式建筑预制钢筋混凝土梁

1.本发明涉及装配式建筑技术领域，具体为一种缀板连接的装配式建筑预制钢筋混凝土梁。


背景技术：

2.装配式建筑由于其具有建筑周期短、施工简单、节约材料等优点，是促进建筑产业化与绿色建筑的重要结构形式，在未来的建筑行业中一定有着重要的地位。根据施工方法，装配式节点连接分为湿连接，干连接。湿连接时提前在工厂完成梁柱构件制作，然后运往现场后再拼装和吊装，并在梁柱节点上浇筑混凝土，完成后浇整体式结构。由于节点处混凝土凝固在预制的混凝土凝固之后，两者无法真正的融为一体，界面处抗拉强度低，形成薄弱环节，降低了建筑物的抗震性能。而且现场仍需要浇筑混凝土，装配率低于干连接。干连接相较于湿连接更具有施工便捷的特点，符合建筑工业化的趋势，其能够确保刚度和承载力类似于现浇结构。
3.为了满足结构抗震需求，预制rc构件连接多为基于等效现浇原则的方式。这种连接方式需要在施工中精确放置构件，在施工现场进行钢筋连接、灌注砂浆或浇筑混凝土，有时还要在施工现场进行预应力钢筋张拉，存在施工效率较低、节点延性较差、节点质量不易保证。少数干式连接通过机械铰和耗能阻尼器进行连接，构造复杂造价高昂，用钢量参与较多，长期使用容易受到腐蚀导致承载力降低。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种缀板连接的装配式建筑预制钢筋混凝土梁，采用多个连接螺杆组将耗能连接缀板、预埋钢板与两个通过企口连接段连接在一起的主体梁装配得到，解决了湿连接抗震性能不高，施工较为不便的技术问题。
5.本发明是通过以下技术方案来实现：一种缀板连接的装配式建筑预制钢筋混凝土梁，包括两个待连接的主体梁，两主体梁的企口连接段两侧壁面上均设置有一预埋钢板，两主体梁企口连接段内部均设置有多个连接螺杆组，连接螺杆组两端均从主体梁企口连接段侧壁伸出并与耗能连接缀板固定连接用于将耗能连接缀板的两端分别固定在两个主体梁企口连接段的预埋钢板上，两个主体梁企口连接段的连接面中填充有抗震橡胶。
6.进一步的，所述两个主体梁企口连接段侧壁上至少平行设置两组耗能连接缀板，每组耗能连接缀板包括对应设置在两个主体梁企口连接段两侧的两个耗能连接缀板。
7.进一步的，耗能连接缀板的一端至少通过两个连接螺杆组固定在主体梁企口连接段上。
8.进一步的，所述连接螺杆组包括连接螺杆、螺母、预埋螺帽和对拉螺杆，所述对拉螺杆内置在主体梁企口连接段中，对拉螺杆两端均设置有预埋螺帽，预埋钢板上设置有连接孔，预埋螺帽焊接在预埋钢板上的连接孔中，预埋螺帽上螺纹连接有连接螺杆，连接螺杆一端穿过耗能连接缀板用于通过连接螺杆和螺母的配合将企口连接段两侧位置对应的两
耗能连接缀板固定的两侧的预埋钢板上。
9.进一步的，所述抗震橡胶的厚度为5mm-7mm。
10.进一步的，所述耗能连接缀板外侧还设置有水泥保护层。
11.进一步的，企口连接段企口伸出部分的高度为连接的主体梁高的一半，企口伸出部分的长为1/4～1/2的主体梁高，企口伸出部分的宽度为主体梁宽度减去2倍水泥保护层厚度。
12.进一步的，所述预埋钢板为厚度为3mm-5mm的q235钢，耗能连接缀板5为厚度为5mm的q235钢。
13.进一步的，所述耗能连接缀板的设置方向与两个主体梁的连接面垂直。
14.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
15.本发明提供一种缀板连接的装配式建筑预制钢筋混凝土梁，两个待连接的主体梁通过企口连接段进行搭接，并在两个主体梁的企口连接段上设置预埋钢板和耗能连接缀板，并通过预设的多个连接螺杆组将预埋钢板、耗能连接缀板和两个主体梁连接，在装配时更方便梁段的搭接和耗能连接缀板的固定，在实现双重连接保证梁节点所需承载力的情况下，又提供耗能能力，使施工更加快捷方便，工业化程度和装配率更高，并且小震时本发明的缀板连接的装配式建筑预制钢筋混凝土梁结构整体处于弹性状态，中震时本发明缀板连接的装配式建筑预制钢筋混凝土梁的耗能连接缀板屈服，大震时本发明缀板连接的装配式建筑预制钢筋混凝土梁损伤集中在耗能连接缀板上，主体混凝土基本完好或有轻微损伤，因此只需要更换耗能连接缀板和最外侧螺杆，本发明的装配式建筑预制钢筋混凝土梁即可以继续投入使用，且更换元件造价低廉。
16.本发明的装配式建筑预制钢筋混凝土梁由预埋钢板和耗能连接缀板进行连接，且在企口连接段的连接面中填充抗震橡胶，大大增强了装配式建筑预制钢筋混凝土梁的耗能能力和建筑的抗震性能。
17.进一步的，预埋螺帽焊接在预埋钢板的预留口位置，既为连接螺杆提供定位，也防止在运输过程中预埋螺帽露出造成的损坏，连接时候仅需要将接螺杆拧进预埋螺帽内。
18.进一步的，本发明的装配式建筑预制钢筋混凝土梁，梁两侧连接位置较梁宽留出一定的宽度，用于施工时连接后，进行水泥抹面，既保证梁整体的美观性，又保护连接元件使其在使用中不被侵蚀，震后修复时，可轻轻敲碎包裹的水泥进行连接元件的更换。
19.进一步的，本发明的预埋钢板、耗能连接缀板和多个连接螺杆组均可在预制厂完成制作后运至施工现场进行拼接和组装，与现浇rc结构相比，无需进行混凝土的现场浇筑和养护，大大提高了建筑的施工效率，并有利于保证连接节点质量。
附图说明
20.图1为本发明干式连接正视结构意图；
21.图2为本发明干式连接俯视结构意图；
22.图3为本发明干式连接右视结构意图；
23.图4为传统现浇梁试验本发明干式连接拆解结构意图；
24.图5为本发明干式连接螺栓定位意图；
25.图6为本发明干式连接螺栓结构意图；
26.图7一端固定的均匀受压耗能连接缀板简图；
27.图8为传统现浇梁试验；
28.图9为传统梁试验与装配式承载力对比；
29.图中：1-柱，2-左侧梁，3-抗震橡胶，4-右侧梁，5-耗能连接缀板，6-连接螺杆，7-预埋钢板，8-螺母，9-预埋螺帽，10-对拉螺杆。
具体实施方式
30.以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本技术技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
31.如图1至图3所示，本发明提供一种缀板连接的装配式建筑预制钢筋混凝土梁，在地震下可以集中损伤，使破坏集中在耗能连接缀板上，达到震后修复的目的，具体包括两个待连接的主体梁、抗震橡胶3、预埋钢板7、多个耗能连接缀板5和连接螺杆组，其中，两个主体梁的企口连接段两侧壁面上均设置有一预埋钢板7和多个耗能连接缀板5，耗能连接缀板5的两端分别通过内置在企口连接段中的连接螺杆组连接在两个主体梁的预埋钢板7上实现两主体梁的干式连接，耗能连接缀板5的设置方向与两个主体梁的连接面垂直，抗震橡胶3填充在两主体梁企口连接段的连接面中，企口连接段宽度较主体梁宽度小，便于在主体梁企口连接段两侧耗能连接缀板5外侧设置有水泥保护层。
32.优选的，如图5、6所示，连接螺杆组包括连接螺杆6、螺母8、预埋螺帽9和对拉螺杆10，对拉螺杆10内置在主体梁企口连接段中，对拉螺杆10两端均设置有预埋螺帽9，预埋螺帽9上自带螺纹，预埋螺帽9焊接在预埋钢板7上的连接孔中，连接螺杆6一端穿过耗能连接缀板5与预埋螺帽9螺纹连接，连接螺杆6的另一端与螺母8连接，将企口连接段两侧位置对应的两耗能连接缀板5固定的两侧的预埋钢板7上；
33.优选的，企口连接段企口两侧对应设置的两个耗能连接缀板5为一组，每组耗能连接缀板5一端至少由两个连接螺杆6固定；梁截面尺寸超过600*300，每组耗能连接缀板5一端至少由四个连接螺杆6固定。
34.优选的，两个主体梁的企口连接段上至少设置有两组平行的耗能连接缀板5；
35.优选的，预埋钢板7上连接孔的直径比预埋螺帽9直径大2-4mm；
36.优选的，企口连接段企口伸出部分的高度为主体梁高的一半，长为1/4～1/2的主体梁高，宽为主体梁宽减去2倍水泥保护层厚度。
37.优选的，预埋钢板7的厚3-5mmq235钢，耗能连接缀板5为5mm厚的q235钢，水泥保护层的厚度为5mm。梁截面尺寸超过400*250，耗能连接缀板5随尺寸增大，并增加一定厚度，梁截面尺寸小于400*250时，耗能连接缀板5随尺寸的减小减少一定厚度。
38.优选的，抗震橡胶3为氯丁橡胶，抗震橡胶3的厚度适宜范围5mm-7mm，除氯丁橡胶外具有一定强度的结构胶均可。
39.优选的，本发明的装配式建筑预制钢筋混凝土梁也可在两个主体梁的企口连接段企口顶部和底部设置耗能连接缀板与预埋钢板，并采用纯螺栓将耗能连接缀板与预埋钢板连接，进一步增强装配式建筑预制钢筋混凝土梁的承载力。
40.本发明的装配式建筑预制钢筋混凝土梁，作为一种新型的耗能可更换的梁节点，在地震作用时，可以针对震级的大小发生不同程度的变形，小震情况下，耗能连接缀板和钢
筋不发生损伤和变形，中震情况下，耗能连接缀板变形耗能，钢筋不发生损伤和变形(耗能连接缀板破坏后可以更换)，大震情况下，耗能连接缀板破坏，主体构件轻微损伤或完好，地震后更换耗能连接缀板和最外侧螺杆，可以继续投入使用。
41.实施例
42.本发明的装配式建筑预制钢筋混凝土梁整体采用企口连接段进行两个待连接的主体梁的搭接，采用连接螺杆组将耗能连接缀板5两端分别与两个待连接的主体梁企口连接段上设置的预埋钢板7连接，并且在企口连接段连接处填充抗震橡胶，从而得到装配式建筑预制钢筋混凝土梁，具体的，包括左侧梁2和右侧梁4，左侧梁2和右侧梁4的连接段均为企口，两企口连接段相互契合，且左侧梁2和右侧梁4的高度及长度尺寸相同且左侧梁2连接段为下端伸出，右侧梁4连接段为上端伸出，这样便于梁的搭接和后期耗能连接缀板的安装。
43.优选的，如图4所示，左侧梁2伸出最长长度为左侧梁2高的一倍，左侧梁2企口连接段企口伸出长度为1/2左侧梁2梁高，右侧梁4与左侧梁2尺寸匹配进行搭接，搭接之间，在接缝处粘上5mm厚的抗震橡胶，左侧梁2和右侧梁4两侧均设置预埋钢板7，预埋钢板7可以保护混凝土防止局部压碎，也可以为连接螺杆组提供螺栓定位，梁搭接处，沿水平方向上下设置两组耗能连接缀板5，每组耗能连接缀板5通过四个连接螺杆组进行固定，四个连接螺杆组设置在同一水平，并且均分设置在左侧梁2和右侧梁4上，耗能连接缀板5通过连接螺杆组的连接螺杆6、螺母8、预埋螺帽9、对拉螺杆10将左侧梁2和右侧梁4连接为一个整体。
44.本发明的装配式建筑预制钢筋混凝土梁上承担主要连接作用的连接件包括：预制钢筋混凝土梁两侧的预埋钢板7，连接处两侧设置的多个耗能连接缀板5以及连接处填充的抗震橡胶3。
45.本发明中装配式建筑预制钢筋混凝土梁采用干式连接，具体为采用连接螺杆的形式，通过连接螺杆6、预埋螺帽9和对拉螺杆10贯穿两侧耗能连接缀板5，并通过连接螺杆6和螺母8的配合使用将耗能连接缀板5与预埋钢板7的固定从而将左侧梁2和右侧梁4连接成为一个整体。
46.由于装配式建筑预制钢筋混凝土梁的连接主要依靠耗能连接缀板5并且钢板的力学性能在荷载作用下的尺寸和应变条件相同，因此只需分析单个耗能连接缀板5的力学性能即可。
47.耗能连接缀板5的变形特性属于薄板的变形特性，可采用薄板理论分析耗能连接缀板5的压缩屈服承载力，耗能连接缀板5的长细比较大，在压力作用下，耗能连接缀板5在达到屈服强度之前主要容易发生屈曲，因此，只考虑沿耗能连接缀板5宽度方向的线性变形；
48.将耗能连接缀板5的两端通过连接螺杆组固定在预埋钢板7上，在地震中假设耗能连接缀板5左侧边界条件固定，右侧边界条件自由，如图7所示单向压缩耗能连接缀板5沿轴向承受均匀压力；耗能连接缀板5的最小屈服应力，即耗能连接缀板5的临界屈曲应力σ
cr
和屈服承载力n
cr
可由以下公式计算：
49.[0050][0051]
式中，k表示常数，其值为e为耗能连接缀板5的弹性模量；t为耗能连接缀板5的厚度(mm)；v为泊松比；a、b分别为耗能连接缀板5的宽度、长度；
[0052]
最大承载力为：
[0053][0054]
其中，
[0055]
式中，ρ
t
为右端梁4的抗拉强度比；f
t-y
为右端梁4中钢筋的屈服强度；f
t-c
为右端梁4中混凝土抗压强度；n0为柱1的轴压比；a
rebar
表示右端梁4中钢筋横截面积；a
column
表示右端梁4横截面积。
[0056]
如图8和图9所示，经计算缀板连接的装配式建筑预制钢筋混凝土梁最大屈承载力为69kn，最大极限承载力为74kn。为了与传统现浇梁进行对比，设计制作梁长1.9m，截面尺寸为250*400，柱高2m，截面尺寸为400*400，进行低周往复加载测得其滞回性能，得到传统现浇梁最大承载力为74.6kn，缀板连接的装配式建筑预制钢筋混凝土梁最大极限承载力几乎与传统现浇承载力相等，且其耗能性能、延性均大大高于现浇钢筋混凝土柱，在连接节点破坏后可通过更换耗能连接缀板5实现快速修复，由于其主要受力部件为耗能连接缀板5，修复后试件的承载能力、刚度、延性等参数与原试件相比均较为接近。